اختيار قدرة UPS للفرع الحرج في المستشفيات

اسأل ثلاثة استشاريين عن القدرة المناسبة لنظام UPS يخدم الفرع الحرج في مستشفى، وستحصل على ثلاث إجابات مختلفة، والسبب غالباً أن كل واحد منهم يجيب بهدوء عن سؤال مختلف. رقم الكيلوفولت أمبير هو الجزء السهل. أما ما يحدد بقاء المنظومة كافية بعد خمس سنوات فهو مجموعة من الافتراضات نادراً ما تُدوَّن في أي مكان، وقلّ أن يُعاد النظر فيها.

الفرع الحرج ليس المستشفى كله

يقسّم معيار NFPA 99 المنظومة الكهربائية الأساسية في المستشفى إلى ثلاثة فروع، ومتطلباتها ليست واحدة. فرع سلامة الحياة يغطي إنارة مسارات الإخلاء وأنظمة الإنذار والتنبيه والاتصالات الطارئة وإنارة غرفة المولد والتحكم في المصاعد. والفرع الحرج يغطي المناطق والمقابس المرتبطة باستمرار علاج المرضى. أما فرع المعدات فيغذّي التجهيزات الكبيرة التي تعتمد عليها رعاية المرضى لكنها تحتمل التأخير، ومنها أنظمة الشفط المركزي وشفط الأقسام الجراحية ووحدات التكييف الكبيرة التي تخدم غرف العمليات.

ضبط هذا التقسيم بدقة هو أول قرار في تحديد القدرة، وهو قرار يُتخذ على المخططات لا في جدول حسابي. فنظام UPS تُحسب قدرته وفق جدول أحمال تسلّل إليه شيء من تجهيزات فرع المعدات سيكون أكبر من اللازم بفارق كبير، وأغلى بالقدر نفسه. أما النظام الذي يُحسب وفق جدول أُغفلت منه مقابس الفرع الحرج فسيكون أصغر من اللازم بطريقة لا تظهر إلا أثناء انقطاع فعلي.

ويجدر القول بوضوح إن نظام UPS لا يحل محل المولد. المولد هو الذي يتحمل الانقطاع، ونظام UPS يتحمل الثواني التي لا يستطيع المولد تغطيتها، ويُحسّن جودة التغذية للأجهزة التي لا تحتمل عملية التحويل نفسها.

العشر ثوانٍ التي تحدد الحد الأدنى

يُشترط في مولدات المستشفيات إعادة التغذية إلى فرع سلامة الحياة والفرع الحرج خلال عشر ثوانٍ من فقد التيار من الشبكة. وهذه نافذة زمنية صعبة: على المنظومة أن تكتشف الانقطاع، وتدير المحرك وتشغّله، وتصل به إلى السرعة والجهد المقررين، وتكمل التحويل التلقائي، كل ذلك خلال تلك الثواني العشر.

والاستنتاج الساذج هو أن نظام UPS بزمن تشغيل عشر ثوانٍ يسدّ الفجوة إذن. وهذا غير صحيح، وتحديد القدرة على هذا الأساس هو أكثر خطأ نُطلب لتصحيحه. فالعشر ثوانٍ هي القيمة التي يستطيع الكود إلزام المولد بها في ظروف الاختبار، وليست قيمة تصمد أمام الحالة التي لا يستطيع الكود التشريع لها، وهي المولد الذي لا يبدأ العمل أصلاً، أو الذي يبدأ ثم يفصل عند أول حمل كتلي.

الرقم الذي يمكن الدفاع عنه للفرع الحرج يقع عادة بين عشر دقائق وثلاثين دقيقة، والمدى أقل أهمية من المنطق الذي أدى إليه. فهذه المدة تكفي لمحاولة تشغيل ثانية، أو لتحويل يدوي إلى مصدر بديل، أو لإنهاء منظم لأي إجراء جارٍ. وأياً كان الرقم المختار فينبغي أن يكون قراراً مكتوباً مرفقاً بمبرره، لأنه الافتراض الأكثر عرضة للمساءلة بعد أي حادثة.

احسب بالكيلوواط لا بالكيلوفولت أمبير وحده

تحمل لوحة بيانات نظام UPS تصنيفاً بالكيلوفولت أمبير، بينما يسحب الحمل كيلوواط. والنسبة بينهما هي معامل القدرة، ومقارنة عرضي سعر بالكيلوفولت أمبير وحده لا تقارن شيئاً تقريباً. فالتصاميم الأقدم كانت تُصنَّف عادة عند معامل قدرة 0.8، أي أن وحدة بقدرة 100 كيلوفولت أمبير تسلّم 80 كيلوواط. وكثير من الوحدات الحديثة تُصنَّف عند معامل قدرة واحد، أي أن الوحدة نفسها تسلّم 100 كيلوواط. هاتان ليستا الآلة نفسها، وليستا بالسعر نفسه.

وفي جانب الأحمال، قاوم إغراء جمع أرقام لوحات البيانات. فرقم لوحة البيانات قيمة قصوى تفترض أن الجهاز يؤدي أشق ما يمكنه أداؤه، وقسم مليء بالأجهزة لا يفعل ذلك كله في اللحظة نفسها أبداً. وجمع هذه الأرقام ينتج عادة قيمة تزيد بنسبة 40 إلى 60 بالمئة عن أي شيء سيسحبه الفرع فعلياً، وتدفع المستشفيات ثمن هذا الفارق مرتين: مرة في التكلفة الرأسمالية، ومرة أخرى في نظام يعمل عند حمل منخفض حيث تكون كفاءته في أدنى مستوياتها.

والطريقة الصادقة هي القياس. قِس الفرع القائم على مدى أسبوع عمل كامل، والتقط القيمة القصوى لا المتوسط، ثم أضف هامش السعة كقرار مقصود فوق رقم مقيس. وحيث لا يكون الفرع قائماً بعد، ابنِ جدول الأحمال من قائمة الأجهزة وطبّق معامل تنوّع تستطيع الدفاع عنه، ثم قِس عند التشغيل التجريبي وسجّل النتيجة استعداداً للتوسعة القادمة.

اترك مساحة للحمل الذي لم تشترِه بعد

تنمو المستشفيات داخل بنيتها الكهربائية أسرع من أي نوع آخر من المباني تقريباً. يُضاف قسم أشعة، وتُرفع أجهزة المراقبة من جهاز لكل سرير إلى ثلاثة، وتتضاعف مضخات التسريب، فيبلغ نظام UPS الذي حُسبت قدرته بدقة وفق جدول أحمال موثّق سعته القصوى في السنة الثالثة. لم يكن الجدول خاطئاً، بل كان صورة للحظة بعينها.

ونوصي عادة بتحديد القدرة بهامش يتراوح بين 25 و30 بالمئة فوق القيمة القصوى المقيسة، ثم التحقق من أن بقية التمديدات تستطيع فعلاً استخدام هذا الهامش. فنظام UPS بسعة فائضة يغذّي لوحة توزيع بلا مخارج احتياطية ليس سعة فائضة، بل رقم على لوحة بيانات. وينطبق الأمر نفسه على مقاطع الكابلات وعلى الغرفة التي ستعيش فيها البطاريات.

وحيث تسمح الميزانية، تحوّل البنية النمطية لنظام UPS هذه المسألة من مشكلة تنبؤ إلى مسألة شراء. تُضاف وحدات القدرة إلى الهيكل مع نمو الحمل، فتتوافق النفقة الأولى مع الحمل الأول وتصل السعة حين يُحتاج إليها. غير أن الهيكل نفسه يجب أن يُحدد منذ البداية وفق الحمل النهائي، وهنا يعود التنبؤ إلى الصورة، لكن أثر الخطأ فيه يصبح أصغر بكثير.

زمن التشغيل قرار يخص البطاريات

من المفيد الفصل بين سؤالين يختلطان في معظم النقاشات. وحدة UPS تحدد مقدار القدرة التي يمكن دعمها، ومجموعة البطاريات تحدد المدة. فمضاعفة زمن التشغيل لا تتطلب نظام UPS أكبر، بل تتطلب بطاريات أكثر، والقيد عادة هو مساحة الأرضية وقدرتها على التحمل لا الإلكترونيات.

ويجب أن يتم تحديد سعة البطاريات عند سعة نهاية العمر لا عند سعة مجموعة جديدة. فالبطارية تُعدّ عموماً قد بلغت نهاية عمرها عند 80 بالمئة من سعتها المقررة، والنظام الذي لا يحقق زمن التشغيل المطلوب إلا بمجموعة جديدة تماماً هو نظام يخفق في تحقيقه طوال معظم عمره التشغيلي. كما يجب أن يستخدم الحساب نفسه درجة الحرارة التي ستعيش فيها البطاريات فعلياً، لا الخمس والعشرين درجة التي تفترضها ورقة المواصفات.

ونقطة الحرارة هذه هي بالضبط ما تخفق فيه بهدوء معظم منظومات UPS في المستشفيات في هذه المنطقة، وهي تستحق عناية أكبر مما تلقاه عادة أثناء التصميم. وهي كذلك موضوع مقال منفصل، لأن الحساب الذي يقف خلفها يفسّر تقريباً كل استبدال مبكر للبطاريات نُستدعى إليه.