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Grado en Ingeniería eléctrica Curso 2016-2017
Trabajo Fin de Grado
Diseño de una instalación eléctrica de un hospital
Alberto Blanch Galeano
Tutor/es
Juan Carlos Burgos Díaz
Septiembre, 2019
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ÍNDICE
INDICE DE FIGURAS. ... 3
INDICE DE TABLAS ... 4
1 INTRODUCCIÓN ... 7
1.1Objeto... 7
1.2Descripción del hospital... 8
2 DESCRIPCIÓN GENERAL ... 9
2.1Suministro de MT ... 9
2.1.1 Subestaciones de transformación ... 10
2.1.2 Sistema de respaldo ... 12
2.2Distribución en BT ... 13
2.2.1 Cuadros generales ... 13
2.2.2 Bancos de condensadores ... 14
2.2.3 Cuadros generales auxiliares ... 15
2.2.4 Cuadros de distribución ... 15
2.2.5 Circuitos ... 16
2.2.6 Canalizaciones ... 16
2.2.7 SAI (Sistemas de potencia ininterrumpida) ... 17
2.2.8 Instalaciones Especiales hospitalarias. Conexiones Equipotenciales. ... 17
2.2.9 Alimentación de UCI/UTI/Quirófanos y salas de angiografía ... 19
2.2.10Centro de Procesamiento de Datos (CPD) ... 22
2.2.11Instalación fotovoltaica ... 23
2.3Sistemas de protección ... 25
2.3.1 Sistemas de protección contra contactos ... 25
2.3.2 Sistemas de protección contra el rayo y sobretensiones transitorias ... 27
2.3.3 Sistemas de protección contra el rayo ... 27
2.3.4. Sistemas de protección contra cortocircuitos ... 28
2.4Normativa de aplicación ... 29
3 MÉTODO DE CÁLCULO ... 31
3.1Baja tensión ... 31
3.2Media Tensión ... 42
4 CONCLUSIONES ... 45
4.1.1 Resumen del trabajo realizado ... 45
4.1.2 Conclusiones ... 46
4.1.3 Lecciones aprendidas ... 46
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4.2Sugerencias para futuros trabajos ... 47
5 ANEXOS... 48
5.1Previsión de potencia ... 48
5.2Instalación en MT ... 53
5.2.1 Dimensionamiento de los empalmes ... 53
5.2.2 Dimensionado de las subestaciones transformadoras ... 54
5.2.3 Grupos electrógenos ... 56
5.2.4 Conductor de MT ... 57
5.3Instalación en BT ... 64
5.3.1 Corrección del factor de potencia... 64
5.3.2 Dimensionamiento circuitos cuadro general/cuadro general auxiliar/cuadro distribución o receptores. ... 69
5.3.3 Dimensionamiento circuitos cuadro distribución-receptores. ... 72
5.3.4 Dimensionamiento de protecciones ... 74
5.3.5 Selectividad de protecciones ... 75
5.3.6 Canalizaciones ... 76
5.3.7 Instalación de Tierra ... 77
5.3.8 Protección contra el rayo ... 85
5.3.9 Fotovoltaica ... 88
6 PRESUPUESTO ... 94
7 PLANOS ... 95
8 REFERENCIAS ... 96
8.1Normativa ... 96
8.2Biografía ... 96
8.3Catálogos/Manuales ... 96
INDICE DE FIGURAS. Fig. 1-Detalle tipo del cuadro general ... 14
Fig. 2- Detalle tipo de un cuadro de quirófanos, en él se puede observar el embarrado TNS y el embarrado protegido por el transformador de aislación con régimen IT. ... 22
Fig. 3- Detalle de alimentación al CPD ... 23
Fig. 4-Vista 3D del complejo hospitalario en Revit ... 32
Fig. 5-Intercambio entre programas ... 33
Fig. 6-Ejemplo de vista en planta ... 34
Fig. 7-Parámetros introducidos en una familia... 36
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Fig. 8-Datos introducidos en el conector eléctrico de una luminaria. El conector está remarcado con una elipse.
A la derecha de la pantalla aparece la información del conector. ... 37
fig. 9-Ejemplo de circuito eléctrico en Revit ... 37
Fig. 10-Cableado en Revit ... 38
Fig. 11-Arquitectura eléctrica en Caneco BT ... 39
Fig. 12- Ejemplo de cables creados en Caneco Implant ... 40
Fig. 13- Ejemplo de cables (blanco) introducidos en las bandejas (rojo) y con los espacios de revit (verde) . 40 Fig. 14-Datos de una bandeja en Caneco Implant ... 41
Fig. 15-Clases de cargas introducidas en Revit ... 42
Fig. 16-Factores de demanda... 43
fig. 17- Tabla de Bandejas (Tipo de servicio, familia, longitud, comentario (parámetro de texto con las subestaciones que conectan)... 44
Fig. 18-Factores para cálculo del consumo de los circuitos ... 70
Fig. 19- Días de tormenta/año ... 85
INDICE DE TABLAS Tabla 1- Factores de demanda definidos ... 48
Tabla 2-Resumen de potencias estacionamientos ... 49
Tabla 3-Resumen de potencias Atención Abierta ... 49
Tabla 4-Resumen de potencias Instituto Nacional de Geriatría ... 49
Tabla 5-Resumen de potencias Hospital del Santo Poniente ... 50
Tabla 6-Resumen de potencias Hospital del Santo Oriente ... 50
Tabla 7- Resumen de potencias Piso Técnico 3 ... 50
Tabla 8- Resumen de potencias Piso Técnico 5 ... 51
Tabla 9-Resumen de Potencias Central Térmica ... 51
Tabla 10-Resumen de potencias Imagenología ... 51
Tabla 11-Potencia instalada por Centro de Transformación ... 52
Tabla 12-Potencia Instalada por Edificio ... 52
Tabla 13-Potencia demandada por Centro de Transformación ... 52
Tabla 14-Potencia demandada por Edificio ... 52
Tabla 15-Factores para el dimensionado de empalmes y subestaciones ... 53
Tabla 16-Dimensionamiento de los empalmes ... 53
Tabla 17-Subestación transformadora estacionamientos... 54
Tabla 18-Subestación Atención Abierta ... 54
Tabla 19-Subestación Instituto Nacional de Geriatría ... 54
Tabla 20-Subestación Hospital del Santo Poniente ... 55
Tabla 21-Subestación Hospital del Santo Oriente ... 55
Tabla 22-Subestación Imagenología... 55
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Tabla 23-Subestación Central Térmica ... 56
Tabla 24-Subestación Piso Técnico 3 ... 56
Tabla 25-Subestación Piso Técnico 5 ... 56
Tabla 26-Potencia de los grupos electrógenos ... 57
Tabla 27-Parámetros para el dimensionamiento del cable ... 57
Tabla 28-Longitudes extraídas de la tabla de planificación en Revit ... 59
Tabla 29- Factor de potencia por tipo de servicio ... 64
Tabla 30-Potencia reactiva estacionamientos ... 65
Tabla 31-Banco de condensadores estacionamientos ... 65
Tabla 32-Potencia reactiva Atención Abierta ... 65
Tabla 33-Banco de condensadores Atención Abierta ... 66
Tabla 34-Potencia reactiva Hospital del Santo Oriente ... 66
Tabla 35-Banco de condensadores Hospital del Santo Oriente ... 66
Tabla 36-Potencia reactiva del Instituto Nacional de Geriatría ... 67
Tabla 37-Banco de condensadores Instituto Nacional de Geriatría ... 67
Tabla 38-Potencia reactiva Piso Técnico 5 ... 67
Tabla 39-Banco de condensadores Piso Técnico 5 ... 67
Tabla 40-Potencia reactiva Central Térmica... 68
Tabla 41-Banco de condensadores Central Térmica ... 68
Tabla 42-Potencia reactiva Piso Técnico 3 ... 68
Tabla 43-Banco de condensadores Piso Técnico 3 ... 68
Tabla 44-Potencia reactiva Hospital del Santo Poniente ... 69
Tabla 45-Banco de condensadores Hospital del Santo Poniente ... 69
Tabla 46- Coeficientes k1 y k2 en función de la profundidad ... 79
Tabla 47- Cálculos justificativos... 84
Tabla 48- Elección Coeficiente C1 ... 86
Tabla 49-Coeficiente C2,C3,C4 y C5 ... 87
Tabla 50-Niveles de protección del pararrayos... 87
Tabla 51-Datos de la instalación... 88
Tabla 52-Datos del panel ... 89
Tabla 53-Resultados de las corrientes y tensiones para las temperaturas más desfavorables ... 90
Tabla 54-Datos para ING ... 90
Tabla 55-Datos del inversor de ING ... 91
Tabla 56-Número inversores de ING ... 91
Tabla 57-Cálculos serie paralelo en ING ... 91
Tabla 58-Caracteristicas de los subcampos de ING ... 91
Tabla 59-Caracteristicas de los subcampos diseñadosTabla ... 91
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Tabla 60-Datos del hospital ... 92
Tabla 61-Datos del inversor del hospital ... 92
Tabla 62-Inversores del Hospital ... 92
Tabla 63-Cálculos serie paralelo del Hospital ... 92
Tabla 64-Caracteristicas de los subcampos del Hospital ... 92
Tabla 65-Caracteristicas de los subcampos diseñados para el Hospital ... 93
Tabla 66-Datos de AA ... 93
Tabla 67-Datos del inversor diseñado para Atención Abierta ... 93
Tabla 68-Cálculos serie-paralelo para Atención Abierta ... 93
Tabla 69-Caracteristicas de los subcampos de AA ... 94
Tabla 70-Subcampos de AA ... 94
INDICE DE PLANOS
1. Esquema de principio
2. Esquema de implantanción la arquitectura eléctrica 3. Plano del Subterráneo 2
4 . Plano del Subterráneo 3 5. Implantación de la puesta a tierra
6. Implantación de la instalación fotovoltaica de HDS 7. Implantación de la instalación fotovoltaica de AA 6. Implantación de la instalación fotovoltaica de ING
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1 INTRODUCCIÓN
El diseño de un sistema de suministro y distribución de una instalación eléctrica es una tarea básica en la ingeniería eléctrica, estando desarrollados y consolidados los procedimientos de cálculo y la normativa de seguridad. No obstante, como ha ocurrido en muchos de los campos de la técnica, las herramientas para el desarrollo de estos diseños han ido evolucionando a lo largo del tiempo. En este sentido, la tendencia es automatizar los cálculos al máximo posible, integrar los cálculos con los de otros elementos de la instalación (sistemas hidráulicos, red de incendios, control, climatización e incluso el propio proyecto arquitectónico y estructural) y con bases de datos de equipos (luminarias, cables, bandejas de cables, etc).
Esto hace que la realización de un proyecto de un suministro sea hoy en día muy distinta de lo que era hace unos años.
El presente TFG tiene como motivación el ilustrar estos cambios con una serie de herramientas informáticas aparecidas en el mercado en los últimos años. Por eso el énfasis del proyecto se hace en la descripción de las herramientas y de las posibilidades que éstas ofrecen y no tanto en los cálculos convencionales (por ejemplo, las secciones de los conductores o las caídas de tensión) que son aspectos bien conocidos y en los que poco cabe aportar.
1.1 Objeto
El objeto del presente proyecto es la especificación y diseño de la instalación eléctrica de un hospital, mostrando todas las ventajas que ofrece la metodología de trabajo colaborativa BIM (building in modeling). Una metodología que tiene relación con el modelado de una maqueta virtual de la instalación y con la gestión de la información.
Esta metodología de trabajo integra a todos los agentes que intervienen en el proceso de edificación, arquitectos, ingenieros y el cliente, y establece un flujo de comunicación entre ellos generando un modelo virtual que contiene toda la información del proyecto actualizada durante el desarrollo de este.
Se dice que la metodología es colaborativa porque permite que los proyectistas de diferentes áreas de la instalación (eléctrica, hidráulica, arquitectura, etc) compartan la misma información. [1]
Con este documento se pretende cumplir dos objetivos:
El primer objetivo consiste en diseñar arquitectura eléctrica de un suministro eléctrico en un entorno hospitalario conforme a una normativa internacional.
Para llevar a cabo dicho objetivo se necesitan superar las problemáticas que supone el diseño, ya que en un suministro eléctrico de un entorno hospitalario debe primar la seguridad y fiabilidad, de forma que en caso de fallo se produzca una continuidad en el suministro de 72 horas. Además de lo anteriormente mencionado, otros parámetros a tener en cuenta son la vulnerabilidad sísmica de la zona, la particularidad de la normativa aplicada y el desarrollo de estrategias que permitan garantizar el cuidado del Medioambiente.
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El segundo objetivo consiste en ilustrar y poner en valor una metodología de cálculo, con una nueva herramienta y en un nuevo entorno de trabajo.
La metodología utilizada está basada en la herramienta de trabajo colaborativa BIM, una metodología de elaboración de proyectos consiste en la elaboración de una maqueta virtual con todo tipo de detalle en la instalación, y que servirá como modelo central. Todos los documentos del proyecto están coordinados a partir de dicho modelo, además, ofrece ventajas a la hora de coordinar geométrica y funcionalmente la instalación eléctrica con el resto de las instalaciones del complejo hospitalario.
Además de la coordinación de los documentos y las instalaciones, dicha herramienta permite la automatización del cálculo, esto supone una disminución de los errores que se pudieran cometer durante el cálculo y un ahorro de tiempo a la hora de realizar cambios.
A todas las problemáticas anteriormente mencionadas se une la necesidad de realizar una instalación eléctrica coordinada con el resto de las instalaciones, y con la infraestructura del complejo hospitalario, ya que, debido al gran tamaño de la instalación se generan una gran variedad de tipos de carga con distintas potencias, otros de los objetivos de la elaboración de la maqueta es reducir los tiempos de obra, ya que todos los integrantes del proyecto, tanto la empresa que lo desarrolla, el cliente, como los organismos de control tendrán acceso a la misma. Por último, la necesidad de diseñar una instalación que perdure en el tiempo y en cuyo diseño estén previstas las futuras ampliaciones que pudieran ser necesarias.
1.2 Descripción del hospital
El complejo se encuentra dividido en 3 edificios, Atención Abierta, El Hospital del Santo y el Instituto Nacional de Geriatría. Cada edificio cuenta con 4 plantas, el hospital del Santo cuenta con 3 subterráneos y el Instituto Nacional de Geriatría cuenta con 2 Subterráneos, el Subterráneo 1 se sitúa a nivel de calle. Los subterráneos 2 y 3 de los 3 edificios son conjuntos, mientras que el Hospital y el Instituto Nacional de Geriatría se encuentran unidos a través del piso 1.
El edificio de Atención Abierta (AA) está destinado a los cuidados primarios, tiene una extensión de 28900 m². En dicho edificio se encuentran las Consultas ambulatorias, Procedimientos, y Medicina Física. Las consultas y los procedimientos se distribuyen entre el primer subterráneo, el primer, el segundo y el tercer piso. Todas las salas de espera y mesones de recepción se ubican en el área pública del edificio (poniente), los boxes de atención y las salas de procedimientos se emplazan en el área más restringida del edificio (oriente).
El hospital del Salvador (HDS), que se utilizará como hospital general, contará con 72000 m².
Está dotado con áreas de hospitalización, UCI, Pabellones, Angiografía, Endoscopias, y Emergencias. Está dividido en dos áreas, el bloque técnico y el bloque de hospitalización.
El bloque técnico contiene todas las áreas críticas del hospital, es decir, Emergencias, Quirófanos y Unidades de Pacientes Críticos.
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El hospital cuenta con 24 quirófanos, y el área de hospitalización del hospital se encuentra en los pisos 3 y 4, con habitaciones de 2 y 4 camas, mientras que en el piso 1 se sitúa la Unidad de salud mental junto a las habitaciones de psiquiatría.
El Instituto Nacional de Geriatría (ING) tiene una extensión de 28200 m². Cuenta con su propia área de hospitalización, consultas y Medicina física. Cuenta con acceso para pacientes con motricidad comprometida. En el Subterráneo 1 y el piso 1 se encuentra el área de recepción y consultas, en el segundo piso se encuentra la unidad de medicina física y rehabilitación, los pisos tercero y cuarto se ubicarán las unidades de hospitalización.
En total, el complejo hospitalario dispone de un total de 170.000 m².
El hospital cuenta con 314 box, que se dividen en 135 box médicos, 84 box de procedimientos, 80 box profesionales y 15 box dentales.
También cuenta con 529 camas, que se dividen en 360 camas indiferenciadas, 44 camas de pensionado, 71 camas de UPC, 12 camas de UCI, 18 camas de UCE y 24 camas de psiquiatría.
El Instituto Nacional de Geriatría cuenta con 59 box, que se dividen en 12 box médicos, 16 box de procedimientos, 25 box profesionales y 6 box dentales.
También cuenta con 112 camas, que se dividen en 100 camas indiferenciadas y 12 camas de pensionado.
2 DESCRIPCIÓN GENERAL 2.1 Suministro de MT
Como se ha mencionado en el punto 1, el complejo hospitalario tiene una gran extensión, por esta razón se ha optado por un suministro eléctrico en Media Tensión, de forma que se reduzcan las pérdidas. Otro motivo que ha hecho decantarse por el suministro en Media Tensión es el abaratamiento del contrato de suministro eléctrico.
Respecto a la disponibilidad de energía eléctrica, se han previsto dos empalmes en Media Tensión desde la misma Subestación de menos de 5.000kW de potencia en 12kV y 50 Hz.
El tener una potencia de menos de 5000 kW hace que de acuerdo con la ley LEY-20805 29- ENE-2015, el contrato de suministro eléctrico será conforme a las exigencias de cliente regulado.
Desde la acometida A se suministrará una potencia de 4530,7 kW. En caso de socorro el sistema se conecta a la acometida B se suministrará la misma potencia. Ambas líneas eléctricas acometen enterradas a dos salas situadas en el Subterráneo 2, que contienen los conjuntos de las celdas de Media Tensión suministradas por la compañía eléctrica, dichos conjuntos contienen una celda de protección y medida, una celda de remonte y dos celdas de salida al anillo. En una de las acometidas se instalará otra celda de salida a un transformador para que en caso de que el sistema de respaldo de energía no funcione se pueda conectar a un sistema de respaldo móvil. La conmutación entre acometidas y la entrada en funcionamiento del sistema de respaldo será realizada por el sistema de control del edificio.
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Desde dichos empalmes se suministra energía a 9 centros de transformación cosidos en anillo a lo largo de todo el complejo hospitalario, esto permite una mayor descentralización de la carga evitando interferencias en los trazados de los conductores de Media Tensión.
La distribución a lo largo de todo el complejo hospitalario se realiza en bandeja. La conexión entre plantas las bandejas se realizarán a partir de shaft registrables.
Para la mejora de la continuidad del servicio se implementa una central de generación formada por grupos electrógenos en configuración 3+1(3 de alimentación normal y uno de reserva) que puedan generar el 100% de la potencia demandada por el complejo hospitalario en un momento determinado. La generación de dichos grupos se realiza en Media Tensión.
La central de generación está ubicada en el piso técnico del Instituto Nacional de Geriatría.
De esta forma, el suministro vendrá dado por una acometida normal, una acometida de socorro y un sistema de respaldo que dará alimentación en caso de pérdida de la alimentación por las acometidas.
Cada subestación contará con una celda de entrada y una celda de salida para el anillo, y constará de dos celdas de protección con interruptor automático, con las protecciones enclavadas electromecánicamente entre sí mediante controladores que permitan realizar la conmutación entre una y otra, las maniobras en los enclavamientos se deben realizar de forma lógica y asegurando la seguridad de las personas y de los equipos. Entre las celdas y los transformadores se realiza un puente en Media Tensión. El conductor utilizado para la realización de la Media Tensión será de Aluminio con tensión de aislamiento de 12/20 kV, el aislamiento del conductor es libre de componentes halógenos y no propagadores de llama.
2.1.1 Subestaciones de transformación
Con el objetivo de conseguir un sistema más sólido ante escenarios desfavorables, las subestaciones de transformación disponen de transformadores en configuración 1+1(1 de alimentación normal y uno de respaldo), de forma que se garantice la redundancia en el suministro eléctrico hasta los cuadros generales, los transformadores son de tipo seco encapsulados con resina, con envolventes metálicas. Este tipo de transformadores disminuyen el riesgo en caso de incendio e impiden contactos accidentales entre las partes energizadas y el personal de mantenimiento. Cuentan con un 25% de reserva, y realizan una transformación de la tensión de 12 a 0.38 kV.
El transformador de suministro normal permanecerá energizado, mientras que el otro transformador permanecerá con el interruptor abierto, en caso de falla o mantenimiento del transformador principal la carga del transformador queda fuera de servicio se transfiere al transformador de respaldo accionando las protecciones principales de baja tensión de los tableros generales de forma automática, que deben estar enclavadas entre sí. Dicha operación se realizará de forma automática de tal forma que no dependa del personal técnico de maniobras.
Para poder identificar y discriminar si la falla de energía en el cuadro general se debe a falla en el transformador activo o a falla (pérdida) de energía en el lado de MT, se debe instalar un medidor de voltaje en barras del tablero general. En caso de que la falla sea en el lado de MT, se debe dar la orden de arranque de los grupos electrógenos, mientras que, en caso de
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falla del transformador, se debe realizar la transferencia de carga al transformador de respaldo.
Tal y como se ha mencionado anteriormente, la distribución se realiza a 9 centros de transformación, los cuales se listan a continuación:
- Centro de Transformación Atención Abierta - Centro de Transformación HDS Piso Técnico 5 - Centro de Transformación HDS Central Térmica - Centro de Transformación HDS Piso Técnico 3 - Centro de Transformación HDS Imagenología
- Centro de Transformación HDS Hospital del Santo Oriente - Centro de Transformación HDS Hospital del Santo Poniente - Centro de Transformación Instituto Nacional de Geriatría
El centro de transformación de Atención Abierta se ubicará en una sala exclusiva ubicada en el piso técnico de Atención Abierta. Este centro considera dos transformadores de tipo seco, encapsulados en resina, de 1000 kVA.
El centro de transformación de Piso Técnico 5 se ubicará en una sala exclusiva en el piso técnico 5 del Hospital del Salvador, dicha subestación está destinada a la alimentación de equipos mecánicos y de climatización de la cubierta. Este centro considera dos transformadores de tipo seco, encapsulados en resina, de 630 kVA cada uno, con envolvente metálica.
El centro de transformación de la central térmica se localiza en una sala exclusiva en el piso técnico del hospital, alimenta los equipos que componen la central térmica ubicada en la cubierta del hospital. Este centro considera dos transformadores de tipo seco, encapsulados en resina, de 2000 kVA cada uno, con envolvente metálica.
El centro de transformación de Piso Técnico 3 se ubicará en una sala exclusiva en el piso técnico 3 del Hospital del Salvador, dicha subestación está destinada a la alimentación de equipos mecánicos, climatización de una de las cubiertas, además de los quirófanos, salas UCI y UTI. Este centro considera dos transformadores de tipo seco, encapsulados en resina, de 630 kVA cada uno, con envolvente metálica.
El centro de transformación de imagenología está ubicado en el piso técnico 3 del Hospital del Salvador, dicha subestación se ubicará en una sala exclusiva para este uso y alimenta a todos los equipos de imagenología del complejo. Este centro considera dos transformadores de tipo seco, encapsulados en resina, de 630 kVA cada uno, con envolvente metálica.
Para la alimentación del Hospital del Santo Oriente, se ha previsto la instalación de una subestación que se ubicará en una sala exclusiva para este fin en el subterráneo -2 y considera dos transformadores, del tipo seco, encapsulados en resina, de 630 kVA cada uno, con envolvente metálica.
Para la alimentación del Hospital del Santo Poniente, se ha previsto la instalación de una subestación que se ubicará en una sala exclusiva para este fin en el subterráneo -2 y
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considera dos transformadores, del tipo seco, encapsulados en resina, de 630 kVA cada uno, con envolvente metálica.
Para la alimentación de Instituto Nacional de Geriatría, se ha previsto la instalación de una subestación que se ubicará en una sala exclusiva para este fin en el piso técnico del Instituto Nacional de Geriatría. Este centro de transformación considera dos transformadores, del tipo seco, encapsulados en resina, de 630 kVA cada uno, con envolvente metálica.
Para la alimentación de Estacionamientos, se ha previsto la instalación de una subestación que se ubicará en una sala exclusiva para este fin en el subterráneo -2 y considera dos transformadores, del tipo seco, encapsulados en resina, de 1250 kVA cada uno, con envolvente metálica.
Las salas previstas para las subestaciones están situadas lo más cerca posible de las salas para los cuadros generales y de las SAI en caso de que hubiera.
Con este diseño, un fallo en un mismo tipo de equipo o en la misma instalación no tendrán ninguna repercusión en el suministro ni en el funcionamiento del complejo hospitalario.
2.1.2 Sistema de respaldo
Para la alimentación en caso de falla del suministro desde la acometida, se ha planteado un sistema centralizado de respaldo en caso de emergencia en Media Tensión. Dicho sistema está compuesto por 4 grupos electrógenos de 2250 kVA, 3 se utilizarán en funcionamiento normal y otro de reserva.
El total de los grupos electrógenos deberá suministrar energía para alimentar el 100% del complejo hospitalario.
En el momento del arranque no se podrá suministrar el 100% de la carga por lo que se realizará un deslastrado de cargas en función de los grupos más susceptibles a la pérdida del suministro definidos en el punto 15.1 de la normativa Nch 4/2003:
-Primero se suministrará energía a todos los grupos que estén cumpliendo una función biológica suplementaria vital para el enfermo o un procesamiento de datos mediante computadoras, en los cuales una detención implica un alto riesgo para una intervención quirúrgica o poner en peligro la vida del paciente.[2]
- En la siguiente se incluyen equipos cuya finalidad es asegurar la terapia, diagnóstico o control del enfermo, como mantener algunos servicios básicos para mantener cierto grado de operatividad.[2]
-Por último, se encuentran equipos y servicios imprescindibles para el funcionamiento del hospital, pero cuya actividad no afecta directamente al paciente.[2]
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2.2 Distribución en BT
Atendiendo a la función y ubicación de los distintos cuadros se ha elaborado una clasificación escalonada de todos ellos, según las exigencias del 6.1 del Nch 4/2003 para optimizar la distribución eléctrica en Baja Tensión.
En el sentido del flujo de energía eléctrica se puede distinguir entre los cuadros generales, cuadros generales auxiliares y los cuadros de distribución.
- Cuadros generales: Son los cuadros principales de las instalaciones estarán montados los dispositivos de protección y maniobra que permiten operar sobre toda la instalación de consumo de forma conjunta o fraccionada.
- Cuadros generales auxiliares: Son cuadros que son alimentados desde un cuadro general y desde ellos se protege y opera sobre los cuadros de distribución.
- Cuadros de distribución: Son cuadros que contienen dispositivos de protección y maniobra que permiten proteger y operar directamente sobre los circuitos en que se sitúan los receptores.
2.2.1 Cuadros generales
Los cuadros generales son alimentados en baja tensión desde la salida de los dos transformadores, por lo que el número de cuadros generales es igual al número de subestaciones diseñadas.
Se dispone de una barra que está alimentada por los dos transformadores, para mantener la redundancia, cada cuadro general contará con una toma con la que se podrá alimentar la subestación desde un grupo de reserva móvil en caso de que se produzca una caída de todos los elementos de Media Tensión. Los cuadros generales contarán con relés de medida de tensión y con las protecciones de entrada enclavadas mecánicamente para que en caso de que exista un fallo eléctrico en uno de los transformadores automáticamente se abra el interruptor de uno de los transformadores y se cierre el interruptor del otro.
En la entrada de los cuadros generales se instalan analizadores de red para permitir una lectura de los parámetros de la red y una medida de la calidad de esta. Estos medidores se comunican con el sistema de control del edificio.
Los analizadores de red cuentan con medición de tensión, corriente, potencia activa, potencia reactiva, potencia aparente y la tasa de armónicos de la red. La conexión de los analizadores de red se realiza a partir de un transformador de tensión. Los contadores de energía se sitúan a la salida del cuadro permitiendo obtener información acerca de la energía consumida por cada salida, además de los valores de potencia, tensión y corriente.
Los cuadros generales serán de montaje del tipo multiarmario, las protecciones están ubicadas en la parte central del cuadro para así reducir la longitud de los embarrados y con las protecciones de mayor calibre situadas en la parte inferior para reducir los problemas de disipación de calor y mejorar la estabilidad del cuadro. El montaje de los cuadros sigue las exigencias del punto 6.2 de la normativa Nch 4/2003.
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Fig. 1-Detalle tipo del cuadro general
Todos los materiales que componen los cuadros son libres de halógenos y no propagadores de la llama, además de que contienen acceso desde el exterior y un grado de protección entre 30 y 55 para mejorar la disipación del calor.
2.2.2 Bancos de condensadores
Para la compensación del factor de potencia de la instalación se ha instalado un banco de condensadores por cada cuadro general, exceptuando el cuadro general de imagenología.
Todos los bancos de condensadores son automáticos, disponen del filtro antiarmónico con bobinas de rechazo para reducir el contenido en armónicos de la corriente del banco de condensadores y evitar el efecto de resonancia. Las baterías también contienen resistencias de presinserción conectadas en paralelo a cada contactor de comando de condensadores para evitar sobre corrientes en el banco.
Se realiza una elección del banco de condensadores con una etapa fija del orden del 5% de la potencia nominal del banco de condensadores para conseguir un factor de potencia de 0,99.
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2.2.3 Cuadros generales auxiliares
Los cuadros generales auxiliares son alimentados desde los cuadros generales, a partir de este nivel se pueden clasificar en 5 tipos de cuadros según su uso, fuerza y equipamiento médico, computación, alumbrado, mecánicos y climatización. Los cuadros generales alimentan a los tableros de distribución o a las cargas de mayor potencia del complejo hospitalario ya que estas vienen con un cuadro eléctrico integrado en el equipo y no son necesarios más escalones de protección. Los cuadros que alimenten a otros tableros de distribución se definen en función de las verticales de los edificios y numerados según la carga (1-Alumbrado,2-Computación,3-Fuerza,4-Mecánicos, 5-Climatización).
Los cuadros de alumbrado alimentan a luminarias y luminarias de emergencia.
Los cuadros de Computación alimentan a circuitos con equipos electrónicos e informáticos u algún componente de clima, protección contra incendios o control de accesos muy distribuido.
Los cuadros de fuerza y equipamiento médico alimentan a todos los elementos de fuerza y a todas las cargas médicas del hospital.
Los cuadros de mecánicas alimentan a toda la maquinaria del hospital que no es de uso médico, esto incluye alimentación a ascensores, de agua, de gasóleo, correo neumático, gases clínicos, escaleras mecánicas o montacamas.
Los cuadros de climatización están destinados a alimentar a las cargas de climatización del hospital.
Los cuadros generales auxiliares son pequeños armarios empotrados en la pared o apoyados en el suelo, con las protecciones situadas entre 0,6 y 2 m [2], siguiendo las exigencias del punto 6.2.1.16 de la normativa Nch 4/2003.
2.2.4 Cuadros de distribución
El último escalón definido son los cuadros de distribución, la función de esta tipología de cuadros es proteger un sector eléctrico definido dentro de cada planta. Los sectores eléctricos han sido definidos de tan forma que se minimicen las consecuencias de un fallo eléctrico y se realice un uso más eficiente de la instalación eléctrica.
En función de la carga se definen los siguientes cuadros:
- Cuadro de distribución de Alumbrado - Cuadro de distribución de Computación
- Cuadro de distribución de Equipos Médicos y Fuerza.
- Cuadro de distribución de Equipos Mecánicos - Cuadro de distribución de Climatización
Los cuadros de distribución son pequeños armarios empotrados en la pared o apoyados en el suelo, con las protecciones situadas entre 0,6 y 2 m [2], siguiendo las exigencias del punto 6.2.1.16 de la normativa Nch 4/2003.
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2.2.5 Circuitos
Los circuitos de distribución corresponden a los distintos conductores que alimentan a los artefactos de alumbrado, enchufes, motores y otros equipos que se instalarán distribuidos en los distintos sectores. Estos circuitos tendrán su origen en los Cuadros de Distribución y recorrerán un tramo determinado, canalizados por ductos o bandejas, tramo en el que se irán derivando las alimentaciones a los distintos artefactos que alimentará dicho circuito.
Dependiendo de los consumos que alimente el circuito, se diferenciarán entre los siguientes:
‒ Circuitos de Iluminación. Correspondiente a circuitos que alimentarán a las distintas luminarias consideradas en el proyecto.
‒ Circuitos de Enchufes Normales. Corresponden a circuitos que alimentarán a enchufes de uso general, para conexión de aparatos de bajo consumo y electrodomésticos de baja potencia, cargadores móviles, cargadores de pilas, máquinas de aseo, etc. Se ha considerado que cada circuito de enchufes normales alimente como máximo a diez enchufes (los enchufes dobles o triples se contarán como un enchufe a tal efecto). Excepto en las zonas donde se prevé una mayor simultaneidad en el uso de los enchufes, como las habitaciones de hospitalización.
‒ Circuitos para Arranques Especiales. Estos circuitos corresponden a circuitos que podrán ser conectados a los cuadros de distribución de fuerza en caso de que sean arranques de equipamiento médico. Los arranques mecánicos se alimentarán desde los tableros mecánicos o de climatización correspondientes. Debido a la gran variedad de arranques de maquinaria que van a existir en el hospital, algunos elementos como los fancoils, las compuertas cortafuegos y los paneles de extinción de incendios se alimentarán desde cuadros de computación y fuerza.
Para los circuitos se utiliza conductor de cobre con aislación y cubierta en su caso, de material retardante a la llama, libre de compuestos halógenos y que no emitan gases tóxicos. Estos conductores se canalizarán en escalerillas o ductos. Los cables tendidos sobre bandejas serán de clase de aislación 1 kV (cable tipo RZ1-K 0,6/1kV).
Los cables se canalizarán en escalerillas o ductos, metálicos o no metálicos, las que serán adecuadamente dimensionadas según la cantidad y tipo de conductores que se instalarán en ellas.
2.2.6 Canalizaciones
La distribución en Baja Tensión se realiza en escalerilla portacables, conduit (tubo corrugado) y ductos metálicos. Siguen todas las exigencias del punto 8 de la normativa Nch 4/2003.
Todas las escalerillas son resistentes a impactos y choques, además están compuestas de materiales libres de halógenos y no propagadores de llama de forma que en caso de incendio no se emitan gases tóxicos. Además, los soportes se diseñan siguiendo factores de seguridad adicionales para la protección anti-sismos. [2]
Se clasifican las escalerillas en función de su tipo de servicio, las escalerillas que llevan cables que alimentan unos cuadros a partir de otros se denominarán Alimentadores/Subalimentadores, mientras que las escalerillas que contengan circuitos que
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alimentan a receptores se denominarán escalerillas de distribución. Siguiendo las exigencias del punto 7.1.1.6 de la NCh 4/2003, las escalerillas que realicen la protección entre cuadro general y cuadro general auxiliar contienen una única capa, mientras que según lo exigido en el punto 8.2.20.14 el resto de las escalerillas contienen dos capas de cables.
La distribución desde la salida de la canalización hasta el receptor se realiza a partir tubo corrugado cada conduit está previsto de un circuito de cada tipo de servicio y todos los conduits serán libres de halógenos y no propagadores de llama. En salas técnicas y patinillos, donde se requiere mayor protección mecánica y existe mayor suciedad, la distribución se realiza en cañería de acero galvanizado. Las cañerías están fuera de la vista y apoyadas en muros.
Todas las escalerillas cumplirán los requerimientos del punto 8 de la Nch 4/2003.
2.2.7 SAI (Sistemas de potencia ininterrumpida)
Se definen distintos sistemas de alimentación ininterrumpida a lo largo del complejo hospitalario.
Los cuadros de fuerza que alimentan a equipos médicos que sean cargas que la normativa considera que están dentro de los grupos 0 y 1 definidos en los puntos 14.2 y 15.1 de la normativa Nch 4/2003 se alimentan a través de baterías de alimentación ininterrumpida que respaldan en caso de corte y estabilizan la tensión a la salida en condición normal contra los diferentes armónicos que se pudieran producir.
Se instalan 3 UPS centralizadas, una para ING, una para AA y otra para HDS que cubrirán la demanda de potencia de computación del complejo hospitalario.
Se instala una Unidad de Potencia Ininterrumpida por cada pabellón quirúrgico del hospital, UCI, UTI y quirófano de tal forma que dé suministro eléctrico en caso de corte de servicio.
Todas las baterías se diseñan para mantener al menos una hora de autonomía en las cargas más críticas.
La alimentación de los racks del CPD (Centro de procesamiento de datos) zona donde se gestiona y controla el hospital, viene dada por sistemas de alimentación ininterrumpida con una autonomía de 10 minutos. Se ubicarán en la zona más próxima al centro de procesamiento de datos, serán del tipo ON line y contarán con bobinas de rechazo de armónicos.
2.2.8 Instalaciones Especiales hospitalarias. Conexiones Equipotenciales.
Dentro de algunas salas de especiales se deben realizar conexiones equipotenciales para evitar las diferencias de potencial que se pueden producir entre todos los equipos que se instalan en dichas salas. Según las exigencias del 15.2.3 de la normativa Nch 4/2003, en los recintos de uso médico del complejo hospitalario se realizan conexiones equipotenciales a las que se conectan todos los equipos metálicos, aunque no sean eléctricos, también se instalan protecciones diferenciales, con el objetivo de minimizar el riesgo de electrocución en caso de fallas.[2]
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De acuerdo con lo indicado en la norma Nch. Eléc. 4/2003, la conexión equipotencial consiste en unir todas las partes metálicas de la canalización y las masas de los equipos eléctricos entre sí y con los elementos conductores ajenos a la instalación que sean accesibles simultáneamente, para evitar que puedan aparecer tensiones peligrosas entre ellos.
Esta medida puede, además, comprender la puesta a tierra de la unión equipotencial para evitar que aparezcan tensiones peligrosas entre la unión y el piso.
Para conseguir lo anteriormente mencionado se aplican los siguientes puntos de la normativa:
El punto 15.2.1.14 de la normativa Nch 4/2003 exige que, en caso de instalar un enchufe dentro de una zona peligrosa, éste y su canalización deberán cumplir al menos con alguno de los métodos de seguridad definidos para instalaciones peligrosas. [2]
En las condiciones indicadas, deben insertarse partes aislantes en los elementos conductores unidos a la conexión equipotencial, por ejemplo, coplas o uniones aislantes en sistemas de cañerías sanitarias, cañerías eléctricas, etc, a fin de evitar la transferencia de tensiones a puntos alejados de la conexión.
Las puertas y ventanas metálicas o los marcos metálicos que estén colocados en muros no conductores y fuera del contacto de otras estructuras metálicas no necesitan conectarse a la conexión equipotencial.
Los recintos médicos que deben incluir conexiones equipotenciales y protecciones diferenciales son al menos los indicados en los artículos 15.0.1 y 15.2 de la norma Nch. Eléc.
4/2003 y que son:
- Depósito de anestesia.
- Salas de esterilización menor, en los cuales se esterilizan los instrumentos que se utilizarán en la intervención quirúrgica.
- Salas de lavado preoperatorio, recintos anexos al pabellón de cirugía en donde los médicos y sus asistentes se lavan para desinfectarse.
- Salas de preparación. Salas en que los pacientes son preparados para una operación, por ejemplo, se les administra anestésicos.
- Salas de recuperación. Recintos en que se mantienen bajo observación al paciente mientras se disipan los efectos de la anestesia.
- Salas de yesos. Entendiéndose como los recintos en los cuales se aplica yeso al paciente, estando éste anestesiado.
- Servicio de urgencia. Recintos en que se realizan operaciones de cirugía menor, en las cuales puede ser necesario anestesiar al paciente.
- Salas de exámenes intensivos. Salas en que con ayuda de equipos electromédicos, se registran funciones biológicas de los pacientes y se observan sus reacciones.
- Salas de hospitalización. Aquellas salas en las que permanecen los pacientes.
- Salas de exámenes y cirugía menor.
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2.2.9 Alimentación de UCI/UTI/Quirófanos y salas de angiografía
Unas de las zonas más críticas del hospital son las habitaciones UCI, UTI, angiografía y los quirófanos. La alimentación eléctrica tiene una serie de condiciones especiales que se describen en el presente apartado.
Las instalaciones eléctricas de pabellones de cirugía, salas UTI y UCI, y salas de angiografía se realizan respetando las indicaciones dadas en el artículo 15.2 de la norma Nch. Eléc.
4/2003, referente a Medidas de Seguridad en Recintos de Uso Médico.
La alimentación en los pabellones/quirófanos es de las más críticas de todo el complejo, ya que la continuidad de suministro debe prevalecer. Para ello se utiliza un transformador de aislamiento y un régimen de neutro IT con un medidor de impedancia en cada pabellón de tal forma que en caso de falla a tierra siga funcionando y se produzca un aviso en vez de realizar una apertura de las protecciones.
En particular, se respetan los artículos 15.2.2.1 al 15.2.2.14 y 15.2.6 a 15.2.7, ambos inclusive y que solicitan lo siguiente:
- En las salas de operaciones y recintos en que utilizan anestésicos combustibles, se considera como expuesta a peligro de explosión todo el volumen del recinto comprendido entre el piso y 1,20 m de altura. Los enchufes que alimenten equipos dentro de una sala de operaciones se instalan fuera de la zona peligrosa limitada y son del tipo de seguridad, también quedarán fuera de dicha zona el alumbrado general fijo y los interruptores.
- La alimentación de los equipos ubicados dentro de la zona peligrosa limitada se realiza a través de transformadores de aislamiento que cumplen las prescripciones del párrafo 9.2.6.1 de la norma Nch. Eléc. 4/2003, y que aplica lo siguiente [2]:
• Su construcción es de tipo doble aislamiento.
• El circuito secundario no tiene ningún punto común con el circuito primario ni con ningún otro circuito distinto.
• No se emplean conductores ni contactos de tierra de protección en los circuitos conectados al secundario.
- Las carcasas de los equipos conectados al secundario no están conectados a tierra ni a la carcasa de otros equipos conectados a otros circuitos, pero la carcasa de todos los equipos conectados al circuito secundario y que pueden tocarse simultáneamente, están interconectados mediante un conductor de protección.
- En cada pabellón se incluye un indicador de Fuga a Tierra, también se incluye un indicador instalado en la estación de enfermería.
- Se instala un transformador de aislamiento por cada sala de operaciones y sus correspondientes recintos anexos. Los transformadores se instalan fuera de la sala de operaciones. También se instalan transformadores por cada habitación UCI/UTI.
- El circuito que alimenta el transformador de aislamiento de una sala de operaciones no alimenta otros consumos. De igual forma el o los circuitos del secundarlo de este transformador no alimentan consumos de otros recintos.
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- Los interruptores que accionen equipos conectados a circuitos aislados de tierra interrumpen todos los conductores de la alimentación.
- Además de las protecciones normales, los circuitos aislados de tierra están conectados a un dispositivo detector de fallas de aislamiento. Este dispositivo está compuesto por una unidad de detección y dos paneles de indicación de falla de aislamiento; la unidad de detección se ubica fuera de la sala de operaciones, en el sector del cuadro eléctrico correspondiente; mientras que un panel de indicación se ubica en el interior de la sala y el segundo panel (repetidor), se ubica en el puesto de enfermeras correspondiente. En los paneles indicadores de falla de aislación existe una luz verde que estará permanentemente encendida, estando el circuito conectado y en condiciones normales. Si la corriente total de fuga a tierra sea ésta resistiva, capacitiva o la suma de ambas, alcanza un valor de 2 mA a tensión nominal, en el panel de señalización se dejará oír una chicharra y se encenderá una luz roja. Dicha luz roja deberá permanecer encendida mientras dure la falla.
- El voltaje de prueba con que el detector funciona no debe ser superior a 24 V; la impedancia interna del detector no debe ser inferior a 100 KOhm, y la máxima corriente que circula a través del detector cuando exista una falla franca a tierra en algún conductor del circuito no debe ser superior a 1 mA.
La iluminación de las salas y los equipos de rayos X se conectan a los circuitos de alimentación sin necesidad de transformadores de aislación ni el régimen de neutro IT, de esta forma quedan protegidos por el SAI que alimenta al cuadro, siempre que cumplan algunas de las prescripciones siguientes:
- La construcción del equipo sea del tipo doble aislación.
- El equipo se conecte mediante un conductor de protección.
- El equipo sea protegido por un protector diferencial, de acuerdo con lo prescrito en 9.2.7.3, con una sensibilidad no superior a 30 mA.
Para evitar las tensiones peligrosas y las descargas electrostáticas durante la falla a tierra se instala un suelo de características semiconductoras, dichas mallas permiten dotar el suelo de suficiente conductividad para evitar descargas electrostáticas y conductividad no muy elevada para previnir la propagación de tensiones peligrosas.
Se respetarán las exigencias indicadas en los párrafos 15.2.7 al 15.2.9 de la norma Nch. Eléc.
4/2003.
- Los suelos de los recintos comprendidos en el área de operaciones deberán ser de una calidad tal que su resistencia eléctrica no sea inferior a 50.000 Ohm ni superior a 1 Megohm.
- Bajo el recubrimiento del suelo se colocará una malla metálica de disipación de calor, la que se conectará a la conexión equipotencial. La presencia de esta malla no alterará las exigencias fijadas a la resistencia eléctrica del suelo.
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Los circuitos con tensión de seguridad, los dispositivos de conexión de los equipos y los enchufes de estos circuitos serán de un tipo tal que impidan la conexión en circuitos de tensiones superiores.
- La conexión desde un enchufe al equipo respectivo se realiza mediante cordones flexibles de tipo servicio pesado.
- Como se ha mencionado en el punto 2.2.8 del presente proyecto, en los recintos de uso médico se debe incluir una conexión equipotencial. En las salas de operaciones, las conexiones equipotenciales llegan a una barra de conexión accesible en todo momento y que permite la desconexión individual de cada conductor equipotencial. A esta barra están conectados los siguientes elementos:
• El conductor de tierra de protección general de baja tensión del Hospital, el que estará conectado a su vez a la malla de tierra de Baja Tensión.
• El conductor de protección de los circuitos no conectados al transformador de aislación, es decir, los equipos de rayos X y la iluminación general de las salas.
• El conductor de protección del sistema detector de fugas.
• Los conductores equipotenciales de todas las tuberías metálicas, como por ejemplo las de agua potable, aguas servidas, calefacción, gases, vacío, etc.
• Los conductores equipotenciales de elementos metálicos de gran superficie, por ejemplo: mesas de operación, lámparas de la mesa de operaciones, ducto de evacuación de gases, etc.
• Los conductores equipotenciales que conecten salas o grupos de salas en las que existan equipos de exámenes que operen en conjunto.
• Las pantallas contra radio interferencias.
• La malla de disipación del piso semiconductivo.
• Dentro de lo posible, las estructuras de acero de refuerzo del edificio.
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Fig. 2- Detalle tipo de un cuadro de quirófanos, en él se puede observar el embarrado TNS y el embarrado protegido por el transformador de aislación con régimen IT.
2.2.10 Centro de Procesamiento de Datos (CPD)
En el Subterráneo 1 del Instituto Nacional de Geriatría se ha previsto un centro de procesamiento de datos que controla todos los elementos del complejo hospitalario, dicho centro cuenta con 15 racks de 3kW. La alimentación eléctrica de cada rack del CPD vendrá dada por un cuadro eléctrico con dos embarrados desde la misma subestación, uno de ellos estará conectado a un SAI, y otro se utilizará de bypass eléctrico para que en caso de pérdida de la alimentación por el SAI se realice el bypass que permita la continuidad de suministro al centro de procesamiento de datos. La ubicación de los SAI tiene una disposición de n+1 Los SAI se diseñan para cubrir más del 100% de la carga eléctrica instalada en el CPD Con todo lo anteriormente mencionado se puede asegurar que se consigue un TIER II solicitado en los criterios de diseño.
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Fig. 3- Detalle de alimentación al CPD
2.2.11 Instalación fotovoltaica
Dado la gran variación de la demanda diaria y la gran superficie del hospital en cubierta se opta por el diseño de una instalación fotovoltaica. Se ubican paneles en las cubiertas de los 3 edificios, tanto AA, ING, como HDS.
El total de la potencia generada por la instalación fotovoltaica se inyecta directamente en los cuadros generales auxiliares de alumbrado de cada edificio.
Los paneles se instalan de forma equitativa en los tejados de las casetas ubicadas en la cubierta de los tres edificios del complejo hospitalario, evitando la zona del helipuerto, la instalación de solar-térmica y chimeneas de ventilación del edificio.
Los paneles fotovoltaicos se ubican con una inclinación de 23º, el óptimo según la ubicación geográfica de Chile para mejorar la eficiencia (Ver anexo). Al estar ubicado en el hemisferio sur, los paneles están orientados hacia el norte.
Los paneles fotovoltaicos para utilizar serán de alta eficiencia con una potencia pico de 250 W cada uno, los paneles son alta eficiencia con revestimiento antirreflejante para optimizar la absorción de luz solar.
Cada panel ocupa en planta una superficie de 1,65 m2 y previendo una zona de paso y mantenimiento de 1,51 m entre filas (ver anexo).
La demanda requerida es de 332 kW, por lo tanto, la potencia prevista para la fotovoltaica en cada uno de los edificios es de 211 kW pico en el Hospital, 48 kW pico en el Instituto Nacional de Geriatría y 73 kW en Atención Abierta.
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Con esa potencia es necesaria la instalación de 1328 paneles. Se obtiene un total de 844 paneles en el Hospital del Santo, 192 paneles en el Instituto Nacional de Geriatría y 292 paneles en Atención Abierta.
El sistema se plantea con una serie de cadenas de paneles fotovoltaicos – con el mismo número de paneles – conectados a un inversor. El número total de cadenas, la intensidad circulante por ellas y la diferencia de potencial entre los bornes positivo y negativo, deben cumplir con los valores permisibles del inversor instalado.
Con el fin de que los inversores trabajen el mayor tiempo posible en puntos de elevado rendimiento, su potencia nominal debe ser inferior a la del generador fotovoltaico. Como criterio de diseño, se considera la potencia nominal de los inversores es un 80% del campo fotovoltaico.
Entre los paneles y la entrada del inversor se ubica un cuadro para la protección en corriente continua. Desde la salida del inversor se alimenta un cuadro de protecciones, y desde ahí a un cuadro general auxiliar de alumbrado de cada edificio. Toda la potencia generada por la instalación dará alimentación al alumbrado.
Todos los materiales situados en intemperie se protegerán contra los agentes ambientales, en particular contra el efecto de la radiación solar y la humedad.
En concreto los cables serán del tipo RV resistentes a la intemperie y a la radiación
Para los cálculos de esta instalación, se ha elegido el modelo con una potencia pico de 250 W por panel, y unas dimensiones de 1650 mm x 992 mm.
Las características eléctricas nominales de cada panel son las siguientes:
Tensión en el punto Pmáx (VMPP)= 30,5 V.
Corriente en el punto Pmáx (IMPP)= 8,2 A.
Tensión en circuito abierto (VOC)= 37,7 V.
Corriente de cortocircuito (ISC) = 8,85 A.
Potencia nominal (Pmax) = 250 Wp.
Todos los módulos que integren la instalación serán del mismo modelo, o en el caso de modelos distintos, el diseño debe garantizar totalmente la compatibilidad entre ellos y la ausencia de efectos negativos en la instalación por dicha causa.
El campo fotovoltaico del edificio AA estará dividido eléctricamente en 2 subcampos con 146 paneles cada uno y 36,5 kWp. Estos subcampos se conectarán a la red eléctrica por medio de 2 inversores electrónicos de una potencia nominal de 33 kW a razón de uno por subcampo.
El campo fotovoltaico de HDS estará dividido eléctricamente en 5 subcampos con 169 paneles cada uno y 42,25 kWp, excepto uno de ellos que será de 168 paneles y 42 kWp.
Estos subcampos se conectarán a la red eléctrica por medio de 5 inversores electrónicos de una potencia nominal de 40 kW a razón de uno por subcampo.
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El campo fotovoltaico de ING estará dividido eléctricamente en 2 subcampos con 96 paneles cada uno y 24 kWp. Estos subcampos se conectarán a la red eléctrica por medio de 2 inversores electrónicos de una potencia nominal de 20 kW a razón de uno por subcampo.
El inversor propuesto con una tensión de entrada que debe estar comprendida entre 200 - 820 V y una tensión máxima de 1000V. Tiene una eficiencia bastante alta del 98.5%. Para AA se elige el inversor de 33 kW con un rango de potencia del campo fotovoltaico de 34 - 45 kW, para HDS el inversor de 40kW con un rango de 41,2 - 53,6 kW y para ING el inversor de 20kW con un rango de potencia de 20,6 - 26,8 kW.
La potencia unitaria del inversor será dimensionada en función del coste total de los inversores necesarios de cada potencia nominal para satisfacer las necesidades de demanda.
Además del inversor y los paneles se instala un analizador de red para poder analizar las propiedades de la carga dado que el consumo varía en el tiempo.
Las protecciones del cuadro de corriente continua se dimensionan conforme a la intensidad de cortocircuito máxima que puede aguantar el campo fotovoltaico es 2 veces la corriente de cortocircuito de cada panel.
La protección principal del cuadro de corriente continua se dimensionará conforme a la intensidad máxima que se pueda producir en cada inversor.
Las protecciones del cuadro de corriente alternan se dimensionan en función de la corriente máxima del inversor en el lado de alterna.
2.3 Sistemas de protección
A continuación, se exponen las soluciones adoptadas para la protección del hospital contra fallos eléctricos u agentes externos.
2.3.1 Sistemas de protección contra contactos
Para la protección de todos los elementos de la instalación eléctrica, la protección de todas las personas que vayan a entrar en contacto con algún elemento de la instalación y para el correcto funcionamiento de la instalación se realiza una puesta a tierra en la instalación.
El régimen de neutro que se aplica en el complejo es el TN-S (excepto en salas UCI, UTI y angiografía, punto 2.2.9), con el neutro de la estrella del transformador puesto a tierra y las masas conectadas al neutro, y con cable de tierra separado del neutro.
La primera letra indica conexión directa a tierra de un punto del sistema eléctrico (en este caso el neutro). La segunda indica la situación de las masas de la instalación con respecto a tierra, en este caso las masas están conectadas a un punto conectado a la tierra del sistema (en este caso el neutro). [3]
El régimen del neutro TN-S es idóneo para instalaciones con el neutro muy distribuido y con su propia subestación transformadora, como es el caso de la instalación del presente proyecto.
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Se definirán 3 tipos distintos de puesta a tierra independientes entre sí.
Puesta a tierra de Media Tensión: En esta tierra se conecta toda la aparamenta de Media Tensión y sus herrajes, como pueden ser puesta a tierra de las celdas MT, carcasas de los equipos eléctricos de MT y las bandejas de cableado MT.
Esta tierra se compone de dos mallas ubicadas en el perímetro del hospital, enterradas a nivel de calle, y lo más cercanas posible a las acometidas de MT. Ambas mallas están interconectadas físicamente mediante dos conductores separados entre sí, que se canalizan a través del perímetro del complejo hospitalario.
La interconexión de la aparamenta de MT a la red de tierras se realiza en cada subestación mediante una barra colectora de tierras donde se cablean todos los elementos mediante un cable conductor de cobre. Estas barras colectoras ubicadas en cada subestación se interconectan entre sí formando un anillo mediante cable conductor de cobre, que discurre por la bandeja de cableado de MT. La conexión a tierra del anillo se realiza en dos puntos ubicados en las acometidas eléctricas.
Se instala una malla equipotencial en el suelo de cada sala eléctrica para evitar los voltajes mano-pie y pie-pie. Dicha malla estará conectada a la tierra de Media Tensión
Puesta a tierra de Baja Tensión: Esta tierra se compone de una malla ubicada en el perímetro del recinto hospitalario enterradas a nivel de calle por debajo del nivel de los drenajes de evacuación de aguas pluviales y lo más cercanas posible al hospital, manteniendo una distancia mínima de 20m con el resto de las mallas. Esta malla no está conectada de ninguna forma con resto de mallas. Únicamente estará conectada con la plancha de cobre diseñada para la puesta a tierra de pararrayos.
En esta tierra se conectarán los neutros de los transformadores y los herrajes de baja tensión, además se conectarán las barras colectoras de tierra ubicadas en los Cuadros Generales de Baja Tensión y todos aquellos elementos metálicos susceptibles de generar contactos indirectos como estructuras metálicas, bandejas, tuberías metálicas, equipos mecánicos, … La interconexión de la aparamenta de BT a la red de tierras se realiza en cada subestación mediante una barra colectora de tierras donde se cablean todos los elementos mediante un cable conductor de cobre. Estas barras colectoras ubicadas en cada subestación se interconectan entre sí formando un anillo mediante cable conductor de cobre, que discurre por una bandeja independiente y paralela a la bandeja de MT manteniendo en todo momento una distancia mínima de 30 cm entre bandejas.
Todos los cuadros a excepción de los de computación disponen de al menos una conexión de puesta a tierra, enlazada con el tablero de rango superior hasta llegar al CGBT donde se conecta el cableado de tierra a la barra colectora de BT mencionada anteriormente.
Puesta a Tierra de Extra Baja Tensión: En esta tierra se conecta toda la aparamenta y los equipos de computación ubicados en el hospital, como puedan ser cuadros de computación, SAI y equipos informáticos.
Esta tierra se compone de una malla ubicada en el perímetro del recinto hospitalario enterradas a nivel de calle por debajo del nivel de los drenajes de evacuación de aguas pluviales y lo más cercanas posible al hospital, manteniendo una distancia mínima de 20m
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con el resto de las mallas. Todas las mallas de EBT deberán estar interconectadas mediante 2 conductores de cobre enterrados.
La interconexión de la aparamenta de EBT a la red de tierras se realiza en cada subestación mediante una barra colectora de tierras donde se cablearán todos los elementos mediante un cable conductor de cobre. Estas barras colectoras ubicadas en cada subestación se interconectan entre sí formando un anillo mediante cable conductor de cobre, que discurrirá por la misma bandeja por la que circulan los conductores de tierra de BT.
Los cuadros de equipamiento médico disponen de una línea de tierra independiente al de los consumos de fuerza. Así pues, a los cuadros de pisos de fuerza y equipamiento médico (TDFyEM), llegan dos líneas de tierra, a cada uno de los subcuadros. Los cuadros generales (TGAux), disponen de dos embarrados de tierra independiente para baja y extra baja tensión, y se disponen 2 conductores hasta las barras colectoras ubicadas en los TGBT.
Los tableros de computación dispondrán de una línea de tierra independiente. Los cuadros generales de computación (TGAux), dispondrán de embarrado de tierra independiente del resto de tableros de la sala eléctrica, y se dispondrá un conductor independiente, a conectarse a la malla de tierra de EBT.
La resistencia combinada de todas las puestas a tierra resultantes de la aplicación de este criterio no deberá exceder nunca de 5 Ohm.
2.3.2 Sistemas de protección contra el rayo y sobretensiones transitorias
Para la protección externa contra el rayo se instalan protecciones contra las sobretensiones permanentes en todas las barras de los cuadros, las protecciones serán descargadores des enchufables que permitan proteger al cuadro.
Los cuados generales tendrán una protección del tipo I. Se ensayan con impulsos tipo rayo, de 25 a 100 kA con forma de onda de 10/350 µs.
Los cuadros generales auxiliares tendrán una protección del tipo II. Se ensayan con impulsos tipo rayo, hasta 40 kA con forma de onda de 8/20 µs.
Los cuadros de distribución tendrán una protección del tipo III. Se ensayan con impulsos tipo rayo, hasta 8 kA con forma de onda de 1,2/50 µs.
2.3.3 Sistemas de protección contra el rayo
En la propuesta de rediseño se plantea el siguiente criterio.
Se ubican dos pararrayos de tipo PDC (Con dispositivo de cebado) de tipo de protección I.
Los pararrayos se ubican en cubierta lo más cercanos posibles al perímetro y se bajarán mediante conductor de cobre aplomado anclados a la fachada mediante grapas, sin tramos horizontales, para enterrarlo en una puesta a tierra propia en el perímetro del hospital a nivel de calle.
Se instalarán 2 pararrayos, desde cada pararrayos se realizarán 2 bajadas para mejorar la protección, ambas bajadas estarán interconectadas en la cubierta para evitar que se
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produzca un arco eléctrico entre la estructura metálica y algunas de las subestaciones y una de las puntas de rayo.
La puesta a tierra del pararrayos debe estar interconectada con la malla de tierra de BT. Con ello, se evita que haya diferencias de potencial entre el pararrayos y cualquier equipo metálico cercano que pueda derivar en arcos eléctricos peligrosos.
Para la especificación del pararrayos se sigue el criterio de la norma UNE 21186 y el DB SUA- 8.
2.3.4. Sistemas de protección contra cortocircuitos
Los cuadros generales de baja tensión tienen dos protecciones a la entrada, una para la protección de la línea que une la barra del cuadro con el transformador de suministro normal y otra que une la barra del cuadro con el transformador de suministro de socorro. Dichas protecciones serán interruptores automáticos de bastidor abierto, tetrapolares, de tal forma que se permita la maniobra a la entrada del cuadro de toda la instalación y de todos los conductores del sistema. Las protecciones son del tipo extraíble, de tal forma que un fallo en la protección no provoque largos tiempos de mantenimiento, si no que la sustitución sea directa. Se ha optado por la elección de dicho interruptor por su robustez en comparación con un interruptor de caja moldeada.
En la salida del cuadro se han previsto interruptores del tipo caja moldeada tripolares, para el corte la protección de los cortocircuitos. Dichas protecciones se pueden ajustar a la corriente de cortocircuito esperada y los calibres son los que se ajustan mejor a los rangos de intensidad de cortocircuito previstos a la salida de los cuadros.
En la entrada de los cuadros generales auxiliares se instala un interruptor seccionador de corte en carga que permita la maniobra a la entrada del cuadro en caso de mantenimiento.
A la salida de los cuadros generales auxiliares de fuerza y mecánicas se ubicarán interruptores automáticos de tipo caja moldeada, regulados con la intensidad idónea para la protección del circuito.
Para los cuadros generales auxiliares de alumbrado y computación se han previsto interruptores modulares de curva C.
En la entrada de los cuadros de distribución se ha previsto la ubicación de un interruptor seccionador de corte en carga que permita la maniobra hasta dicho nivel.
Para la protección de las distribuciones se ha previsto la instalación de interruptores modulares de curva C, salvo en aquellos circuitos que vayan a proteger a motores, que se ubicarán interruptores modulares con curva MA y con un contactor para la maniobra del circuito.
Con todo lo anteriormente mencionado se esperan 4 escalones de protecciones en toda la arquitectura eléctrica de baja tensión del complejo, por lo que se establece un criterio de grados de selectividad, dada la necesidad anteriormente mencionada de la continuidad del suministro una buena selectividad permite aislar la parte de la instalación afectada del resto del sistema.
