La solución de microrred y bucle de distribución de G&W Electric con potentes tableros de distribución Padmount, relés Hitachi y tecnología FLISR implementa las mejores prácticas para mantener las cargas críticas energizadas en el complejo del Centro Médico de 32 edificios.
Desafíos del Centro Médico
Los hospitales y otros centros médicos son especialmente sensibles a los cortes de electricidad, independientemente de su duración o magnitud, y requieren sistemas eléctricos altamente confiables y seguros. En un centro de salud, los cortes de electricidad prolongados que resultan en un apagón, pérdida de suministro eléctrico a los sistemas de climatización, dispositivos quirúrgicos o respiratorios, y otros equipos esenciales, pueden tener un impacto inmediato y perjudicial en la atención al paciente. Además de proteger a los pacientes y al personal, el proyecto del Centro Médico de 260 camas planteó numerosos desafíos técnicos.
El campus necesitaba un control de distribución eléctrica más potente para aprovechar el generador principal existente (que abarcaba todo el campus), el cual no tenía la capacidad suficiente para alimentar todas las cargas del campus en caso de un corte del suministro eléctrico. Necesitaban poder cambiar rápidamente a la energía del generador en caso de un corte del suministro eléctrico.
Al mismo tiempo, necesitaban la capacidad de aislar una falla en el circuito de distribución de 73 hectáreas del campus, para que ningún edificio se quedara sin suministro eléctrico ni provocara un corte del servicio. Su equipo de mantenimiento necesitaba monitoreo 24/7 para detectar fallas o cortes, con la capacidad de restablecer el suministro rápidamente en segundos o minutos, no en horas o días. Mantener la confiabilidad del suministro eléctrico a las cargas en todo el campus era esencial para diseñar la solución adecuada.
Solución: Control de microrredes con localización de fallas, aislamiento y restauración del servicio en bucle abierto (FLISR)
G&W Electric proporcionó una solución FLISR y de microrred de 12470 V totalmente integrada. La solución implementa las mejores prácticas y tecnologías para monitorear y controlar en tiempo real la aparamenta, el generador y la fuente de alimentación, así como para visualizar rápidamente los informes si se dispara una toma de carga en un edificio. El proyecto requirió la integración fluida de múltiples sistemas y un cronograma de instalación ajustado para garantizar el suministro eléctrico ininterrumpido al campus médico.
Los expertos de G&W Electric colaboraron estrechamente con el ingeniero responsable para especificar una solución más eficiente que abordara los desafíos técnicos del complejo del Centro Médico. Anteriormente, el sistema contaba con un circuito para la alimentación de la red eléctrica y otro para el generador. Las alimentaciones en paralelo se dirigían a cada transformador, lo que dificultaba la resolución de problemas cuando se perdía una alimentación.
La nueva solución optimizada de bucle único ofrece resiliencia gracias al uso de FLISR para aislar fallas y restaurar la energía a las cargas utilizando la fuente en buen estado. Basado en las mejores prácticas, el sistema incorpora líneas entre cada interruptor para mejorar el control e identificar y aislar fallas con mayor rapidez. La solución llave en mano también incluye una alimentación de red de repuesto en caso de que el Centro Médico incorpore esta conexión en el futuro. La funcionalidad de FLISR se implementa como un sistema con el controlador de la microrred para un funcionamiento sin interrupciones.
G&W Electric aprovechó el generador existente comunicándose con el control del generador mediante un controlador de microrred centralizado. La microrred resultante eliminó la necesidad de generadores e interruptores de transferencia en cada edificio. Ahora, todos los transformadores de los edificios se alimentan únicamente del bucle de distribución principal. Las tomas de los cuadros de distribución de estos transformadores son monitoreadas continuamente por el controlador de la microrred. En aproximadamente la mitad de los edificios del campus, el Centro Médico mantiene generadores más pequeños, que ahora sirven como redundancia adicional al generador principal. Todo el bucle de distribución, y por lo tanto todos los edificios, se alimentan rápidamente del generador principal en caso de un corte de suministro eléctrico.
El generador de todo el campus puede alimentar aproximadamente dos tercios de la carga de voltaje del campus, por lo que la solución incorpora un sistema de gestión de carga que permite alimentar las cargas de mayor a menor prioridad. Al despachar el generador, las cargas de menor prioridad se desconectan según el consumo de energía actual y la capacidad del generador. A medida que se restablece el suministro eléctrico, el sistema garantiza la estabilidad antes de transferir la energía desde el generador, reconectando todas las cargas y, finalmente, apagando el generador tras un período de enfriamiento.
Tablero de distribución y control de pedestal TNI de G&W Electric
La nueva solución redujo los requisitos de conmutación y eliminó la necesidad de
Operar dos bucles de media tensión en paralelo. La aparamenta blindada exterior fue…
Reemplazado por un tablero de distribución Padmount eléctrico G&W más confiable.
El tablero de distribución TNI con aislamiento de gas tipo pedestal incluye seccionamiento por carga e interrupción de fallas con posición de interrupción visible y conexión a tierra integrada. Las conexiones de alta tensión están ubicadas en el lado opuesto de los operadores de interruptores para aislar y proteger a los trabajadores de las terminaciones de alta tensión. Los sensores de tensión integrados, conectados al relé, proporcionan visibilidad en el control centralizado para determinar el buen estado de la energía.
El tablero de interconexión de la red eléctrica y el generador incluye una fuente de reserva por si fuera necesario, así como dos alimentaciones de distribución al bucle del campus. Las transiciones entre fuentes son abiertas y se impide que el generador se conecte directamente a la red eléctrica.
La aparamenta TNI del Centro Médico incluye controles prefabricados que utilizan relés Hitachi. G&W es independiente de los relés, pero optó por utilizar Hitachi en este caso por las siguientes razones: los relés Hitachi cuentan con suficientes entradas para completar todas las funciones requeridas y comunicarse con el control central. Los relés Hitachi simplifican el control al usar un solo relé para el interruptor de 6 vías. Esto proporciona una mayor fiabilidad al eliminar las conexiones eléctricas que normalmente se requerirían para varios relés. Un solo relé también proporciona protección integral contra fallas del bus de conmutación y diferencial. Los relés seleccionados para este proyecto se basan en la arquitectura estándar IEC 61850 y son ideales para la comunicación punto a punto.
Aislamiento de ubicación de fallas y restauración del servicio (FLISR)
Uno de los métodos más confiables para mejorar la disponibilidad de energía y cumplir con las normas regulatorias y de seguridad en cuanto a tiempo de actividad es determinar rápidamente la ubicación de una falla, aislarla y restablecer automáticamente la energía a los alimentadores en buen estado. G&W Electric integró la tecnología FLISR en el esquema de automatización del bucle de distribución de la microrred del Centro Médico. G&W Electric lleva más de dos décadas instalando sistemas FLISR. Los beneficios incluyen una mayor eficiencia operativa y la reducción de la duración de los cortes de energía de horas a segundos.
La tecnología FLISR en el bucle del campus se alimenta mediante el software de control central y los relés de la aparamenta, que envían mensajes de Evento de Subestación Orientado a Objetos Genéricos (GOOSE) IEC 61850 entre sí para identificar y aislar fallas mediante interruptores aguas arriba y aguas abajo, y para restablecer la alimentación cerrando la cabecera del bucle y los puntos normalmente abiertos. El uso del protocolo IEC 61850 y la mensajería GOOSE garantizó rutas de comunicación redundantes. El protocolo utiliza mecanismos rápidos y fiables para agrupar cualquier formato de datos (es decir, estado, valor) en un conjunto único de datos y transmitirlo a través de las redes de comunicación en 4 milisegundos.
Control de microrredes e interfaz hombre-máquina (HMI) y software
G&W Electric configuró un servidor con un software central de monitoreo y control como parte del proyecto llave en mano. El software contiene la configuración de control del sistema, incluyendo una matriz de prioridad configurable, un esquema de desconexión y una interfaz hombre-máquina (HMI) personalizada para el monitoreo y la restauración de fallas en el complejo del Centro Médico. El protocolo de comunicación DNP3 se utiliza para monitorear y controlar la aparamenta desde el controlador central.
Todos los puntos de la aparamenta fueron mapeados, probados y documentados en el servidor de monitoreo y control por G&W Electric en la fábrica para minimizar el tiempo, el costo y los errores de la puesta en servicio. Los modos de operación del sistema, seleccionables desde el control central, incluyen los modos automático y manual, así como un comando protegido por contraseña para simular una pérdida de suministro durante las pruebas de mantenimiento preventivo. La aparamenta tipo pedestal TNI se comunica entre sí y con el control central mediante un anillo de fibra óptica instalado por el contratista. G&W Electric utilizó conmutadores Ethernet gestionados de iS5 Communications para dirigir el tráfico de comunicaciones y proteger la red contra intrusiones.
Pruebas de aceptación en fábrica (FAT)
Los expertos internos de G&W Electric realizaron pruebas previas al envío de todos los componentes y de la solución completa del Centro Médico. La aparamenta se instaló en fábrica tal como se instalaría en campo. Las pruebas FAT utilizaron equipos de prueba de relés e inyectaron corriente y voltaje para verificar que la solución cumpliera con las expectativas del complejo sanitario.
Las partes interesadas del proyecto asistieron a las pruebas de fábrica para adquirir valiosa experiencia práctica antes de la instalación en campo. Un plan FAT detallaba los eventos, las secuencias y la funcionalidad que se probarían. Las pruebas del control de la microrred del Centro Médico en un entorno controlado minimizaron significativamente el tiempo de inactividad durante la puesta en servicio, a la vez que brindaron un alto nivel de confianza en que la solución funcionaría según lo previsto.
G&W Electric impartió capacitación antes y durante las pruebas completas del sistema para garantizar que los empleados estuvieran preparados para operarlo de forma eficiente y segura. Las pruebas de campo realizadas durante la puesta en servicio confirmaron la plena funcionalidad, transfiriendo las cargas especificadas al generador y de vuelta a la red eléctrica. El personal de mantenimiento del Centro Médico continúa realizando pruebas y recibiendo capacitación de G&W Electric periódicamente.
Prueba de concepto
Los conceptos de microrredes y control centralizado son cada vez más comunes en complejos médicos, universidades y campus corporativos de varios edificios. La solución de microrredes del Centro Médico resultó en mayor confiabilidad, ahorro en costos de mantenimiento y menos interrupciones del servicio eléctrico por fallas. En los seis años transcurridos desde su instalación, la solución de G&W Electric para el Centro Médico ha funcionado de manera confiable y exitosa, superando al menos un corte de suministro eléctrico reportado. El sistema aisló rápidamente el corte de suministro eléctrico, desconectó todas las cargas, arrancó el generador y luego reconectó las cargas según las prioridades predeterminadas para una rápida recuperación y restablecimiento del suministro eléctrico.
