Системы питания сети IT в медицинских помещениях

Медицина XXI века на каждом шагу поддерживается современной электромедицинской аппаратурой, служащей для диагностики, лечения и спасения человеческой жизни.

В связи с этим ею оборудованы все современные медицинские учреждения. Успех лечения в высшей чем когда бы-то ни было степени зависит, как от точности и надежности работы самой аппаратуры, так и от ее электропитания от независимого и безопасного источника электроэнергии.

При традиционном способе питания (заземленная нейтраль) электромедицинской аппаратуры, электробезопасность может быть не обеспечена.

Поражению подвержены особенно больные люди, дети и новорожденные.

Во время процедур и операций часто нарушается естественная изоляция человека, в роли которой выступает его кожа. К пациенту может быть подсоединено большое количество инструментов, подключенных одновременно сигнальными линиями к регистрирующей аппаратуре. Повреждение изоляции в каком-либо аппарате, питание которого осуществляется от традиционной сети, грозит пациенту поражением электрическим током, а также вызовет немедленное отключение поврежденного аппарата, a иногда и иных аппаратов, подключенных к пациенту. По очевидным причинам это недопустимо.

Описанные угрозы исключает питание медицинских устройств от сети системы IT (нейтраль изолирована от земли), соответствующей требованиям международных норм. Поэтому все современные Медицинские Учреждения имеют ниже описанную систему питания IT.

Питание медицинских аппаратов от сети IT безопасно, поскольку:

• любое повреждение изоляции будет фиксироваться и сигнализироваться, однако:
  • не произойдет отключение от системы электроснабжения поврежденного аппарата;
  • не будут обесточены иные аппараты, питание которых производится от этой сети;
  • пациент не будет поражен электрическим током
• система контроля с опережением предупреждает об ухудшении изоляции и o превышении допустимых параметров работы. Обслуживающий персонал имеет время на проверку аппаратуры, пока не наступит ее окончательное повреждение.

Система сети IT находит применение в медицинских помещениях, в которых:

• требуется высокая степень надёжности питания, вытекающая из необходимости безопасного завершения медицинских процедур, особенно инвазийных, связанных с общим наркозом, облучением и т. п., повторение которых является невозможным либо связано с опасностью для здоровья пациента;
• используются приборы, служащие для поддержания жизненных функций пациента;
• имеет место особая опасность поражения электрическим током - одним из критериев является количество приборов, одновременно подключенных к пациенту, а другим - проведение, так называемых мокрых процедур, связанных с частым контактом с органическими жидкостями, например, кардиохирургия, цистоскопия;
• имеет место обогащённая кислородом атмосфера, например, в инкубаторах, где случайное искрение может вызвать возникновение пожара;
• используются горючие обезболивающие и дезинфицированные средства;
• требуется снижение токов утечки аппаратуры.

К этому типу помещений относятся:

• операционные залы вместе с предоперационными помещениями;
• кабинеты для наложения гипса;
• диализные кабинеты;
• кабинеты катетеризации сердца;
• кабинеты эндоскопии, особенно при проведении процедуры под общим наркозом;
• отделения интенсивной медицинской помощи;
• залы интенсивной опеки над новорожденными;
• другие помещения, в которых, учитывая вид операции либо обследования, указанные факторы оправдывают применение сети "IT".

Правильное исполнение сети системы "IT" в медицинских помещениях требует:

• подведения энергии как минимум от двух независимых высоконадежных источников;
• установки автоматической системы переключения на резервный источник питания, соответствующей норме PN-EN 60947-6-1: 2001;
• применения аппаратуры, гарантирующей безопасное переключение и нечувствительность к кратковременным колебаниям напряжения в системе электроснабжения.
• установки устройства непрерывного контроля состояния изоляции в соответствии с требованиями нормы PN-IEC 60364-7-710; PN-IEC 61557-8; PN-EN 61557-8: 2002 U;
• установки устройств непрерывного мониторинга температуры и нагрузки медицинского трансформатора и сигнализации в случае выхода этих параметров за пределы нормы;
• исполнения соответствующей системы защитного заземления и эквипотенциальных соединений.

Фирмы ELHAND ТРАНСФОРМАТОРЫ из Люблинца, а также HORUS ENERGIA из Варшавы предлагают комплексные системы питания, предназначенные для питания в системе IT медицинских помещений, согласно норме PN-IEC 60364-7-710.

Применение представленной системы питания должно быть приоритетной целью, поскольку эта система обеспечивает безопасность пациентам и медицинскому персоналу, a стоимость выполнения невелика по сравнению со стоимостью медицинской аппаратуры, работающей в этой сети.

Техническое описание системы питания (стандартная комплектация)

Ни один из элементов, примененных в контрольно-питающей системе, не требует питания вспомогательным напряжением и не содержит внутреннего источника энергии (например батарей, аккумуляторов, и т.п.), что существенно увеличивает надежность системы.

Рисунок No 1
Модуль HE 101. Блок-схема системы питания сети IT

Модуль контрольно-питающий HE 101,HE 102,HE 301 и HE 302 предусматривают:

• контроль значения напряжения основного и резервного источника в диапазоне, приведенном в технических параметрах;
• автоматическое переключение питания на источник с параметрами, находящимися в установленных пределах. Благодаря применению электромеханической блокировки гарантируется безопасное переключение и нечувствительность к временным колебаниям напряжения источников;,
• постоянный контроль и сигнализацию о превышении допустимой температуры трансформатора;
• постоянный контроль и сигнализацию о превышении тока нагрузки трансформатора выше номинального значения в течение времени более 3 с;
• постоянный контроль и сигнализацию о повреждениях изоляции сети IT и устройств, которые питаются от нее;
• в аварийных условиях контакторы Q1 и Q2 могут управляться вручную при сохранении механической блокировки.

Модуль контрольно-питающий HE 101, HE 102, HE 301 и HE 302 содержит измерительные и временные составляющие с регулируемой настройкой. Благодаря этому модуль может быть применен в любой конфигурации сети объекта, a настройка позволит приспособить модуль к местным условиям питания и требованиям нормы PN-IEC 60364-7-710.

Рисунок No 2
Модуль HE 102. Блок-схема системы питания сети IT.

Модуль контрольно-питающий HE 103 и HE 303 предусматривают:

• постоянный контроль и сигнализацию о превышении допустимой температуры трансформатора;
• постоянный контроль и сигнализацию о превышении тока нагрузки трансформатора выше номинального значения в течение времени более 3 с;
• постоянный контроль и сигнализацию о повреждениях изоляции сети IT и устройств, которые питаются от нее;

Сигнализационная кассета типа HE 010 позволяет обслуживающему персоналу, кроме прочего, дистанционно тестировать измерительное устройство сопротивления изоляции и непрерывности защитного провода. К одному модулю можно подключить 5 кассет.

Правильность работы устройства, измеряющего сопротивление изоляции и непрерывность защитного провода, соединяющего модуль HE с шиной заземления PE-IT, проверяется обслуживающим персоналом путем нажатия кнопки, ЋТест изоляцииЛ, расположенной на сигнализационной кассете.

Рисунок No 3
Модуль HE 103. Блок-схема системы питания сети IT.

Принцип действия

К модулю HE 101, HE 102, HE 301 и HE 302 подведены две независимые линии питания: основная 1L, подключаемая контактором Q1, а также резервная 2L, подключаемая контактором Q2. Значение напряжения в обеих линиях постоянно контролируется, а регулируемые уставки срабатывания можно установить в пределах от 80?260 В. Благодаря этому выполнены требования нормы PN-IEC 60364-7-710, а также можно выбрать уставки срабатывания под нужды любой больницы, принимая во внимание местные колебания напряжения, имеющие место в сети электроснабжения.

Приоритет имеет линия основного питания 1L, вместе с тем возможна блокировка ненужных переключений (см. раздел ЋДополнительное оборудованиеЛ). Схема содержит электромеханические блокировки, гарантирующие безопасное и надежное переключение.

При наличии напряжения с нормируемыми параметрами на обеих линиях питания, после включения схемы включается контактор основного питания Q1. Если значение напряжения в основной линии выйдет за установленные пределы, схема работает согласно следующим временным последовательностям:

T₀ - время задержки момента инициирования переключения на резервный источник питания отсчитываемое с момента срабатывания реле контроля напряжения в основной линии. После истечения времени T₀ происходит отключение контактора Q1;
T₁ - временная задержка, отсчитываемая с момента выключения контактора Q1 до момента включения контактора Q2 (резервной линии);
T₂ - временная задержка, отсчитываемая с момента выключения контактора Q2 до момента включения контактора Q1;
T₃ - временная задержка отсчитываемая с момента восстановления напряжения в основной линии, до момента инициирования переключения на основную сеть. По истечении времени T₃ происходит выключение контактора Q2 и начинается отсчет времени T₂.

В случае если в процессе отсчета времени T₃ пропадет напряжение в резервной линии, отсчет будет прерван, ? незамедлительно выключается контактор Q2 и начинается отсчет времени T₂.

Рисунок No 4
Модуль HE 301. Блок-схема системы питания сети IT.

Регулировка временных задержек T₀, T₁, T₂ позволяет плавно устанавливать время переключений между линиями питания. Диапазон задержек можно установить в пределах от 0,2 с до 2 с., тем самым, выполнив требования нормы PN-IEC 60364-7-710. Это позволяет также выбрать времена переключений в зависимости от медицинской аппаратуры, которая питается от сети IT. Особенно это важно когда переключаемые источники питания не синхронизированы между собой. Регулировка T₃ позволяет плавно регулировать время задержки в диапазоне от 0,1 с до 10 часов, благодаря чему пользователь имеет возможность исключить ненужные переключения из за кратковременных перерывов электроснабжения.

Внимание!
Все модули HE предназначены для непрерывного питания медицинских трансформаторов, нагруженных на номинальную мощность. Трансформаторы ET1MED и ET3MED выдерживают длительные перегрузки. Если прогнозируется работа с длительными перегрузками и в соответствии с этим выбираются защиты на линиях питания, то при заказе контрольно-питающих модулей HE это обязательно нужно учитывать.

Рисунок No 5
Модуль HE 302. Блок-схема системы питания сети IT.

Рисунок No 6
Модуль HE 303. Блок-схема системы питания сети IT.

Сигнализационная кассета типа НЕ 010

Текущий режим работы трансформатора, а также состояние изоляции сети IT, сигнализируется на соответствующих аппаратах контрольно-питающего модуля, а также на сигнализационной кассете, установленной в медицинском помещении.
С системой питания может работать одновременно несколько сигнализационных кассет.

Сигнализационная кассета НЕ 010 информирует о состоянии:

сопротивления изоляции сети IT.
При величине сопротивления более 50 k горит лампочка "нормальная". При снижении сопротивления ниже 50 k гаснет лампочка "нормальная", а загорается лампочка "превышение", и включается звуковой сигнал.

температуры трансформатора ET...MED.
При температуре обмоток трансформатора ниже 120^oС горит лампочка "нормальная". При повышении температуры более 120^oС гаснет лампочка "нормальная", а загорается лампочка "превышение" и включается звуковой сигнал. Звуковой сигнал не прекратится при возврате температуры в нормальное состояние. Его следует отключить при помощи кнопки реле КТМР в контрольно-питающей системе,

нагрузки трансформатора ET...MED.
При нагрузке трансформатора ниже I_n (номинальный ток трансформатора) горит лампочка "нормальная". При повышении нагрузки выше величины I_n длящимся более 3 сек. гаснет лампочка "нормальная", а загорается лампочка "перегрузка", и включается звуковой сигнал сигнал,

об отсутствии резервного питания
(не касается модулей НЕ 103, НЕ 303). При наличии нормального напряжения в обоих источниках питания лампочка не светится. При отсутствии одного источника питания загорается лампочка, и включается звуковой сигнал.

Звуковой сигнал отключается кнопкой "выключение акустики". Оптический сигнал будет действовать до тех пор, пока не будет ликвидирована причина тревоги. Проверка нормального функционирования кассеты осуществляется путём нажатия кнопки "контроль ламп". При этом загораются все лампочки, и включается акустический сигнал. Сигнализационная кассета потребляет во время нормальной работы ток около 96 мА, a при нажатии кнопки "контроль ламп" - около 225 мА.

Фотография No 1
Сигнализационная кассета типа HE 010. Размеры (LхBхH): L=85 мм, B=35 мм, H =170 мм.

Изолирующие медицинские однофазные трансформаторы типа ET1MED и трехфазные типа ET3MED

Медицинский изолирующий трансформатор является ключевым элементом системы питания сети "IT" медицинских помещений. Поэтому к ним предъявляются самые высокие требования в отношении надёжности и повышенных технических параметров.
От медицинских изолирующих трансформаторов требуется, чтобы холостой ток не превышал 3% от I_n, напряжение короткого замыкания находилось в границах 3% от U_n, a ток включения не превышал значения 12хI_n. Из-за того, что эти трансформаторы работают в сетевой системе "IT", важным параметром является ток утечки изоляции изолирующего трансформатора. Цитируемая ниже норма требует, чтобы ток утечки между первичной и вторичной обмотками, а также между первичной обмоткой и корпусом не превышал величины 3,5 мА. Токи утечки изолирующих трансформаторов типа ETIMED находятся в пределах 0,2 мА. Эти трансформаторы оборудованы экраном, который надёжно разделяет первичную и вторичную обмотки (заземлённый экран симметрирует токи утечки). Со средней точки вторичной обмотки выведён зажим 2М, предназначенный для подключения реле контроля за состоянием изоляции. В трехфазных трансформаторах типа ET3MED реле контроля за состоянием изоляции следует подключить к общей точке вторичных обмоток, обозначенной символом 2N. Элементом, определяющим температуру обмоток трансформатора, является датчик температуры, размещенный внутри обмоток [Рис. 7 и 9 ]. Допускаемая температура окружающей среды при номинальной нагрузке трансформатора составляет 40^oС. Если температура окружающей среды превышает 40^oС, то необходимо уменьшить нагрузку трансформатора.
Трансформаторы ET1MED и ET3MED соответствуют требованиям нормы PN-EN 61558-1, касающимся перегрузки (1,6хIn в течение 60 мин). Кроме того, трансформаторы могут быть время от времени перегружены током 2хI_n в течение времени, не превышающего 45 мин.
Для однофазных трансформаторов напряжением работы является 230/230 В, для трехфазных трансформаторов - напряжение 400/230 В.
Частота работы медицинских трансформаторов - 50/60 Гц. Мощность находится в предусмотренных нормой пределах от 2,5 до 10 ВA. Трансформаторы могут поставляться в корпусах со степенью защиты IP23, IP24, IP44 либо без корпуса (со степенью защиты IP00), - для монтажа в закрываемых нишах либо шкафах с соблюдением соответствующих мер для предотвращения непосредственного прикосновения, а также необходимой естественной вентиляции.

Однофазные изолирующие трансформаторы для питания медицинских помещений ET1MED

Изолирующие трансформаторы типа ET1MED предназначены для питания медицинских устройств в больничных помещениях, относимых к группе 2, в которых существует угроза жизни либо здоровью пациентов в случае прохождения через тело даже очень небольшого тока. Они соответствуют требованиям нормы PN-EN 61558-2-15: 2002, а также требованиям нормы PN-IEC 60364-7-710. Трансформаторы имеют двойную изоляцию, a между первичной и вторичной обмоткой находится экран, подключенный к изолированной клемме "S". Трансформаторы оборудованы датчиками, обеспечивающими контроль температуры. В трансформаторах выполнен центральный вывод обмотки "2M" для подключения реле контроля состояния изоляции. Стандартно трансформаторы выполнены со степенью защиты IP 00 и предназначены для крепежа в вертикальном положении при помощи крепежных уголков. Трансформаторы поставляются также в корпусах с иной степенью защиты - IP 23, IP24, IP44. Идя навстречу пожеланиям инвесторов и разработчиков, мы осуществляем комплексные поставки изолирующих трансформаторов вместе с комплектными автоматическими переключающими устройствами.

Поставляемая схема автоматики позволяет осуществлять:

• питание от основного и резервного источника;
• контроль значений основного и резервного напряжений;
• отслеживание нагрузки и температуры трансформатора;
• постоянный контроль за состоянием изоляции сети IT.

Рисунок No 7
Схема трансформатора изолирующего типа ET1MED

Технические параметры изолирующих трансформаторов типа ET1MED

Тип	Мощность [кВА ]	In [A]	Pfe [Вт]	Pcu [W]	uz [%Un]	io [%In]	Ibezp [A] gG	L [мм]	Bmax [мм]	H [мм]	d [мм]	e [мм]	k [мм]	w [мм]	f [мм]	Масса [кг]
ET1MED - 2,5	2,5	11,3	10	86	2,72	0,95	16	200	180	280	140	145	177	258	11 x 15	29
ET1MED - 3,15	3,15	14,1	15	118	2,78	0,92	25	200	200	280	140	171	203	258	11 x 15	33
ET1MED - 4,0	4,0	18	19	129	2,57	0,89	25	240	180	325	200	140	178	305	11 x 15	41
ET1MED - 5,0	5,0	22,5	22	171	2,57	0,79	35	240	195	325	200	155	193	305	11 x 15	46
ET1MED - 6,3	6,3	28,3	23	212	2,42	0,67	35	240	195	325	200	155	193	305	11 x 15	50
ET1MED - 8,0	8,0	35,7	29	222	2,23	0,84	50	280	210	370	240	166	208	356	11 x 15	62
ET1MED - 10,0	10,0	45,2	30	300	2,9	0,5	63	280	225	435	240	181	225	356	11 x 15	75

Рисунок No 8
Размерный эскиз трансформатора изолирующего типа ET1MED.

Трехфазные изолирующие трансформаторы ET3MED для питания медицинских помещений

Изолирующие трансформаторы типа ET3MED предназначены для питания медицинских устройств в больничных помещениях, относимых к группе 2, в которых существует угроза жизни либо здоровью пациентов в случае прохождения через тело даже очень небольшого тока. Они соответствуют требованиям нормы PN-EN 61558-2-15: 2002, а также нормы PN-IEC 60364-7-710. Трансформаторы имеют двойную изоляцию, a между первичной и вторичной обмоткой находится экран. Трансформаторы оборудованы датчиками, позволяющими осуществлять контроль температуры. Стандартно трансформаторы выполнены со степенью защиты IP 00 и предназначены для крепежа в вертикальном положении при помощи крепежных уголков. Трансформаторы поставляются также в корпусах с иной степенью защиты - IP 23, IP24, IP44.

Рисунок No 9
Схема трансформатора изолирующего типа ET3MED

Рисунок No 10
Размерный эскиз трансформатора изолирующего типа ET3MED

КОНТРОЛЬ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРА ТИПА ET1MED ИЛИ ET3MED

Тепловой контроль за работой трансформатора осуществляет реле, работающее совместно с датчиком температуры, сигнализирующее о превышении температуры трансформатора выше установленной границы 120^oС. Датчик встроен в обмотку трансформатора.
Контроль перегрузки реализуется при помощи токового реле, работающего совместно с реле, сигнализирующем о превышении номинального тока трансформатора.

Как вариант, система может включать в себя амперметр тока нагрузки трансформатора, который показывает три величины:

• текущий ток нагрузки;
• максимальный ток;
• среднюю величину тока за 15 минут.

Показания амперметра позволяют обслуживающему персоналу:

• осуществлять непосредственный контроль за нагрузкой трансформатора,
• проверять были ли подключены к розеткам сети IT неразрешённые потребители большой мощности,
• оценивать наличие факторов, вызывающих повышение температуры обмоток трансформатора (нагрузка либо условия установки).

КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ ИЗОЛЯЦИИ СЕТИ "IT"

Надзор за состоянием изоляции сети "IT" осуществляет реле, сигнализирующее о снижении активного сопротивления изоляции ниже установленного порога. На реле имеется светящаяся диодная шкала, показывающая текущее состояние активного сопротивления сети "IT". Прибор должен сигнализировать о состоянии, когда активное сопротивление изоляции сети опускается ниже 50 k.

Дополнительное оборудование

• автоматическое отслеживание и сигнализация о разрыве в измерительной цепи сопротивления изоляции.
• дистанционное оповещение:
  • через систему GSM высылается SMS-сообщение, информирующее о состоянии сети IT на три указанных пользователем номера мобильных телефонов. O наступлении аварийного состояния обслуживающий персонал узнает с задержкой, введенной оператором сети GSM
  • через разъем RS в центральную систему надзора передается информация o состоянии сети IT, а также текущие значения сопротивления изоляции, температуры трансформатора и тока нагрузки трансформатора.
• кнопка блокировки автоматического возврата к линии основного питания.
  Автоматическое переключение возврата происходит в момент, выбранный обслуживающим персоналом. для предотвращения нежелательного переключения во время проведения медицинских операций.

ЗАМЕЧАНИЯ ПО МОНТАЖУ И ЭКСПЛУАТАЦИИ

Для защиты линии питания, а также трансформатора от последствий короткого замыкания следует применить плавкие предохранители (для последствий перегрузки применяется только сигнализация). Плавкие вставки должны быть подобраны с учетом тока подключения трансформатора, а также селективности защиты цепей сети IT. Вкладыши сo значениями до 50 A и характеристикой gG полностью защищают модули HE и трансформатор ET...MED от последствий коротких замыканий.

Модуль HE 101 и HE 102 устанавливается стандартно на монтажной плате размером (дл.х гл.х выс.) 350 мм х180 мм х550 мм и инсталлируется в корпусе размером 400 мм х200 мм х600 мм (фотография Й 2). Модуль HE 103 устанавливается стандартно на монтажной плате размером (дл.х гл.х выс.) 350 мм х180 мм х350 мм и инсталлируется в корпусе размером 400 мм х 200 мм х 400 мм (фотография Й 3). По желанию, модуль HE 101,HE 102 и HE 103 может быть выполнен на плате другого размера, что позволяет устанавливать ее в нишах либо в шкафах, подобранных к местным условиям. Величина модулей HE 301, HE 302 и HE 303 подбирается под требования клиента. Возможно также выполнение целых систем в шкафах, включающих один либо несколько модулей HE, трансформаторы ET...MED, а также защиты и контактные полосы для подключения цепей сети IT.

К месту установки сигнализационной кассеты следует подвести кабель 10х0,5 мм².

Фотография No 2
Контрольно-переключающая система типа HE 101/102

Фотография No 3
Контрольно-переключающая система типа HE 103

КОНСЕРВАЦИЯ

Система не требует специальных консервационных мероприятий. Периодические осмотры и опробования системы следует проводить в соответствии с инструкцией по эксплуатации объекта, утверждённой эксплуатирующей организацией. Следует принять во внимание требования нормы PN-IEC 60364-7-710 п. 710. 62.

Изготовителем автоматической переключающей системы типа HE 101, HE 102, HE 103, HE 301, HE 302, HE 303 и сигнализационной кассеты типа НЕ 010 является фирма HORUS ENERGIA из Варшавы, а изолирующего трансформатора типа ET1MED и ET3MED фирма ELHAND ТРАНСФОРМАТОРЫ из Люблинца.