Systemy zasilania pomieszczeń medycznych grupy 2

Wybrane zagadnienia

Pomieszczenia, w których dokonywane są czynności medyczne z użyciem elektronarzędzi medycznych, muszą być zabezpieczone dodatkowo przed porażeniem, prądem upływu oraz przed przedwczesnym zadziałaniem zabezpieczeń. Do tego celu służą zestawy rozdzielcze w układzie zasilania IT, dedykowane do pomieszczeń medycznych.

Są one zbudowane z: transformatora lub transformatorów elektromedycznych, układu samoczynnego załączenia linii rezerwowej (SZR), układu kontroli napięcia i prądu, izolacji sieci separowanej, lokalizatorów doziemienia w poszczególnych obwodach wyjściowych, kaset lub paneli zespolonych w celu sygnalizacji w zasilanych pomieszczeniach, systemów zdalnego nadzoru i interfejsów sygnałowych do wymiany informacji z innymi podsystemami szpitalnymi. Obowiązuje zasada: jedno pomieszczenie – jeden układ elektromedyczny w układzie IT zasilany z dedykowanego transformatora. Należy stosować zestawy prefabrykowane fabrycznie, z deklaracją CE, protokołem pierwszego uruchomienia i protokołem badań na zgodność z PN-EN 61439-1,-2 jak dla każdych zestawów rozdzielczych.

Są to fakty ogólnie znane osobom zajmującym się projektowaniem, wykonawstwem i eksploatacją tych systemów. Jednak istnieją mniej znane aspekty sieci IT, które warto przybliżyć.

Struktura układu IT – przegląd

Podstawowy układ zasilania z wykorzystaniem jednego transformatora przedstawia rysunek 2.

Niemniej wspomnieć należy o innych konfiguracjach: układ z dwoma transformatorami w dwóch torach zasilania (używany dawniej dla zwiększenia niezawodności układu, obecnie rzadko stosowany), układ z transformatorem zasilanym międzyfazowo z przekładnią 400/230 V (używany aby zmniejszyć wartość prądu w liniach zasilających), układ z transformatorem trójfazowym (dopuszczalny wyłącznie, jeśli w pomieszczeniu występuje urządzenie elek- tromedyczne z trójfazowym zasilaniem), układ bez SZR (stosowany dla pomieszczeń o niewielkim ryzyku medycznym, jak gabinety zabiegowe, pomieszczenia weterynaryjne).

Szerzej należy omówić układ z transformatorem zasilanym międzyfazowo z przekładnią 400/230 V, który pozwala na łatwiejsze zapewnienie selektywności zabezpieczeń w torze zasilania transformatora.

Selektywność zabezpieczeń

Dla obwodów zasilania IT obowiązują takie same zasady selektywności zabezpieczeń jak dla innych układów zasilających; jedyna różnica polega na tym, że pojedyncze doziemienie nie powoduje zadziałania zabezpieczeń zwarciowych, ale przy podwójnym doziemieniu zabezpieczenia muszą zadziałać. Ponieważ ze względu na niezawodność dostaw energii w układach de- dykowanych dla szpitali nie stosuje się wyłączników różnicowoprądowych parametry zwarciowe muszą zostać tak dobrane, aby zostały spełnione wymagania normy PN-HD 60364-41-1.

Wkładki topikowe do zasilania transformato- rów medycznych są zdefiniowane przez produ- centów transformatorów, mając na uwadze fakt, że muszą być niewrażliwe na prąd rozrucho- wy transformatora spełniają warunek Ir ≤ 12×In).

Spełnienie tego warunku przy zasilaniu przez UPS może okazać się trudne do realizacji. Z jednej strony należy stosować UPS zdolne do wytworzenia odpowiedniego prądu nawet przy pracy bateryjnej. Z drugiej, należy rozważyć zastosowanie układu IT z rysunku 4. Układ ten pozwala zastosować mniejsze wkładki topikowe, a co za tym idzie, można zastosować UPS o mniejszym prądzie zwarciowym.

Dobór UPS do zasilania sieci IT, czyli próba pogodzenia ognia z wodą

Trzeba stwierdzić, że najczęściej spotykane zastosowanie UPS trójfazowych o mocach rzędu 30kVA–120kVA jest złą praktyką, ze względu na złą współpracę z wkładkami gG 25A do 80A. Dodatkowo do zasilania 3–4 zestawów elektromedycznych zastosowanie zasilacza UPS-a 30 – 40 kVA utrudnia podział mocy na fazy (pamiętajmy, że stosujemy transformatory jednofazowe).

Dlatego należy dążyć do stosowania UPS jednofazowych na wyjściu, o mocy 40 kVA lub większych. Dla rozległych instalacji należy stosować UPS trójfazowe o mocy do 160kVA wzwyż. Alternatywnie można zastosować jednofazowe zasilacze UPS 10 kVA do zasilania każdego układu IT osobno.

Zasilacz UPS do zasilania transformatorów elektromedycznych musi spełnić wiele sprzecznych warunków:

• selektywność zabezpieczeń (bywa, że UPS w trakcie zwarcia wyłączy się, nie wyzwalając zabezpieczenia zwartego obwodu – rysunek 6.),

  

• moc pojemnościowa generowana na wejściu UPS (pamiętajmy, że duży UPS jest znikomo obciążony przez większość czasu pracy, a przy obciążeniu <10% do 20% charakterystyka UPS gwałtownie przesuwa się w stronę obciążeń pojemnościowych) może spowodować naliczanie opłat za moc pojemnościową,
• odporność na prąd rozruchowy transformatorów (bywa że przy rozruchu UPS przejdzie na bypass lub wyłączy się całkowicie),
• duża zawartość harmonicznych na wyjściu UPS (zdarza się, że prowadzi do zniszczenia zasilaczy w urządzeniach medycznych),
• zakłócanie UPS przez indukcyjność transformatorów, (przy małym obciążeniu zasilacz UPS „widzi” na wyjściu odbiornik o bardzo dużym współczynniku mocy indukcyjnej, co w połączeniu z dużą pojemnością stopnia wyjściowego UPS <kondensatory falownika, filtr > prowadzi od nienormalnych warunków pracy UPS, aż do zniszczenia UPS włącznie).

Aby zaradzić tym utrudnieniom, które są w zasadzie nieuniknione, należy dokonywać selekcji UPS ze względu na: prąd zwarciowy falownika, charakterystykę harmonicznych na wyjściu (szczególnie w niedociążeniu), dopuszczalny zakres mocy obciążenia (poj. – ind.), dopuszczalny prąd rozruchowy, odporność na skok obciążenia. Te parametry powinny być potwierdzone przez dostawcę, o ile to możliwe badaniami, a najlepiej aby stosować UPS oraz zestawy elektromedyczne jednego dostawcy, tak aby odpowiedzialność spoczywała po stronie jednej firmy.

Drugim rozwiązaniem jest zastosowanie UPS medycznego we właściwym tego słowa znaczeniu.

Są to UPS-y jednofazowe, o mocach od 7,5 aż do 80 kVA, z prądem zwarciowym falownika (5–8)×In, dostosowane do odbiorników o wsp. mocy Ind. (0,8–1). Tego rodzaju UPS nie są w Polsce popularne ze względu na wysoką cenę, ale tylko ich zastosowanie rozwiązuje kompleksowo wszystkie ww. problemy.

Komunikacja i inne ważne aspekty eksploatacji UPS medycznych

UPS koniecznie musi zapewniać zdalne informowanie obsługi o niestandardowym trybie pracy i o awariach. W tym celu należy połączyć wyjścia sygnałowe UPS z kasetą układu IT, aby sygnalizowała ona ww. nieprawidłowe stany. Dodatkowo, należy stosować systemy zdalnego monitoringu, czyli podłączać UPS do coraz częściej stosowanych systemów BMS.

Należy dbać o regularne wykonywanie przeglądów okresowych, i wymianę elementów podlegających naturalnemu zużyciu (baterie, kondensatory i wentylatory). Ważne są też warunki środowiskowe (wilgotność, zalanie, zapylenie, czynniki chemiczne).

Niniejszy artykuł tylko sygnalizuje zagadnienia doboru elektromedycznych układów IT i UP. Na czym bazować w codziennej praktyce? Należy znać i stosować normy, (zarówno polską jak i niemiecką DIN VDE, która znacznie dokładniej precyzuje wymagania w przedsatwionym zakresie); zapoznać się z literaturą z tego zakresu; używać wsparcia producentów (pomoc projek- towa, szkolenia, bieżące porady); śledzić dobre praktyki doświadczonych projektantów.

Robert Makarewicz