Zasilacze UPS w szpitalach

Zasilanie szpitala

Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 26 czerwca 2012 r. w sprawie szczegółowych wymagań, jakim powinny odpowiadać pomieszczenia i urządzenia podmiotu wykonującego działalność leczniczą w § 41. stwierdza, że rezerwowym źródłem zaopatrzenia szpitala w energię elektryczną jest agregat prądotwórczy wyposażony w funkcję autostartu, zapewniający co najmniej 30% potrzeb mocy szczytowej, a także urządzenie zapewniające odpowiedni poziom bezprzerwowego podtrzymania zasilania. Należy przez to rozumieć, że wysoki poziom niezawodności zasilania szpitala w energię elektryczną jest warunkiem bezpieczeństwa wszystkich pacjentów, a w szczególności tych, którzy poddawani są operacjom i innym procedurom medycznym mającym wpływ na funkcje życiowe organizmu.

Po nowelizacji Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 26 marca 2019 r. w sprawie szczegółowych wymagań, jakim powinny odpowiadać pomieszczenia i urządzenia podmiotu wykonującego działalność leczniczą (DzU z dnia 29 marca 2019 r. poz. 595) zawiera tej samej treści § 42. Dodatkowo wymagane jest, aby system monitoringu w wymienionych pomieszczeniach wyposażony był w zasilanie rezerwowe, pozwalając personelowi medycznemu monitorować stan pacjentów.

Metodyka zasilania obiektów szpitalnych

Istotne znaczenie dla bezpieczeństwa pacjentów ma zapewnienie ciągłości zasilania, w związku z tym w obiekcie szpitalnym na etapie opracowywania koncepcji zasilania należy dokonać podziału odbiorników na kategorie zasilania. Warunkiem zapewnienia wysokiej niezawodności jest doprowadzenie zasilania do budynku szpitala z dwóch różnych stacji transformatorowych zasilanych z różnych linii wysokiego napięcia. Takie rozwiązanie pozwala na uzyskanie właściwego rezerwowania zasilanych odbiorników przy zasilaniu z systemu elektroenergetycznego.

Przy głównym złączu budynku szpitala powinno być zainstalowane samoczynne załączanie rezerwy (SZR), z którego energia elektryczna powinna być doprowadzona do rozdzielni głównej szpitala, gdzie należy wydzielić obwody odbiorników zaliczonych do III kategorii zasilania, które nie muszą funkcjonować w czasie zaniku zasilania podstawowego, oraz obwód zasilający kolejny SZR, przeznaczony do współpracy z zespołem prądotwórczym, stanowiącym awaryjne źródło zasilania [1].

Z drugiego SZR zasilanie należy doprowadzić do rozdzielnicy odbiorników II kategorii zasilania. Do odbiorników tej kategorii należy zaliczyć ogólne sale chorych, apteki, korytarze, windy, oświetlenie ogólne itp. Dla odbiorników zaliczonych do II kategorii dopuszcza się czas przerwy w zasilaniu do 60 sekund (tj. czas niezbędny dla dokonania samorozruchu zespołu prądotwórczego i ustabilizowanie obrotów).

W rozdzielni należy wydzielić obwód zasilający zasilacz UPS, przeznaczony do zasilania odbiorników I kategorii zasilania, dla których niedopuszczalna jest jakakolwiek przerwa w zasilaniu. Dokonanie takiego podziału jest konieczne ze względu na warunki lokalowe, jakimi dysponuje szpital, oraz wysokie koszty zakupu, eksploatacji zespołu prądotwórczego i zasilaczy UPS.

Zakwalifikowanie sal operacyjnych, OIOM-u oraz laboratoriów do I kategorii zasilania jest uzasadnione tym, że pacjent podłączony do aparatury nie może być pozbawiany czynności podtrzymujących życie, a brak oświetlenia (nawet przez kilka sekund) podczas operacji odbywającej się w nocy może być tragiczny w skutkach dla pacjenta. Dlatego zasilanie tych pomieszczeń w sposób bezprzerwowy jest uzasadnione i możliwe do realizacji tylko z wykorzystaniem zasilacza UPS o mocy dostosowanej do zasilanych przez niego urządzeń [1].

Dobór mocy UPS-a

Moc znamionowa UPS-a jest mocą na wyjściu zasilacza, czyli jest to moc, jaką UPS jest w stanie dostarczyć do odbiorników. Moc pobierana przez UPS jest większa o wartość strat, moc potrzebną na doładowanie baterii akumulatorów i zniekształcenia w sieci zasilającej spowodowane przez UPS. Znając wymagania dla układu zasilania gwarantowanego, można przystąpić do dobrania mocy poszczególnych zasilaczy UPS.

Po wyliczeniu mocy zapotrzebowanej przez odbiorniki należy dobrać moc UPS-a. Ponieważ współczynnik mocy wyjściowej UPS-a jest różny dla różnych konstrukcji, należy uwzględnić zarówno moc pozorną, w [VA], jak i moc czynną, w [W]. Przy doborze mocy zaleca się uwzględnienie potrzeb na przyszłą rozbudowę odbiorników. Zwykle przewymiarowanie wynosi 20% mocy odbiorników. Taka możliwość zapewnia rozbudowę systemu w przyszłości. Należy jednak dobrać kable i inne elementy obwodu zasilania na moc docelową [2, 3].

Dobór baterii akumulatorów do wymaganego czasu podtrzymania

Informacje o czasach podtrzymania można znaleźć w tabelach czasów podtrzymania zamieszczonych w specyfikacjach producenta lub wyliczyć na podstawie parametrów elektrycznych zasilacza UPS. UPS-y posiadają baterie akumulatorów wewnętrzne (znajdujące się we wspólnej obudowie z elektroniką UPS-a) lub baterie zewnętrzne. W UPS-ach małej mocy baterie zewnętrzne wykonane są w postaci modułów bateryjnych (najczęściej w obudowach dopasowanych do zasilaczy UPS).

W większych jednostkach UPS baterie zewnętrzne umieszczane są w zamkniętych szafach fabrycznych lub na otwartych stojakach bateryjnych. Większość UPS-ów jednofazowych o małej mocy posiada baterie wewnętrzne, zapewniające pracę 5–10 minut przy pełnym obciążeniu.

Jeżeli wymagany jest dłuższy czas podtrzymania, można [2, 3]:

• przewymiarować UPS-a, wybierając większy z większą pojemnością baterii wewnętrznych,
• wybrać model UPS-a oferujący dłuższy czas podtrzymania,
• dobrać zewnętrzne moduły bateryjne,
• zamknąć część odbiorników, jeśli istnieje taka możliwość (przy użyciu oprogramowania do zarządzania pracą UPS-a), pozostawiając więcej energii dla odbiorników krytycznych.

Należy zwrócić uwagę, że liczba zewnętrznych modułów bateryjnych jest ograniczona wydajnością ładowarki w zasilaczu UPS. Większe pojemności baterii wymagają dłuższego czasu ładowania, przez co UPS nie jest w krótkim czasie gotowy do podjęcia pracy po wcześniejszym rozładowaniu baterii.

UPS-y dużej mocy posiadają najczęściej ładowarki baterii o regulowanym prądzie ładowania. Funkcja ta daje możliwość szybkiego naładowania baterii, a z drugiej strony może ograniczyć wartość prądu pobieranego z sieci zasilającej (co może okazać się przydatne przy limitach dostępnej mocy lub doborze zabezpieczeń).

Należy zwrócić uwagę, że niektóre zasilacze UPS wymagają stosowania wyłączników bateryjnych ze stykami pomocniczymi podnapięciowymi i cewką wyzwalającą [2, 3]. Przy współpracy zasilania UPS dużej mocy z zasilaniem prądotwórczym istotna jest funkcja „miękkiego” startu zapewniająca stopniowe obciążenie prądnicy agregatu.

Ze względów niezawodnościowych zaleca się stosowanie co najmniej dwóch gałęzi baterii akumulatorów (eliminacja pojedynczego punktu awarii). Niektórzy producenci baterii zalecają stosowanie nie więcej niż czterech gałęzi oraz wymagają stosowania takich samych typów baterii w każdej gałęzi.

Podsumowanie

Przy przeglądaniu katalogów firmowych można spotkać wiele różnych zastosowanych technologii, mających zapewnić właściwe zasilanie odbiorników. Istnieje między innymi możliwość uruchomienia zasilacza bez podłączonej sieci – tak zwany zimny start – i zasilenia podłączonych do niego urządzeń do czasu pojawienia się napięcia sieciowego lub do wyczerpania się baterii.

Inną ciekawostką jest układ automatycznej regulacji napięcia (AVR – Automatic Voltage Regulation) [2, 3]. Przy współpracy zasilacza UPS dużej mocy z zespołem prądotwórczym istotna jest funkcja „miękkiego” startu zapewniająca stopniowe obciążenie prądnicy agregatu.

Można również spotkać wiele różnych systemów kontrolowanego ładowania baterii. Mają one na celu zapewnienie odpowiedniego prądu ładowania oraz temperatury, w której się ono odbywa. W okresie epidemii koronawirusa kwestie bezprzerwowego podtrzymania zasilania nabierają jeszcze większego znaczenia dla pacjentów.

Literatura

1. J. Wiatr, „Zasilacze UPS w układach zasilania urządzeń elektromedycznych (część 1.)”, „elektro.info” 6/2018.
2. J. Wiatr, M. Orzechowski, „Podstawy zasilania budynków mieszkalnych, użyteczności publicznej i innych obiektów nieprzemysłowych w energię elektryczną, Poradnik projektanta elektryka”, Grupa Medium, Warszawa 2012.
3. J. Wiatr, M. Miegoń, „Zasilanie budynków użyteczności publicznej oraz budynków mieszkalnych w energię elektryczną”, Niezbędnik elektryka nr 4, Warszawa 2012.
4. K. Kuczyński, „Zasilacz UPS – na co zwrócić uwagę dokonując wyboru cz.1.”, „elektro.info” 6/2013.