A energia eléctrica nas instalações hospitalares

A rede elétrica de energia é a principal e mais importante das facilities nas instalações Hospitalares, sendo responsável por manter em pleno funcionamento todos os sistemas e equipamentos que suportam o processamento da informação, as comunicações, os sistemas de segurança, o AVAC, as centrais de produção de ar comprimido e vácuo, bem como os procedimentos clínicos e administrativos.

As instalações elétricas de um Hospital são complexas, comparadas com outro tipo de empreendimento ou edifício, pois tudo o que se pensa em termos de infraestrutura e tecnologia é aplicável e utilizado nos hospitais e estabelecimentos de saúde. Claramente, após as décadas de 80 e 90, os Hospitais ficaram sujeitos ao “boom” tecnológico que surgiu na área da saúde, bem como um grande desenvolvimento de equipamentos de eletromedicina, sistemas e tecnologias da informação que atualmente são necessários para manter em funcionamento os Hospitais.

Em muitos Hospitais, há instalações elétricas projetadas nesta época, com as reservas de potência quase esgotadas e componentes elétricos que estão prestes a atingir o fim dos seus ciclos de vida, mas mesmo assim ainda funcionam. Nos dias de hoje, cada vez mais os Hospitais precisam de sistemas elétricos fiáveis e seguros, que possuam alta disponibilidade operacional e que estejam preparados para funcionar em situações críticas. Desta forma, as instalações elétricas devem ser cuidadas da mesma forma que é tratada a saúde dos pacientes.

Classificação das redes elétricas nos hospitais

Dentro das redes elétricas em ambiente hospitalar, a energia é classificada conforme as características das fontes de energia e, portanto, de acordo com a sua proveniência, temos:

Rede Elétrica Normal
Assim se designa a energia fornecida pela rede pública de abastecimento de energia, utilizada para aplicações de baixa criticidade, com as seguintes aplicações: iluminação, tomadas de uso geral, equipamentos e instalações de uso não específico.

As cargas elétricas ligadas a este tipo de energia ficam condicionadas ao fornecimento do operador público de energia, isto é, as instalações e equipamentos por ela alimentados.

Assim sendo, estarão sujeitos a paralisações em caso de corte no fornecimento de energia, bem como a toda e qualquer perturbação que o sistema elétrico externo ao hospital possa apresentar, tais como: harmónicas, distorções, ruídos, transitórios, etc.

Rede Elétrica de Emergência ou socorrida
Em condições normais de fornecimento da rede pública de energia, esta rede tem os mesmos fatores de risco que a energia normal, isto é, com influência de agentes externos ao sistema elétrico do hospital, porém, quando há falha na rede pública de energia elétrica ou anormalidades externas,
o sistema de emergência é alimentado por Grupos Geradores (GG’s) que entram automaticamente em funcionamento em cerca de 15 segundos e assumem a carga, conforme a criticidade dos equipamentos ou instalações.

Este tipo de energia é utilizado em áreas de grande responsabilidade nas atividades hospitalares, quer ao nível de prestação de cuidados, quer seja no nível de segurança destas atividades e das pessoas que dela dependem.

Por possuir esta característica de pouco tempo de interrupção, aquando da falta da energia proveniente da rede pública, a sua utilização concentra-se nos seguintes tipos de equipamentos:

• Equipamentos específicos na área da eletromedicina, AVAC), que podem suportar um breve intervalo de falta de energia elétrica, sem que, contudo percam as suas características operacionais, quando esta estiver restabelecida;
• Iluminação de suporte (zonas de circulação, salas, enfermarias, quartos, etc.);
• Tomadas de equipamentos importantes, porém de uso específico;
• Todas as cargas críticas ligadas ao Sistema de “UPS” (nomeadamente equipamento informático); 
• Instalações especiais tais como: Urgência, Imagiologia, Hemodiálise e outros. Desta forma, para cumprir as normas vigentes os Hospitais devem possuir uma Central de Emergência, restabelecendo energia para as cargas críticas num período máximo de 15 a 30 segundos.

Rede Elétrica Ininterrupta – UPS
As unidades “UPS” (Uninterruptible Power Supply) são equipamentos que se encontram ligados à rede de emergência e, portanto, alimentados por duas fontes de energia de forma redundante, isto é, pelo fornecedor de energia da rede pública em regime normal e pela rede de emergência suportada
por Grupos Geradores quando falta a alimentação da rede pública.

Esta energia é “condicionada”, eliminando-se as influências externas.

A energia fornecida pelas “UPS” é do tipo “pure sinewave”, isto é, sem variações de tensão, frequência e outras perturbações presentes no sistema elétrico convencional. Por possuírem bancos de baterias autónomos, e funcionarem normalmente no modo de dupla conversão, não há lugar a interrupção
do fornecimento de energia elétrica quando há corte, nem no período que os Grupos Geradores necessitam para assumir a carga, garantindo-se assim a continuidade dos serviços que dependem desta fonte de energia elétrica.

Os sistemas baseados nas UPS são utilizados em áreas que necessitem de energia elétrica de altíssima qualidade e fiabilidade, bem como na alimentação dos equipamentos e sistemas de elevada criticidade quanto ao desempenho das suas funções na falta de energia elétrica. 

As áreas e equipamentos que dependem destes equipamentos são fundamentalmente:

• Bloco Cirúrgico;
• UCI e UCIP
• Recobro;
• Salas de Emergência;
• Urgência Setores de Emergência;
• Laboratório – Equipamentos de Análises
• Clínicas;
• Locais de realização de procedimentos invasivos;
• Todos os locais que possuem equipamentos de apoio à vida.
• Setores de Diagnóstico por Imagem para os equipamentos de processamento e comando;
• Central de Segurança;
• Sistemas de CCTV;
• Sistemas de Deteção de Incêndio;
• Equipamentos/Instalações Informáticas de Processamento de Dados/Datacenters;
• Bastidores; Redes Informáticas e Centrais Telefónicas (Switches / VOIP);
• Postos de Trabalho de Informática críticos para as atividades do hospital (Internamento, Postos de Enfermagem, Farmácia, Unidades Farmácia Oncológica etc.);
• Outros ambientes de aplicações especiais.

Sendo assim, cada tipo de instalação, equipamento ou até departamento pode possuir um ou mais tipos de fontes de energia elétrica com tratamento diferenciado pelas suas características, sendo necessário defini-las no projeto, assim como identificá-las durante uma remodelação ou nova instalação,
preparando os sistemas elétricos para que no decorrer do tempo seja possível realizar ampliações, remodelações e também atividades de manutenção. Deve ser previsto um tratamento diferenciado para as cargas capazes de perturbar com harmónicos e transitórios a rede elétrica do Hospital, tais como motores, elevadores, Raios-X, a fim de que estas cargas não gerem interferências nos sistemas elétricos que suportam as demais cargas elétricas.

Componentes do sistema elétrico nos hospitais

Após a classificação das cargas conforme as fontes de energia, devem ser dimensionados e considerados os seguintes aspetos na rede Elétrica dum hospital:

Instalações em Média Tensão (MT)
Geralmente são da responsabilidade dos operadores da rede elétrica nacional, e trata-se de infraestruturas de Média tensão em 10kV, 15kV e 30kV.

Posto de Transformação
O Posto de Transformação elétrico é o local onde ocorre o abaixamento da Tensão fornecida pela rede pública de abastecimento de energia elétrica, para as tensões de alimentação das cargas elétricas do Hospital (400V, 230V, 50Hz).

No Posto de Transformação ou em área contígua são também posicionados os principais Quadros Gerais de Baixa Tensão - QGBT’s para distribuição primária das categorias e Redes de Energia (Normal, Emergência e UPS).

Figura 1 Posto de Transformação

Sistema de produção de energia em regime de emergência

Existem as seguintes modalidades em hospitais para gerar energia em regime de emergência ou alternativo:

• Central de emergência em Stand By – Sistema constituído por um ou mais Grupos Geradores de Emergência
• Central de emergência em regime PRIME – Central de Emergência para produção de energia elétrica (24/24 horas) (Central de produção de energia de modo autónomo utilizada em situações de catástrofe ou obras por curtos períodos de tempo)

Figura 2 Grupo Gerador


Figura 3 Quadro de Transferência de cargas


Figura 4 Instalação fotovoltaica

Sistema de produção de energia em regime de Autoconsumo UPAC
Instalação Fotovoltaica com produção para autoconsumo UPAC – Trata-se de uma infraestrutura baseada em painéis solares e inversores para fornecimento de Energia elétrica à rede elétrica de baixa tensão do Hospital ou estabelecimento de Saúde. Normalmente a produção é inferior às necessidades. No entanto, pode considerar-se como razoável uma produção que corresponda ao consumo de energia gasto na iluminação, embora seja importante otimizá-la através da instalação de luminárias LED ou substituição de lâmpadas por equipamentos com esta tecnologia.

Figura 5 Esquema instalação fotovoltaica

Cogeração
Cogeração de Energia – Neste conceito considera-se uma central produtora de energia elétrica em regime contínuo com reaproveitamento térmico para produção de calor

Figura 6 Co-gerador

Figura 7 Esquema Co-gerador

Unidades de Alimentação Ininterrupta UPS
Equipamentos para atender às áreas de altíssima criticidade (exemplos de áreas citadas no item 2.3). Pode ser adotado o conceito de UPS centralizadas (ex. Datacenters e salas de Informática) ou UPS distribuídas (ex. Blocos Operatórios e UCI’s), porém, para setores críticos devem ser utilizados equipamentos redundantes.

Figura 8 Modos de funcionamento das Unidades de Alimentação Ininterrupta UPS

Sistema IT Médico
Este sistema é comum nos Blocos Operatórios / locais de intervenção médica. Tem a particularidade de isolar o neutro da instalação, através da inserção de um transformador de potência, e`possui monitoração de corrente de fuga (através de dispositivos designados por CPI’s ou DSI’s)
instalados nos seguintes locais:

Bloco Cirúrgico / UCI/ Salas de Emergência, salas de cateterismo e outros locais de intervenção médica, visando proteção complementar para os médicos e pacientes.

Figura 9 Sistema IT Médico

Distribuição de Energia em Baixa Tensão
A distribuição de energia nas áreas hospitalares faz-se normalmente através de esteiras, caminhos de cabos, “coretes” e quadros elétricos de distribuição para as redes (Normal, Emergência e UPS), alimentando as mais diversas cargas terminando em calhas hospitalares, painéis e demais acessórios de apoio.

Sistemas de Iluminação
Para um sistema de iluminação adequado ao Hospital devem ser realizados estudos e cálculos luminotécnicos, envolvendo um balanceamento com a luz natural através do sistema DALI e considerando aspetos técnicos como a intensidade luminosa, a restituição cromática, o fator de encandeamento e fatores arquitetónicos (estéticos), assim como a classificação dos locais quanto à sua utilização face ao enquadramento nas normas técnicas
aplicáveis.

Deverão ser dimensionados os seguintes circuitos distintos para a Iluminação: Normal, Emergência e Blocos Autónomos, bem como iluminação de balizamento para circuitos de fuga em caso de emergência.

Sistema de Proteção contra Descargas Atmosférica
Sistema responsável pela proteção dos edifícios contra efeitos decorrentes de fenómenos atmosféricos.

Sistema de equipotencialização
Deve ser instalado um sistema fável e seguro para ligação à terra de todas as instalações com a mesma referência elétrica.

Protetores de Surtos (sobretensões)
Devem ser instalados para proteção complementar das cargas importantes. Estes dispositivos geralmente são instalados nos quadros parciais dos Serviços ou Departamentos e garantem a segurança dos equipamentos e das pessoas contra sobretensões instantâneas.

Seletividade Elétrica
Consiste na conjugação das proteções elétricas face aos riscos ocasionados por distúrbios (curto circuito, sobrecarga, subtensão, potência reversa e outros) das instalações elétricas.

Segurança, fiabilidade e alta disponibilidade

Estes três pilares são imprescindíveis para o sucesso das instalações elétricas nos edifícios e infraestruturas hospitalares.

As instalações devem ser concebidas para operar em situações de emergência, ou seja, o sistema elétrico deve estar dotado dum plano de contingência nas fontes e distribuição de energia para que sejam realizadas manobras sem comprometer a continuidade da operação do Hospital.

Seguem algumas considerações importantes para aumentar a segurança e fabilidade nos sistemas elétricos:

• Verificar a possibilidade de possuir segunda entrada de energia junto do fornecedor público de energia (ex: PT’s em anel);
• Realizar estudo que permita uma entrada direta a partir da subestação de energia em Média Tensão para manter 100% da instalação hospitalar na falta de energia.
• As Subestações devem possuir Transformadores redundantes, nomeadamente para Hospitais e Estabelecimentos de Saúde, pois em casos em que exista somente um único transformador, e havendo uma falha neste, mesmo tendo energia da rede pública, ou do Sistema de Média Tensão, não é possível restabelecer a energia;
• Os Quadros Gerais de Baixa Tensão (QGBT´s) devem possuir dispositivos de redundância e By-pass para possibilitar manobras de emergência, bem como o desligar parcialmente o sistema para atividades de manutenção. Eventualmente considerar uma entrada auxiliar protegida por disjuntor para ligar um Gerador externo em caso de avaria grave na central de emergência.
• Para as principais cargas ligadas nos QGBT´s, devem ser utilizados preferencialmente disjuntores extraíveis, e devem existir componentes sobressalentes no Serviço de Instalações e Equipamentos do Hospital em caso de falha/avaria.
• Mesmo tendo Postos de Transformação próprios, os Hospitais não devem abrir mão do sistema composto por um ou mais Grupos Geradores em Baixa Tensão. Este sistema terá o papel de restabelecer a energia com rapidez para os setores críticos.
• Caso o Hospital não possua um Posto de Transformação e tenha um regime de BTE (Baixa Tensão Especial), deve considerar uma central de emergência constituída por Grupos Geradores (GG´s) redundantes/ Sistemas de Sincronismo e Quadros de Transferências Automáticos de alta fiabilidade.

Os sistemas de abastecimento automático de combustível, atenuação acústica e descarga de gases escape também deverão ser bem estudados para garantir o funcionamento integral da solução.

Para a Central de Emergência deve ser considerada, preferencialmente, a utilização de dois grupos geradores, sendo que um deles tenha capacidade de assumir todas as cargas críticas.

A distribuição das diferentes classes e categorias de energia no decorrer das áreas, serviços ou departamentos hospitalares também deve ser dotada de planos de contingência para possibilitar manobras de emergência, bem como o corte parcial do sistema para atividades de manutenção e ampliação de carga (Ex: Equipamentos de Imagiologia e Quadros elétricos principais de cada andar/setor) 

Devem utilizar-se tomadas elétricas específicas para as diferentes categorias de energia e suas aplicações, com tipos e cores diferenciadas.
O controlo de acesso aos quadros elétricos instalados nos departamentos é o aspeto fundamental para se evitar cortes de energia acidentais. Estes quadros devem ter acesso condicionado a profssionais habilitados.

O Hospital deve possuir um sistema de automação e supervisão do edifício GTC, integrando os sistemas elétricos. Este sistema deve gerir a “vida e a saúde” dos sistemas e equipamentos elétricos que o suportam, apresentando indicadores fáveis para tomada de decisões estratégicas (Ex: controlo da procura, indicadores da qualidade de energia, registo de eventos e falhas, medidas elétricas de geradores, UPS’s e outros)
 

O que fazer para proteger o hospital de problemas elétricos

Como todos os sistemas existentes num Hospital / estabelecimento de saúde, as instalações elétricas também são passíveis de apresentarem defeitos e falhas. A pior situação para as administrações e responsáveis do SIE em instalações hospitalares é a falsa sensação de segurança no sistema elétrico, ou seja, em situações de emergência o sistema não funcionar.

Para esclarecer este tema, o responsável pelas instalações e equipamentos do hospital deve realizar as seguintes ações:

• Realizar o levantamento completo das instalações elétricas, tendo os projetos devidamente atualizados em formato AutoCAD;
• Efetuar medições periódicas para analisar o contexto de carga e demanda atual;
• Após análise dos projetos e medições, diagnosticar a situação existente, apresentando à Administração do Hospital os pontos críticos, os riscos e vulnerabilidades da Instituição;
• Realizar estudos de casos, simulando situações adversas de falhas e verifcando como o seu atual sistema está preparado para não comprometer a continuidade da operação do Hospital;
• Propor ações de melhoria que devem ser tomadas por criticidade (de imediato, a curto/médio e longo prazo) visando garantir a fabilidade e segurança das instalações elétricas;
• Antes de se contratar um projeto para regularizar determinada anormalidade é fundamental desenvolver um plano Diretor da Infraestrutura (facilities) alinhado com o Plano de Investimento da instituição.

A equipa multidisciplinar constituída para a elaboração do plano diretor da infraestrutura deve possuir uma visão global das necessidades atuais e futuras da organização, quer no aspeto técnico quer assistencial. O plano será essencial para os administradores hospitalares implementarem os projetos de forma integrada no cronograma de ações do Hospital. Durante o processo de adequação/reconversão “retroftting” de determinados equipamentos e instalações elétricas que tiverem alcançado o fm dos seus ciclos de vida, deve ser efetuado um projeto de engenharia e posteriormente elaborado um planeamento seguro com logística efciente para que os serviços possam ser executados sem colocar em risco o Hospital e os seus pacientes. Em muitos casos será necessário realizar instalações provisórias ou eventualmente alugar equipamentos (Geradores/Transformadores; PT’s) para não comprometer a segurança das atividades.

Ciclos de vida das instalações elétricas

Os projetos elétricos devem proporcionar, para o edifício hospitalar, uma infraestrutura preparada para um mínimo de 25 anos de utilização. Desta forma, face à responsabilidade do sistema elétrico, é importante manter as instalações nas considerações abaixo referidas:

Documentação das Instalações Elétricas atualizada
Os diagramas uniflares, multiflares e esquemas de princípio de toda a instalação elétrica deverão estar sempre atualizados, de forma a fornecer informação fdedigna para elaboração de novos projetos e, principalmente, nas intervenções de manutenção.

Manutenções preditivas e preventivas

• Rotinas de Manutenção: Deve ser criada uma rotina de manutenção semanal, mensal e anual, conforme a criticidade de cada tipo de instalação. As manutenções devem ocorrer sem prejudicar a continuidade de operação do Hospital.
• Termografa: A termografa (medição remota de temperatura através da radiação infravermelha) é uma ferramenta utilizada para se detetar pontos de aquecimento no sistema elétrico, causados principalmente por maus contactos. Por se tratar de medição sem contacto físico e sem desligar o sistema, permite a inspeção de grande quantidade de equipamentos num espaço de tempo reduzido. Deve ser realizada anualmente e sempre que uma manutenção preventiva esteja programada, facilitando as intervenções corretivas necessárias.
• Testes de componentes críticos: Os componentes de críticos (disjuntores de média tensão, disjuntores de baixa tensão, etc.) devem ser testados anualmente, de forma a garantir sua integridade aquando da sua necessidade de substituição.
• Comissionamento: A colocação em carga de uma nova instalação elétrica deverá ser precedida da realização de comissionamento elétrico, de forma a garantir-se o perfeito funcionamento do sistema e ter-se um banco de dados para acompanhamento das manutenções preventivas.
• Aferição das proteções: Anualmente, deverá ser realizada a aferição das proteções principais (disjuntores) do sistema elétrico, garantindo a sua perfeita atuação na ocorrência de defeitos. Deverão ser programadas manutenções preventivas anuais para as celas de Média Tensão, Transformadores e Quadros de Distribuição de Baixa Tensão.
• Geradores de emergência: Diariamente deverá ser verificado o nível dos fluidos e o sistema de aquecimento da água de arrefecimento bem como o carregador de baterias e/ou acumuladores. Mensalmente, efetuar ensaios dos geradores em carga, caso não tenham sido solicitados neste período, sendo que neste caso há vantagem em ter a rede de emergência e a rede normal separadas, pois pode fazer-se um ensaio em carga sem que as cargas ligadas exclusivamente à rede normal sejam afetadas.

Considerações finais

Conforme o exposto acima, os Hospitais que estão preparados para enfrentar uma falta de energia prolongada (black-out), são aqueles que possuem sistemas de emergência redundantes. A situação mais segura é quando o edifício hospitalar possui um Posto de Transformação em Média Tensão e Grupo gerador de emergência em Baixa Tensão. Vale a pena ressalvar que o sistema elétrico, quando não é bem concebido ou é implementado de forma inadequada, gera falhas e defeitos inesperados, fazendo por vezes o Hospital e os seus responsáveis passarem por situações constrangedoras. É fundamental acertar na conceção do projeto elétrico e, posteriormente,na fase da instalação, onde se devem utilizar equipamentos certifcados e de alta qualidade. É importante estar rodeado por bons profssionais com larga experiência para estas implementações. Em virtude das constantes atualizações e crescimento das organizações hospitalares, a complexidade e responsabilidade dos Sistemas Elétricos tende a aumentar cada vez mais, portanto, é importante que os Hospitais possuam um conjunto de profssionais habilitados para defnição dos conceitos nos novos projetos e gerir as instalações elétricas. “A inteligência deve estar dentro das Instituições”, pois será este grupo de profssionais que acompanhará o dia-a-dia das instalações elétricas.

Luis Miguel Fernandes / Eng. Eletrotécnico
Originalmente publicado na edição n.º 83 da Revista TecnoHospital (Setembro/Outubro 2017)
Nota: Escrito segundo o novo Acordo Ortográfico