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Sistema eléctrico – Renovación integral – Fiabilidad – Gestión digital

Josep Serra Capmany (correu@scenginyeria.com)Director generalSC Enginyeria

Introducción

El Hospital Universitario GermansTrias i Pujol, es un centro hospitalario endependencia del Institut Català de la Saluty uno de los hospitales de referencia de laprovincia de Barcelona. Además, el com-plejo hospitalario dispone de una impor-tante actividad investigadora y docente,como Hospital Universitario adscrito a laUniversitat Autònoma de Barcelona.

Actualmente cuenta con 551 camas,21 quirófanos, 109 consultorios y 71 boxde urgencias, con una superficie total de88.000 m2 y una actividad anual de másde 115.000 urgencias atendidas.

En el año 2007 un incendio obligó aefectuar la extensión de nuevas líneasdesde el cuadro general hasta diferentessubcuadros distribuidos por el Hospital,sustituyendo todas las instalaciones quehabía quedado fuera de servicio. Este su-ceso evidenció la fragilidad de la red dedistribución eléctrica interna del hospital.

La instalación eléctrica data del año1971, y por tanto ejecutada según pres-cripciones del Reglamento de BT del año1955.

Acometidas a áreas de consumo

El diseño de una nueva red de distri-bución en un hospital en funcionamiento,lo que llamaremos “acometidas”, de-pende de la arquitectura de distribución

existente, obviamente con un guión queexige unas adecuaciones básicas, peroadaptándose a un criterio de distribuciónque es el que permitirá minimizar la afec-tación a los servicios asistenciales.

El hospital de Can Ruti disponía deuna red de distribución eléctrica agrupadapor montantes verticales que definían di-ferentes áreas de distribución a su alre-dedor, a las que se alimentaba en todaslas plantas. Este criterio fundamentó elnuevo diseño. Había que efectuar las“acometidas” desde los mismos montan-tes verticales.

En esta arquitectura de red, existía unpunto débil que evidencio el incendio: lafalta de sectorización en los espacios porlos que discurría la red de distribucióneléctrica. Se establecieron, además, cri-terios adicionales en el diseño de la nuevared de distribución. Se debían sacar, al ex-terior del edificio Hospital, los gruposelectrógenos que estaban en su interior,al lado de la sala del cuadro de baja ten-sión.

Criterio de distribución en baja tensiónadoptado

Explicaremos la solución adoptadadescribiendo la distribución desde las“acometidas” a cada servicio asistencial,yendo aguas arriba hasta llegar al sumi-nistro de la energía. Con estos dos prime-ros parámetros, en este caso, se consideróque la propuesta era mantener el criterio

de la distribución original y proponer unadistribución segura hasta ese punto.

Se han creado 18 cuadros generalesde distribución, a los que llamamos Cua-dros de Montante, ligados a los montan-tes verticales y alimentados por doslíneas, desde dos cuadros generales ubi-cados en dos puntos del hospital diame-tralmente opuestos.

Esta solución implica dos caminos di-ferentes para las líneas de alimentación aun montante, con lo que un incidente enuna de ellas no interrumpirá el suministroporque el otro no quedará afectado.

En la Central Eléctrica General del Com-plejo Hospitalario se ha mantenido provi-sionalmente el cuadro general existentereubicando uno nuevo en una sala contigua.

Se ha construido una nueva estacióntransformadora para su alimentación, ne-cesaria por cuanto la existente manteníaautomatismos al aire, aunque se habíansustituido ya los transformadores porunos nuevos de tipo seco. Disponía tam-bién de doble línea de alimentación, aun-que por un mismo recorrido. Se ladenomina ET-2 o “Parking” por estar enesa vertiente del hospital.

La nueva estación transformadora yun nuevo cuadro de baja tensión se hansituado en el lado opuesto del hospital, alque se ha denominado ET-3 o “Urgen-cias” por estar al lado de este servicio.

Ejecución integral de una nuevadistribución eléctrica en unhospital en funcionamientoDiseño de la remodelación de una instalación eléctrica de un Hospital en servicio. Revisión de los criterios utilizados, dedigitalización, monitorización, gestión y mantenimiento, que plantean los parámetros de diseño que hay que tener en cuentaante los requerimientos de escalabilidad, disponibilidad y eficiencia.

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Topológicamente el hospital tiene unaforma rectangular y los cuadros de bajatensión quedan ubicados en el centro delas vertientes longitudinales, a uno y otrolado. Con la tipología descrita, cada cuadrogeneral alimenta la mitad longitudinal decuadros de montantes en la que esta ins-talado, y desde el otro cuadro generaltambién se dispondrá de alimentación.

Distribución en alta tensión

Para resolver la alimentación en altatensión de las dos Estaciones Transfor-madoras hemos vuelto a adaptarnos a latopología existente.

La Central Receptora de compañía es-taba en una área industrial a una cota in-ferior respecto el hospital, por la vertientede la nueva ET de Urgencias.

Se quería alimentar esta ET- “Urgen-cias” directamente desde la Receptora ydesde ahí, por el exterior del hospital dis-tribuir hasta la otra ET-2 “Parking”, ce-rrando así el anillo con la línea existentede la ET-2 que la unía con la receptora.

Dificultades presupuestarias obliga-ron, ya en fase de proyecto, a modificar elanillo obviando la línea exterior y aprove-chando las dos líneas que alimentaban laET-2 existente desde la Receptora, de-jando para el futuro reformarlo cuando seamplíe el Hospital con un nuevo edificiode Consultas Externas.

Como se disponía de una doble líneade alimentación a cada Estación Trans-formadora desde la zona industrial, dondese emplazaba la Receptora se planteóefectuar una reforma importante en esaárea, que también era obsoleta, y que de-nominamos ET-1, tanto por disponer aúnde todas las protecciones al aire, comopor integrar transformadores fuera denorma, que debían ser sustituidos regla-mentariamente.

Para mantener el criterio de doble ali-mentación que se había diseñado desdelos puntos de “acometidas” a las áreasasistenciales se ha implementado un es-quema de distribución en alta tensión condobles embarrados separados por unacelda de unión que permite efectuar laalimentación independiente a uno y otrobrazo del anillo de alta tensión, con lasmismas dotaciones, y con una ET del Hos-pital en cada uno.

Suministro complementario

En un edificio donde hubo instaladauna cogeneración se previó la instalaciónde tres grupos electrógenos, uno de1.650 kVA, existente, y relativamente re-ciente, reciclado por razones de presu-puesto, uno nuevo de 2.540 kVA, y unaampliación prevista a otro de la mismapotencia que se ejecutaría en el futuro.

Desde estos grupos se alimentanunos trafos elevadores 0,4/25 kV, consalida a un juego de barras en alta ten-sión y celdas de unión, que permite ali-mentar las dos líneas de salida a un ladoy a otro con cada un grupo y sincronizarel tercero con uno u otro, o sincronizarlos tres grupos.

Con las dos líneas de suministro com-plementario se alimenta cada una de lasbarras definidas de suministro a los dosbrazos del anillo.

Se dispone de una barra previa para laalimentación del área industrial ya queinicialmente no se le ha previsto suminis-tro complementario, aunque es un esce-nario también estudiado desde proyectoy asumible en un futuro, en que se dis-ponga de los tres grupos electrógenos.

Esquema general de distribución enAlta Tensión

En el Esquema puede apreciarse losbloques, descritos de arriba abajo.

– Receptora.– Barra industria.l– Barras de distribución ET-1: Normal

y Reserva.– Barras ET-2 “Parking”.– Barras ET-3 “Urgencias”.– Previsión de ampliación al nuevo

edificio de Consultas externas (ET-4).– Previsión construcción núcleo co-

generación.

Resumen de las prestaciones en bajatensión

Como detalles de implantación ob-servar que:

– Se dispone de una unidad de trans-formador redundante en cada ET.

– Todas las ET’s disponen de doblealimentación seccionable tanto en la en-trada como en barras.

– Las líneas de alimentación de la ET

proporcionan tanto Suministro Normalcomo Suministro Complementario.

– Todas las uniones de barras y entrebarras, así como las alimentaciones a tra-fos son motorizadas.

En lo relativo a la Baja tensión los cua-dros generales son tipo OKKEN desta-cando:

– Disponen de doble barra, tambiéncon seccionamiento intermedio alimen-tado por cada uno de los transformadores.

– Las barras se denominan Principal yDuplo.

• La barra principal alimenta todos los“Cuadros de Montante” de la ver-tiente longitudinal mas próxima aese cuadro general.• La Barra duplo alimenta a los “Cua-dros de Montante” de la vertientelongitudinal mas lejana a ese cuadrogeneral. La correspondiente a la otraestación transformadora.– El cuadro de la ET-2, al disponer de

mayor carga en funcionamiento normal,por ser la vertiente del cuadro inicial debaja tensión, dispone de tres transforma-dores, el tercero de los cuales puede hacerde back-up a la barra de baja tensión decualquiera de los otros dos.

– Se motoriza y monitoriza la totali-dad de interruptores del cuadro.

– Todos los equipos disponen de ali-mentación de SAI.

La solución implementada mediantecuadros OKKEN ofrece alta disponibilidady seguridad. Los interruptores automáti-cos Masterpact y Compact, aparte de sermotorizados, integran electrónica comu-nicante en Ethernet permitiendo un con-trol y monitorización total de todos susparámetros y alarmas desde un puestocentral.

Respecto a los “Cuadros de Mon-tante” se dispone de las siguientes pres-taciones adicionales:

– Disponen de una conmutación au-tomática que cambia el suministro de uncuadro general al otro si se produce unfallo en la alimentación actual.

– Se dispone de tres sub-barras dealimentación con un interruptor motori-zado de cabecera.

• Criticidad 1. Alimentación a sumi-nistros fundamentales, altamentecríticos y que, por tanto, no debende quedarse sin alimentación enningún momento, ya que principal-mente permiten garantizar la esta-

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bilidad de los pacientes, y la seguri-dad y comunicaciones del hospital.Adicionalmente todos los que dis-ponen de suministro desde SAI.• Criticidad 2. Suministros esenciales,pero que excepcionalmente podríandeslastrarse. Son los consumidoresimportantes, que en este caso ga-rantizan el funcionamiento normaldel hospital, así como neveras ycongeladores.• Criticidad 3. Suministros a instala-ciones y servicios asistenciales pres-cindibles.Son cargas consideradasnecesarias para el funcionamientodel hospital, pero que en caso defallo de suministro su uso puede serinterrumpido por un tiempo deter-minado.

– Alimentación de SAI a todos losequipos.

Estos cuadros se han integrado en ar-marios Prisma. Este sistema modular estádiseñado para crear cuadros de subdistri-bución y de distribución final eléctrica enedificios terciarios e industriales.

El cableado se ha realizado con cablesSZ1 (AS++) desde los cuadros generales

hasta los cuadros de montante, ya que esallí donde se discrimina las característicasde criticidad del consumo, y por tantodonde se discernirá si se trata de un ser-vicio de seguridad, según Reglamento deBT, instrucción 28.

El cableado de lo que denominamos“Líneas directas” desde el cuadro gene-ral se ha efectuado con cables SZ1(AS++) en todos los casos de consumoscríticos.

Sistema de control y monitorización delas instalaciones

Todas estas instalaciones están inte-gradas mediante un SCADA con las si-guientes estaciones:

– Núcleo área industrial. Integra:• Receptora, con el control de la ten-sión de red.• ET-1, controlando motorización yestado de todas las celdas del es-quema de alta tensión.• Barras del suministro complementa-rio.• Grupos electrógenos.• Suministro de Gas-oil.• SAI redundante– ET-2 “Parking”. Integra:

• El control de la motorización y es-tado de la totalidad de las celdas.• Cuadro de comunicaciones.• SAI redundante. Alimenta también alos cuadros de montante.– ET-3 “Urgencias”. Integra el controlde la motorización y estado de latotalidad de las celdas.

– 18 Cuadros de Montante.

El diseño del sistema de control y delas pantallas de visualización se ha efec-tuado pensando en las tareas de mante-nimiento para:

– Transmitir la información del estadode la totalidad de la instalación.

– Poder navegar desde un elementode la instalación al de aguas arriba y aguasabajo solo clicando en los iconos queidentifican al elemento.

– Recoger los escenarios posibles,con los pasos a seguir en caso de proce-derse a un cambio, tanto en los progra-mados por tareas de mantenimientocomo en los resultantes de falta de ten-sión, por la razón que sea.

– Recoger alarmas y gestionarlassegún criterios de criticidad.

– Visualizar históricos.– Visualizar oscilogramas en situacio-

nes de corte y cortocircuito.

Esquema general de distribución en Alta Tensión.

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–Visualización de la disponibilidad depotencia en la instalación en función delos grupos en servicio.

– Motor de deslastres de todas lascargas del hospital en función de la dis-ponibilidad.

El sistema de protección y control enmedia tensión de las celdas de transfor-mación cuenta con relés de protección ycontrol programables SEPAM de SchneiderElectric que comunican con protocolo ba-sado en IEC61850. Estos equipos van co-municados con un anillo de fibra óptica yen base a este protocolo se puede realizaruna selectividad lógica y una reconfigura-ción del anillo de media tensión para poderaislar los tramos donde se detecte la falta.

Para poder gestionar la instalación porcompleto, desde la media tensión, bajatensión y los grupos electrógenos, la so-lución implementada plantea una arqui-tectura redundante, tanto de autómatascomo del Sistema de Gestión de EnergíaEléctrica (SGEE), consistente en:

– Un anillo de comunicación que re-corre las instalaciones eléctricas del hos-pital.

– 2 servidores redundantes. – 1 centro de control de instalaciones. – Varios PC montados en los cuadros

OKKEN de los CGBT.

Este sistema se encarga de leer el es-tado y parámetros eléctricos de interrup-tores y seccionadores, cargas de losdiferentes circuitos en tiempo real y engráficos de perfiles, alarmas, y aplicar laslógicas de control (deslastre y gestión decargas) sobre los diferentes dispositivosde protección comunicables en baja ymedia tensión.

La integración del software de controlEcoStruxure PowerSCADA Operations y laelección de dispositivos conectadoscomo los cuadros eléctricos inteligentesde Schneider Electric ha permitido ampliarsustancialmente las funcionalidades conlas que contaba hasta ahora el Hospital,aportando valor añadido como la des-carga y análisis de los eventos de calidadeléctricos que los SEPAM son capaces dedetectar gracias a la captura de osciloper-turbografías, comunicaciones en múlti-ples protocolos como Modbus eIEC61850 y registro cronológico de alar-mas, eventos y maniobras con estampadode tiempo en origen.

Este sistema dispone de una redEthernet dedicada que une las diferenteszonas e instalaciones, para aumentar lafiabilidad de las comunicaciones.

La arquitectura de comunicacionesestá compuesta por un anillo principal enfibra óptica entre los centros de transfor-mación y 3 sub-anillos dentro de cada ETjunto con su CGBT. Gracias a esta confi-guración en anillo si se corta la comuni-cación entre dos puntos, los equipos sereconfiguran rápidamente para comuni-car por el otro sentido.

La gestión de la instalación no seríatotal si no se incluyeran los grupos elec-trógenos. Es por ello, que el sistema SGEEse comunica con el sistema de control degrupos electrógenos (CGE), para ejecutarcon efectividad la conmutación y asegu-rar la gestión óptima de los recursos de lainstalación del Hospital.

El SGEE será responsable del balancede potencia mediante el control de car-gas (conexión y desconexión de las mis-mas), y de la supervisión de la gestiónglobal del sistema, siendo el responsablede dar los permisos correspondientes alCGE para la correcta entrada y salida delos diferentes modos de operación. ElSGEE informará al usuario, mediante unapantalla emergente, de una situación quepueda generar un paso por cero de la ins-talación.

Resumen de las especificaciones delequipamiento instalado

Relés de protección

Los relés de protección multifuncio-nales Sepam permiten medir, adminis-trar, analizar y generar diagnósticos paratodas las aplicaciones en una instalación(acometidas, transformadores, genera-dores, condensadores, embarrado y mo-tores) y provee las funciones necesariaspara cada situación (protección, medi-ción, control y monitoreo, etc.). Se tratade un equipo modular, adicionando mó-dulos de entrada/salida, sensores y mó-dulos de comunicación. Además de losestándares DNP 3.0 Nivel II, IEC 60870-5-103 y Modbus, Sepam cumple con elestándar IEC 61850 y utiliza el protocolode comunicación que es hoy el estándardel mercado para la distribución eléc-trica.

Sistema de control

EcoStruxure™ Power SCADA Opera-tion es el sistema de gestión y control delas instalaciones de distribución eléctrica,gracias a ser una plataforma flexible, se-gura, escalable y redundante diseñadaespecíficamente para este fin.

Con un amplio soporte de protocolosde intercambio de datos y comunicacio-nes, puedes conectarte a cientos de dis-positivos inteligentes y extraer datosenriquecidos de medidores, relés, inte-rruptores automáticos, grupos electróge-nos, PLC, RTU, etc.

La redundancia arquitectónica nativaofrece la tranquilidad de que PSO seguirásiendo fiable incluso en las situacionesmás críticas. El motor gráfico permitetener HMI y visualización completa-mente personalizados en dispositivosmóviles. La notificación de alarmas entiempo real junto a herramientas de aná-lisis de eventos de energía permite de-terminar causas y efectos y despuésrestablece el funcionamiento normalutilizando acciones de control automa-tizado o manualmente.

Grupos Electrógenos

El sistema está formado por dos gru-pos electrógenos Electra Molins de 2540kVA y 1650 kVA, con regulador electró-nico de velocidad y ayudas al arranquepara un mínimo tiempo de puesta en ser-vicio en fallo de red.

Cada grupo electrógeno está equi-pado con un equipo de control ElectraMolins tipo AUT-MP12SCR que permitede forma fácil y segura poner los dos gru-pos en paralelo a 25kV y repartir la cargade forma automática entre ellos sin nece-sidad de cuadro centralizador.

El sistema se complementa con 2equipos de control de conmutación sincorte Electra Molins tipo CON-5012 (unopara cada acometida en AT). Estos equi-pos permiten la sincronización del con-junto de los dos grupos con la red y latransferencia de carga sin corte de gruposa la red sin pasar por cero.

Todas las maniobras de sincronizacióny transferencia se realizan en la red de25kV.

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