Capítulo 5.6.5: Funciones de control
La NFPA 110 requiere una estación remota de parada manual ubicada fuera de la habitación que alberga la fuente de energía de fuente alternativa. Además, se requiere que los controles de apagado estén ubicados en el panel de control del generador que generalmente está montado en el propio generador o dentro de la sala del generador. Para generadores ubicados al aire libre, el apagado manual se debe ubicar fuera del recinto y se debe identificar y etiquetar adecuadamente. Este requisito está en consonancia con la norma NFPA 70-2017: National Electrical Code (NEC), artículo 445.18, que exige dos medios de desconexión del motor principal para los generadores de más de 15 kW. Este medio de apagado deberá desconectar y deshabilitar todos los circuitos de control de arranque, e iniciar un mecanismo de apagado que requiere un restablecimiento mecánico (consulte la Figura 1).
Capítulo 5.6.6: Controles y alarmas remotos
La norma NFPA 110 existe dos tipos de anunciación para el nivel 1 de EPS: anunciación local y anunciación remota de la instalación, o anunciación local y anunciación remota de la red. El anuncio local se encuentra en el propio generador o dentro de la misma sala del generador. El anuncio remoto de la instalación se encuentra en el emplazamiento, generalmente en una estación de control de ingeniería o una estación de mantenimiento de la instalación. El anuncio remoto de la red se encuentra fuera del emplazamiento. Para EPS de Nivel 2, solo se requiere anuncio local.
La alarma y el anuncio deben recibir energía de la batería de arranque del motor principal o de una fuente de energía alternativa, como una batería de almacenamiento, una fuente de alimentación ininterrumpida (UPS, Uninterruptible Power Supply) o un circuito derivado suministrado por el EPSS. La sección 911 del Código Internacional de Construcción (IBC, International Building Code) requiere que se proporcione el anuncio del interruptor de transferencia y del generador en los centros de comando de incendios (FCC, Fire Command Centers) donde se requiere un FCC en instalaciones tales como edificios de gran altura. La Norma NFPA 99-2018: Código de Instalaciones de Atención Médica, Capítulo 6.7.1.2.15 requiere que el anunciador de alarma esté cableado. Se permite el uso de un sistema de administración de edificios (BMS, Building Management System) o un sistema de monitoreo y energía eléctrica (EPMS, Electrical Power and Monitoring System) para complementar el anunciador de señal visible y audible de alarma, pero no se permite sustituirlo según la norma NFPA 99, capítulo 6.7.1.2.15.9.
Capítulo 6.1.6: Equipo del interruptor de transferencia
Los interruptores de transferencia para los sistemas de energía de emergencia y de respaldo de nivel 1 y 2 deben analizarse y catalogarse para fines de emergencia. En aplicaciones como grandes instalaciones de campus con varios edificios y generadores centrales en las que podría ser necesario utilizar esquemas de transferencia de medio voltaje, se permite utilizar disyuntores de medio voltaje con enclavamiento eléctrico en lugar de interruptores de transferencia completos montados en fábrica para cargas que no sean de seguridad vital, emergencia o rama crítica (consulte la Figura 2).
Chapter 6.2.3: Conexión
La norma NFPA 110 exige el enclavamiento mecánico o un método alternativo aprobado para evitar la interconexión inadvertida de la fuente de alimentación primaria y el EPS, o de dos fuentes de alimentación separadas. En algunas aplicaciones, se utiliza la conmutación de transición cerrada, que permite la puesta en paralelo momentánea de los generadores con la red pública. Un mecanismo de conmutación de transición abierta es una secuencia de interrupción antes de conectar. Los interruptores funcionan muy rápidamente, pero la energía se interrumpe durante aproximadamente 40 milisegundos. Los interruptores de transición abierta son adecuados para una amplia gama de aplicaciones donde las interrupciones momentáneas de energía son aceptables.
La conmutación de transición cerrada, en cambio, funciona con un mecanismo con capacidad de cierre que pone en paralelo de forma momentánea las dos fuentes de alimentación. La secuencia de conmutación se produce en menos de 100 milisegundos para evitar el impacto en los sistemas de servicios públicos. Algunas empresas de servicios públicos permiten más tiempo, pero requieren relés de protección especiales para garantizar la seguridad de la conexión en paralelo de la EPS y la energía de la empresa de servicios públicos. La conmutación de transición cerrada podría utilizarse para suministrar cargas de ramas críticas en quirófanos de hospitales, donde la interrupción de la energía, incluso por unos pocos milisegundos, no es aceptable. Se necesita la aprobación de la empresa de servicios públicos y la autoridad competente (AHJ, Authority Having Jurisdiction) para la conmutación de transición cerrada.
Capítulo 6.2.15: Aislamiento de conductores neutros
Los sistemas de distribución de energía deben contar con una disposición que garantice la continuidad, la transferencia y el aislamiento del primario y del neutro del EPS cuando se utilicen sistemas derivados por separado, como los sistemas de generadores. Los conductores de puesta a tierra del sistema para un sistema derivado por separado se deben conectar a tierra en un solo punto y antes de cualquier medio de desconexión del sistema. Los conductores de puesta a tierra deben estar dispuestos de modo que no existan corrientes neutras perdidas objetables y las corrientes de falla a tierra fluyan de manera efectiva para asegurar el funcionamiento efectivo de los OCPD para proteger al personal de descargas eléctricas.
En el artículo 230.95 de NEC, se necesita protección contra fallas a tierra en sistemas sólidamente conectados a tierra que tengan un voltaje de línea a tierra superior a 150 V (por ejemplo, 480 V/277 Y) y una clasificación de 1.000 amperios o más. Cabe señalar que no se requerirá protección contra fallas a tierra con medios de desconexión automática en la fuente alternativa del sistema de potencia de emergencia (generador); solo se proporcionará indicación de falla a tierra (alarmas) de acuerdo con los artículos 700.31 y 700.6 (D) de NEC.
Las fallas a tierra son corrientes que fluyen desde un conductor de fase a tierra. Pueden producirse en forma de arcos a través de espacios de aire. Debido a que las corrientes de falla a tierra a menudo ocurren a niveles que son insuficientes para disparar un circuito OCPD, la falla puede persistir y causar daños severos a los equipos. Se necesitarían medios o dispositivos para garantizar la detección y el disparo de falla a tierra adecuados para proteger el equipo. La conexión a tierra correcta en los sistemas de respaldo que están sólidamente conectados a tierra es una función de la configuración del interruptor de transferencia (3 polos/neutro fijo o 4 polos/neutro conmutado). Si los generadores están configurados como una fuente de alimentación derivada por separado (interruptores de transferencia de 4 polos), entonces el neutro del generador tendría que conectarse a tierra y un conductor de tierra tendría que conectarse al sistema de electrodos de puesta a tierra. Si el neutro del generador se conecta a un neutro conectado a tierra suministrado por el servicio, normalmente en la terminal neutra de un interruptor de transferencia de 3 polos, entonces el neutro del generador no se debe conectar a tierra en el generador.
Capítulo 6.3: Conmutación de carga/exclusión de carga
Cuando dos o más generadores se conectan en paralelo para energía de emergencia, se debe configurar el sistema en paralelo para evitar la conexión de cargas que dañen el EPS. La secuencia de transferencia de cargas al EPS comienza con las cargas de primera prioridad, como las cargas de emergencia (NEC, artículo 700), seguidas de las cargas de respaldo legalmente exigidas (NEC, artículo 701) y, por último, las cargas de respaldo opcionales (NEC, artículo 700). artículo 702). Las cargas se deben cambiar a la barra colectora de emergencia al detectar la disponibilidad de energía de emergencia. Se debe restaurar la energía a las cargas de emergencia dentro de los 10 segundos y a las cargas de respaldo legalmente requeridas dentro de los 60 segundos.
Cada vez que se conecte un generador adicional a la barra colectora en una configuración de EPS en paralelo, se conectará una carga restante en orden de prioridad hasta que todas las cargas de respaldo estén conectadas a la barra colectora. La secuencia de transferencia de cargas a la EPS en un hospital comienza con las cargas de la rama de seguridad de vida (NEC, artículo 517.33) y las cargas de la rama crítica (NEC, artículo 517.34), seguidas por las cargas de la rama de equipo (NEC, artículo 517.35). También se debe especificar el sistema de modo que, ante la falla de uno (o más) generadores o dispositivos de protección o distribución de energía asociados, las cargas conectadas se reduzcan automáticamente (desactiven) en orden inverso al cambio de carga. Conectar las cargas en secuencia con los retrasos de tiempo adecuados mientras se mantiene dentro de los requisitos del código para el tiempo de restauración reduce los requisitos de arranque en el EPS y podría reducir potencialmente el tamaño de los generadores. Unos pocos segundos de retrasos de tiempo entre los pasos de carga también ayudarían a los generadores a estabilizar el voltaje y la frecuencia (consulte la Tabla).
Capítulo 6.5: Protección
NFPA 110 requiere una coordinación selectiva adecuada de OCPD en el sistema eléctrico esencial para optimizar el disparo selectivo en condiciones de falla. El ingeniero especificador deberá realizar un estudio de cortocircuito y de coordinación selectiva para determinar la corriente de cortocircuito máxima disponible en el servicio y en todos los tableros, paneles e interruptores de transferencia. Según NEC, se requiere coordinación selectiva para la gama completa de sobrecorrientes disponibles (sobrecarga, cortocircuito y fallas a tierra) y para la gama completa de tiempos de apertura del OCPD asociados con esas sobrecorrientes. Este requisito es modificado tanto por NEC, artículo 517.30.G, como por NFPA 99, Capítulo 6.7.2.2.2.1, aplicable a las instalaciones de atención médica, donde los OCPD se deben coordinar para fallas que se extienden más allá de 0,1 segundo únicamente.
Capítulo 7.1.2: Instalación y consideraciones ambientales
El EPS y el EPSS deben estar protegidos contra inundaciones, incendios, vandalismo, viento, terremotos, rayos y otros peligros ambientales. IBC, Sección 2702.1.7, requiere que los sistemas eléctricos esenciales se instalen de acuerdo con la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles (ASCE, American Society of Civil Engineers) 24: Diseño y construcción resistente a inundaciones para ocupaciones del Grupo I-2, como hospitales y hogares de ancianos. ASCE, Capítulo 7, tiene requisitos específicos para elevaciones mínimas de equipos eléctricos por encima de la elevación de inundación base de la ubicación geográfica de un emplazamiento.
Una buena práctica es evitar ubicar el equipo EPSS (incluidos los generadores, el equipo de conmutación esencial y los interruptores de transferencia) en sótanos sujetos a inundaciones. En áreas de riesgo sísmico, se debe considerar el soporte sísmico para los equipos EPS y EPSS y cualquier sistema de suministro de combustible asociado. También se debe considerar la protección contra rayos para los equipos de EPS ubicados al aire libre. Los pararrayos en los equipos de voltaje medio y los dispositivos de protección contra sobretensiones en los equipos de distribución de voltaje bajo se deberían instalar en los paneles que sirven a los equipos electrónicos sensibles y a las cargas de seguridad personal, para proteger los circuitos contra las sobrevoltaje provocado por la caída de rayos en las proximidades de las líneas eléctricas o como resultado de conmutar circuitos inductivos.
Capítulo 7.2: Ubicación
El EPS se instalará en una habitación separada para la instalación de Nivel 1. Además, la sala de EPS estará separada del resto del edificio por muros de resistencia al fuego de 2 horas. Aunque NFPA 110 permite que el equipo de EPSS se instale en la sala de EPS, no permite que ningún otro equipo, excepto aquellos que sirven a este espacio, esté en la sala de EPS. NFPA 110, Capítulo 7.2.3, requiere que el equipo EPSS de Nivel 1 no se instale en la misma habitación con el equipo de servicio normal donde el equipo de servicio tiene una clasificación superior a 150 V de descarga a tierra e igual o superior a 1.000 amperios. NFPA 110 no restringe que el equipo EPSS de Nivel 2 se ubique en las mismas habitaciones con el equipo de Nivel 1 (consulte la Figura 3).
Capítulo 7.12: Distribución
El sistema de distribución eléctrica tendría que cumplir con el NEC. Para los establecimientos de salud, el EPSS tendría que cumplir con NFPA 99. NFPA 99, Capítulo 6.7.1.2.4.1, requiere que las fuentes de energía del sistema eléctrico esencial (EES, Essential Electrical System) Tipo 1 y Tipo 2 se clasifiquen como grupos electrógenos Tipo 10, Clase X, Nivel 1 según NFPA 110. El "Tipo" en NFPA 110 es el tiempo máximo en segundos que el EPSS permitirá que las terminales de carga de los interruptores de transferencia estén sin energía. La "Clase" en NFPA 110 es el tiempo máximo en horas durante el cual el EPSS está diseñado para operar a su carga nominal sin reabastecerse de combustible. Un Tipo 10 significa que la energía debe restaurarse dentro de los 10 segundos, pero la cantidad de tiempo que se requiere que el EPSS funcione sin recargar combustible (Clase X) no está definida en NFPA 110 y debe ser según lo exijan otros códigos o la AHJ.
El EES definido en NEC y NFPA 99 se extiende mucho más allá de los terminales de los interruptores de transferencia EPSS definidos en NFPA 110, ya que incluye, además de EPS y EPSS, todo el equipo de distribución descendente de los terminales de carga de los interruptores de transferencia para garantizar la continuidad de energía para mantener las operaciones del centro de atención médica durante un corte de energía. El cableado entre los terminales de salida del EPS y la primera distribución (OCPD) se debe mantener a una distancia mínima para mayor fiabilidad y seguridad del sistema. Los conductores subterráneos que forman parte de la distribución de EPSS se deben instalar en bancos de conductos revestidos de concreto. Según NEC, artículo 700.10.D.1, los conductores de alimentación que forman parte del EPSS, los sistemas de emergencia en ciertas ocupaciones, como hospitales, se deben proteger contra incendios al instalarse en espacios que estén totalmente protegidos por un sistema automático de supresión de incendios, instalados revestidos en un mínimo de 2 pulgadas de concreto, o que sean un sistema de cable resistente al fuego o un sistema de protección de circuitos eléctricos aprobado por UL (consulte la figura 4).
Todo el equipo de apoyo alimentado por CA necesario para la operación del EPS se debe alimentar desde el lado de la carga de los interruptores de transferencia o los terminales de salida del EPS antes del OCPD del EPS principal para garantizar la continuidad de la operación del EPSS. NEC, artículo 517.33.F, aplicable a las instalaciones de atención médica Tipo 1, requiere que las bombas de transferencia de combustible, los ventiladores, las persianas operadas eléctricamente, los controles y los sistemas de refrigeración y calefacción de los generadores estén conectados al ramal de seguridad de vida del sistema eléctrico esencial o a los terminales del generador.
Hay muchos requisitos de diseño para los sistemas de potencia de respaldo y de emergencia abordados en una serie de normas y códigos de la NFPA. Estos requisitos de diseño se extienden para cubrir el sistema de distribución de energía, incluidos los interruptores de transferencia, las fuentes de emergencia alternativas, los controles, la protección contra sobrecorriente, la ubicación y las condiciones ambientales. Los ingenieros de diseño deben realizar una investigación de códigos al comienzo de la fase de diseño para identificar qué códigos y normas se aplican al proyecto en cuestión, cómo se superponen estos códigos y cómo afectan el sistema de distribución de energía en las instalaciones de misión crítica.
