El papel de los condensadores en los sistemas UPS

Los condensadores son componentes esenciales en un Sistema UPS (sistema de alimentación ininterrumpida)Realiza funciones vitales como suavizar, filtrar y almacenar energía. Un SAI típico contiene varios tipos de condensadores, tanto en la sección de alimentación principal como en las placas de circuito impreso (PCB).

Los condensadores suelen estar revestidos en cilindros de aluminio o cromado y constan de dos superficies conductoras (generalmente placas o electrodos metálicos) separadas y aisladas por un medio dieléctrico. La cantidad de carga que un condensador puede almacenar se mide en faradios y se determina por el espesor de la capa dieléctrica y la superficie de las placas conductoras.

Los condensadores en la sección de potencia de un sistema UPS se pueden clasificar de la siguiente manera:

1. Condensadores de entrada de CAForman parte del filtro de entrada del SAI y/o de la etapa de corrección del factor de potencia. Gestionan la alimentación de red y desempeñan un papel crucial en la suavización de los transitorios de entrada, la reducción del ruido de conmutación reflejado y la minimización de la distorsión armónica.
2. Condensadores de salida de CAEstos condensadores forman parte de los filtros de salida del SAI. Ayudan a controlar la forma de onda del voltaje de salida suministrado a la carga crítica y proporcionan potencia reactiva.
3. Condensadores de CCEstos condensadores son un componente clave del sistema de rectificación y almacenamiento de energía. Suavizan las fluctuaciones de tensión (también conocido como filtrado de la tensión de alimentación) y almacenan energía durante breves periodos durante las transiciones entre la red eléctrica y la batería, garantizando un suministro ininterrumpido a la carga crítica.

Todos los capacitores del sistema UPS están expuestos a conmutación de alta frecuencia, cargas del UPS y estrés físico/eléctrico del entorno operativo.

¿Cuánto duran los condensadores?

Los condensadores, junto con las baterías, se encuentran entre los componentes más vulnerables de un Sistema UPS y son propensos a fallar con el tiempo. Se degradan a medida que el electrolito, el papel y el papel de aluminio que contienen se descomponen física y químicamente. Factores como el calor excesivo o la alta corriente pueden acelerar esta degradación.

Si bien un condensador con buena clasificación puede durar hasta 10 años en condiciones favorables, las mejores prácticas de la industria recomiendan reemplazar los condensadores entre 4 y 8 años para evitar el riesgo de una falla grave. En ciertas situaciones, los condensadores pueden requerir reemplazo incluso después de 4 años, especialmente en puestos o entornos exigentes.

Factores que afectan la vida útil del condensador

Varios factores pueden acortar la vida útil de un condensador:

1. Corriente excesivaLos condensadores expuestos a corrientes superiores a su capacidad nominal sufrirán daños. Si bien las ráfagas cortas de alta corriente de rizado pueden ser inofensivas, la exposición prolongada puede causar sobrecalentamiento y fallo prematuro.
2. Uso excesivoCuanto más se esfuerce un condensador, más rápido se degradará. Si filtra con frecuencia niveles altos de ruido de tensión o transitorios, el desgaste del condensador será más rápido.
3. Calor excesivoEl calor puede provocar la evaporación del electrolito dentro del condensador, lo que genera una presión interna peligrosa. Este calor puede provenir de factores internos, como un filtro de aire obstruido, o de factores externos, como altas temperaturas ambientales en la ubicación del SAI.

Señales de falla del condensador

Los ingenieros de servicio pueden identificar posibles fallas de los capacitores a través de varios indicadores durante el mantenimiento de rutina del UPS:

1. Fuga de aceite:La fuga de aceite aumenta la temperatura y la impedancia dentro del condensador.
2. Deformación:Causado por calor excesivo o fugas de fluido interno.
3. Cables quemados:La sobrecorriente puede dañar los cables conectados al capacitor, lo cual se puede detectar mediante imágenes térmicas.
4. Protuberancia de la tapa de la válvula quemada:Esto indica tensión interna y puede provocar una falla si se rompe la protuberancia.
5. Aumento de temperaturaMonitorear la temperatura es fundamental. Un aumento de la temperatura interna, detectable con un termómetro o una cámara termográfica, indica un fallo en el condensador.
6. Caída de capacitanciaCon el tiempo, la estructura interna de un condensador se degrada, lo que provoca que su capacitancia caiga fuera de los límites de tolerancia. Esto se puede medir con un medidor de capacitancia, disponible en la mayoría de los multímetros digitales de calidad.

¿Qué sucede cuando falla un condensador?

Las fallas de los condensadores generalmente se dividen en dos categorías:

1. Falla abiertaEl condensador deja de funcionar, pero muestra poca evidencia visible de falla. Este tipo de avería puede pasar desapercibida, pero aun así afecta el rendimiento del SAI.
2. Fallo de cortocircuitoEl condensador pierde material dieléctrico, lo que puede causar daños visibles e incluso producir un chasquido. Esta falla es aún más grave, ya que el electrolito es conductor y corrosivo, pudiendo dañar los componentes circundantes.

En algunos casos, un condensador puede fallar gradualmente, perdiendo su tolerancia sin signos evidentes.

Algunos condensadores, especialmente los electrolíticos, incorporan válvulas o tapas de alivio de presión para permitir la liberación controlada de la presión interna en caso de fallo. Sin embargo, esto puede provocar un aumento de temperatura y el riesgo de fuga de electrolito.

Consecuencias de una falla del condensador en un SAI

Los efectos de una falla de condensador en un SAI dependen del tipo de falla y de la configuración de los condensadores (en serie o en paralelo). En sistemas con varios condensadores, una falla puede no afectar inmediatamente el rendimiento, ya que los condensadores restantes pueden compensar la pérdida de funcionalidad. Sin embargo, incluso una sola falla de un condensador puede degradar el rendimiento del SAI, reduciendo la capacidad de filtrado, aumentando el ruido y la distorsión armónica, disminuyendo el almacenamiento de energía e incluso dañando las cadenas de baterías.

En casos extremos, una falla grave del capacitor puede forzar al UPS a pasar al modo bypass, lo que deja la carga crítica desprotegida.

Las consecuencias específicas del deterioro de los condensadores de CA incluyen:

• Aumento de la distorsión del inversor
• Inestabilidad del sistema, especialmente en configuraciones paralelas
• Averías repentinas con ruido y humos, que pueden dañar otros componentes del SAI
• Tiempo de inactividad no programado
• Aumento de los costes de mantenimiento y reparaciones
• Riesgos de incendio o explosión por fallo del condensador

Conclusión

Los condensadores son vitales para el funcionamiento eficiente de Sistemas UPS, que desempeñan un papel en el filtrado, el almacenamiento de energía y el mantenimiento de la estabilidad del voltaje. Con el tiempo, su rendimiento puede deteriorarse debido al calor, el exceso de corriente y el uso excesivo. El mantenimiento regular y el reemplazo oportuno de los condensadores pueden ayudar a prevenir fallas importantes y garantizar el funcionamiento continuo y confiable de los sistemas SAI.