Topologi upss

Comparación de
configuraciones de
diseño de sistemas
UPS
Informe interno
N° 75
Por Kevin McCarthy
Revisión 1

©2005 American Power Conversion. Todos los derechos reservados. Queda prohibida la utilización, reproducción, fotocopiado,
transmisión o almacenamiento en cualquier sistema de recuperación de cualquier tipo de esta publicación, en todo o en parte, sin el
consentimiento escrito del titular del derecho de autor. www.apc.com Rev 2005-1
2
Resumen ejecutivo
Existen cinco configuraciones principales de diseño de sistemas UPS que distribuyen
energía desde la red de suministro eléctrico de un edificio a las cargas críticas de un centro
de datos. La selección de la configuración adecuada para una aplicación en particular se ve
determinada por las necesidades de disponibilidad, la tolerancia a los riesgos, los tipos de
cargas del centro de datos, los presupuestos y la infraestructura existente. Se explican las
cinco configuraciones y se exponen las ventajas y desventajas de cada una de ellas. Se
analiza el impacto en la disponibilidad para cada configuración y se proveen pautas para
seleccionar el diseño apropiado.

3
Introducción
Aunque las redes públicas de distribución de energía son bastante confiables en la mayoría de los
países desarrollados, estudios realizados demostraron que incluso las mejores redes eléctricas son
inadecuadas para satisfacer las necesidades de las operaciones críticas y constantes de
procesamiento de datos. Ante la posibilidad de que se produzcan tiempo de inactividad y errores en el
procesamiento de datos causados por la red de suministro eléctrico, la mayoría de las empresas optan
por utilizar un sistema UPS (sistema de energía ininterrumpible) entre el sistema de la red pública de
distribución de energía y sus cargas de misión crítica. La configuración de diseño del sistema UPS
elegida para una aplicación tiene un impacto directo en la disponibilidad de los equipos informáticos a
los que ese sistema abastece. Hay muchas variables que afectan la disponibilidad de un sistema, entre
ellas los errores humanos, la confiabilidad de los componentes, los cronogramas de mantenimiento y el
tiempo de recuperación. El impacto que cada una de estas variables tiene en la disponibilidad de todo el
sistema queda determinado en gran medida por la configuración elegida.
A lo largo del tiempo, muchos especialistas en diseño intentaron crear la solución perfecta para
abastecer cargas críticas con sistemas UPS, y a estos diseños se les suelen dar nombres que no
necesariamente son indicadores de la disponibilidad que ofrecen. Paralelo redundante, redundante
aislado, redundante distribuido, HotTie, HotSynch, de buses paralelos múltiples, sistema más sistema, y
sistema Catcher son algunos de los nombres que les dieron a diferentes configuraciones de UPS los
especialistas que las diseñaron o los fabricantes que las crearon. El problema con estos términos es
que pueden tener significados diferentes para diferentes personas y pueden interpretarse de muchas
maneras. Aunque las configuraciones UPS que se encuentran en el mercado de hoy son muchas y
variadas, cinco de ellas son las más utilizadas. Estas cinco son: (1) de capacidad, (2) redundante
aislada, (3) paralela redundante, (4) redundante distribuida y (5) sistema más sistema.
En este informe se explican estas configuraciones de sistemas UPS y se analizan los beneficios y
limitaciones de cada una. La configuración de un sistema debe elegirse en función de la criticidad de la
carga. Tener en cuenta el impacto del tiempo de inactividad y la tolerancia a los riesgos de la empresa
ayuda a elegir la configuración de sistema adecuada. Se brindan pautas para seleccionar la
configuración apropiada para una aplicación dada.

4
Escala de disponibilidad y costos
Disponibilidad
Las posibilidades de las configuraciones UPS evolucionan constantemente gracias a que los
administradores de procesamiento de datos exigen cada vez mayor disponibilidad. La “disponibilidad”
es el porcentaje estimado de tiempo en que la energía eléctrica está presente y funcionando
adecuadamente para abastecer la carga crítica. Un análisis, que se incluye en el Apéndice, cuantifica las
diferencias de disponibilidad entre las configuraciones presentadas en este informe. Como en cualquier
modelo, se deben establecer ciertos supuestos para simplificar el análisis; por lo tanto, los valores de
disponibilidad que se presentarán serán superiores a los estimados para una instalación real. Con el
propósito de comparar las cinco configuraciones de diseño ya mencionadas, en la Tabla 1 se ofrece una
escala sencilla que presenta los valores de disponibilidad de menor a mayor en base a los resultados
que se exponen en el Apéndice. Tras repasar las explicaciones de las diferentes configuraciones, el
ordenamiento mencionado resultará claro.
Niveles
Todos los sistemas UPS (y los equipos de distribución eléctrica) requieren tareas de mantenimiento a
intervalos regulares. La disponibilidad de la configuración de un sistema depende de su nivel de
inmunidad a las fallas en los equipos y a la capacidad inherente para admitir la realización habitual de
tareas de mantenimiento y pruebas de rutina mientras se sigue alimentando la carga crítica. El Uptime
Institute analiza este tema con mayor profundidad en un documento titulado: “Las clasificaciones en
niveles de los estándares de la industria definen el rendimiento de la infraestructura del establecimiento”
(Industry Standard Tier Classifications Define Site Infrastructure Performance)
1
. Los niveles descritos en
el documento del Uptime Institute abarcan las cinco arquitecturas UPS mencionadas en este informe y
también se muestran en la Tabla 1.
Costo
A medida que la configuración asciende en la escala de disponibilidad, el costo también aumenta. La
Tabla 1 muestra rangos de costos aproximados para cada diseño. Estos representan el costo de
construir un nuevo centro de datos e incluyen no solo el costo de la arquitectura UPS, sino la
infraestructura física para redes críticas (NCPI) del centro de datos. La NCPI comprende generador(es),
tablero de transferencia, sistemas de refrigeración, sistema de apagado de incendios, piso elevado,
racks, iluminación, espacio físico y la puesta en marcha de todo el sistema. Estos son solamente los
1
www.upsite.com

5
costos iniciales y no incluyen los costos operativos como los de los contratos de mantenimiento. Estos
costos se basan en el supuesto de que se tiene un promedio de 30 pies cuadrados (2,79 metros
cuadrados) por rack, y en un rango de densidades de potencia de entre 2,3 kW a 3,8 kW por rack. El
costo por rack decrecerá a medida que aumente el tamaño del edificio, ya que existirá una mayor
superficie en la cual distribuir los costos y un mayor poder adquisitivo para los fabricantes.
Tabla 1 – Escala de disponibilidad y costos para configuraciones UPS
Configuración
Escala de
disponibilidad
Nivel
Escala de costo del
centro de datos (US$)
De capacidad (N) 1 = la más baja Nivel I
US$13.500 - US$18.000 por
rack
Redundante aislado 2
Paralelo redundante (N+1) 3
Nivel II
US$18.000 - US$24.000 por
rack
Redundante distribuido 4 Nivel III
US$24.000 - US$30.000 por
rack
Sistema más sistema (2N, 2N+1) 5 = la más alta Nivel IV
US$36.000 - US$42.000 por
rack
¿Qué significa “N”?
Las configuraciones de diseño de UPS suelen describirse con nomenclaturas que incluyen la letra “N”
en una fórmula. Por ejemplo, un sistema paralelo redundante también puede llamarse diseño N+1, y un
diseño de sistema más sistema puede llamarse 2N. “N” puede definirse como la “necesidad” de la
carga crítica. En otras palabras, es la capacidad de potencia requerida para alimentar los equipos
protegidos. Los equipos informáticos como los sistemas RAID (conjunto redundante de discos
independientes) pueden utilizarse para ilustrar el uso de “N”. Por ejemplo, si se necesitan 4 discos para
obtener la capacidad de almacenamiento deseada y el sistema RAID tiene 4 discos, estamos frente a un
diseño N. Por otra parte, si se tienen 5 discos y se necesitan solo 4 para alcanzar la capacidad de
almacenamiento deseada, se trata de un diseño N+1.
Históricamente, ha sido necesario proyectar los requisitos de potencia para la carga crítica pensando en
las instalaciones futuras para permitir que el sistema UPS alimentara cargas por 10 ó 15 años. Quedó
demostrado, y muy justificadamente, que proyectar esa clase de carga es una tarea difícil. En la década
de 1990, se desarrolló el concepto de “vatios/ área cuadrada” para proveer un marco para el análisis y la
comparación de infraestructuras. Esta medida de potencia no suele comprenderse correctamente por el
simple hecho de que no existe consenso con respecto al concepto de área cuadrada. Más
recientemente, con el auge de la compactación de la tecnología, se comenzó a utilizar el concepto de
“vatios/ rack” para referirse a la capacidad del sistema. Se demostró que este parámetro es más
confiable, ya que la cantidad de racks en un lugar determinado es muy fácil de contar.

6
Independientemente de cómo se elija la carga “N”, es esencial que se seleccione desde el principio
para que el proceso de diseño transite por el camino correcto.
Hoy existen diseños de sistemas UPS modulares y escalables que permiten aumentar la capacidad de
la UPS a medida que crece la “necesidad” de componentes informáticos. Para más información sobre
este tema, léase el Informe interno de APC N° 37, “Cómo evitar los costos que ocasiona el
sobredimensionamiento de la infraestructura de los centros de datos y las salas de gestión de redes”.
De capacidad o sistema “N”
En pocas palabras, un sistema N es un sistema compuesto por un único módulo UPS, o un conjunto de
módulos en paralelo cuya capacidad es igual a la proyección de la carga crítica. Este tipo de sistema es
con mucho la configuración más común en la industria de las UPS. La UPS pequeña de las que se
encuentran bajo un escritorio de oficina es una configuración N. Asimismo, la sala de cómputos de 5000
pies cuadrados (465 metros cuadrados) con una capacidad de diseño proyectada de 400 kW es una
configuración N ya sea que tenga una sola UPS de 400 kW o dos UPS de 200 kW conectadas en
paralelo a un bus común. Una configuración N se puede ver como el requisito mínimo para proveer
protección a la carga crítica.
Aunque los dos ejemplos que acabamos de describir se consideran configuraciones N, los diseños de
los módulos UPS son diferentes. A diferencia de las UPS pequeñas, los sistemas que superan las
capacidades monofásicas (aproximadamente 20 kW) tienen interruptores de bypass estático que
permiten que la carga se transfiera en forma segura a la red eléctrica si el módulo UPS tiene problemas
internos. El fabricante selecciona cuidadosamente los puntos en los cuales la carga de la UPS se
transfiere al bypass estático para proveer la máxima protección posible para la carga crítica, mientras
que al mismo tiempo protege el propio módulo contra las situaciones que podrían dañarlo. El siguiente
ejemplo ilustra una de estas medidas de protección: Es común en las aplicaciones UPS trifásicas que
los módulos tengan regímenes de sobrecarga. Uno de estos regímenes puede especificar que el
“módulo puede soportar el 125% de la carga nominal por 10 minutos”. Una vez que se detecta una
sobrecarga de un 125% de la carga nominal, el módulo comenzará una rutina de medición del tiempo
por la que un reloj interno iniciará una cuenta regresiva de 10 minutos. Cuando expiran los 10 minutos,
si la carga no volvió a los niveles normales, el módulo transferirá la carga en forma segura al bypass
estático. Existen muchos casos en los que se activa el bypass, y se enumeran claramente en las
especificaciones de cada módulo UPS en particular.

7
Una manera de mejorar un diseño de configuración N es dotar al sistema de la capacidad de bypass “de
mantenimiento” o “externo”. Un bypass externo permite que todo el sistema UPS (los módulos y el
bypass estático) se apague de manera segura para tareas de mantenimiento cuando es necesario. El
bypass de mantenimiento sale del mismo panel que alimenta a la UPS y se conecta directamente al
panel de salida de la UPS. Por supuesto, este es un circuito que por lo general está abierto y que solo se
puede cerrar cuando el módulo UPS está en bypass estático. Deben tomarse ciertas medidas en la
etapa de diseño para evitar que se cierre el circuito de bypass de mantenimiento cuando la UPS no está
en bypass estático. Cuando se implementa adecuadamente, el bypass de mantenimiento es un
componente importante del sistema, que permite que un módulo UPS se repare en forma segura sin
que sea necesario desconectar la carga.
La mayoría de las configuraciones de sistemas “N”, especialmente aquellas con una carga menor que
100 kW, son instaladas en los edificios sin reparar particularmente en la configuración de los sistemas
eléctricos generales de cada edificio. En general, los sistemas eléctricos de los edificios se diseñan con
una configuración “N”, así que una configuración “N” para un sistema UPS no tiene mayores requisitos
para su alimentación. Se muestra un sistema UPS común de un solo módulo en la Figura 1.
Figura 1 – Configuración UPS “de capacidad” de un solo módulo
Red eléctrica Generador
ATS
UPS de
300 kW
Bypass
de mantenimiento
PDU
Carga de
300 kW

8
Ventajas
• Configuración de hardware conceptualmente sencilla, y rentable
• La eficiencia de la UPS es óptima, ya que se la utiliza en su capacidad total
• La disponibilidad es superior a la de la red eléctrica
• Tiene capacidad de expansión si crecen los requisitos de potencia (es posible configurar
varias unidades en la misma instalación. Según el proveedor o fabricante, pueden
instalarse hasta 8 módulos UPS de la misma potencia nominal en paralelo).
Desventajas
• La disponibilidad es limitada cuando ocurre una falla en un módulo UPS, en cuyo caso la
carga se transfiere al bypass, lo que la expone a una fuente de energía no protegida
• Durante el mantenimiento de la UPS, las baterías o los equipos aguas abajo, se expone
la carga a una fuente de energía no protegida (por lo general, esto ocurre por lo menos
una vez al año con una duración de 2 a 4 horas)
• La falta de redundancia limita la protección de la carga contra las fallas de la UPS
• Existen varios puntos de falla únicos, lo que significa que el sistema solo tiene la
confiabilidad de su punto más débil
Redundante aislado
A la configuración redundante aislada se la llama a veces sistema “N+1”. Sin embargo, es
considerablemente diferente de una configuración paralela redundante a la que también se llama N+1.
El concepto del diseño redundante aislado no necesita un bus en paralelo ni requiere que los módulos
sean de la misma capacidad, ni siquiera del mismo fabricante. En esta configuración, existe un módulo
UPS principal o “primario” que habitualmente alimenta la carga. La UPS “secundaria” o “de aislación”
alimenta el bypass estático del/los módulo/s UPS principal/es. Esta configuración requiere que el
módulo UPS principal tenga una entrada separada para el circuito de bypass estático. Esta es una forma
de lograr cierto nivel de redundancia en una configuración que anteriormente no era redundante sin tener
que reemplazar la UPS existente en su totalidad. La Figura 2 ilustra una configuración UPS redundante
aislada.
En el caso de funcionamiento normal, el módulo UPS primario soporta la carga crítica total, y el módulo
de aislación no tiene ninguna carga conectada. Ante un evento por el cual la carga del/los módulo/s
primario/s se transfiera al bypass estático, el módulo de aislación acepta la carga total del módulo
primario instantáneamente. El módulo de aislación debe elegirse cuidadosamente para garantizar que

9
sea capaz de aceptar la carga rápidamente. De no ser así, podría transferir la carga al bypass estático y
así vulnerar la protección adicional que provee esta configuración.
Se puede realizar el mantenimiento de cualquiera de los dos módulos transfiriendo la carga al otro
módulo. El bypass de mantenimiento sigue siendo una característica de diseño importante, ya que
persiste el punto de falla único en la salida. Debe cerrarse todo el sistema por 2 a 4 horas por año para
el mantenimiento preventivo del sistema. A menudo el incremento de confiabilidad de esta configuración
se ve opacado por la complejidad del tablero de conmutación y los controles asociados. Los consultores
de MTechnology Inc.
2
, especializados en sistemas de energía eléctrica de alta confiabilidad, llevaron a
cabo un análisis comparativo de confiabilidad. Utilizando las técnicas de análisis probabilístico de riesgo
(PRA), MTech desarrolló modelos cuantitativos para un sistema UPS redundante aislado y para un
sistema no redundante (de capacidad). El análisis del árbol de fallas más básico, que ignora los
factores que contribuyen a las fallas que surgen de los errores humanos, el desgaste de los
componentes y los efectos ambientales, demuestra que el sistema redundante aislado no afecta
materialmente la probabilidad de falla (falta de confiabilidad). Ambos sistemas tienen una falta de
confiabilidad de un 1,8% por año de operación. El modelo redundante aislado tiene 30 modos de falla
(conjunto mínimo de corte) contra los 7 del sistema de capacidad. Mientras que la probabilidad de los 23
modos de falla adicionales es generalmente baja, el análisis ilustra que al agregar complejidad y
componentes adicionales a un sistema invariablemente aumenta la cantidad de modos de falla
posibles. MTech sostiene que cuando se consideran los errores humanos y los efectos del desgaste,
las razones para no elegir un sistema redundante aislado son aun más poderosas. La operación del
sistema redundante aislado es mucho más compleja que la de un sistema no aislado, y la probabilidad
de que se produzcan errores humanos, mucho mayor. Los beneficios de los procedimientos de
mantenimiento preventivos que posibilitan los diseños redundantes aislados no resisten un análisis
cuidadoso. Los que más se benefician con el diseño UPS redundante aislado son aquellos que venden
los equipos originales y los que sacan provecho con el mantenimiento de los módulos UPS adicionales.
Los equipos del cliente no obtienen ningún beneficio de la energía eléctrica con mayor confiabilidad.
2
MTechnology, Inc; 2 Central Street, Saxonville, MA 01701; teléfono: 508-788-6260; fax: 508-788-6233

10
Figura 2 – Configuración de UPS redundante aislada
Bypass
de
interrupt.
estático
ATS
Bypass
de
interrupt.
estático
PDU
LOAD
300kW
UPS
Catcher
de
300 kW
UPS
primaria
de
300 kW
Bypass de
mantenimiento
Redeléctrica Generador
Carga de
300 kW
Ventajas
• La selección de productos es flexible: los productos pueden combinarse con otros de
cualquier marca o modelo
• Brinda tolerancia a las fallas de la UPS
• No se necesita sincronización
• Es relativamente rentable como sistema de dos módulos
Desventajas
• El sistema depende de la operación adecuada del bypass estático del módulo primario
para recibir potencia del módulo de reserva
• Se requiere que los bypass estáticos de ambos módulos UPS funcionen correctamente
para abastecer una corriente tal que exceda la capacidad del inversor

11
• El módulo UPS secundario debe ser capaz de controlar un incremento de la carga
repentino cuando el módulo primario transfiere la carga al bypass. (Por lo general, la UPS
secundaria funciona por un largo período de tiempo con 0% de carga; no todos los
módulos UPS pueden realizar esta tarea, lo que hace que la selección del módulo de
bypass sea clave).
• El tablero de conmutación y los controles asociados son complejos y costosos
• Los costos operativos son más elevados, ya que la UPS secundaria tiene una carga de
0%, que consume energía solo para seguir funcionando
• Un sistema de dos módulos (uno primario y uno secundario) requiere por lo menos un
disyuntor adicional que permita elegir entre la red eléctrica y la otra UPS como fuente del
bypass. Es más complejo que un sistema con un bus de carga común e incrementa aun
más el riesgo de errores humanos.
• Dos o más módulos primarios necesitan un circuito especial para posibilitar la selección
del módulo de reserva o la red eléctrica como fuente del bypass (interruptor estático de
transferencia)
• Hay un único bus de carga por sistema, que es un punto de falla único
Paralelo redundante o sistema “N+1”
Las configuraciones paralelas redundantes permiten que el sistema tolere la falla de un módulo UPS
único sin que se deba transferir la carga a la red eléctrica. El propósito de las UPS es proteger la carga
crítica de las variaciones y cortes del suministro eléctrico de red. A medida que los datos se vuelven más
críticos y la tolerancia a los riesgos disminuye, el proceso de pasar a un bypass estático o a un bypass
de mantenimiento se percibe como una solución a la que debe recurrirse con una frecuencia aun menor.
Aun así, los diseños de sistemas N+1 deben tener la posibilidad de un bypass estático y la mayoría de
ellos tienen un bypass de mantenimiento, ya que a pesar de todo proveen capacidades clave.
Una configuración paralela redundante está conformada por varios módulos UPS de la misma
capacidad conectados en paralelo a un bus de salida común. El sistema tiene redundancia N+1 si la
capacidad “excedente” de potencia es por lo menos igual a la capacidad de un módulo del sistema; el
sistema tendría redundancia N+2 si la capacidad excedente fuera igual a la de dos módulos del
sistema; y así sucesivamente. Los sistemas paralelos redundantes requieren módulos UPS de la
misma capacidad y del mismo fabricante. El fabricante de los módulos UPS también provee el tablero
para conexiones en paralelo para el sistema. El tablero para conexiones en paralelo puede tener
controladores lógicos que se comuniquen con los módulos UPS individuales, y los módulos UPS se
comunican entre sí para generar una tensión de salida que esté completamente sincronizada. El bus

12
paralelo puede tener capacidad de monitoreo para mostrar la carga del sistema y las características de
tensión y corriente para todo el sistema. El bus paralelo también necesita poder mostrar cuántos
módulos tiene conectados y cuántos módulos se necesitan para mantener la redundancia del sistema.
Existen máximos lógicos para el número de módulos UPS que pueden conectarse en paralelo a un bus
común, y este límite es diferente para cada fabricante de UPS. Los módulos UPS de un diseño paralelo
redundante comparten la carga crítica equitativamente cuando el funcionamiento es normal. Cuando uno
de los módulos se retira del bus paralelo para su mantenimiento (o si llegara a colapsar debido a una
falla interna), se necesita que los módulos UPS restantes acepten inmediatamente la carga del módulo
UPS que falló. Esta capacidad permite que cualquier módulo pueda extraerse del bus y repararse sin
que la carga crítica deba conectarse directamente a la red eléctrica.
Para que su sistema sea redundante, la sala de cómputos de 5000 pies cuadrados (465 metros
cuadrados) de la configuración N del ejemplo requeriría dos módulos UPS de 400 kW o tres módulos
UPS de 200 kW conectados en paralelo a un bus de salida común. El tamaño del bus paralelo se
establece en función de la capacidad del sistema sin la redundancia. Así, el sistema compuesto por dos
módulos de 400 kW tendrá un bus paralelo con una capacidad nominal de 400 kW.
En una configuración de sistema N+1, existe la posibilidad de incrementar la capacidad de las UPS a
medida que crece la carga. Deben instalarse controles de capacidad para que cuando el porcentaje de
la capacidad de la instalación alcance cierto nivel se encargue un nuevo módulo redundante (debe
tenerse en cuenta que los plazos de entrega para algunos módulos UPS pueden ser de varias semanas
o incluso meses). Cuanto mayor es la capacidad de la UPS, más difícil puede volverse esta tarea. Los
módulos UPS grandes pesan miles de libras y requieren aparejos especiales para ser ubicados en su
lugar. Por lo general, en la sala de las UPS hay un espacio reservado para estos módulos. Este tipo de
implementación debe estar planificada, ya que ubicar un módulo UPS grande en una sala acarrea
ciertos riesgos.
La eficiencia del sistema puede ser un factor importante a la hora de diseñar sistemas UPS
redundantes. Por lo general, los módulos UPS con una carga ligera son menos eficientes que los
módulos con una carga cercana a su capacidad total. La Tabla 2 muestra la carga operativa típica para
un sistema, utilizando diversos tamaños de UPS que alimentan una carga de 240 kW en todos los
casos. Como puede verse en la tabla, el tamaño de los módulos elegidos para una aplicación particular
puede afectar en gran medida la eficiencia del sistema. La eficiencia de una UPS en particular con
cargas bajas varía de un fabricante a otro, y debe investigarse durante el proceso de diseño.

13
Tabla 2 – Configuraciones N+1
Módulos UPS
en paralelo
Carga crítica Capacidad total
del sistema UPS
Porcentaje de
carga por módulo
UPS
2 x 240 kW 240 kW 480 kW 50%
3 x 120 kW 240 kW 360 kW 66%
4 x 80 kW 240 kW 320 kW 75%
5 x 60 kW 240 kW 300 kW 80%
La Figura 3 muestra una configuración paralela redundante de dos módulos típica. Esta figura muestra
que aunque estos sistemas proveen protección contra las fallas de un solo módulo UPS, sigue
existiendo un punto de falla único en el bus paralelo. Como ocurre con la configuración de diseño de
capacidad, es importante contemplar un circuito de bypass de mantenimiento en estos diseños para
permitir que el bus paralelo pueda cerrarse para el mantenimiento periódico.
Figura 3 – Configuración de UPS paralela redundante (N+1)
UPS B de
300 kW
ATS
Red eléctrica Generador
Bypass de
mantenimiento
PDU
Carga de
300 kW
UPS A de
300 kW
Primary
UPS
300kW
Ventajas
• Tiene un nivel de disponibilidad más alto que las configuraciones de capacidad debido a
la capacidad extra que puede utilizarse si colapsa uno de los módulos UPS
• Las probabilidades de falla son menores en comparación con las de las configuraciones
redundantes aisladas, ya que esta configuración tiene menos disyuntores, y los módulos
están on line constantemente (no hay cargas escalonadas)

14
• Es expandible si aumentan las necesidades de potencia. Es posible configurar varias
unidades en la misma instalación.
• La disposición del hardware es rentable y conceptualmente simple
Desventajas
• Ambos módulos deben ser iguales en cuanto a diseño, fabricante, régimen nominal,
tecnología y configuración
• Sigue teniendo puntos de falla únicos aguas arriba y aguas abajo del sistema UPS
• Durante el mantenimiento de la UPS, las baterías o los equipos aguas abajo, se expone
la carga a una fuente de energía no protegida; por lo general, esto ocurre por lo menos
una vez al año con una duración de 2 a 4 horas
• Los niveles de eficiencia operativa son más bajos, ya que ninguna unidad se utiliza al
100%
• Existe un bus de carga por sistema, que es un punto de falla único
• Los equipos de la mayoría de los fabricantes necesitan interruptores estáticos externos
para compartir la carga equitativamente entre los dos módulos UPS; de lo contrario,
existirá un amplio margen de 15% en la distribución de la carga; este interruptor aumenta
el costo de los equipos y hace que el sistema sea más complejo
• Los equipos de la mayoría de los fabricantes necesitan un panel de bypass de
mantenimiento externo común; este panel aumenta el costo de los equipos y hace que el
sistema sea más complejo
Redundante distribuido
Las configuraciones redundantes distribuidas se utilizan muy frecuentemente en el mercado de hoy.
Este diseño se desarrolló a fines de la década de 1990 por iniciativa de una empresa de ingeniería que
deseaba proveer redundancia completa sin el costo que habitualmente se asociaba con esa capacidad.
Como base, este diseño utiliza tres o más módulos UPS con circuitos de entrada y salida
independientes. Los buses de salida independientes se conectan a la carga crítica por medio de
diversas unidades PDU y STS. Desde la entrada de la red eléctrica hasta la UPS, los diseños
redundante distribuido y de sistema más sistema (que se describe en la siguiente sección) son muy
similares. Ambos proveen la capacidad de mantenimiento concurrente y minimizan los puntos de falla
únicos. La diferencia principal es la cantidad de módulos UPS que se necesitan para proveer caminos
de energía redundantes para la carga crítica, y la organización de la distribución desde la UPS hasta la
carga crítica. A medida que crece el requisito de carga, “N”, la cantidad de módulos UPS disminuye, con
el consecuente ahorro de dinero.

15
Las Figuras 4 y 5 muestran una carga de 300 kW con dos conceptos de diseño redundante distribuido
diferentes. En la Figura 4 se utilizan tres módulos UPS en un diseño redundante distribuido que también
podría llamarse “sistema Catcher”. En esta configuración, el módulo 3 se conecta a la entrada
secundaria de cada STS y toma la carga ante la falla de cualquiera de los módulos UPS primarios. En
este sistema Catcher, el módulo 3 no suele tener carga.
Figura 4 – Configuración de UPS redundante distribuida “Catcher”
Red eléctrica A
Generador
ATS 1
ATS 2
ATS 3
Red eléctrica B
UPS 1 de
150 kW
UPS 2 de
150 kW
UPS 3 de
150 kW
STS 1 STS 2
PDU 1 PDU 2
Carga 1 de
100 kW
Carga 2 de
100 kW
Carga 3 de
100 kW
La Figura 5 muestra un diseño redundante distribuido con tres STS y la carga distribuida en partes
iguales entre los tres módulos durante el funcionamiento normal. La falla de cualquiera de los módulos
fuerza al STS a transferir la carga al módulo UPS que alimenta su fuente alternativa.
Es evidente en ambos casos la diferencia entre la distribución de energía entre cargas de cable doble y
cargas de cable simple. Las cargas de cable doble pueden alimentarse con dos unidades STS,
mientras que las cargas de cable simple solo pueden alimentarse con un único STS. Para las cargas de
cable simple, el STS es un punto de falla único. A medida que la cantidad de cargas de cable simple en
los centros de datos de hoy es cada vez menor, se vuelve más práctico y menos costoso utilizar varios
interruptores de transferencia pequeños en los puntos de uso cercanos a las cargas de cable simple.

16
En los casos en los que todas las cargas son de cable doble, esta configuración puede diseñarse sin
unidades STS.
Figura 5 – Configuración de UPS redundante distribuida
Red eléctrica A
Generador
ATS 1
ATS 2
ATS 3
Red eléctrica B
UPS 1 de
150 kW
UPS 2 de
150 kW
UPS 3 de
150 kW
STS 1 STS 2
PDU 1 PDU 2
Carga 1 de
60 kW
Carga 2 de
60 kW
Carga 3 de
60 kW
STS 3
PDU 3
Carga 4 de
60 kW
Carga 5 de
60 kW
Los sistemas redundantes distribuidos se eligen generalmente para instalaciones grandes y complejas
donde se requiere mantenimiento concurrente y muchas o la mayoría de las cargas son de cable
simple. Esta configuración también genera ahorros con respecto a una configuración 2N. Otros factores
relativos a la industria que impulsan el uso de configuraciones redundantes distribuidas son los
siguientes:
Mantenimiento concurrente: la posibilidad de cerrar completamente cualquier componente eléctrico en
particular, o subconjunto de componentes, para su mantenimiento o pruebas de rutina sin que sea
necesario transferir la carga a la red eléctrica.
Punto de falla único: un elemento del sistema de distribución eléctrica que en cierto punto causará
tiempo de inactividad si no se implementa en el sistema un componente con capacidad de bypass. Un
sistema de configuración N se compone esencialmente de una serie de puntos de falla únicos. La
eliminación desde el diseño de los puntos de falla únicos es la clave de la redundancia.

17
Interruptor estático de transferencia (STS): un STS tiene dos entradas y una salida. Por lo general toma
energía de dos sistemas UPS diferentes, y provee a la carga energía acondicionada proveniente de una
de ellas. Cuando falla uno de los circuitos de alimentación UPS primarios, el STS transfiere la carga al
circuito de alimentación UPS secundario en unos 4 milisegundos, lo que mantiene la carga con energía
protegida todo el tiempo. Esta tecnología se desarrolló a principios de la década de 1990, y se utiliza
comúnmente en configuraciones redundantes distribuidas.
La debilidad principal de este diseño es el uso de interruptores estáticos de transferencia. Estos
dispositivos son muy complejos y presentan modos de falla inesperados; el peor de esos modos de
falla causa que cada una de las dos entradas provoque el cortocircuito de la otra. En estos casos, el STS
se vuelve un punto de falla único, ya que puede causar la caída de la carga en las dos UPS
simultáneamente. Una falla en un STS puede propagarse aguas arriba y afectar todo el funcionamiento
del sistema. Por esta razón, el diseño “sistema más sistema” descrito en la siguiente sección ofrece
niveles de disponibilidad intrínseca mayores, en particular si los dispositivos de carga admiten la
alimentación redundante por cable doble.
Existen muchas opciones en una configuración STS y STS con varios grados de confiabilidad en el
mercado para considerar. En esta configuración, el STS está delante de la PDU (del lado de los 480
voltios). Esta es una aplicación común. Muchos especialistas creen justificadamente que ubicar el STS
del lado de los 208 voltios de dos PDU es más confiable. Así se configura una aplicación mucho más
costosa que la del STS de 480 voltios; se la analiza con mayor detalle en el Informe interno Nº 48 de
APC: “Comparación de la disponibilidad de diversas configuraciones energéticas redundantes de
montaje en rack”.
Cargas de cable simple: cuando el entorno está compuesto de equipos de cable simple, cada uno de
los equipos informáticos solo puede alimentarse con un STS único o un interruptor de transferencia para
montaje en rack. Acercar el interruptor a la carga es un requisito esencial para lograr un alto nivel de
disponibilidad en arquitecturas redundantes, como se demuestra en el Informe interno Nº 48 de APC. La
utilización de cientos de dispositivos de cable simple con un solo STS grande es un factor de gran
riesgo. La implementación de varios interruptores más pequeños que alimenten porcentajes menores
de las cargas podría mejorar la situación. Además, los interruptores de transferencia para montaje en
rack distribuidos no registran modos de falla que propaguen las fallas aguas arriba hacia los sistemas
de UPS múltiples, como es el caso de los STS más grandes. Por esta razón, el uso de interruptores de
transferencia para montaje en rack se está volviendo más frecuente, particularmente cuando solo una
fracción de la carga es de cable simple. El Informe interno Nº 62 de APC, “Alimentación de equipos de
cable único en un entorno de circuito doble”, expone las diferencias entre los STS y los interruptores de
transferencia de montaje en rack con mayor detalle.

18
Cargas de cable doble: a medida que pasa el tiempo, las cargas de cable doble se van aceptando como
estándar, por lo tanto el uso de los STS no es necesario. Las cargas pueden conectarse simplemente a
dos PDU separadas que se alimentan con sistemas UPS separados.
Sincronización de fuentes diversas: cuando se emplean unidades STS en un centro de datos, es
importante que los circuitos de alimentación de las dos UPS estén sincronizados. Si no se contempla el
control de la sincronización, es posible que los módulos UPS se desfasen, especialmente cuando el
suministro proviene de baterías.
Una solución para evitar una transferencia desfasada es instalar una unidad de sincronización entre los
dos sistemas UPS, lo que permite que las salidas de CA se sincronicen. Esto es particularmente clave
cuando los módulos UPS pierden el suministro de entrada y funcionan con baterías. La unidad de
sincronización asegura que todos los sistemas UPS estén sincronizados constantemente, para que
durante una transferencia en el STS, la energía esté completamente en fase, lo que evita una
transferencia desfasada y el posible daño a los equipos aguas abajo. Por supuesto, al agregar una
unidad de sincronización entre sistemas UPS independientes es posible que se registre un modo de
falla común, es decir, una falla que puede hacer que todos los sistemas UPS dejen de funcionar
simultáneamente.
Ventajas
• Permite el mantenimiento concurrente de todos los componentes si todas las cargas son
de cable doble
• Ahorro de costos en comparación con un diseño 2(N+1) debido a la menor cantidad de
módulos UPS
• Tiene caminos de energía separados para cualquier carga de cable doble que pueda
requerirse que proveen redundancia desde la entrada de la red eléctrica
• Puede realizarse el mantenimiento de los módulos UPS, el tablero de conmutación y otros
equipos de distribución sin transferir la carga al modo de bypass, lo que expondría la
carga a energía no acondicionada. Muchos diseños redundantes distribuidos no incluyen
un circuito de bypass de mantenimiento.
Desventajas
• Es una solución relativamente costosa en comparación con las configuraciones
anteriores, debido al uso generalizado de tableros de conmutación

19
• El diseño se basa en el funcionamiento adecuado de los equipos STS, que representan
puntos de falla únicos y causan modos de falla complejos
• La configuración es compleja; en instalaciones grandes que tienen muchos módulos
UPS, interruptores estáticos de transferencia y PDU, puede ser un verdadero desafío para
los administradores mantener los sistemas con cargas equitativas y saber qué sistema
abastece a cada carga
• Tiene modos de funcionamiento inesperados: el sistema tiene muchos modos de
funcionamiento y existen muchas transiciones posibles entre ellos. Es difícil poner a
prueba todos esos modos en condiciones previstas y de falla para verificar el
funcionamiento correcto de la estrategia de control y de los dispositivos de liberación de
fallas.
• Existen ineficiencias en la UPS debido al funcionamiento habitual con una carga menor a
la total
Redundancia con sistema más sistema
Sistema más sistema, buses paralelos múltiples, alimentación dual, 2(N+1), 2N+2, [(N+1) + (N+1)] y 2N
son nomenclaturas que hacen referencia a variaciones de esta configuración. En la actualidad, con este
diseño, es posible crear sistemas UPS que tal vez nunca requieran la transferencia de la carga a la red
eléctrica. Estos sistemas pueden diseñarse para eliminar todos los puntos de falla únicos posibles. Sin
embargo, cuantos más puntos de falla únicos se eliminan, más costoso es implementar el diseño. La
mayoría de las instalaciones con configuraciones de sistema más sistema se encuentran en edificios
independientes diseñados especialmente. No es infrecuente que los espacios que ocupan los
dispositivos de soporte de la infraestructura (salas de distribución eléctrica, UPS, baterías, equipos de
refrigeración, generador y red eléctrica) tengan el mismo tamaño que el espacio que ocupan los equipos
del centro de datos.
Este es el diseño más confiable y el más costoso de la industria. Puede ser muy sencillo o muy
complejo de acuerdo con la visión del especialista y las necesidades del propietario. Aunque se le dio
un nombre a esta configuración, los detalles del diseño pueden variar significativamente, y esto depende
otra vez de la visión y el conocimiento del especialista en diseño responsable de este trabajo. La
variación 2(N+1) de esta configuración, como se ilustra en la Figura 6, se basa en la utilización de dos
sistemas UPS paralelos redundantes. En un caso óptimo, estos sistemas UPS se alimentan con
tableros de conmutación independientes, incluso con redes eléctricas independientes y, en lo posible,
con sistemas de generadores independientes. El elevado costo de construir este tipo de infraestructura
se justifica de acuerdo con la importancia de los procesos que se lleven a cabo en el centro de datos y el

20
costo que provoque el tiempo de inactividad respecto de las operaciones. Muchas de las organizaciones
más grandes del mundo eligen esta configuración para proteger su carga crítica.
Figura 6 – Configuración de UPS 2(N+1)
ATS
en rack
UPS 1B de
300 kW
ATS
Red eléctrica
Generador
PDU 1
UPS 1A de
300 kW
Generador
ATS
UPS 2A de
300 kW
UPS 2B de
300 kW
PDU 2
Red eléctrica
Carga 1 de
100 kW
Carga 2 de
100 kW
Carga 3 de
100 kW
El costo de esta configuración se ve afectado por las consideraciones del especialista en diseño sobre
“hasta qué punto” deben duplicarse recursos para satisfacer las necesidades del cliente. El concepto
fundamental detrás de esta configuración requiere que cada uno de los equipos eléctricos pueda fallar o
apagarse manualmente sin que sea necesario que la carga crítica se transfiera a la red eléctrica. Son
muy comunes en los diseños 2(N+1) los circuitos de bypass que permiten que ciertas secciones del
sistema se cierren y se salteen utilizando una fuente alternativa que mantendrá la integridad redundante
de la instalación. Puede verse un ejemplo de este caso en la Figura 6: el circuito que vincula los tableros
de paneles de entrada de las UPS permite que una de las entradas de la red eléctrica se cierre sin que
se necesite cerrar uno de los sistemas UPS. En un diseño 2(N+1), la falla de un solo módulo UPS
simplemente hace que deba retirarse ese módulo del circuito y que los módulos que están conectados
en paralelo con ese tomen la carga adicional.
En el ejemplo que se muestra en la Figura 6, la carga crítica es 300 kW, por lo tanto, el diseño requiere
que se utilicen cuatro módulos UPS de 300 kW, y dos buses paralelos separados para conectar dos
módulos a cada uno. Cada bus alimenta la distribución necesaria para hacer llegar dos caminos

21
separados directamente a las cargas de cable doble. Las cargas de cable simple que se muestran en la
Figura 6 muestran de qué manera puede acercarse la redundancia a la carga con un interruptor de
transferencia. Sin embargo, las arquitecturas de potencia de nivel IV requieren que todas las cargas
sean de cable doble.
Por lo general, las empresas que eligen configuraciones “sistema más sistema” se preocupan más por
contar con alta disponibilidad que por el costo de lograrla. Estas empresas también tienen un gran
porcentaje de cargas de cable doble. Además de los factores que se analizaron en la sección sobre los
sistemas redundantes distribuidos, los factores que llevan a elegir esta configuración son los
siguientes:
Resistencia (confiabilidad): diseño de un sistema, y un edificio, que sea inmune a todas las
inclemencias de la naturaleza y a todos los tipos de fallas “en cascada” que puedan presentarse en los
sistemas eléctricos. La capacidad de aislar y contener una falla; por ejemplo, los dos sistemas UPS no
deben ubicarse en la misma sala, y las baterías no deben estar en la misma sala que los módulos UPS.
La coordinación entre los disyuntores es un componente clave de estos diseños. Una coordinación
adecuada entre los disyuntores puede evitar que los cortocircuitos afecten grandes sectores del edificio.
Hacer que un edificio sea más resistente también conlleva tomar medidas para que sea más inmune a
eventos como huracanes, tornados e inundaciones, de acuerdo con la ubicación del edificio. Algunos
ejemplos de estrategias para crear esta clase de inmunidad son: no ubicar los edificios en zonas que
presentan una tasa de inundaciones anual de 1/100, evitar zonas bajo rutas de vuelo, especificar el uso
de paredes gruesas y eliminar ventanas.
Interruptor estático de transferencia (STS): con el surgimiento de equipos informáticos que admiten la
modalidad de cable doble, pueden eliminarse estos dispositivos, junto con los perjudiciales modos de
falla asociados, lo que produce un incremento significativo en la disponibilidad del sistema.
Cargas de cable simple: para sacar el mayor provecho de los beneficios de redundancia de los diseños
“sistema más sistema”, las cargas de cable simple deben conectarse a interruptores de transferencia
por rack. Los beneficios de esta práctica se muestran en el Informe interno Nº 48 de APC, “Comparación
de la disponibilidad de diversas configuraciones energéticas redundantes de montaje en rack”.
Ventajas
• Los dos caminos de energía hacen que no exista ningún punto de falla único; por lo tanto
tiene una alta tolerancia a las fallas

22
• La configuración ofrece redundancia completa desde la entrada de la red eléctrica hasta
las cargas críticas
• En los diseños 2(N+1), sigue existiendo redundancia en la UPS, incluso durante el
mantenimiento concurrente
• Puede realizarse el mantenimiento de los módulos UPS, el tablero de conmutación y otros
equipos de distribución sin transferir la carga al modo de bypass, lo que expondría la
carga a energía no acondicionada
• Es más fácil mantener los sistemas con cargas equitativas y saber qué sistema abastece
a cada equipo
Desventajas
• Es la solución con el costo más alto, debido a la gran cantidad de componentes
redundantes
• La eficiencia en la UPS disminuye debido al funcionamiento habitual con una carga
menor a la completa
• Los edificios convencionales no están bien preparados para grandes instalaciones
“sistema más sistema” de alta disponibilidad que requieran la separación en diferentes
compartimentos de los componentes redundantes
Selección de la configuración adecuada
Entonces, ¿cómo elige una empresa la alternativa que más le conviene? Otra vez, las consideraciones
para elegir la configuración apropiada son:
• Costo/ impacto del tiempo de inactividad: ¿cuánto dinero circula por la empresa por
minuto? ¿Cuánto tiempo lleva recuperar los sistemas luego de una falla? La respuesta a
esta pregunta ayudará a orientar el tratamiento del presupuesto. La situación es muy
diferente si la respuesta es US$10.000.000/ minuto o US$1.000.000/ hora.
• Tolerancia a los riesgos: por lo general, las empresas que no experimentaron una falla
importante tienen una tolerancia a los riesgos mayor que las que sí. Las empresas
inteligentes aprenden a partir de lo que las demás empresas en la industria ponen en
práctica. Este proceso se llama “benchmarking” y puede llevarse a cabo de muchas
maneras. Cuanto menos tolerante a los riesgos es una empresa, más necesidad tiene
de operaciones confiables y capacidad de recuperación de desastres.

23
• Requisitos de disponibilidad: ¿cuánto tiempo de inactividad puede tolerar la empresa en
un año típico? Si los sistemas deben funcionar constantemente, debe incluirse en el
presupuesto un diseño de alta disponibilidad. Sin embargo, si el sistema puede cerrarse
todas las noches después de las 10:00 PM y la mayor parte de los fines de semana, la
configuración UPS no necesita un diseño más complejo que el paralelo redundante.
Todas las UPS necesitan mantenimiento en algún momento y los sistemas UPS fallan de
manera periódica y un tanto impredecible. Cuanto menos tiempo se pueda programar
para mantenimiento en el año, más necesarios serán para el sistema los elementos de
un diseño redundante.
• Tipos de cargas (de cable simple vs. de cable doble): las cargas de cable doble
representan una verdadera oportunidad para aprovechar en un diseño la capacidad de
redundancia, pero el concepto del diseño “sistema más sistema” se creó antes de que
existieran los equipos de cable doble. Sin duda, la industria de fabricación de
computadoras respondió a las necesidades de los clientes cuando comenzaron a
producirse cargas de cable doble. La naturaleza de las cargas dentro del centro de datos
ayudan a orientar las iniciativas de diseño, pero nos es tan definitoria como los otros
factores enumerados.
• Presupuesto: El costo de implementar un diseño 2(N+1) es significativamente mayor, en
todos los aspectos, que el de un diseño de capacidad, un diseño paralelo redundante e
incluso uno redundante distribuido. Como ejemplo de las diferencias de costos para un
centro de datos grande, un diseño 2(N+1) puede requerir treinta módulos de 800 kW
(cinco módulos por cada bus paralelo y seis buses paralelos). Un diseño redundante
distribuido para la misma instalación requiere solamente dieciocho módulos de 800 kW,
lo que implica un ahorro muy considerable.
El diagrama de flujo que se presenta en la Figura 7 es un punto de partida muy útil para seleccionar la
configuración de diseño de sistema UPS correcta para una aplicación en particular. Para diseños con
poca redundancia de componentes o sin redundancia, los períodos de tiempo de inactividad por
mantenimiento no pueden evitarse. Si este tiempo de inactividad es inaceptable, entonces debe
seleccionarse un diseño que permita el mantenimiento concurrente. Siguiendo las preguntas del
diagrama de flujo, puede identificarse el sistema apropiado.

24
Figura 7 – Árbol de decisión para la selección de configuraciones de diseño
¿Los negocios pueden
tolerarestar sin sistemas12
horas por semestre y24horas
anuales paraque se realicen
tareas demantenimiento?
SÍ
NO
¿Los negocios pueden
tolerarestar sin sistemas12
horas anuales paraque se
realicen tareas de
mantenimiento?
SÍ
NO
¿Los negocios necesitan
redundanciatotal en cada
sistema durante los períodos de
mantenimiento?
SÍNO
De capacidad o sistema"N"
Paralelo redundante o
sistema "N+1"
Sistema más sistema:2(N+1)Sistema más sistema: 2N

25
Conclusiones
La infraestructura energética es clave para la operación exitosa de los equipos de un centro de datos.
Existen diversas configuraciones UPS que pueden implementarse, cada una con sus ventajas y
limitaciones. Si se comprenden las necesidades de disponibilidad, la tolerancia a los riesgos y el
presupuesto de un negocio, es posible seleccionar un diseño adecuado. Como se demuestra en el
análisis incluido en este informe, las arquitecturas 2(N+1) que alimentan cargas de cable doble
directamente proveen la disponibilidad más alta al ofrecer redundancia total y eliminar los puntos de falla
únicos.
Acerca del autor:
Kevin McCarthy es Consultor de Tecnología Senior para APC; trabaja en el Equipo de Especialistas de
Campo. Kevin es Ingeniero en Electricidad egresado de la Ohio State University en 1984, con una
segunda especialización en Ciencias Informáticas. Ha pasado 17 años diseñando centros de datos.
Recientemente, Kevin trabajó para EYP Mission Critical, donde ocupó el cargo de Socio Gerente en las
oficinas de Washington DC. Kevin publicó artículos en importantes publicaciones de la industria y disertó
en 7x24 Conferences y en muchos otros eventos de la industria.

26
Apéndice – Análisis de la disponibilidad
Se realiza un análisis de la disponibilidad para cuantificar las diferencias en los niveles de
disponibilidad de las cinco configuraciones que se presentan en este informe. Los detalles de este
análisis se muestran a continuación.
Enfoque basado en el análisis de la disponibilidad
El Centro de Estudios de la Disponibilidad de APC utiliza un enfoque integral basado en el análisis de la
disponibilidad para calcular los niveles de disponibilidad. Ese enfoque utiliza una combinación de dos
modelos, el diagrama de bloques de confiabilidad (RBD) y el de espacio de estado, para ilustrar la
disponibilidad del suministro energético en la salida para estas cinco configuraciones. Los RBD se
utilizan para representar subsistemas de la arquitectura y los diagramas de espacio-estado, también
llamados diagramas de Markov, se utilizan para representar los varios estados en los que puede
ingresar la arquitectura eléctrica. Por ejemplo, cuando la red eléctrica falla, la UPS pasa al modo de
alimentación a batería. Todas las fuentes de datos para el análisis fueron provistas por terceros
reconocidos por la industria como el IEEE y el RAC. Estos niveles estadísticos de disponibilidad se
basan en supuestos validados por separado.
Joanne Bechta Dugan, Ph.D., profesora de la University of Virginia:
“Creo que los análisis son creíbles y la metodología es sólida. La combinación de diagramas de
bloques de confiabilidad (RBD) y modelos de recompensas de Markov (MRM) es una excelente opción
que permite aprovechar la flexibilidad y precisión del MRM y la sencillez del RBD”.
Datos utilizados en el análisis
Los datos utilizados para incluir los componentes en el modelo provienen de terceros. En este análisis
se incluyen los siguientes componentes clave:
1. Terminaciones
2. Disyuntores
3. Sistemas UPS
4. Unidades de distribución de energía (PDU)
5. Interruptor estático de transferencia (STS
6. Generador
7. Interruptor automático de transferencia (ATS)
La PDU se divide en tres subcomponentes básicos: disyuntores, transformador reductor y
terminaciones. El subpanel se evalúa en base a un interruptor principal, un disyuntor para el circuito
derivado y terminaciones, todos en serie.

27
Supuestos utilizados en el análisis
Es clave que el lector interprete correctamente los valores para la disponibilidad de las cinco
configuraciones. Para llevar a cabo un análisis de la disponibilidad de sistemas complejos, se deben
establecer ciertos supuestos para simplificar el análisis. Por lo tanto, las disponibilidades que se
presentan aquí serán más altas que las que se esperan en una instalación real. La Tabla A1 enumera
los supuestos básicos utilizados en este análisis.
Tabla A1 – Supuestos para el análisis
Supuesto Descripción
Tasas de fallas de los
componentes
Todos los componentes del análisis poseen una tasa de fallas constante. Este es el mejor
supuesto, dado que los equipos serán utilizados solo por un período igual a su vida útil
calculada. Si los productos se utilizaran más allá de su vida útil, entonces deberían incluirse
aspectos no lineales en la tasa de fallas.
Equipos de reparación Se supone que, para una cantidad “n” de componentes en serie, se dispone de “n” personas en
el equipo de reparación.
Los componentes del sistema
siguen funcionando
Se supone que todos los componentes del sistema siguen funcionando mientras se reparan los
componentes que fallaron.
Independencia de las fallas En estos modelos se supone que las arquitecturas descritas se construyeron de acuerdo con las
mejores prácticas de la industria, lo que da como resultado una probabilidad muy baja de fallas
por causas comunes y propagación debido al aislamiento físico y eléctrico. Este supuesto no se
aplica completamente a las arquitecturas redundantes distribuidas, porque el interruptor estático
de transferencia puede causar que dos de las tres UPS fallen, lo que haría colapsar toda la
arquitectura. Esta falla por causa común se incluyó en los modelos de las dos arquitecturas
redundantes distribuidas.
Tasa de fallas del cableado El cableado entre los componentes dentro de las arquitecturas no se consideró para los cálculos
dado que tiene una tasa de fallas demasiado baja para permitir una predicción con certeza y
pertinencia estadística. Además, análisis previos demostraron que una tasa de fallas tan baja
afecta mínimamente la disponibilidad total. Todavía no se determinó la tasa de fallas para las
terminaciones más importantes.
Error humano El tiempo de inactividad debido a los errores humanos no se consideró en este análisis. Aunque
la mencionada es una causa significativa del tiempo de inactividad de un centro de datos, el
análisis de estos modelos se centra en la comparación de las arquitecturas de las infraestructuras
energéticas y en la identificación de las debilidades físicas de estas.
Además, no existen datos relacionados con la forma en que los errores humanos afectan la
disponibilidad.
La disponibilidad de la
energía es la medida clave
Este análisis provee información relacionada con la disponibilidad de la energía. La disponibilidad
de los procesos de negocios normalmente será menor, ya que la recuperación de la energía no
da como resultado inmediato la recuperación de la disponibilidad de los negocios. Por lo general,
los sistemas informáticos tienen un tiempo de reinicio que se suma al tiempo de falta de
disponibilidad; el primero no se consideró en este análisis.
Definición de falla basada en
el Gold Book del IEEE,
estándar 493-1997; práctica
recomendada por el IEEE
Cualquier problema con un componente de un sistema energético que cause que se presente
cualquiera de estos problemas:
— Cierre de la planta parcial o total, o funcionamiento de la planta por debajo de los estándares
— Rendimiento inaceptable de los equipos del usuario

28
para el diseño de sistemas
energéticos confiables
industriales y comerciales
— Operación de los relés eléctricos de protección u operación de emergencia del sistema
eléctrico de la planta
— Desenergización de circuitos o equipos
Datos sobre tasas de falla y recuperación
La tabla A2 incluye los valores y fuentes de datos de la tasa de fallas 





MTTF
1
y la tasa de
recuperación 





MTTR
1
para cada subcomponente, donde MTTF es el tiempo medio entre fallas y
MTTR es el tiempo medio de recuperación.
Tabla A2 – Componentes y valores
Componente Tasa de
fallas
Tasa de
recuperación
Fuente de datos Comentarios
Red eléctrica sin
rectificar
3,887E-003 30,487 EPRI: se reunieron los datos de
la red eléctrica y se calculó un
promedio ponderado de todos
los eventos registrados en la
potencia distribuida.
Este dato depende en gran
medida de la ubicación
geográfica.
Generador con
motor Diesel
1,0274E-04 0,25641
Gold Book del IEEE, estándar
493-1997, Página 406
La tasa de falla se basa en las
horas operativas. 0,01350
fallas por intento de
encendido, de acuerdo con la
Tabla 3-4, página 44.
Interruptor
automático de
transferencia
9,7949E-06 0,17422
Encuesta sobre confiabilidad/
disponibilidad, informe Nº 4489
de ASHRAE
Se utiliza para transferir la
fuente eléctrica de la red
eléctrica al generador y
viceversa.
Terminación, 0-
600 V
1,4498E-08 0,26316
493-1997, Página 41
Se utiliza para conectar dos
conductores.
6 terminaciones 8,6988E-08 0,26316
6 x valor IEEE
Calculado a partir del valor del
Gold Book de IEEE, estándar
493-1997, Página 41
Aguas arriba del
transformador, hay una
terminación por conductor.
Como hay 2 sets de
terminaciones entre los
componentes, se utiliza un total
de seis terminaciones.
8 terminaciones 1,1598E-07 0,26316
8 x valor IEEE
Calculado a partir del valor del
Gold Book de IEEE, estándar
493-1997, Página 41
Aguas abajo del
transformador, hay una
terminación por cada
conductor más el neutro.

29
Como hay 2 sets de
terminaciones entre los
componentes, se utiliza un total
de ocho terminaciones.
Disyuntor 3,9954E-07 0,45455
493-1997, Página 40
Se lo utiliza para aislar
componentes del suministro
eléctrico para mantenimiento o
contención de fallas.
Fijo (incluye caja moldeada),
0-600 A
Transformador
reductor de la
PDU
>100 kVA
7,0776E-07 0,00641
El MTBF fue tomado del Gold
Book del IEEE, estándar 493-
1997, Página 40; El MTTR es el
promedio indicado en datos de
Marcus Transformer y Square
D.
Se lo utiliza para reducir la
tensión de entrada de 480
VCA a tensiones de salida de
208 VCA, que son las
requeridas para cargas de
120 VCA.
Interruptor
estático de
transferencia
4,1600E-06 0,16667 Gordon Associates, Raleigh, NC
La tasa de fallas incluye los
controles; ASHRAE no
proveyó datos sobre la tasa
de recuperación para un STS
de este tamaño, así que se
utiliza el valor del STS de
600-1000 A.
UPS sin bypass
150 kW 3,64E-05 0,125
La tasa de fallas fue tomada de la
edición de febrero de 2001 de
Power Quality Magazine; la tasa
de recuperación se basa en el
supuesto de que se necesitan 4
horas para que el personal
técnico llegue al establecimiento
y 4 horas para reparar el
sistema.
UPS sin bypass. El MTBF es
de 27.440 horas sin bypass
según la “Guía de
aplicaciones de sistemas de
energía” de MGE.
Modelos de espacio-estado
Se utilizaron modelos de espacio-estado para representar los diversos estados en que pueden
funcionar cada una de las seis arquitecturas. Además de los datos sobre la confiabilidad, se definen
otras variables para el uso dentro de los modelos de espacio-estado (Tabla A3).

30
Tabla A3 – Variables del modelo de espacio-estado
Variable Valor Fuente de
datos
Comentarios
PbypassFailSwitch 0,001 Promedio de la industria Probabilidad de que el bypass no pueda transferir
la carga a la red eléctrica si falla la UPS.
Pbatfailed 0,001 Gordon Associates,
Raleigh, NC
Probabilidad de caída de la carga de la UPS
cuando se pasa a alimentación a batería. Incluye
los controles.
Tbat 7 minutos La autonomía de la batería es la misma en todas
las configuraciones.
Pgenfail_start 0,0135 Gold Book del IEEE,
estándar 493-1997,
Página 44
Probabilidad de que el generador no encienda. La
tasa de falla se basa en las horas operativas.
0,01350 fallas por intento de encendido, de
acuerdo con la Tabla 3-4, página 44. Esta
probabilidad también tiene en cuenta el ATS.
Tgen_start 0,05278 Promedio de la industria Tiempo que tarda en encender el generador
después de un corte de energía. Es igual a 190
segundos.
Descripción del modelo de disponibilidad
El propósito de esta sección es proveer una reseña de cómo se llevó a cabo el análisis para la
configuración “de capacidad”. En las Figuras A1 a A3, se representa el modelo de disponibilidad para la
configuración “de capacidad” de la Figura 1. Los modelos para las configuraciones de UPS restantes se
crearon siguiendo la misma lógica.
La Figura A1 describe la relación en serie entre las partes aguas arriba y aguas abajo de la
configuración “de capacidad”. El bloque “aguas arriba” representa todos los componentes ubicados
entre la red eléctrica y la UPS inclusive. El bloque “aguas abajo” representa todos los componentes
ubicados a continuación de la UPS y hasta el disyuntor de salida del transformador inclusive.
Figura A1 – RBD de nivel superior, que representa los caminos aguas arriba y aguas abajo
A g u a s
a b a j o
A g u a s
a r r i b a
Dentro del bloque “Entrada de energía” está el diagrama de Markov utilizado para calcular la
disponibilidad de los componentes aguas arriba que alimentan los componentes aguas abajo. Los
bloques de la parte superior de la Figura A2 representan los componentes individuales del bypass, el
sistema UPS, el generador, el interruptor automático de transferencia (ATS) y la red eléctrica,

31
respectivamente. Las tasas de falla y recuperación de estos bloques se ingresan en el diagrama de
Markov, que da como resultado la disponibilidad total para todo el bloque “Aguas arriba”.
Figura A2 – Diagrama de Markov para componentes aguas arriba
Bypass Path
λBypass
µBypass
UPS System
λUPS
µUPS
µUPS
λUPS*PbypassFailSwitch UPS_and_Bypass_Failed
0
µUPS
1/((1/µPower)*λPower/(λPower+λBypass+λUpstream)+(1/µBypass)*λBypass/(λPower+λBypass+λUpstream)+(1/µUpstream)*λUpstream/(λPower+λBypass+λUpstream))
λUpstream+λPower+λBypass FailedFromBypass
0
λUPS*(1-PbypassFailSwitch)
OnBypass
1
λPower*Pbatfailed
((1-Patsfail_Switch)*(1-Pgenfail_start)*(1/Tgenstart))*(1-R)
µUpstream
1/Tbat
λUpstream*Pbatfailed
Fail_Upstream
0
µPower
µGen
λGen
gen_failed
0
ATS Path
λUpstream
µUpstream
λUpstream*(1-Pbatfailed)
OnBatt_Upstream_Failure
1
Gen Path
λGen
µGen
Utility Path
λPower
µPower
µPower
(Pgenfail_start*(1/Tbat)+Patsfail_Switch*(1/Tbat)-(Pgenfail_start*Patsfail_Switch)*(1/Tbat))*(1-R)
µPower*(1-Patsfail_Switch)
((1-Patsfail_Switch)*(1-Pgenfail_start)*(1/Tgenstart))*(1-R)
On_Gen
1
µPower*R
λPower*(1-Pbatfailed)
Failed_NoPower
0
On_Batt
1
Normal
1
La Figura A3 representa los componentes que forman el bloque “Aguas abajo” en la Figura A1. Para las
configuraciones redundantes distribuidas (Figuras 4 y 5), el STS se agrega al comienzo de esta cadena
de componentes.

32
Figura A3 – Diagrama de componentes aguas abajo
=0.45455
=3.9954e- 007
=0.263158
=1.1598e-007
Transformador
superior a
100 kVA
=0.00641
=7.0776e- 007
Disyuntor
inferior a
600 A
=0.45455
=3.9954e- 007
=0.263158
=8.6988e-008
6
Terminaciones
inferiores a
600 V
µ = 0.263158
λ= 8.6988e- 008
6
Terminaciones
inferiores a
600 V
8
Terminaciones
inferiores a
600 V
Disyuntor
inferior a
600 A
λ λ
λλλ
µ µ
µµµ
Resultados
La tabla A4 ilustra los resultados del análisis para las cinco configuraciones de UPS.
Tabla A4 – Resultados del análisis
Configuración de UPS Número
de figura
Disponibilidad
“De capacidad” de módulo simple 1 99,92%
Redundante aislada 2 99,93%
Paralela redundante (N+1) 3 99,93%
Redundante distribuida “Catcher” 4 99,9989%
Redundante distribuida 5 99,9994%
2(N+1) 6 99,99997%

Topologi upss

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

Similar a Topologi upss

Similar a Topologi upss (20)

Último

Último (9)

Topologi upss