Сигурност на електрозахранването в здравни заведения

Електрическите инсталации в здравни заведения се изграждат съгласно строгите изисквания на нормативната рамка в областта. Разпределителните електрически табла се проектират с възможност за отделяне на потребителите от различните категории и превключването им към едни или други източници на захранване. Захранването от главното разпределително табло на разпределителните електрически табла се изпълнява по радиална схема, като се допуска използването на магистрална схема при голям брой равномерно разпределени по дължината на линията електрически табла.

За електроснабдяване се използват източници от електроенергийната система и местни независими токозахранващи устройства. С оглед удовлетворяване на изискванията, консуматорите са разделени в три категории. В нулева категория попадат консуматори, недопускащи смущения в електрозахранването - операционни зали, помещенията за интензивно лечение и реанимация, уредби за интензивно наблюдение и апарати за поддържане на важни жизнени функции. Непрекъсваемостта на ел. захранването на тези консуматори се осигурява чрез акумулаторни батерии, UPS или дизелгенератори. Първа категория обхваща консуматори, допускащи краткотрайно прекъсване на електрозахранването. Това са преди всичко системите за сигурност, аварийното и евакуационното осветление, инсталациите за медицински газове, както и важни електромедицински апарати и инсталации. Електрозахранването на консуматорите от първа категория е осигурено чрез акумулаторни батерии или мотор-генератори, които поемат товара до 30 секунди след подаване на командата за включване. Втора категория обхваща останалите консуматори в болницата.

Сигурността на електрозахранването се обезпечава и със системи за защита от атмосферни и комутационни пренапрежения.

Резервно електрозахранване
Акумулаторните батерии са основен източник на енергия при отпадане на мрежовото напрежение. В повечето съвременни модели непрекъсваеми токозахранващи системи се използват VRLA батерии. Зарядното устройство, използвано най-често, е импулсно. То осигурява стабилност на зарядния ток в широк диапазон на входното напрежение, който значително превишава работния диапазон на UPS при мрежово захранване. По-големите непрекъсваеми токозахранващи системи разполагат с модул за обмен на данни и изход за връзка с компютър - обикновено RS-232 или RS-485 порт. Почти всички модели, предлагани на пазара, поддържат функцията Battery Guard, която следи състоянието на акумулаторната батерия.

При смяна на акумулаторната батерия е необходимо да се спазват инструкциите на производителя. Добре е да се има предвид, че моделите до 1000 W са със съединител (куплунг), а моделите с мощности над 1400 W обикновено разполагат с два съединителя. Моделите от ново поколение поддържат функция за непрекъснат мониторинг състоянието на акумулаторната батерия, осигуряваща допълнителен анализ на товара, индикация на околната температура, защита от дълбок разряд, ограничаване на зарядния ток, автотест и др.

UPS системите са подходящи за приложения, в които се изисква предотвратяване на прекъсвания дори и за хилядни части от секундата. Освен пикови прекъсвания, този тип устройства предотвратяват и пикови пренапрежения - мигновено нарастване на напрежението до многократно по-високи стойности от допустимото, както и по-ниски захранващи напрежения от нормалното, които често предизвикват повреда на оборудването. Също така се избягват шум в захранващото напрежение (паразитни смущения, предизвикващи изкривявания на формата на сигнала на напрежението, което резултира в електромагнитна интерференция); колебания в честотата на захранващото напрежение, около номиналната стойност; краткотрайни превключвания (мигновени пикови прекъсвания на напрежението, които са в рамките на няколко наносекунди), които водят до непредсказуемо поведение на ел. оборудването, включително загуба на данни в паметта и недопустим режим на работа на компонентите; хармонични изкривявания и др. Известно е, че когато напрежението не съответства на стандартното, консуматорите се претоварват и ако не се повредят, то значително се съкращава животът им.

Oсновните групи непрекъсваеми електрозахранвания са резервно захранване (stand-by или off-line); линейно-интерактивни (line-interactive) и UPS с двойно преобразуване (on-line). Тази квалификация се използва широко от почти всички водещи производители.

Резервните UPS са най-елементарните непрекъсваеми токозахранвания, работещи с акумулаторни батерии. Към тях не се поставят изисквания за стабилизация и синусоидалност на изходното напрежение. При нормално захранване електроенергията от мрежата преминава през филтър преди товара. При изчезване или критично изменение на напрежението специален ключ превключва захранването на товара от акумулаторна батерия. Техен недостатък е времето на превключване, което е от порядъка на 5 - 10 ms. Най-големият им недостатък обаче е формата на изходното напрежение, което е трапец или правоъгълник.

За разлика от оff-line устройствата, линейно-интерактивните UPS са развити в посока подобряване на филтрацията на изходното напрежение. При линейно-интерактивните UPS изходното напрежение е близко до синусоидално. Наред с това е променена и схемата му на контрол, което позволява постоянно да се следи и контролира веригата захранваща мрежа-консуматор-батерия. Повечето от тях разполагат с автотрансформатор и схема за регулиране на изходното напрежение. Недостатъците им не са по-различни от характерните за off-line видовете. Разбира се, времето за реакция при пропадане на напрежението е по-кратко, от 1 до 5 ms. В нормален режим самият инвертор зарежда батериите на UPS устройството. Съответно, в авариен режим се обръща единствено посоката на захранване. Както вече бе посочено, те разполагат с много ефективна филтрация на мрежовото захранване, както и със специална схема за контрол и стабилизация на пиковите нараствания и пропадания на мрежовото напрежение. По този начин се решава другият основен недостатък на off-line устройствата, а именно - нерегламентираните превключвания при пикове в захранващата мрежа. Принципът на реверсиране посоката на захранване осигурява по-добър контрол и по-стабилни параметри на захранващото напрежение. Понякога е възможна появата на устойчиви изкривявания на изходното напрежение (хармоници), вследствие използването на сложни физически филтри във веригите за обратна връзка. Това е недопустимо при критични товари, каквито се използват в медицината. Повечето модели линейно-интерактивни устройства поддържат т. нар. by-pass режим на UPS при нормално електроснабдяване.

При on-line UPS-ите (активни UPS) енергията се преобразува два пъти преди да постъпи в товара. Първоначално се изправя, след това се филтрира, коригира се до необходимото ниво, след което се използва инвертор. Към изправеното напрежение се включва и акумулаторната батерия, която се явява много ефективен филтър срещу нестабилността на напрежението. Използването на инвертор осигурява пълна защита на товара и абсолютно синусоидално напрежение, както и отсъствието на електромагнитни и радиочестотни смущения. Именно това са системите, които с пълно право могат да се наричат “източници на непрекъсваемо захранване”. И това е така, тъй като те стабилизират мрежовото напрежение в непрекъснат режим, изправят го и отново го инвертират в променливо. Период от време за превключване от мрежа в захранване на батерии практически не е необходим. При този начин параметрите на изходното променливо напрежение към консуматора, като честота и стабилност на формата, са абсолютно независими от тези на захранващата мрежа.

И линейно-интерактивните, и активните непрекъсваеми електрозахранвания дават възможност за паралелно свързване с цел получаване на по-голяма мощност. Единственото изискване е те да са от един и същи тип и, разбира се, на една и съща компания-производител. По такъв начин е възможно постигането на мощности от порядъка на 5000 kW и дори повече.

Резервното електрозахранване в болници би могло да се подсигури и чрез използването на дизелови електрогенератори (ДГ). Те работят в режим на автоматично пускане - включват се автоматично при изключване на централното захранване и, съответно, се изключват при възстановяване на основното захранване. ДГ се комплектоват със специален шкаф за автоматично включване на резервата (АВР) и автоматика за подзаряд на акумулаторите и подгряване на ДВГ. Естествено, съоръжението би следвало да разполага със система за стартиране, механизъм за установяване на оборотите на двигателя с вътрешно горене (ДВГ) и автоматичен регулатор на възбуждането (АРВ). Цялата автоматика е снабдена със система за блокировка, възпрепятстваща насрещно паралелната работа на ДГ с основното захранване.

Дизеловите генератори обикновено се нуждаят от профилактичен ремонт след всеки 5000 часа работа. Добре е маслото да се сменя на всеки 100 часа работа.

Защита срещу пренапрежения от атмосферен или
комутационен произход
Във веригите на електрозахранването на апаратурата се проектират тристепенни защити от пренапрежение. Първа степен на мълниезащита се реализира с разрядник и катоден отводител. Използваната апаратура се монтира в главното разпределително табло или в разпределителния трансформаторен пост. Защитното устройство трябва да отвежда пренапрежителни импулси с ток, по-голям от 40 kA, при вълна на импулса 10/350 ms и ниво на защита 4 kV.
Тези защити са предназначени да отведат към земята първите и, съответно, най-мощните пренапрежителни импулси. Искровата междина прекъсва остатъчния ток в дъгогасителната камера. След като пренапрежението е сведено до някакъв минимум през катодния отводител, продължава да протича ток от електрическата мрежа, който поддържа електрическата дъга (т. нар. остатъчен ток). Дъгогасителната камера изгасява дъгата. Ако тя не успее да я изгаси, то токът достига стойност на установено късо съединение и горестоящият предпазител се стопява.

При втората степен се използват варисторни арестори, монтирани в локалните вторични електротабла. Базово изискване към варисторните арестори е възможност за отвеждане на импулси с мощност, не по-малка от 20 kA, при вълна на импулса 8/20 ms и ниво на защита 2,5 kV.

Третата степен представлява окончателната защита. Реализира се с разклонители или отделни контакти с вградена защита от импулсни пренапрежения, посредством които индивидуално са захранени отделните електронни и електрически устройства. Защитите от трето ниво трябва да отвеждат пренапрежителни импулси с мощност 20 kA, при вълна на импулса 8/20 ms (стандартна вълна, имитираща непряко попадение на мълния) и ниво на защита 1,5 kV. Предназначението им е да поемат и да не допуснат до устройствата по-маломощните пренапрежителни импулси, „промъкнали се” вследствие на непрякото попадение на мълниите от самоиндукция. Тя се наблюдава при сработване на защитите от първо и второ ниво. Защитите от трето ниво се характеризират с най-малкото остатъчно напрежение.

При инсталирането на аресторни защити - SPD (surge protective device), трябва да се обърне внимание на каскадирането помежду им, на разполагането на защитните им прекъсвачи, мястото им спрямо дефектнотоковите защити и на системата на заземяване. SPD трябва да издържат на разрядния ток, изчислен в точката им на инсталиране.