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Fecha: Marzo 2018

Idioma: Castellano

Autores: Xavier Novoa, Ingeniero de mantenimiento del SERGAS (Servicio Gallego de Salud)

Procedencia: Xavier Novoa

 

En instalaciones críticas, como pueden ser las de los hospitales, un objetivo fundamental será obtener un diseño del sistema eléctrico con alta seguridad de funcionamiento, debiendo ser esta una característica intrínseca y fundamental del sistema. Esta alta seguridad de funcionamiento dependerá fundamentalmente del diseño, de la utilización y del mantenimiento de sistema eléctrico.

 

La seguridad de funcionamiento la entenderemos como la aptitud de un sistema para funcionar correctamente a lo largo de su vida útil. Funcionar correctamente implicará:

La no producción de averías (fiabilidad – reliability),

La no producción de averías peligrosas (seguridad – safety),

Permanecer operativo la mayor parte del tiempo (disponibilidad – availability),

Ser rápida y fácilmente reparable (mantenibilidad – maintainability)

 

xavier novoa

1: La fiabilidad de la fuente limita la disponibilidad de energía en las salidas. Fuente:Schneider Electric

 

 

Analizando de forma muy simple el esquema de suministro a partir de la red (Ilustración 1) se deduce que el nivel de disponibilidad de las salidas no puede ser superior al de la red. Los fallos de la red se pueden agrupar en:

Tensión fuera de límites.

Fallo de fases.

Distorsión armónica.

Según los datos publicados por Red Eléctrica Española, el tiempo de interrupción medio de los años 2010 a 2016 es el siguiente.

 

 

Estamos hablando de valores medios de pocos minutos al año, situación perfectamente asumible para servicios no críticos, pero inasumibles para muchas aplicaciones.

 

Para garantizar una no-disponibilidad muy baja, digamos inferior a 1E-6, se utiliza la configuración de la Ilustración 1. En este esquema tradicional clasificamos las cargas en:

Servicios críticos, o “salidas con tasa de disponibilidad mejorada”.

Servicios esenciales, o “salidas preferentes de potencia”.

Servicios no esenciales, o “salidas de potencia normales”.

xavier novoa

2: Diseño básico con distribución eléctrica de emergencia. Fuente:Schneider Electric

 

Circuitos de distribución

Para el estudio de la disponibilidad analizaremos los circuitos agrupándolos en categorías:

  • Lado MT:
    • Protección de la entrada MT.
    • Transformador MT/BT.
  • Lado BT:
    • Interruptor automático general: protección del cuadro y supresión del riesgo de acoplamiento intempestivo de grupo electrógeno con la red pública.
    • Protección contra defectos de aislamiento.
    • Interruptores automáticos de salidas:
      • Salvo para servicios críticos, el resto de los interruptores automáticos se abren para la conmutación entre fuentes Red – Grupo,
      • Se cierran simultáneamente si se alimentan desde la red pública,
      • Se cierran secuencialmente si se alimentan desde el grupo electrógeno.
    • Sistema de conmutación de fuentes Red – Grupo controlado por el relé de detección de tensión de Red y otros elementos de protección.
    • Sistema de conmutación estático de fuentes Red – SAI (CS en la Ilustración 2).

 

Fuente de suministro complementaria. El grupo electrógeno.

Los grupos electrógenos (GE) constan de:

  • Un motor diésel, con potencia suficiente, equipado con:
  • Circuito de arranque, constituido por uno o dos sistemas de arranque, dotados de un motor eléctrico alimentado por baterías.
  • Circuito de gasóleo, compuesto de:
    • Depósito nodriza, con capacidad adecuada al consumo, e instalado en altura para suministro al grupo por gravedad.
    • Depósito principal, con capacidad para la autonomía deseada del GE.
    • Bomba de trasiego de gasoil desde el depósito principal al nodriza.
  • Circuitos de lubricación y caldeo, con una reserva de aceite adecuada.
  • Circuito de refrigeración, generalmente por agua.
  • Un alternador equipado con regulador de tensión.
xavier novoa

3: Subsistemas de un grupo electrógeno. Fuente: Schneider Electric

 

Dispositivos de conmutación de fuentes

El conmutador Red – Grupo y el conmutador estático del SAI permiten trasferir cargas desde la fuente que falla a la fuente de respaldo:

  • El Conmutador Red-Grupo, ante fallas en la red, trasfiere las cargas a los GE.
  • El Conmutador Estático (CS) permite superar averías de SAI. Cuando falla el SAI, si hay red el CS trasfiere la carga sobre la red manteniendo el suministro.

Fuentes de emergencia de corta duración (SAI)

Los sistemas críticos deben contar además con un suministro de emergencia de corta duración mediante uno o varios SAI para mantener el suministro durante el arranque del GE.

Para alcanzar potencias elevadas y/o aumentar la disponibilidad se pueden disponen varios SAI en paralelo.

La autonomía de los SAI debe ser suficiente para alimentar las cargas críticas durante la conmutación entre suministro normal y suministro de socorro (GE) La autonomía estándar de los SAI suele ser de 10 minutos.

Fases y duración de la secuencia de conmutación entre red y grupo:

  • Detección de fallo real de red: << 1 s.
  • Arranque de grupo, teniendo en cuenta posibles reintentos de arranque: < 10 s.
  • Conmutación de fuentes Red – Grupo (desconexión red – conexión grupo): << 1 s.
  • Conexión de los interruptores de los servicios prioritarios: << 1 s.

El tiempo total para completar la secuencia desde el fallo de red hasta la recuperación del servicio con los grupos electrógenos no suele superar los 15 segundos.

 

Criterios de funcionamiento del supuesto base >>>

Los sistemas eléctricos como los de la Ilustración 2, con un mantenimiento adecuado, deben tener una larga vida útil, superior a los 30 años, asegurando el suministro de energía eléctrica cuando se producen defectos como:

  • Cortes de red.
  • Tensión de red fuera de límites.
  • Desequilibrio de fases fuera de límites.

Para el estudio de la mejora de disponibilidad de cada uno de los equipos de la Ilustración 2 analizaremos un supuesto base de ejemplo definido por los siguientes parámetros:

Grupo electrógenos:

  • Cortes de red
  • Exigencias tarifarias
  • Pruebas y mantenimiento fuera de servicio

Cuadros generales de BT (CGBT):

  • Posición socorro.
  • Posición red.

Fuentes de emergencia de corta duración (SAI) actúan durante:

  • Los microcortes.
  • La conmutación de la carga al grupo.
  • Los ciclos de prueba de baterías.

En todos los casos deberemos considerar y cuantificar los tiempos de mantenimiento, la garantía de disponibilidad de todos los elementos y las posibles demoras de reparación por indisponibilidad de repuestos.

En el tiempo de indisponibilidad por reparación y mantenimiento tendrá una repercusión crítica los medios técnicos y humanos disponibles:

  • Disponibilidad de repuestos “on site” listos para su uso.
  • Disponibilidad de repuestos en los proveedores.
  • Cualificación del personal propio o ajeno para realizar las operaciones de reparación y mantenimiento.

 

Identificación de puntos de fallo

El análisis de la fiabilidad de la configuración del supuesto base se realiza teniendo en cuenta:

  • La información aportada por la experiencia.
  • La tasa de fallo definida por los fabricantes.
  • Los estudios de fiabilidad realizados por entidades como IEEE, CNET, etc.

Como continuación del supuesto base, estableceremos para cada uno de los componentes principales de la instalación las probabilidades de avería, expresada en minutos de fallo al año:

  • Red MT
  • Cuadro BT
  • Grupo electrógeno
  • SAI

A continuación cuantificaremos el peso de la no-disponibilidad por el grado de repercusión en el funcionamiento global del sistema eléctrico de cada uno de los componentes principales anteriores del supuesto base de ejemplo:

  • Cuadro general BT
    • Conmutador de fuentes
    • Aparamenta de distribución
    • Auxiliares y control-mando
  • Grupo electrógeno
    • Sistema de arranque
    • Circuito de refrigeración
    • Circuito combustible (bomba gasoil)
    • Conexión de la carga del GE
    • Entorno del grupo (temperatura, etc.)
    • Auxiliares + control-mando
  • SAI
    • Rectificador e inversor
    • Baterías
    • Auxiliares

Los estudios realizados por diversos autores y la propia experiencia llevan a identificar los componentes sensibles para la mejora de la disponibilidad global:

  • En el cuadro BT: el conmutador de fuentes Red – Grupo.
  • En el grupo electrógeno: el sistema de arranque.
  • En el SAI: las baterías.

 

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Para descargar la documentación del artículo de Mejoras de diseño de instalaciones eléctricas debe iniciar sesión o darse de alta en el portal

 

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