A solução de microrrede e loop de distribuição da G&W Electric com o potente Padmount Switchgear, os relés Hitachi e a tecnologia FLISR implementa as melhores práticas para manter as cargas críticas energizadas no complexo de 32 prédios do Medical Center.
Desafios dos centros médicos
Hospitais e outras instalações médicas são especialmente sensíveis a quedas de energia de qualquer duração ou magnitude e exigem sistemas elétricos altamente confiáveis e seguros. Em um ambiente de assistência médica, interrupções contínuas que resultem em blecaute, perda de energia para HVAC, dispositivos cirúrgicos ou respiratórios e outros equipamentos essenciais podem ter um impacto imediato e prejudicial no atendimento ao paciente. Além de proteger os pacientes e a equipe, o projeto do Centro Médico com 260 leitos apresentou vários desafios técnicos.
O campus precisava de um controle de distribuição elétrica mais potente para utilizar um gerador principal existente (em todo o local), que não tinha capacidade total para alimentar todas as cargas do campus em caso de perda de serviço da concessionária. Eles precisavam ter a capacidade de mudar rapidamente para a energia do gerador se a energia da concessionária fosse perdida.
Ao mesmo tempo, eles precisavam ter a capacidade de isolar uma falha no circuito de distribuição do campus de 180 acres, para que nenhum prédio ficasse sem energia ou causasse uma interrupção da concessionária. A equipe de manutenção precisava de monitoramento 24 horas por dia, 7 dias por semana, para detectar falhas ou interrupções, com a capacidade de restaurar rapidamente a energia em segundos ou minutos, e não em horas ou dias. Manter a confiabilidade da energia para as cargas em todo o campus foi essencial para projetar a solução certa.
Solução: Controle de microrrede com isolamento de localização de falhas e restauração de serviços (FLISR) em malha aberta
A G&W Electric forneceu uma solução totalmente integrada de microrrede 12470V e FLISR. A solução implementa as melhores práticas e tecnologias para monitorar e controlar em tempo real o painel de distribuição, o gerador e a fonte de energia da concessionária – e para visualizar rapidamente os relatórios se uma derivação de carga para um edifício disparar. O projeto exigiu a integração perfeita de vários sistemas e um cronograma de instalação apertado, garantindo energia ininterrupta para o campus da área de saúde.
Os especialistas da G&W Electric trabalharam em conjunto com o engenheiro de registro para especificar uma solução mais eficiente para enfrentar os desafios técnicos no complexo do Centro Médico. No passado, o sistema tinha um circuito para a alimentação da rede elétrica e outro para o gerador. As alimentações paralelas eram direcionadas a cada transformador, dificultando a solução de problemas quando uma alimentação era perdida.
A nova solução simplificada de loop único ainda oferece resiliência ao usar o FLISR para isolar falhas e restaurar a energia para cargas usando a fonte saudável. Com base nas práticas recomendadas, o sistema apresenta linhas entre cada switch para melhorar o controle e identificar e isolar falhas mais rapidamente. A solução pronta para uso também inclui uma alimentação sobressalente da concessionária, caso o Centro Médico acrescente essa conexão no futuro. A funcionalidade FLISR é implantada como um sistema com o controlador da microrrede para funcionar perfeitamente.
A G&W Electric aproveitou o gerador existente comunicando-se com o controle do gerador usando um controlador de microrrede centralizado. A microrrede resultante eliminou a necessidade de geradores e chaves de transferência em todos os prédios. Agora, todos os transformadores dos prédios são alimentados apenas pelo loop de distribuição principal. Os taps do painel de distribuição para esses transformadores são monitorados continuamente pelo controlador da microrrede. Em cerca de metade dos edifícios do campus, o Medical Center mantém geradores menores, que agora servem como redundância adicional ao gerador principal. Todo o circuito de distribuição e, portanto, todos os edifícios são rapidamente alimentados pelo gerador principal em caso de falta de energia da concessionária.
O gerador de todo o local pode alimentar cerca de dois terços da carga de tensão do campus, portanto, a solução incorpora um sistema de gerenciamento de carga que permite que o gerador alimente as cargas na ordem da maior para a menor prioridade. Quando o gerador é despachado, as cargas de prioridade mais baixa são eliminadas com base no consumo de energia atual com base na capacidade do gerador. Quando a energia da concessionária é restaurada, o sistema garante a estabilidade antes de transferir a energia de volta do gerador, reconectando todas as cargas e, em seguida, desliga o gerador após um período de resfriamento.
Quadro de distribuição e controle padmount TNI da G&W Electric
A nova solução reduziu os requisitos de chaveamento e eliminou a necessidade de
executar dois loops paralelos de média tensão. O painel de distribuição externo revestido de metal foi
substituído pelo painel de distribuição Padmount da G&W Electric, mais confiável.
O painel de distribuição TNI padmount isolado a gás inclui comutação de corte de carga e interrupção de falha com corte visível e posição de aterramento integral. As conexões de alta tensão são posicionadas no lado oposto dos operadores da chave para isolar e proteger os trabalhadores das terminações de alta tensão. Sensores de tensão integrais conectados ao relé fornecem visibilidade no controle centralizado para determinar as condições de energia saudável.
O painel de interconexão da concessionária e do gerador inclui uma via de fonte sobressalente, se necessário, bem como duas alimentações de distribuição para o loop do campus. As transições entre as fontes são abertas e o gerador é impedido de se conectar diretamente à concessionária.
O painel de distribuição TNI no Centro Médico inclui controles construídos na fábrica que utilizam relés Hitachi. A G&W é agnóstica em relação a relés, mas optou por utilizar a Hitachi nesse caso pelos seguintes motivos: Os relés Hitachi são equipados com entradas suficientes para realizar todas as funções necessárias e se comunicar com o controle central. Os relés Hitachi simplificam o controle usando um relé para a chave de 6 vias. Isso proporciona um nível mais alto de confiabilidade ao eliminar as conexões elétricas que normalmente seriam necessárias para vários relés. O único relé também é capaz de fornecer proteção holística contra falhas no barramento do comutador e proteção diferencial. Os relés escolhidos para esse projeto foram desenvolvidos com base na arquitetura padrão IEC 61850 e são ideais para a comunicação ponto a ponto.
Isolamento de localização de falhas e restauração de serviços (FLISR)
Um dos métodos mais confiáveis para melhorar a disponibilidade de energia e cumprir os padrões regulatórios e de segurança para o tempo de atividade é determinar rapidamente a localização de uma falha, isolá-la e restaurar automaticamente a energia para alimentadores saudáveis. A G&W Electric integrou a tecnologia FLISR ao esquema de automação do circuito de distribuição da microrrede do Centro Médico. A G&W Electric vem instalando sistemas FLISR há mais de duas décadas. Os benefícios incluem maior eficiência operacional e redução da duração das interrupções de energia de horas para segundos.
A tecnologia FLISR no loop do campus é alimentada pelo software de controle central e pelos relés do painel que enviam mensagens IEC 61850 Generic Object-Oriented Substation Event (GOOSE) entre si para identificar e isolar falhas usando interruptores a montante e a jusante e para restaurar a energia fechando a extremidade principal do loop e os pontos normalmente abertos. O uso do protocolo IEC 61850 e das mensagens GOOSE garantiu caminhos de comunicação redundantes. O protocolo usa mecanismos rápidos e confiáveis para agrupar qualquer formato de dados (ou seja, status, valor) em um conjunto de dados exclusivo e transmiti-los pelas redes de comunicação em 4 milissegundos.
Controle e software de microrrede e interface homem-máquina (HMI)
Um computador servidor carregado e configurado com um software central de monitoramento e controle foi configurado pela G&W Electric como parte do projeto turnkey. O software contém a configuração de controle do sistema, incluindo uma matriz de prioridade configurável, esquema de corte e interface homem-máquina (HMI) personalizada para atender ao monitoramento e à restauração de falhas no complexo do Medical Center. O protocolo de comunicação DNP3 é usado para monitorar e controlar o painel de distribuição a partir do controlador central.
Todos os pontos do painel de distribuição foram mapeados, testados e documentados no servidor de monitoramento e controle pela G&W Electric na fábrica para minimizar o tempo, o custo e os erros de comissionamento. Os modos de operação do sistema selecionáveis a partir do controle central incluem os modos automático e manual, bem como um comando protegido por senha para simular uma perda de utilidade durante os testes de manutenção preventiva. Os painéis de distribuição padmount da TNI se comunicam entre si e com o controle central usando um anel de fibra óptica instalado pela contratada. A G&W Electric utilizou switches Ethernet gerenciados da iS5 Communications para direcionar o tráfego de comunicação e proteger a rede contra invasões.
Teste de aceitação de fábrica (FAT)
Os especialistas internos dedicados da G&W Electric realizaram testes pré-embarque em todos os componentes e na solução completa do Centro Médico. O painel de distribuição foi organizado na fábrica como seria no campo. O teste FAT utilizou conjuntos de teste de relé e injetou corrente e tensões para verificar se a solução atenderia às expectativas do complexo de saúde.
As partes interessadas no projeto participaram dos testes de fábrica para obter uma valiosa experiência prática antes da instalação em campo. Um plano FAT detalhou os eventos, as sequências e a funcionalidade que seriam testados. O teste do controle da microrrede do Centro Médico em um ambiente controlado minimizou significativamente o tempo de inatividade durante o comissionamento, além de proporcionar um alto nível de confiança de que a solução funcionaria conforme projetado.
A G&W Electric forneceu treinamento antes e durante os testes completos do sistema para garantir que os funcionários estivessem preparados para operar o sistema de forma eficiente e segura. Os testes de campo durante o comissionamento confirmaram a funcionalidade total com as cargas especificadas sendo transferidas para o gerador e de volta para a concessionária. A equipe de manutenção do Centro Médico continua a realizar testes e a receber treinamento da G&W Electric em intervalos programados regularmente.
Prova de conceito
Os conceitos de microrrede e controle centralizado estão se tornando mais predominantes em complexos médicos, universidades e campi corporativos com vários prédios. A solução de microrrede do Medical Center resultou em maior confiabilidade, economia de custos de manutenção e menos interrupções relacionadas a falhas. Nos seis anos desde a instalação, a solução da G&W Electric para o Medical Center teve um desempenho confiável e bem-sucedido para superar pelo menos um evento relatado de perda de energia da rede elétrica. O sistema isolou rapidamente a perda de energia da rede elétrica, desligou todas as cargas, ligou o gerador e, em seguida, reconectou as cargas com base em prioridades predeterminadas para uma rápida recuperação e restauração da energia.
