ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время с развитием новых методик в медицине и обновлением медицинского оборудования на современное, построенное на базе микропроцессорной техники, все больше внимания уделяется качеству и безопасности электропитания медицинских помещений, так как недооценка обеспечения требований по безопасности и качеству электропитания может привести к нанесению непоправимого вреда для пациентов.
Необходимо отметить, что ущерб жизни и здоровью пациента может наступить как в результате прямого поражения электрическим током, так и выхода из строя ответственных систем жизнеобеспечения. Кроме этого, некоторые медицинские учреждения при закупке импортного оборудование не соотносят его требования по качеству электропитания с существующей в медицинском учреждении электросетью. А между тем, европейские и американские стандарты электроснабжения существенно отличаются от российских. Для подключения дорогостоящего импортного оборудования зачастую приходится не только менять схему электропитания в реконструируемом здании, но и устанавливать дополнительное электрооборудование.
Задачи построения систем электроснабжения медицинских учреждений и выбора электрооборудования относятся к важнейшим и ответственным мероприятиям.
До настоящего времени, в связи с недостаточной нормативной базой, проектирование систем электропитания медицинских помещений вызывало определенные трудности. Основными отечественными документами, регламентирующими проектирование и работы по силовым сетям питания медицинских учреждений, были:
Рассмотрим основные моменты, которые необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации систем электроснабжения медицинских учреждений.
КЛАССИФИКАЦИЯ МЕДИЦИНСКИХ ПОМЕЩЕНИЙ.
Все электрооборудование разделяется по классу защиты на:
По уровню электробезопасности классы имеют принципиальное различие. Так, например, для электрооборудования с классом защиты «0», при повреждении изоляции защитного отключение не происходит и возникает опасность попадания человека под высокое напряжение. При классе «1» в случае повреждения изоляции и замыкании сработает защитное отключение с помощью автоматического выключателя или УЗО.
Медицинские помещения - это основные помещения, предназначенные для целей диагностики, лечения, оперативного вмешательства, мониторинга и ухода за пациентом, а также вспомогательные помещения, предназначенные для выполнения вышеуказанных функций основных помещений. Иными словами, в это понятие входит не только операционные и реанимационные, а также освещение, лифты, хозблоки и т.д.
В медицинских помещениях используется следующие основные виды защиты от поражения электрическим током. При прямом прикосновении это:
Примечание. В медицинских помещениях не допускается применение в качестве основной меры электрозащиты различные ограждения и барьеры.
В качестве дополнительной меры защиты в случае повреждения основных видов применяется УЗО с номинальным током не более 32А и дифференциальным током срабатывания 30 мА для оконечных потребителей и 100мА для групповых потребителей.
Примечание. УЗО допускается применять только в медицинских помещениях группы «0» и «1» и не допускается его применения в медицинских помещениях группы «2» для аппаратов, используемых для поддержания жизнеобеспечения пациентов.
От косвенного прикосновения при повреждении изоляции электроустановки в качестве защиты используется:
Согласно ГОСТ 50571.28-2006 все медицинские помещения по мерам защиты от поражения электрическим током можно разделить на три группы:
В помещениях Гр0 происходит автоматическое отключение в случае первого нарушения изоляции и короткого замыкания.
Гр1 (группа 1) - в котором контактирующие части и приборы предполагается применять наружно или внутренне, но авария силового питания не может привести к гибели или серьезному ущербу для жизни пациента.
В помещениях Гр1 происходит автоматическое отключение в случае первого короткого замыкания на открытые токопроводящие части или при регистрации токов утечки, а также при перебоях электропитания.
К помещениям группы 1 относятся, например, физиотерапевтические, процедурные, рентгеноскопические и гидротерапевтические помещения (согласно ГОСТ 50571.28-2006 приложение «В»).
Основные защитные меры, применяемые в помещениях Гр1:
Примечание: в системах БСНН и ЗСНН номинальное питающее напряжение электроприемников не должно превышать 25В переменного тока (среднеквадратичное значение) или 60В постоянного тока (без пульсаций).
Дополнительная защита:
Гр2 (группа 2) - помещения, в котором контактирующие части и приборы предполагается применять для внутрисердечных процедур в операционных и для выполнения других жизненно важных лечебных процедур, но при этом первичная неисправность в цепи питания не должна приводить к отказу аппаратуры жизнеобеспечения.
В помещениях Гр2 не происходит автоматическое отключение в случае первой неисправности изоляции и короткого замыкания на корпус или открытые токопроводящие части, а также при регистрации токов утечки и перебоях электропитания.
Согласно ГОСТ 50571.28-2006 приложение «В» к помещениям Гр2 относятся: операционные, реанимационные, помещения интенсивной терапии, анестезиологические кабинеты, комнаты подготовки к операции, послеоперационные палаты, травматологические кабинеты, помещения для недоношенных детей.
Основные защитные меры в помещениях Гр2:
Дополнительная защита:
МЕДИЦИНСКАЯ СИСТЕМА IT.
Медицинская система IT- электрическая система IT, в которой соблюдены особые требования для медицинских помещений.
Согласно инструкции РТМ-42-2-4-80 и ГОСТ 50571.28-2006 в медицинских помещениях Гр2 для питающих цепей медицинского электрооборудования и систем обеспечения жизнедеятельности пациентов, хирургического назначения и другого электрооборудования расположенного «в окружении пациента» должна использоваться медицинская система IT и применяться медицинские разделительные трансформаторы с системой контроля изоляции, температуры, величины нагрузки и регламентированной свето-звуковой сигнализации.
Преимущества IT сети (сети с изолированной нейтралью)
IT-сеть
Рис. 1. Сеть с изолированной нейтралью. Для создания применен разделительный медицинский трансформатор с несколькими постами ПДК. При аварии фазного или нейтрального провода (молния) замкнутый токовый контур не возникает и электрический удар не возможен.
Пожаробезопасность. При пробое изоляции ток повреждения ничтожно мал и опасность возгорания практически отсутствует, что важно в помещениях с горючими материалами и медицинскими газами.
Повышенная надежность работы электрооборудования. Разделительный медицинский трансформатор с заземленным экраном является эффективным помехоподавляющим фильтром и обеспечивает создание «выделенной» сети электроснабжения для систем жизнеобеспечения.
Удобство техобслуживания. Система контроля изоляции, температуры и тока нагрузки позволяет своевременно обнаружить и диагностировать неисправность электросети.
Суммируя вышесказанное, если сравнивать уровень безопасности, то IT-сеть обладает гораздо большей степенью безопасности по сравнению с TN-сетью. К пациенту во время процедур и операции подключены множества приборов. Повреждение изоляции в сети с глухозаземленной нейтралью может привести к поражению электрическим током или к отключению питания, что недопустимо для безопасности пациента и персонала. В то же время, первичное нарушение изоляции в IT- сети переводит ее в разряд сети с глухозаземленной нейтралью, но при этом не происходит поражение электрическим током и отключение питания.
Свойства медицинской IT-сети.
В медицинских помещениях Гр2 IT-сеть должна быть использована для цепей, питающих медицинское электрооборудование, предназначенное для поддержания жизненных функций пациента и проведения операции. При построении медицинской IT-сети должны соблюдаться следующие условия:
Медицинская IT-сеть в помещениях Гр2 должна обладать следующими свойствами:
Защита в медицинских помещениях Гр2.
В медицинских помещениях Гр2 по ГОСТ 50571.28-2006 используется специфическая система защитных устройств, обусловленная, с одной стороны требованиями по электрозащите, а с другой - недопустимостью отключения оборудования (системы жизнеобеспечения, системы освещения, операционное комплексы) от электроснабжения.
Медицинские разделительные трансформаторы относятся к специальным трансформаторам, обеспечивающим повышенную электробезопасность и надежность электроснабжения медицинского оборудования.
В отличие от помещений Гр0 и Гр1 для Гр2 классическая дополнительная защита от поражения электрическим током при прямом прикосновении к опасным токоведущим частям с использованием дифференциальных устройств в виде УЗО является не только недостаточной, но и недопустимой. Следовательно, для защиты пациента и персонала при проведении операций применяются разделительные трансформаторы с экранирующей обмоткой и устройством контроля параметров сети: изоляции, температуры и тока нагрузки.
Для IT-сетей электропитания питания медицинского оборудования регламентировано минимальное значение сопротивления изоляции равное 50 кОм, одновременно, согласно требованиям инструкцией РТМ-42-2-4-80 и ГОСТ 50571.28-2006 в случае снижения уровня изоляции ниже данного предела не должно происходить автоматическое отключение эл/питания, т.к. это может привести к отключению систем жизнеобеспечения и смерти пациента.
Шины уравнивания потенциалов должны быть расположены в самом медицинском помещении или в непосредственной близости от него. Все соединения должны быть выполнены так, чтобы они были хорошо различимы и предусматривали возможность индивидуального отключения.
Номинальная мощность однофазных трансформаторов, используемых в медицинских системах IT для переносного и стационарного оборудования, должна быть не менее 0,5 и не более 10 кВт.
При использовании трехфазного медицинского разделительного трансформатора следует использовать трансформатор с выходным линейным напряжением, не превышающим 250 В.
Все электрооборудование в помещениях Гр2 должно иметь исполнение рабочих поверхностей не ниже IP54 в силу ежедневной влажной дезинфекции помещений (СанПиН 5179-90).
При понижении на одном или нескольких линейных проводниках главного распределительного устройства напряжение более чем на 10% относительно номинального, должна автоматически включаться система аварийного электроснабжения. При этом время переключения важнейшего оборудования (освещения операционного стола, системы жизнеобеспечения) не должно превышать 0,5сек. Время переключения систем анестезии, аварийного освещения, лифтов, пожарной сигнализации - не более 15сек.
Источником аварийного электроснабжения может являться резервный ввод с другого трансформатора подстанции, источник бесперебойного питания (ИБП) и дизель/бензо-генераторные установки. Необходимо отметить, что типовое время переключения электроснабжения на резервный ввод с подстанции или ИБП не превышает 0,5сек. Типичное время подключения дизель/бензо-генератора горячего резерва 60-90сек.
МЕДИЦИНСКИЕ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
Суммируя все вышесказанное, можно выделить основные требования к медицинскому разделительному трансформатору:
Как исключение, если имеются трёхфазные потребители, требующие установки медицинской системы IT, то следует использовать отдельный трёхфазный медицинский разделительный трансформатор, но с выходным линейным напряжением, не превышающим 250 В (т.к. в случае повторного пробоя изоляции можно попасть под линейное напряжение). В данном случае нагрузка подключается между фазами.
Такой трансформатор является понижающим (фазное напряжение первичной обмотки 220В, фазное напряжение вторичной обмотки 127В).
Если смотреть с другой стороны, то питание однофазных приборов от трехфазной сети нецелесообразно, т.к. при обрыве нейтрали точка «N» звезды напряжений (Рис.2.) может оказаться в любом месте и, следовательно, у потребителя вместо фазного может оказаться линейное напряжение.
Звезда
Рис.2. Звезда.
Применение более мощных трансформаторов одновременно на несколько медицинских помещений осложняет контроль за множеством потребителей и затрудняет оперативный поиск неисправности в случае аварии, которая может привести к гибели пациента. Следовательно, лучше использовать один разделительный трансформатор на одну медицинскую IT-сеть для медицинского помещения.
Ток утечки вторичной обмотки на землю и ток утечки оболочки, измеренные в режиме холостого хода при питании разделительного трансформатора номинальным напряжением и номинальной частотой, не должны превышать 0,5 мА.
Повышенная перегрузочная способность разделительного трансформатора. При этом необходим контроль нагрузки и температуры разделительного трансформатора для того, чтобы персонал принял, не прерывая работы, необходимые меры. Например, отключил часть нагрузки.
Для уменьшения пусковых токов при включении разделительного трансформатора, которые могут привести к срабатыванию входных автоматов необходимо наличие устройства плавного пуска.
Повышенное требование к изоляции разделительного трансформатора.
Испытательное напряжение контроля изоляции между первичной и вторичной обмотками должно быть не менее 4 кВ.
Наличие устройства контроля изоляции, которое осуществляет непрерывный мониторинг сети с целью контроля состояния изоляции IT - сети. В случае снижения изоляции ниже установленного уровня выдает сигнал «нарушение изоляции».
Обязательное наличие экранирующей обмотки между первичной и вторичной обмотками разделительного трансформатора для снижения возможности возникновения пробоя изоляции между входной и выходной сетью.
Отклонение выходного напряжения Uвых на холостом ходу и под нагрузкой не более 5 % от входного напряжения Uвх.
Наличие устройства контроля рабочего тока, температуры и изоляции разделительного трансформатора, которое обеспечивает измерение и выдает сигнал о выходе параметров за заданные пределы.
Наличие выхода для подключения устройства дистанционного контроля параметров разделительного трансформатора.
Необходимо отметить, что размещение в едином щите (с несколькими панелями) системы АВР, разделительных медицинских трансформаторов и выходной распределительной группы автоматических выключателей, является оптимальным решением, повышающим надежность и эффективность электроустановки, сокращающим время на ее обслуживание и экономящим место.
Пост дистанционного контроля трансформатора ( ПДК )
В большинстве случаев медицинские разделительные трансформаторы рекомендуется комплектовать постами дистанционного контроля разделительных трансформаторов (ПДК), которые устанавливаются непосредственно в зоне работы персонала и имеют степень защиты IP 54 (для санитарной обработки). ПДК представляет собой устройство световой, звуковой сигнализации и контроля состояния изоляции, температуры и тока нагрузки разделительного трансформатора. Должно иметь кнопку «ТЕСТ», которая служат для проверки исправности системы контроля изоляции и кнопку «СБРОС».
ПДК В ПДК должны находиться:
Схема медицинского трансформатора
Рис.3. Электрическая принципиальная схема медицинского разделительного трансформатора.
ИСТОЧНИКИ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ (ИБП) В СИСТЕМАХ ГАРАНТИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ МЕДИЦИНСКИХ ПОМЕЩЕНИЙ.
Согласно ГОСТ 50571.28-2006 «...Медицинские учреждения необходимо обеспечивать аварийными источниками электропитания, которые позволяли бы поддерживать нормальную работу медицинского оборудования ... в течение заданного периода времени и время приведения в действие которых не превышало бы времени, установленного соответствующими нормами... Если на одном или нескольких линейных проводниках главного распределительного устройства напряжение понизится более чем на 10 % относительно номинального, должна автоматически включаться система аварийного электроснабжения. Переключение электропитания должно происходить с задержкой времени, достаточной для нормального срабатывания коммутационных аппаратов и предотвращения ложных срабатываний».
В зависимости от скорости переключения на источник бесперебойного питания и поддержания нормальной работы оборудования в течение заданного периода времени все системы гарантированного электроснабжения подразделяются:
Оборудование:
Система со временем переключения менее 15 секунд.
Оборудование:
Время питания - способность поддерживать электропитание в течение 24 часов. Время может быть уменьшено до минимального, равного 3 часам, если специфика медицинского учреждения позволяет в течение этого времени закончить все необходимые процедуры и провести эвакуацию.
Система со временем переключения более 15 секунд
Оборудование, не упомянутое как подлежащее подключению к более оперативно переключаемым аварийным источникам и используемое для вспомогательных нужд:
Время питания - способность поддерживать электропитание в течение минимум 24 часов, автоматически или вручную.
В случае неисправности основной питающей сети должно быть обеспечено освещение от аварийной сети. Время переключения на аварийное освещение не должно превышать 15 с. Аварийным освещением должны обеспечиваться:
Необходимо отметить, что источником аварийного электроснабжения, на которой возможно переключение в течение 15сек могут являться только резервный ввод с другого трансформатора подстанции или источник бесперебойного питания (ИБП). Фактически минимальное время переключения на них не превышает 0,5 сек. В то же время переключение на дизель/бензо-генератора горячего резерва занимает 60-90сек т.к. необходим прогрев двигателя на холостых оборотах (опасность глушения).
Время автономной работы (ИБП) определяется емкостью подключенных батарей. При нескольких часах автономной работы и нагрузке в киловаттах суммарный габарит необходимых аккумуляторов представляет существенную величину. Поэтому аккумуляторы располагаются в специальном (аккумуляторном) шкафу, либо на стеллажах в отдельном помещении (с температурой не более 20 градусов). Батареи, применяемые в ИБП - необслуживаемые двенадцативольтовые. Подключаются последовательно друг к другу.
ИБП преобразует постоянное напряжение системы аккумуляторов в переменное. В зависимости от конструкции ИБП батарейный шкаф (стеллаж) подключаются к ИБП трехжильным кабелем (плюс, минус, земля), либо четырехжильным кабелем (плюс, минус, нейтраль, земля).
В конструкцию ИБП большинства производителей входят защитные автоматы либо выключатели с плавкими вставками. Также необходимо отметить, что для штатной работы источника требуется подключение защищаемой нагрузки «через ИБП». К сожалению, в проектах периодически встречаются однолинейные схемы электроснабжения в которых вход и выход ИБП соединены между собой. Такое соединение недопустимо т.к. противоречит принципам автономной работы источника.
Время работы дизель/бензо-генератора определяется емкостью топливного бака и техническим циклом. Генератор может поддерживать работу учреждения в течении нескольких суток. В то же время генератор требует специальное помещение (контейнер), систему вентиляции, систему подогрева, трубу для отвода выхлопа, пожарную сигнализацию, экологический раздел в проекте. Дизель/бензо-генераторы большинства производителей не имеют в конструкции защитных автоматов, рубильников с плавкими вставками и исполнительного контактора. Более того, даже у европейских производителей не всегда встречается система контроля выходного напряжения. Таким образом, 60-ти секундную задержку, подключение и отключение линии ДГУ необходимо проектировать в панели автоматики генератора, либо в щите АВР.
ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ И СИСТЕМА УРАВНИВАНИЯ ПОТЕНЦИАЛОВ.
Определения
Национальные и международные стандарты четко определяют различные элементы заземляющих соединений. Следующие термины общеприняты в промышленности и литературе.
Защитное заземление
Операционные помещения должны иметь защитную заземляющую шину из меди сечением не менее 80 кв.мм, либо из другого металла с эквивалентным по проводимости сечением.
Операционный стол, наркозный аппарат и вся электромедицинская аппаратура, выполненная по 01 и 1 классам электробезопасности, должны быть соединены с защитной шиной защитными проводниками.
Сечение защитных проводников (по меди) должно быть не менее значений, указанных в таблице:
Сечение фазного проводника S мм2 | Сечение защитного проводника мм2 |
S < 16 | S |
16 < S < 35 | не менее 16 |
S > 35 | S/2 |
Минимальное сечение защитного проводника по меди, должно быть не менее:
Все штепсельные розетки в операционной должны быть с заземляющими контактами. От защитной заземляющей шины к заземляющим контактам штепсельных розеток должны быть проложены медные проводники сечением не менее 2,5 кв.мм.
Система уравнивание потенциалов в медицинских помещениях Гр 2
Уравнивание потенциалов - электрическое соединение проводящих частей с помощью защитных проводников для достижения равенства их потенциалов.
В операционных должна быть установлена система уравнивания потенциалов (СУП), которая служит для создания одинакового потенциала всех металлических частей и конструкций, доступных для прикосновения. В дополнение к защитной заземляющей шине необходимо установить медную шину выравнивания потенциалов сечением не менее 80 кв.мм или из другого