COMUNICACIONES INALÁMBRICAS DE VOZ EN LAS CC. NN. DE ANAV
José Antonio García Busquets, Marian Morán CriadoAsociación Nuclear Ascó – Vandellós II
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En el resultado de los análisis de las pruebas de resistencia tras el accidente de Fukushima, y los análisis complementarios resultantes de la evaluación del CSN, se concluye que los sistemas de comunicación en las centrales se deben mejorar.
La propuesta de mejora consiste en disponer de un nuevo sistema de comunicaciones, con características de redundancia, independencia, autonomía y robustez.
El análisis de las opciones tecnológicas existentes, así como las soluciones adoptadas en cuerpos de seguridad y emergencia nos lleva a un sistema de radiocomunicaciones basado en el estándar ETSI-TETRA.
1. ORIGEN DE LA NECESIDAD DE DISPONER DE UN SISTEMA DE
COMUNICACIONES INALÁMBRICAS
En el resultado de los análisis de las pruebas de resistencia tras el accidente de Fukushima, realizados en las CC.NN. de ANAV y los análisis complementarios resultantes de la evaluación del CSN, se concluye que el sistema de comunicación en las centrales debe mejorar en redundancia, independencia, autonomía y robustez.
El exhaustivo análisis de los sistemas existentes: telefonía convencional, telefonía sobre red de datos, redes de radio para tomas de datos de nodos remotos y comunicaciones de voz con unidades móviles, en conjunto forman una fuerte red de comunicación. Aunque se incide en mejorar los sistemas de alimentación y redundancia, su diversidad geográfica en sus elementos gestores y sus interdependencias no cumplen de forma exhaustiva las características propuestas.
La propuesta de mejora consiste en disponer de un nuevo sistema de comunicaciones, portable, efectivo, con terminales y accesorios -para uso en condiciones severas, con calidad y seguridad en la comunicación, con gestión de prioridades y funcionalidades para uso en emergencia- y utilizable en cualquier condición de operación de la Planta.
Estas condiciones las cumple un sistema de radiocomunicaciones basado en el estándar ETSI-TETRA.
2. CARACTERÍSTICAS BÁSICAS QUE HA DE CUMPLIR
Se requiere un sistema de comunicación que esté disponible ante una situación de pérdida prolongada de la alimentación eléctrica, y que tenga unas condiciones de robustez adecuadas en situaciones de emergencia.
La redundancia ha de asegurar su funcionalidad, aunque partes de su conjunto como sistema pueden verse afectadas por sucesos más allá de las bases de diseño de la Central, o por una falta prolongada de alimentación eléctrica.
La independencia de otros sistemas de comunicación aislará las afectaciones que pudieran causar pérdida de parte de las redes de comunicaciones.
La autonomía debe asegurarse para condiciones prolongadas de falta de suministro eléctrico. Tiene que poder ser alimentado por sistemas portátiles y de fácil almacenamiento y aprovisionamiento.
La robustez debe asegurarse con equipos que permitan un uso en condiciones ambientales severas y con los mínimos elementos ligados a estructuras físicas.
3. ARQUITECTURA
La arquitectura base de una red TETRA consta de una estación BASE (BTS-Base TETRA Station), un sistema de antenas o sistema radiante y unos clientes usuarios con terminales portátiles de mano y estaciones base.
La BTS controla y gestiona los flujos de comunicación, establece las prioridades de establecimiento de conversación y recursos comunicación, asegurando una alta disponibilidad y las funcionalidades requeridas en situaciones de emergencia.
La funcionalidad en TETRA que permite la comunicación entre terminales TETRA, aunque estén fuera de cobertura de la BTS, es una característica de valor en una situación de emergencia.
La solución adoptada de TETRA en las CC. NN. de ANAV está diseñada para tener una mínima diversidad de ubicación de sus componentes base para una máxima centralización de alimentaciones eléctricas con el objetivo de poder disponer de forma efectiva de puntos de suministro por alimentaciones portables en situaciones de pérdida prolongada de energía eléctrica.
Red TETRA en áreas exteriores en el emplazamiento de la Central.
La BTS instalada actualmente en un edificio accesorio y sus conexiones físicas a telefonía permiten una red amplia en áreas exteriores, incluso fuera de los límites de los Emplazamientos. El grado de cobertura inherente del propio sistema permitirá su utilización de forma transparente con todas sus funcionalidades y características.
Red TETRA en áreas interiores de los edificios del bloque de potencia y edificios de servicio.
Con parámetros iniciales de diseño de minimizar la utilización de cables portadores de radiofrecuencia y la centralización de los puntos de alimentación eléctrica, se ha optado por distribución de la comunicación por fibra óptica y solo emplear cable de radiofrecuencia en el último tramo hasta las antenas o sistemas radiantes. La alimentación se distribuye de forma radial desde el nodo central.
Un único nodo de recepción y transmisión de la señal TETRA del exterior al interior redistribuye alimentación eléctrica y señal a todos los edificios y sus cotas.
Red TETRA de equipos autónomos en ubicaciones relacionadas con la dirección de una emergencia.
En ubicaciones concretas como en Salas de Control y Centros de Apoyo Técnico, se han dispuesto estaciones TETRA fijas, con sistemas radiantes propios al exterior y alimentación eléctrica asegurada, para permitir el uso de la red TETRA de forma independiente.
Red TETRA móvil
Para situaciones de pérdidas de grandes áreas de la Central, se dispone de una Unidad Móvil, que de forma completa es una Unidad Base de TETRA (BTS) y ampliadores de cobertura fijos y móviles para cualquier disposición. Dispone de medios radiantes propios y accesorios en forma de coaxial radiante, para permitir dar cobertura a zonas afectadas. Su alimentación eléctrica es totalmente autónoma.
4. IMPLANTACIÓN PROYECTO COMUNICACIONES TETRA ENANAV
El reto de tener un sistema de radio con emisión de radiofrecuencia, que pueda afectar a instrumentación de Planta, se supera por las pruebas realizadas en Planta, y con una limitación importante en las potencias de emisión de todos los equipos a utilizar en zonas interiores. El límite se establece después de pruebas coordinadas en Planta y un estudio realizado por una entidad externa en la cual, con una amplia muestra de equipos afectables, se concluye que limitando la potencia a 0,3 W de salida, no existe afectación. Independientemente de las pruebas realizadas, el cumplimiento de la RG 1.180 Rev.1
(Regulatory Guide 1.180 Guidelines for evaluating electromagnetic and radiofrequency interference in safety-related instrumentation and control systems) es una base de diseño
para el mantenimiento de las distancias de seguridad en función del campo eléctrico generado y de la posible necesidad de generar áreas de exclusión donde no poder utilizar TETRA.
Desde el año 2006 se utiliza en ANAV la tecnología TETRA en las operaciones de Recarga de las centrales. Su valoración por las personas de Mantenimiento y Operación siempre ha sido muy alta hasta el punto de considerarla necesaria en operaciones como la recarga de combustible.
Implantación en C. N. Ascó I y C.N. Ascó II
La Instrucción Técnica Complementaria 10.1 obliga a disponer de un sistema de comunicaciones que permita la efectiva comunicación con el exterior y entre el personal de Planta para alcanzar y mantener la parada segura post-incendio. El sistema de comunicación propuesto ha sido TETRA y se ha implantado con éxito en sus recargas respectivas 1R22 (2012) y 2R21 (2013), tal como se describe en el siguiente apartado. En el año 2013 se dispondrá de una unidad móvil de comunicaciones TETRA.
En el año 2014 la red TETRA instalada en áreas interiores de los edificios del bloque de potencia y edificios de servicio de CN Ascó se modificará con una mayor autonomía como
Implantación en C. N. Vandellós II
En el año 2013, se dispondrá de una unidad móvil de comunicaciones TETRA, y de la red TETRA de equipos autónomos en ubicaciones relacionadas con la dirección de una emergencia.
En el año 2014 se dispondrá la red TETRA en áreas interiores de los edificios del bloque de potencia y edificios de servicio, en sus fases de recarga VR19 y ciclo VC20.
En el año 2015 se instalarán nuevas BTS de mayor capacidad y redundancia en ambos emplazamientos de C. N. Ascó y C. N. Vandellós II
5. IMPLANTACIÓN PROYECTO COMUNICACIONES TETRA EN
C. N. ASCÓ
Antecedentes
Previamente a la implantación de las modificaciones de diseño del proyecto TETRA, ya se disponía en C. N. Ascó de este sistema de comunicaciones inalámbrico, consistente en una Estación Base o BTS, ubicada junto a la torre de comunicaciones. Dicho sistema daba cobertura a las áreas exteriores y al interior de algunos edificios, no obstante, los edificios del bloque de potencia tenían una gran parte de zonas de sombra.
A raíz de la ITC-10.1.3, en la cual se solicita que la Central Nuclear de Ascó disponga de un sistema de comunicaciones de acorde a lo establecido en el apartado 8.14 de la Guía de Seguridad GS 01.19 y que, por tanto, sea capaz de proporcionar la efectiva comunicación con el exterior y entre el personal de planta para alcanzar y mantener la parada segura post-incendio y para la respuesta ante emergencia en caso de incendio, antes del arranque tras la parada de la Recarga 22 de Ascó I (la cual tuvo lugar en septiembre de 2012) y la Recarga 21 de Ascó II (prevista en mayo de 2013); se diseñaron las modificaciones de diseño que se describen a continuación.
Pruebas previas al diseño
Para poder realizar el diseño de la modificación se realizaron mapas de cobertura por toda la planta, para conocer los niveles de cobertura existentes y así poder determinar la ubicación de las antenas correspondientes de una manera más eficiente. Simultáneamente, se efectuaron pruebas de compatibilidad electromagnética para comprobar que ningún equipo de la planta estaba afectado por las radiaciones electromagnéticas que emiten los terminales TETRA.
Dichas pruebas se efectuaron según la siguiente metodología:
• Los terminales TETRA se pusieron en modo directo (terminal a terminal) y se utilizaron en todas las dependencias de los edificios dentro del emplazamiento. La potencia de los terminales siempre estuvo limitada a 300 mW.
• Para confirmar que no producía ningún efecto negativo sobre Estructuras, Sistemas y Componentes de la central se trabajó conjuntamente con Sala de Control:
o Para ello, se llevó a Sala de Control un mapa de las zonas en las que se iba a trabajar y los cubículos a los que se iban a acceder. Se analizó previamente la instrumentación que podría verse afectada según los recintos en los que se iba a trabajar y se comunicó a Sala de Control para que se prestara especial atención a la indicación de esos instrumentos.
o Antes de entrar en un edificio, o cada vez que se cambiaba de cota dentro del mismo edificio, se llamaba al Jefe de Sala informándole de la nueva ubicación, para que se vigilaran los instrumentos o componentes que pudieran verse afectados y así verificar que el sistema TETRA no producía ninguna malfunción en el resto de equipos.
o Complementariamente, en el caso de que se hicieran pruebas en zonas en las que existan elementos comunes a los dos grupos también se avisaba a Sala de Control del otro Grupo.
El resultado de las pruebas realizadas confirmó que las comunicaciones a través de los terminales TETRA no provocan ninguna interferencia observable sobre los equipos y componentes ubicados en los edificios del emplazamiento de la central.
Además de estas pruebas en campo se realizaron pruebas de laboratorio. El objetivo de los ensayos de laboratorio fue comprobar si el comportamiento de diferentes instrumentos relacionados con la seguridad en presencia de radiaciones electromagnéticas provocadas por terminales de comunicación en su proximidad, se encontraba dentro de los requisitos aceptables de acuerdo a sus requisitos de funcionamiento. Tras las pruebas iniciales sobre diferentes transmisores, se evidenciaron ciertas influencias en mayor o menor medida sobre algunos de ellos. Como consecuencia de esto, revisados los resultados, se decidió la realización de pruebas adicionales a potencia de salida menor (300 mW). Según los resultados de las desviaciones obtenidas, se consideró insignificante la influencia de los transceptores (300 mW) del sistema TETRA en las condiciones verificadas sobre los instrumentos analizados, resultando valores aceptables para su uso y aplicación.
A parte de las pruebas realizadas, durante el análisis de la modificación de diseño se estudió la aplicabilidad de la guía reguladora R. G. 1.180 Rev. 1 de compatibilidad electromagnética. Se concluyó que para evitar que los equipos TETRA produzcan interferencias sobre equipos de instrumentación y control relacionados con la seguridad se deberán establecer zonas de exclusión alrededor de las antenas de emisión donde no se podrán instalar equipos relacionados con la seguridad. Asimismo, para el caso de los equipos de comunicación portátiles resulta una distancia de exclusión 0,67 metros (trabajando a 300 mW), por lo que se deben establecer procedimientos administrativos para que los transmisores portátiles no se utilicen a menos de esa distancia de equipos relacionados con la seguridad.
Descripción de la modificación
La solución que se describe a continuación se basa en los datos obtenidos por las medidas de cobertura realizadas en las distintas cotas de cada edificio, a partir de las cuales se ha determinado en qué zonas se requiere cobertura adicional.
El principal condicionante para la determinación de la solución técnica ha sido el de minimizar el tendido de cable coaxial en los edificios del bloque de potencia. Por este motivo, se propone una solución mediante unidades remotas conectadas por fibra óptica monomodo a una única unidad maestra.
La solución propuesta para el Grupo I y para el Grupo II es la misma, únicamente difieren en el número de unidades remotas propuesto, 10 para el Grupo I y 12 para el Grupo II. Se instala en la sala CAT del edificio de Control la unidad maestra de comunicaciones (master), la cual alberga un repetidor para ampliar la cobertura del sistema TETRA existente en la torre de comunicaciones.
Se instala una antena captadora en la terraza del edificio de control para establecer la comunicación entre este repetidor y las antenas del sistema TETRA en la torre de comunicaciones.
La señal del repetidor de la sala CAT se envía a través de fibra óptica a diversas unidades remotas repartidas por el interior de la planta, en las zonas donde se detectó cobertura deficiente del sistema TETRA existente. La ubicación de dichas unidades se ha decidido en base a los mapas de cobertura obtenidos durante las pruebas previas y teniendo en cuenta que es necesario ubicarlas en zonas protegidas con sistemas de detección y extinción o con bajo riesgo de incendio, para garantizar que no estarán expuestas al fuego. A las unidades remotas interiores se conectan una o dos antenas, según el caso, para pasar la comunicación de fibra óptica a radiofrecuencia y ampliar de este modo la cobertura en el interior de los edificios de la central.
En el caso del edificio de Contención, para llevar la señal de radiofrecuencia al interior del edificio de instala una barra para cable coaxial en una penetración ya existente, dotándola de una protección conectada a tierra para separar la barra coaxial del resto de conductores de la penetración.
Para dar servicio a la unidad master y a las unidades remotas se instala un panel de alimentaciones, que dispone de salidas a 48 Vcc para la unidad master y de 220 Vca para las unidades remotas.
Al finalizar la instalación se llevan a cabo las pruebas operacionales necesarias para confirmar que se ha conseguido la cobertura adecuada, así como verificar una vez más la ausencia de interferencias en el resto de equipos de la planta. En el caso de la implantación de la modificación en C. N. Ascó II, durante la realización de las pruebas operacionales se detectaron interferencias electromagnéticas de los terminales TETRA en la balanza electrónica del generador diésel, cuando las puertas del panel en el que está ubicada se encontraban abiertas. A raíz de este suceso se ha definido un área de exclusión alrededor de este equipo, para evitar futuras interferencias.
En el caso de Sala de Control, se ha limitado su uso para situaciones de emergencia y sólo en caso de que los operadores se vean obligados a ponerse los equipos de respiración autónoma, ya que no se puede garantizar la distancia mínima de exclusión de 0,67 metros de los terminales portátiles.
Puesta en marcha
Con la implantación del sistema TETRA en todo el ámbito de la planta se hace necesario establecer unas determinadas normas de funcionamiento para el correcto uso del mismo, puesto que actualmente hay aproximadamente 200 terminales en marcha y se prevé que este número se incremente notablemente con la puesta en marcha del sistema en toda la planta.
- Se establecerán diferentes grupos de usuarios para la operativa diaria de las plantas y frente a emergencias. Las comunicaciones de emergencia siempre prevalecerán frente a todas las demás.
4. CONCLUSIONES
Como conclusión a la implantación de las comunicaciones inalámbricas de voz en las CC.NN. de ANAV, en esta primera fase en C. N. Ascó se debe destacar el éxito obtenido tanto durante el proceso de montaje y puesta en marcha de los nuevos equipos, como en los resultados obtenidos, puesto que se ha conseguido una cobertura en más de un 95% del emplazamiento de la central.
AGRADECIMIENTOS
Para los servicios de Ingeniería y Mantenimiento de ANAV y al comité ad-hoc para las comunicaciones en emergencia formado en UNESA.
REFERENCIAS
Estándar ETSI EN 300-392-2 “Terrestrial Trunked Radio (TETRA)”
Guía de Seguridad G.S 01.19 “Requisitos del programa de protección contra incendios en centrales nucleares”
ITC-10.1.3 “Disponer de un sistema de comunicaciones según el apartado 8.14 de GS-1.19 para CNA2”
ITC-1 “Análisis complementarios y mejoras a implantar en las centrales como resultado de las pruebas de resistencia realizadas por las CC. NN. Españolas”
Regulatory Guide 1.180 “Guidelines for evaluating electromagnetic and radiofrequency interference in safety-related instrumentation and control systems”
Modificación de diseño PCD ½-31499 “Sistema de comunicaciones inalámbricas en todo el ámbito de la planta”
Modificación de diseño PCD ½-35183 “Dotar las salas de control de CNA y CAT un terminal fijo autónomo de la red TETRA ANAV”
Modificación de diseño PCD ½-35184 “TETRA- Dotar a las unidades máster y a los ampliadores de cobertura alimentación por baterías dedicadas que permitan una autonomía de 8 h”
Modificación de diseño PCD C-35001 “Suministro y puesta en servicio de unidades móviles de contingencia con mecanismos alternativos de cobertura TETRA”
Modificación de diseño PCD C-35003 “Suministro y puesta en servicio de estaciones base TETRA de C. N. Ascó en CAGE”
Modificación de diseño PCD V-32422 “Diseño infraestructura necesaria para dotar de cobertura interior de radio TETRA a todas las ubicaciones de los edificios del bloque de potencia”
Modificación de diseño PCD V-35024 “Suministro y puesta en servicio de unidades móviles de contingencia con mecanismos alternativos de cobertura TETRA”
Modificación de diseño PCD V-35027 “Suministro y puesta en servicio de estaciones base TETRA de C. N. Vandellós II en CAGE”
