Новости Электротехники — 1(49) — СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ МЕДИЦИНСКИХ ПОМЕЩЕНИЙ Рекомендации по проектированию

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ МЕДИЦИНСКИХ ПОМЕЩЕНИЙ
Рекомендации по проектированию

Константин Зеленский. инженер, ООО «ЭнергоЗащитные Системы», г. Санкт-Петербург

Развитие новой медицинской техники и технологий заставляет проектировщиков всё больше внимания уделять безопасности электропитания медицинских учреждений, так как пренебрежение этим требованием может нанести непоправимый вред пациентам.
Кроме того, к особенностям электроснабжения чувствительна дорогостоящая импортная аппаратура, ради которой иногда приходится менять схему электропитания здания.

Константин Витальевич Зеленский приводит базовые условия, которые по действующим нормам учитываются при проектировании и монтаже систем электроснабжения больниц, клиник и т.п.

Недостаточная нормативная база создает определенные трудности при проектировании систем электропитания медицинских помещений. Сегодня построение сетей электроснабжения медицинских учреждений регламентируют следующие основные документы:

  • РТМ-42-2-4-80 (руководящий технический материал) содержит рекомендации по проектированию электроснабжения операционного блока;
  • ПУЭ. Пункт 1.6.12 определяет, что в сетях переменного тока до 1 кВ с изолированной нейтралью предусматривается автоматический контроль изоляции, действующий на сигнал, если сопротивление изоляции одной из фаз (или полюса) ниже заданного значения;
  • ПУЭ. Глава 1.7 описывает систему заземления и защитные меры электробезопасности;
  • ПУЭ. Раздел 7 посвящен электрооборудованию специальных установок;
  • ГОСТ 30030-93 устанавливает нормы и требования для разделительных трансформаторов;
  • ГОСТ 50571.28-2006 (МЭК 60364-7-710-2002) содержит требования к электроустановкам медицинских помещений.

Рассмотрим основные моменты, обязательные при создании систем электроснабжения медицинских учреждений.

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕДИЦИНСКИХ ПОМЕЩЕНИЙ

В понятие медицинские помещения входят не только основные помещения для диагностики, лечения и ухода за пациентами (операционные, реанимационные и пр.), но и вспомогательные (лифты, хозблоки и т.д). В зависимости от мер, которые применяются для защиты от поражения электрическим током, эти помещения можно разделить на три группы.
Группа 0 (Гр0) – медицинские помещения, в которых не используются контактирующие проводящие части и приборы, т.е. проводящие части медицинского оборудования, которые должны находиться в физическом контакте с пациентом: касаться его или вводиться внутрь.
Защитные меры в помещениях Гр0:
автоматическое отключение при первом пробое изоляции и КЗ.
Группа 1 (Гр1) – помещения, в которых контактирующие части и приборы применяются наружно или внутренне, но нарушение электроснабжения не может привести к серьезному ущербу для пациента (например, физиотерапевтические и гидротерапевтические кабинеты).
В помещениях Гр1 происходит автоматическое отключение в случае первого КЗ на открытые токопроводящие части или при регистрации токов утечки, а также при перебоях электропитания.
Защитные меры в помещениях Гр1:

  • двойная изоляция;
  • устройство защитного отключения (УЗО) с номинальным дифференциальным током срабатывания не более 30 мА;
  • безопасное сверхнизкое напряжение (БСНН);
  • заземленная цепь системы БСНН (ЗСНН).

Дополнительная защита: уравнивание потенциалов, аварийное электроснабжение.
Группа 2 (Гр2) – помещения, в которых контактирующие части и приборы применяются для жизненно важных лечебных процедур, но при этом первичная неисправность в цепи питания не должна приводить к отказу аппаратуры жизнеобеспечения (операционные и пр.).
В помещениях Гр2 не происходит автоматическое отключение при первом пробое изоляции и КЗ на корпус или открытые токопроводящие части, при регистрации токов утечки или перебоях электропитания.
Защитные меры в помещениях Гр2:

  • двойная изоляция;
  • медицинская система IT;
  • применение медицинских разделительных трансформаторов (МРТ) с системой контроля изоляции, тока и температуры;
  • БСНН;
  • ЗСНН.

Дополнительная защита: уравнивание потенциалов, аварийное электроснабжение, ИБП со временем переключения не более 0,5 с.

МЕДИЦИНСКАЯ СИСТЕМА IT

Система IT (сеть с изолированной нейтралью) – это электрическая система для медицинских помещений, для которой характерны:

  • повышенная безопасность, т.к. одновременное касание заземленного корпуса электрооборудования и любого из силовых выходов МРТ не приводит к поражению электрическим током;
  • повышенная надежность, т.к. первичный пробой изоляции в IT-cети не является аварией. КЗ любого из выходов МРТ на заземленный корпус переведет IT-сеть в TN-сеть с глухозаземленной нейтралью (рис. 1). При этом нет опасности поражения током людей и повреждения оборудования, и потребители продолжают работать.
  • пожаробезопасность, т.к. при пробое изоляции сила тока повреждения ничтожно мала и опасности возгорания практически нет, что немаловажно в помещениях с горючими материалами и медицинскими газами;
  • удобство техобслуживания, т.к. неисправность обнаруживает система контроля изоляции, температуры и тока.

В медицинских помещениях Гр2 система IT должна использоваться для цепей, питающих медицинское электрооборудование, которое служит для поддержания жизненных функций пациента и проведения операции. Для каждой группы комнат со схожими функциями необходима как минимум одна система IT, причем каждая IT-сеть должна питаться от отдельного источника.
Система IT оснащается устройством контроля изоляции, которое отвечает ряду требований:

  • внутреннее сопротивление (переменный ток) – не менее 100 кОм;
  • измерительное напряжение – не более 25 В постоянного тока;
  • максимальный измерительный ток (даже при возникновении повреждения) – не более 1 мА;
  • обязательное устройство проверки сопротивления изоляции с индикацией его понижения до 50 кОм;
  • наличие звуковой и световой аварийной сигнализации.

Таким образом, для медицинской IT-сети обязательны: повышенная степень изоляции, непрерывность электропитания медицинских помещений, непрерывный контроль персонала за параметрами IT- сети, система оповещения о неисправностях. Все оконечные цепи в помещениях Гр2 должны быть защищены от КЗ и перегрузок автоматическими выключателями с одновременным отключением всех фаз, полюсов и нейтрали (использование предохранителей запрещено). В системах IT защита от перегрузок не допускается в питающих линиях (фидерах) до и после разделительного трансформатора. Автоматические выключатели в питающих цепях до МРТ должны быть нечувствительны к его пусковым токам и не должны срабатывать при длительных перегрузках, допустимых по условиям его применения.

МЕДИЦИНСКИЕ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Основные требования к МРТ (рис. 2):

  • трансформатор в корпусе, предотвращающем контакт с токоведущими частями, должен размещаться в непосредственной близости от медицинского помещения Гр2 (внутри или снаружи);
  • номинальное напряжение Uвых на выходе МРТ системы IT должно быть не более 250 В;
  • для питания однофазных нагрузок рекомендуется использовать в основном однофазные МРТ номинальной мощностью не менее 0,5 и не более 10 кВА. Как исключение, для трехфазных нагрузок, требующих установки системы IT, следует использовать отдельный трехфазный МРТ с выходным линейным напряжением не более 250 В (т.к. в случае повторного пробоя изоляции можно попасть под линейное напряжение). В этом случае нагрузка подключается между фазами. Питание однофазных приборов от трехфазной сети нецелесообразно, т.к. при обрыве нейтрали точка N может оказаться в любом месте и, следовательно, у потребителя появится линейное напряжение. Так как применение более мощных трансформаторов одновременно для нескольких помещений осложняет контроль за потребителями и затрудняет оперативный поиск неисправности, которая может привести к гибели пациента, предпочтительно использовать один МРТ на одну медицинскую IT-сеть помещения;
  • ток утечки вторичной обмотки на землю и ток утечки оболочки, измеренные в режиме холостого хода при питании МРТ номинальными напряжением и частотой, не должны превышать 0,5 мА;
  • повышенная перегрузочная способность МРТ, при которой нужен контроль его нагрузки и температуры, чтобы персонал, не прерывая работы, принял меры (например, отключил часть нагрузки);
  • для уменьшения пусковых токов при включении МРТ, которые могут привести к срабатыванию входных автоматов, необходимо устройство плавного пуска;
  • повышенное требование к изоляции МРТ: испытательное напряжение контроля изоляции между первичной и вторичной обмотками должно быть не менее 4 кВ;
  • наличие устройства непрерывного контроля состояния изоляции IT-сети и выдачи сигнала «нарушение изоляции»;
  • обязательная экранирующая обмотка между первичной и вторичной обмотками МРТ для снижения возможности возникновения пробоя изоляции между входной и выходной сетью;
  • отклонение Uвых на холостом ходу и под нагрузкой не более 5% от входного напряжения;
  • устройство контроля рабочего тока, температуры и изоляции МРТ измеряет параметры и сигнализирует о выходе их за пределы нормы;
  • наличие выхода для подключения устройства дистанционного контроля параметров МРТ.

ПОСТ ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ МРТ

В большинстве случаев МРТ рекомендуется комплектовать постом дистанционного контроля (ПДК), который устанавливается в зоне работы персонала, имеет степень защиты IP54 (для санитарной обработки) и содержит:

  • зеленую сигнальную лампу для индикации нормальной работы при уровне изоляции более 50 кОм;
  • три желтые сигнальные лампы (ЖСЛ) аварийного режима, которые загораются при уровне изоляции менее 50 кОм, при превышении нормируемой температуры обмоток МРТ и при его перегрузке, а отключаются только при восстановлении нормальных параметров и условий эксплуатации МРТ;
  • звуковую сигнализацию, которая включается при выходе любого из контролируемых параметров за пределы нормы и может отключаться, но при выходе за пределы другого параметра включается снова (её включение не должно мешать действиям медицинского персонала и проведению операций);
  • кнопку «Тест» для проверки системы контроля изоляции и кнопку «Сброс» для отключения сигнала.

ИБП ДЛЯ ГАРАНТИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

В медицинских помещениях ИБП нужны для восстановления питания оборудования при повреждении основного питания. Если на одном или нескольких линейных проводниках главного распределительного устройства напряжение понизится более чем на 10% относительно номинального, должна автоматически включиться система аварийного электроснабжения.
В зависимости от скорости переключения на ИБП и времени поддержания нормальной работы оборудования, системы гарантированного электроснабжения делятся на 4 группы.

  1. Время переключения менее 0,5 секунд.
    ИБП должен обеспечить в течение не менее 3 часов освещение
  2. операционных столов и других важных объектов.
  3. Время переключения менее 15 секунд.
    ИБП должен обеспечить работу в течение 24 часов (время может быть уменьшено до 3 часов, если специфика учреждения позволяет за этот период закончить процедуры и провести эвакуацию):
    • аварийного освещения;
    • лифтов для передвижения пожарных расчетов;
    • вентиляционных систем для удаления дыма;
    • пейджинговой службы;
    • медицинского оборудования для подачи газа;
    • систем пожарной сигнализации и пожаротушения.
  4. Время переключения более 15 секунд.
    ИБП должен обеспечить работу в течение минимум 24 часов:
    • стерилизационного оборудования;
    • технических служб эксплуатации здания, в т.ч. вентиляцию и кондиционирование воздуха, отопление, мусороудаление;
    • холодильного оборудования;
    • оборудования для приготовления пищи;
    • устройств для зарядки аккумуляторов.
  5. Время переключения на аварийное освещение не более 15 с.
    ИБП должны обеспечивать освещение:
    • маршрутов эвакуации;
    • указателей выхода;
    • помещений, в которых расположены аварийные электрогенераторы и распредустройства основной и аварийной электросетей;
    • помещений для экстренных процедур и помещений Гр1 (в каждом из них по крайней мере один светильник должен быть подключен к аварийной сети);
    • помещений Гр2 (в каждом из них не менее 50% светильников должны быть подключены к аварийной сети).

ЗАЗЕМЛЕНИЕ И УРАВНИВАНИЕ ПОТЕНЦИАЛОВ В ОПЕРАЦИОННЫХ

В операционных необходимо предусматривать шину защитного заземления (ШЗЗ) из меди сечением не менее 80 мм 2 либо из другого металла, но с эквивалентным по проводимости сечением. Операционный стол, аппарат для наркоза и вся электромедицинская аппаратура, выполненная по 01 и 1 классам электробезопасности (ГОСТ 12.2.007.0-75), должны быть соединены с ШЗЗ защитными проводниками. Сечение последних (медь) должно быть не менее значений, указанных в таблице 1, их минимальное сечение (медь) – не менее 2,5 мм 2 для проводников с механической защитой и 4 мм 2 для проводников без такой защиты.
Все штепсельные розетки в операционной должны иметь заземляющие контакты. От ШЗЗ к заземляющим контактам штепсельных розеток прокладываются медные проводники сечением не менее 2,5 мм 2.

В операционных должна быть установлена система выравнивания потенциалов для создания одинакового потенциала всех металлических частей и конструкций, доступных для прикосновения. Система включает в себя специальные проводники, металлические оболочки кабелей, трубопроводы, металлические кабелепроводы, металлические сетки в полу каждого этажа здания и т.д. (рис. 3). В дополнение к ШЗЗ необходимо установить шину выравнивания потенциалов (ШВП) из меди сечением не менее 80 мм 2 или из другого материала, но с эквивалентным по проводимости сечением. ШВП должна быть кратчайшим путем соединена с ШЗЗ медным проводником сечением не менее 16 мм 2 .
ШВП размещают в той части помещения, которая не охвачена ШЗЗ. Если заземляющая шина охватывает весь периметр операционной, то отдельная ШВП не нужна. Шину защитного заземления (выравнивания потенциалов) устанавливают на стенах так, чтобы она плотно прилегала к поверхности на высоте 100–150 мм от пола.
Система выравнивания потенциалов должна быть соединена с главной заземляющей шиной (ГЗШ). В каждом помещении Гр1 или Гр2 необходима система дополнительного выравнивания потенциалов частей электрооборудования, относящегося к «окружению пациента»:

  • защитных проводников;
  • сторонних проводящих частей;
  • экранов от внешних электрических полей (если установлены);
  • сеток токопроводящих полов (если установлены);
  • металлических оболочек МРТ (если имеются).

Для помещений Гр2 сопротивление проводников, включая сопротивление соединений между зажимами защитного проводника штепсельных розеток, стационарного оборудования или любых сторонних проводящих частей и ШВП, не должно превышать 0,2 Ом. ШВП располагаются в самом помещении или поблизости от него.
В каждом распределительном шкафу или рядом с ним должна находиться шина системы дополнительного выравнивания потенциалов, к которой подключают проводники дополнительного выравнивания потенциалов и защитные проводники. Все соединения должны быть хорошо различимы и выполнены так, чтобы их можно было отключить индивидуально (сварка и пайка не рекомендуются).
Для подключения к ШЗЗ можно использовать специальные розетки или щитки заземления. Для подсоединения аппаратуры предусматривается функциональное (технологическое) заземление, которое должно быть соединено с ГЗШ. К линии функционального заземления присоединяются розетки и щитки заземления, которые служат для внешнего подключения к этой линии передвижных приборов, электрооборудования и металлоконструкций.
Согласно РТМ-42-2-4-80 в операционных должно быть установлено по два электрощитка на каждый операционный стол с комплектом розеток с заземляющими контактами. Щитки должны подключаться к вторичной обмотке МРТ и устанавливаться на стенах на высоте 1,6 м от пола до низа щитка. Типовой электрощиток – это пластиковый щиток со степенью защиты IP54, с евророзетками, автоматами и индикатором питания. Он должен иметь дополнительно контакт заземления для подключения его к линии функционального заземления.