Consideraciones armónicas para centros de datos
Por Rick Hombsch
DDirector de Ingeniería – MTE
¿Qué son los armónicos?
En un sistema eléctrico, los armónicos se refieren a distorsiones no deseadas en la señal de potencia que alteran la forma de onda eléctrica, normalmente suave. Los armónicos son causados por cargas no lineales, es decir, cargas que consumen corriente que no es una onda sinusoidal pura e incluyen componentes tanto fundamentales como no fundamentales. El tipo más común es un rectificador trifásico utilizado en variadores de frecuencia. El contenido armónico suele resumirse en un único valor denominado distorsión armónica.
Fuentes de armónicos en centros de datos
El uso de cargas no lineales suele deberse al aumento de eficiencia que se consigue con ellas. Las distintas cargas armónicas presentan características armónicas únicas. Las cargas armónicas típicas que se encuentran en los centros de datos son causadas por enfriadoras, bombas, ventiladores y unidades de distribución de refrigerante (CDU).
Impactos de los armónicos
Las corrientes armónicas viajan a través de toda la infraestructura y pueden provocar un calentamiento adicional en los componentes situados aguas arriba, incluidos los transformadores e incluso el cableado.
La distorsión armónica de corriente (THID) genera una distorsión armónica de voltaje que afecta a todos los componentes conectados al sistema. Esta distorsión puede provocar fallos en los equipos y un rendimiento inconsistente. Incluso es posible que se produzca un fallo total del equipo. En general, las distorsiones armónicas pueden tener un impacto significativo en la fiabilidad del centro de datos.
Solución: SyntriX AHF™
Los filtros armónicos activos miden los armónicos del sistema y generan antiarmónicos para cancelarlos. Los filtros activos tradicionales utilizan tecnología basada en transistores bipolares de puerta aislada (IGBT). El SyntriX AHF™ de MTE aprovecha la tecnología de carburo de silicio (SiC), lo que puede resultar en un aumento de la eficiencia del sistema de hasta un 1 % en comparación con un filtro IGBT. Para los centros de datos con un consumo energético significativo, esta diferencia del 1 % es sustancial.
Además de una mayor eficiencia, la tecnología SiC del SyntriX AHF™ también permite reducir el tamaño hasta en un 30 % en comparación con unidades IGBT de tamaño similar.
Cómo especificar
Los filtros armónicos activos se especifican en función de la corriente de corrección requerida. La corriente de corrección se puede estimar utilizando solo dos valores, la corriente de carga (IL) multiplicado por la distorsión armónica de corriente (THID). Este cálculo se realiza para cada carga no lineal y se suman para determinar la corriente de corrección total.
Las cargas no lineales típicas tendrán un valor THID de alrededor del 30-40%. Este rango puede utilizarse para estimar los requisitos de los filtros de armónicos.
Donde se implementan los filtros
Los filtros armónicos activos se implementan conectándolos a la misma fuente de tensión que las cargas no lineales. Posteriormente, se conectan transformadores de corriente (TC) aguas arriba para medir la corriente que se va a corregir. Una posible ubicación para la implementación de filtros activos es en el cuadro de distribución (véase la figura 1).
Figura 1: Implementación del filtro activo en el cuadro de distribución
Otra posible ubicación son las salidas de los sistemas UPS. Estos sistemas no están diseñados para soportar altas corrientes armónicas. Se implementan filtros activos en la salida de los sistemas UPS que soportan cargas no lineales. (Véase la figura 2).
Figura 2: Implementación del filtro activo del SAI
Una de las principales fuentes de armónicos en los centros de datos son los sistemas de refrigeración. Debido a la gran cantidad de armónicos que produce cada sistema, la mitigación de armónicos suele abordarse en cada equipo. Los armónicos pueden mitigarse mediante soluciones de filtrado pasivas (Figura 3) o activas (Figura 4).
Figura 3: Implementación de un enfriador con filtro pasivo
