Especial averías electrónicas: Tormentas eléctricas y pérdida de datos

1. Introducción

Cualquier equipo electrónico dispone de una serie de medidas protectoras para evitar que alteraciones en la fuente de alimentación, produzca daños en sus componentes que afecten a su funcionamiento. Pero, como cualquier medida de protección, sólo podrá soportar incidencias que se encuentren dentro de unos límites.

Las compañías proveedoras de suministro eléctrico deben controlar que el voltaje y la frecuencia de la señal suministrada se encuentre en perfecto estado.

No obstante hay múltiples motivos por los que, efectos indeseados, producen una alteración de estos valores nominales.

Los principales efectos que producen daños en nuestros equipos por causas eléctricas son los siguientes:

  • Fluctuaciones lentas de la tensión
  • Bajadas y subidas de tensión
  • Sobretensiones e impulsos de corta duración
  • Cambios de frecuencia


2. Causas que producen averías electrónicas

Las causas por las que se producen estos efectos indeseados son varias:

  • Conmutaciones de compañías eléctricas.
  • Actuación de dispositivos de protección de redes.
  • Cortocircuitos.
  • Entrada / Salida de cargas inductivas.
  • Conmutaciones de máquinas de gran potencia.
  • Alteraciones producidas por equipos conectados en la misma red.
  • Descargas electroestáticas (ESD).
  • Transferencias de energía (grupos electrógenos).
  • Causas Naturales, principalmente los rayos.

tormentas eléctricasLa caída de un rayo directo cercano a una línea de red eléctrica produce diversos efectos en dichas líneas que provocan una sobre tensión sobre las mismas y un aumento de potencial de la tierra a la que están conectadas. La corriente generada por un rayo típico puede alcanzar unos valores entre 5 y 150 KA (Kilo amperios) con unos tiempos de subida de 0,1 a 5 más (milisegundos) y de 20 a 300 más de duración total.

Estos niveles de perturbación, si llegan hasta la entrada de nuestros equipos electrónicos, no pueden ser asumidos por los componentes instalados para su protección. Por decirlo de una manera sencilla, si tenemos un fusible a la entrada de la fuente de alimentación que tarda 1 más en cortar la entrada cuando se produce una sobre tensión, para cuando actúa dicho sistema de protección el pico ya ha accedido a componentes internos destruyéndolos y por tanto tornando inoperativo dicho equipo.

Las descargas electroestáticas son una causa importante de daños en los equipos electrónicos, sus efectos son menos “espectaculares” que los causados por las tormentas eléctricas pero no por ello menos dañinos. Algunos datos informales cifran entre un 8 y un 33 % el número de equipos “perdidos” por las descargas electroestáticas.

El fenómeno de descarga se produce cuando se tocan dos cuerpos que se encuentran a diferente potencial eléctrico y en ese contacto igualan su potencial transfiriendo electrones entre ellos, esta transferencia de electrones es en sí misma una corriente eléctrica. Para hacernos una idea sobre lo dañino que puede ese leve cosquilleo que se produce al rozarnos con alguien que nos encontramos en nuestro camino, basta con decir que: Al andar sobre una moqueta podemos llegar a alcanzar una tensión de 35.000V, y cuando lo hacemos sobre azulejos 12.000V, una bolsa de plástico puede llegar a alcanzar 20.000V que al cogerla produzca esa descarga de la que hemos hablado.

Durante 2006, el 16,50% de los dispositivos que entraron en el laboratorio de Recovery Labs sufrían averías electrónicas, situándose como la segunda avería más importante.

informe_2006_4

Ver Informe Anual completo 2006

Algunos ejemplos de averías electrónicas:
averia_electronica3. Recuperación de datosaveria_electronica2_Recuperación de datosaveria_electronica1_Recuperación de datos

3. Medidas

Podemos tomar diferentes medidas para protegernos frente a estas posibles averías:

Una de las cosas buenas que tienen las tormentas es que, normalmente, son predecibles y podemos desconectar nuestros equipos cuando éstas se van a producir. Decimos desconectar, no siendo suficiente apagarlos ya que la subida de tensión entraría por los cables conectados destruyendo la fuente y cuantos componentes pueda alcanzar en su camino.

Pero si por otros motivos el equipo necesita estar siempre funcionando o conectado podemos utilizar un limitador de tensión o un SAI (Sistema de Alimentación Ininterrumpido).


3.1. Limitadores de tensión

Un limitador o recortador es un circuito que permite, mediante el uso de resistencias y diodos, eliminar tensiones que no nos interesa que lleguen a un determinado punto de un circuito. Mediante un limitador podemos conseguir que a un determinado circuito le lleguen únicamente tensiones positivas o solamente negativas, no obstante esto también puede hacerse con un sólo diodo formando un rectificador de media onda, de forma que nos vamos a centrar en un tipo de limitador que no permite que a un circuito lleguen tensiones que podrían ser perjudiciales para el mismo.

Recortador sin polarizar

Imaginemos que en un caso como en el de la figura, no nos interesa que al circuito que estamos protegiendo (en este caso el elemento que vamos a proteger es la resistencia de carga RL) le lleguen tensiones superiores a 0.7 V, tanto positivos como negativos. Montando los dos diodos y la resistencia limitadora como se vé en la figura, nosotros conseguimos que cualquier tensión que exceda de 0.7 V o disminuya de -0.7 V, se vea recortada por los diodos. Estos 0.7 V de los que hablamos son la barrera de potencial del diodo. Hay que tener en cuenta que la resistencia limitadora (Rlim) es mucho menor que la resistencia de carga (RL), de este modo la tensión que cae en la resistencia limitadora es prácticamente nula y podemos despreciarla.

Aunque la resistencia limitadora pueda parecer innecesaria, es importante entender que en realidad es parte imprescindible del limitador, ya que si no estuviera conectada, al polarizarse uno de los diodos directamente (los dos diodos no pueden estar polarizados directamente al mismo tiempo), este comenzaría a conducir la corriente eléctrica sin control y se destruiría. Como su propio nombre indica, la resistencia limitadora tiene como función limitar la corriente que atraviesa los diodos.

De este modo, si la tensión de entrada supera por cualquier motivo los 0.7 V el diodo D1 quedará polarizado directamente y recortará el exceso de tensión. De igual forma, cuando la tensión de entrada disminuya de -0.7 V, el diodo D2 quedará polarizado directamente y recortará el exceso de tensión que podría dañar nuestra carga.

limitador1

Recortador polarizado

Muchas veces no nos interesa que los diodos recorten las tensiones de entrada a los 0.7 V o a los -0.7 V. Por ejemplo, puede que lo que estemos buscando es que a la entrada no le lleguen tensiones superiores a los 10 V o inferiores a los -10 V (estas tensiones son aleatorias, nosotros elegimos las que más nos interesen), en ese caso no podemos usar el circuito antes mencionado, ahora necesitamos un limitador polarizado. La única diferencia respecto al anterior limitador es que en este caso vamos a polarizar los diodos con baterías, a fin de que sea necesaria una tensión de entrada mayor que 0.7 V para que los diodos se polaricen directamente.

Si lo que buscamos es que la tensión en la carga no sea mayor de 10 V ni inferior de -10 V, montaremos el siguiente circuito.

limitador2

Veamos cómo funciona el circuito:

Cuando la tensión de entrada se mantiene dentro de sus límites normales, esto es, entre 10 V y -10 V, ninguno de los diodos hace nada.

En el momento en que la tensión es superior a los 10.7 V (los 10 V de la batería más los 0.7 V de la barrera de potencial del diodo), el diodo D1 queda polarizado directamente y empieza a conducir, de esta forma no permite que la tensión en la carga aumente.

Si la tensión de entrada disminuye de los -10.7 V, en este caso es el diodo D2 el que se polariza directamente y comienza a conducir, no permitiendo que la tensión en la carga disminuya hasta niveles peligrosos.

Hay que destacar que en lugar de baterías, también podrían conectarse diodos zener polarizados inversamente cuya tensión zener fuera igual a la de las baterías que necesitamos colocar. Además las dos baterías o diodos zener no tienen por que tener el mismo potencial, todo depende de qué niveles de tensión queramos proteger el circuito. Es muy importante tener en cuenta que, en este último caso, en el que queremos recortar de forma diferente el semiciclo positivo y el negativo, se debe tener la precaución de que la segunda fuente sea mayor que la primera. No puede ser la primera mayor que la segunda, pues, llegado el caso en el que ambos diodos se cierren, cosa que puede ocurrir si (Vi-I.Rlim)>E1 (y por ende si E1>E2, (Vi-I.Rlim)>E2), con lo que ambos diodos están en polarización directa, o cortocircuitados, y la E1 intentará llevar a E2 al potencial que ella posee, con lo que se destruirá la batería.

 3.2 SAI

sai1

Un SAI (Sistema de Alimentación Ininterrumpida) es un dispositivo que, gracias a su batería de gran tamaño y capacidad, puede proporcionar energía eléctrica tras un apagón a todos los dispositivos electrónicos conectados a él. Otra función es la de regular el flujo de electricidad, controlando las subidas y bajadas de tensión y corriente existentes en la red eléctrica. Están conectados a equipos llamados cargas críticas, que pueden ser aparatos médicos, industriales o informáticos, que, como se ha dicho antes, requieren tener siempre alimentación y que ésta sea de calidad debido a la necesidad de estar en todo momento operativos y sin fallos (picos de tensión o caídas) Estos equipos también son conocidos su acrónimo inglés UPS (Uninterrupted Power Supply).

SAI de continua

Las cargas conectadas a los SAI requieren una alimentación de corriente continua, porsai2 lo tanto éstos transformarán la corriente alterna de la red comercial a corriente continua y la usarán para alimentar a la carga y almacenarla en sus baterías. Por lo tanto no requieren convertidores entre las baterías y las cargas.

El esquema típico de este tipo de SAI consta de dos módulos principales: el de rectificación que sirve para convertir la corriente a continua y el de almacenamiento de energía.

SAI de alterna

Estos SAI obtienen a su salida una señal alterna, por lo que necesitan un inversor para transformar la señal contínua que proviene de las baterías en la señal alterna.

Tipos

  • Passive standby: si hay alimentación la carga obtiene la energía directamente de la red comercial y, simultáneamente las baterías se están cargando a través de un rectificador. En caso de fallo en la alimentación la alimentación de la carga conmuta y se obtiene desde las baterías a través de un inversor.
  • Line-interactive: se necesita un inversor bidireccional. Mientras haya alimentación de la red, las baterías se cargarán a través de este inversor; cuando falle esta alimentación la alimentación se obtiene de las baterías y la corriente recorre el inversor de forma contraria a como lo hacía durante su carga.
  • Double-conversion: esta es la topología más habitual de SAI de potencia. Primero se rectifica la señal de la red comercial y se alimenta la batería, después la señal de la red (o de la batería) va hacia la carga a través de un inversor.

Modos de funcionamiento

  • Online: la salida del SAI proviene directamente de las baterías, y estas están continuamente conectadas a la corriente eléctrica y recargándose. Por ello, cuando se corta la corriente eléctrica, los equipos conectados en ningún momento lo notan (salvo cuando se acaban las baterías, claro). Son la mejor opción, pues además al estar las baterías continuamente conectadas, se convierten en el mejor filtro de voltaje y de señal que podemos tener para nuestros equipos. Lo negativo de ellos es su precio, el cual perfectamente se puede acercar al de nuestro ordenador.
  • Offline: al detectar el fallo de corriente eléctrica, conectan las baterías para seguir ofreciendo servicio. Tienen el problema de que entre la detección de corte y la puesta en marcha de las baterías transcurren un pequeño periodo de tiempo (apenas un segundo), pero suficiente para que si tenemos equipos informáticos conectados, estos se reinícien. Por lo tanto no es apto para soluciones informáticas.

Fuentes: Recovery Labs y Wikipedia.