Молниезащита
Высоковольтная техника
Статьи / Высоковольтная техника / Разделительные медицинские трансформаторы

Разделительные медицинские трансформаторы

Разделительные медицинские трансформаторы
(медицинский трансформатор, разделительный медицинский трансформатор, ET1MED, ET3MED, Elhand Transformatory, ГССТ30331.2, ГОСТ Р 50571.28-2006, ГОСТ Р 50571.28-2006, МЭК 61557¬8:1997, МЭК 61558-2-15:1999; EN 61558-2-15; IEC 61557-8 )

МИРОСЛАВ ЛУКЕВСКИЙ

1. Введение

Разделительный медицинский трансформатор является ключевым элементом системы электроснабжения с изолированной нейтралью (IT по ГОСТ30331.2) медицинских помещений. Бесперебойная работа разделительного трансформатора в значительной степени влияет на надежность всей системы гарантированного электроснабжения. Поэтому к медицинским трансформаторам предъявляются очень высокие технические требования, обеспечивающие бесперебойную и безопасную эксплуатацию медицинского оборудования, подключенному к нему. В статье представлены однофазные ET1MED и трехфазные ET3MED разделительные медицинские трансформаторы компании ELHAND TRANSFORMATORY .

2. Европейские требования к характеристикам разделительных медицинских трансформаторов

Польская норма, определяющая технические требования для разделительных трансформаторов, применяемых для питания оборудования медицинских помещений PN-EN 61558-2-15, является переводом английской версии нормы EN 61558-2-15:2001. Эти нормы гармонизированы с директивой нового подхода 73/23/EEC «Электрическое оборудование низкого напряжения» (LVD). Трансформаторы, изготавливаемые в компании ELHAND TRANSFORMATORY, Польша, полностью соответствуют всем общим требованиям и требованиям по безопасности новейших норм.
От разделительных медицинских трансформаторов требуются, прежде всего, надежная работа и стабильность параметров в течение всего периода эксплуатации. Эти трансформаторы производятся в однофазном исполнении тип ET1MED и трехфазном исполнении тип ET3MED. Диапазон допустимых мощностей определен в норме [2] в пределах от 0,5 до 10 кВА. Кроме этого, ограничено первичное напряжение, которое не должно превышать 1000 В. Максимальное напряжение вторичной обмотки должно быть не более 250 В. Номинальная частота медицинских разделительных трансформаторов не должна превышать 500Гц.
В медицинских трансформаторах используется усиленная изоляция для того чтобы соответствовать жестким требованиям к токам утечки. В соответствии с нормой [2], ток утечки вторичной обмотки трансформатора на землю, измеренный в состоянии холостого хода, не должен превышать 0,5 мА. Ток утечки с экрана, расположенного между первичной и вторичными обмотками, на землю, измеренный под нагрузкой, не должен превышать 3,5мA. Посредством усиления изоляции токи утечки трансформаторов ETMED удалось свести до 0,2мA.

3. Российские требования к характеристикам медицинских разделительных трансформаторов

В Российской Федерации на медицинские трансформаторы распространяются положения ГОСТ Р 50571.28-2006 который предписывает.
Пункт 710.512.1.6. Медицинские системы IT для медицинских помещений группы 2 (Группа 2: медицинское помещение, в котором контактирующие части предполагается применять для выполнения внутрисердечных процедур, в операционных для показательных операций и при выполнении других жизненно важных лечебных процедур, когда прекращение (сбой) электроснабжения представляет опасность для жизни пациента. Примечание. Внутрисердечные процедуры - это процедуры, при которых электрический проводник вживляется в сердце пациента или по-иному контактирует с сердцем и доступ к которому находится вне тела пациента. В этом случае электрический проводник включает в себя изолированные провода, например электроды для электростимуляции или внутрисердечные электроды ЭКГ, или изолированные трубки, наполненные проводящими ток жидкостями.)

Трансформаторы медицинских систем IT должны соответствовать [9] и следующим дополнительным требованиям: Ток утечки на землю выходных проводников и защитной оболочки (кожуха), измеренный при отсутствии нагрузки при номинальном напряжении и номинальной частоте, не должен превышать 0,5 мА. 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. Если в медицинских помещениях имеется оборудование с трехфазной системой питания, требующее установки медицинской системы IT, то следует использовать отдельный трехфазный трансформатор с выходным линейным напряжением, не превышающим 250 В. Для медицинской системы электроснабжения IT применяют специальные разделительные трансформаторы. При необходимости функционального экранирования используются трансформаторы с изолированным экраном. Все элементы медицинской системы IT, включая блоки питания и управления, трансформаторы, распределительные устройства и блоки сигнализации, должны иметь естественное воздушное охлаждение.

Касательно Медицинской системы IT (изолированная нейтраль) ГОСТ Р 50571.28-2006 предписывает.

Пункт 710.413.1.5. Медицинская система IT в медицинских помещениях группы 2 для питающих цепей электромедицинского оборудования и систем для жизнеобеспечения пациентов хирургического назначения и другого электрического оборудования, расположенного "в окружении пациента", должна использоваться медицинская система IT. Исключение составляет оборудование, перечисленное в 713.413.1.3  
           
Система IT должна быть оборудована устройством контроля изоляции в соответствии с [8] со следующими требованиями: - внутреннее сопротивление переменному току должно быть не менее 100 кОм; - измерительное напряжение не должно превышать 25 В постоянного тока; - максимальное значение измерительного тока даже при повреждении изоляции не должно превышать 1 мА; - система должна иметь устройство для проверки сопротивления изоляции и устройства индикации снижения сопротивления изоляции до 50 кОм. Каждая медицинская система IT должна иметь устройство для звуковой и световой аварийной сигнализации, которое устанавливают так, чтобы оно находилось под постоянным контролем медицинского персонала и было оборудовано: - зеленой сигнальной лампой (лампами) для индикации нормальной работы; - желтой сигнальной лампой, которая загорается, когда сопротивление изоляции достигает минимально допустимого значения. Для данной сигнализации не допускается возможность сброса или отключения; - желтой сигнальной лампой, которая загорается при превышении нормируемой температуры обмоток трансформатора. Для данной сигнализации не допускается возможность сброса или отключения; - желтой сигнальной лампой, которая загорается, когда возникает перегрузка трансформатора, не превышающая нормируемую двухчасовую перегрузку, и переходит в мигающий режим, когда перегрузка превышает нормируемую величину двухчасовой перегрузки. Для данной сигнализации не допускается возможность сброса или отключения. Желтая сигнальная лампа (лампы) может отключаться только при восстановлении нормальных условий эксплуатации: - звуковой сигнализацией, которая включается при достижении минимального значения сопротивления изоляции и/или при превышении нормируемой температуры обмоток трансформатора, и/или при перегрузке трансформатора. Данная звуковая сигнализация может отключаться. Задержка на включение световой и звуковой сигнализации не должна превышать 5 с. Устройства сигнализации должны быть установлены в непосредственной близости к медицинскому помещению, внутри или вне его. Включение устройств звуковой сигнализации не должно создавать помех для действий медицинского персонала, находящегося в непосредственном контакте с пациентом. Необходимое число и конкретные места установки устройств контроля изоляции определяются заданием на проектирование. В случае, если отдельный электроприемник питается от отдельного трансформатора медицинской системы IT, устройство контроля изоляции допускается не устанавливать. Контроль перегрузки и превышения температуры трансформатора медицинской системы IT является обязательным.

Касательно АВР (автоматического введения резерва) ГОСТ Р 50571.28-2006 предписывает

Пункт 710.313.1. Общие положения Распределительные питающие сети медицинских помещений должны быть спроектированы и выполнены так, чтобы было обеспечено автоматическое переключение оборудования, связанного с жизнеобеспечением, с основной распределительной питающей сети на аварийную.

Из сопоставления требований к медицинским трансформаторам европейских норм (EN 61558-2-15) и российских (ГОСТ Р 50571.28-2006) можно сделать вывод об их идентичности и, следовательно, о возможности использования трансформаторов ET1MED и ET3MED при производстве систем электроснабжения медицинских помещений, прежде всего операционных.

4. Основные технические характеристики разделительных медицинских трансформаторов типа ET1MED и ET3MED

Основные технические характеристики разделительных медицинских трансформаторов приведены в таблицах №1 и №2. Чертежи трансформаторов изображены на рис. 1,2.

Таблица №1. Основные технические характеристики разделительных медицинских




Таблица №2. Основные технические характеристики разделительных медицинских трансформаторов типа ET3MED






Рис.1 Чертежи разделительных трансформаторов типа ET1MED и ET3MED

Очередные требования нормы [2] относятся к напряжению на вторичной обмотке трансформатора в режиме холостого хода Uхх), тока холостого хода (Iхх) и напряжения короткого замыкания (Uкз). Разница между напряжением вторичной обмотки трансформатора в режиме холостого хода Uхх и вторичным напряжением в режиме номинальной нагрузки Uном, выраженная в процентах напряжения на вторичной обмотке, измеренного при номинальной нагрузке, не должна превышать 5%. Это требование выражается формулой (1).
             
Ток холостого хода первичной обмотки (I1хх) разделительных медицинских трансформаторов должен быть не более 3% номинального первичного тока при питании номинальным напряжением, а напряжение короткого замыкания (Uкз) не должно превышать 3% номинального напряжения питания.

Рис.2 Схемы соединений разделительных трансформаторов типа ET1MED и ET3MED
 
Трансформаторы типа ET1MED и ET3MED в нештатных ситуациях могут работать в условиях существенной перегрузки, обеспечивая электроснабжение подключенных к ним потребителей. Допускается перегрузка на уровне 1,6хIном в течение одного часа, или 2хIном в течение 45 мин. Допустимые перегрузки были определены во время разрушающих испытаний, проведенных с медицинскими трансформаторами. В системах электроснабжения медицинских помещений температура трансформатора контролируется реле температуры, к которому подключен датчик температуры встроенный в обмотку трансформатора. Индикация текущей температуры обмотки осуществляется постоянно. В случае аварийного превышении температуры (>120oC) реле температуры подает сигнал на модуль питания и сигнализационную кассету. Токовая нагрузка трансформатора отслеживается непрерывно амперметром, который также регистрирует средний ток за 15 минут, и пиковый ток. Это позволяет оценивать факторы, вызывающие повышение температуры обмотки трансформатора. Схемы подключения трансформаторов ET1MED и ET3MED представлены на рис.2.

5. Ударный ток включения трансформаторов типа ETMED

Важным параметром, на который акцентирует внимание норма PN- EN 61558-2-15, является ударный ток включения. Эта норма требует, чтобы сама конструкция трансформатора, без использования дополнительных элементов, ограничивала значение ударного тока включения до 12-кратного значения пикового номинального первичного тока.

Ток ударного включения трансформаторов типа ET1MED и ET3MED не превышает установленного в нормативном документе 12-кратного значения номинального тока первичной обмотки. Кроме этого, согласно рекомендациям [2] были проведены исследования трансформаторов и подбор предохранителей. В технических материалах, доступных в компании ELKAND TRANSFORMATORY, находятся технические данные (таб. 1, 2) трансформаторов ET1MED и ET3MED, а также подобранные, проверенные и рекомендуемые производителем плавкие вставки.

Рис.3 Ударный ток включения трансформатора типа ET1MED-6,3кВА в режиме холостого хода. [5]

На Рис. 3 представлен переходный процесс ударного тока включения, зарегистрированный во время серии измерений [5], для трансформатора типа ET1MED с номинальной мощностью 6,3 кВА. Во время исследовательских работ были проведены измерения и зарегистрированы результаты для целого ряда разделительных медицинских трансформаторов.

Использование рекомендованных компанией ELKAND TRANSFORMATORY типов и значений плавких вставок предотвращает возникновение неожиданных, случайных перерывов электроснабжения, вызванных перегоранием предохранителей.
Следует обратить внимание на то, что часто аннулированные либо замененные нормы, которые являлись обязательными в некоторых европейских странах, по-разному описывали ударный ток включения, используя в одних случаях действующее, в других, мгновенное пиковое значение первичного тока в качестве определения требуемого значения тока включения. Разница в трактовке часто вызывала недоразумения.

Относительно недавно введенная норма PN-EN 61558-2-15 не оставляет сомнений относительно требуемых, а тем самым безопасных значений ударного тока включения.

Ударный ток включения можно, при некоторых допущениях, приблизительно аналитически определить, используя формулы (2,3,4).



При этом, необходимо знать следующие параметры: индукцию насыщения (Bs), остаточную индукцию (Br) магнитного материала, из которого изготовлен сердечник трансформатора, а также индукция в определенном состоянии (B), при которой работает магнитный сердечник. Важными также являются размеры катушки трансформатора (S,L), частота питающего напряжения (f) и число обмоток (z). Индексы (z,w) в формулах (2,3,4) относятся к первичной (z) или вторичной (w) обмоткам трансформатора [5].
Внешний вид трансформаторов изображен на рис. 4.


Рис. 4. Внешний вид однофазного и трехфазного трансформаторов


Литература:

[1]              Norma PN-EN 61558-1 - „Bezpieczenstwo transformatorow mocy, jednostek zasilajgcych i podobnych. Ogolne wymagania i badania."
[2]              Norma PN-EN 61558-2-15 - „Bezpieczenstwo transformatorow mocy, jednostek zasilajgcych i podobnych. Szczegolowe wymagania dotyczgre transfromatorow separacyjnych do zasilania pomieszczen medycznych"
[3]              Norma IEC 60364-7-710 - „Electrical installations of buildings. Requirements for special installations or locations - medical locations."
[4]              Norma PN-IEC 61557-8 - „Medyczne urzgdzenia elektryczne. Ogolne wymagania bezpieczenstwa"
[5]              „Parametry elektromagnetyczne oraz analiza stanow nieustalonych transformatorow malej mocy" - Politechnika Opolska, praca magisterska, Jasinski Leszek, Machnik Miroslaw
S. Skor
[6]              [7]
[8]              МЭК 61557-8:1997. Электробезопасность в сетях переменного тока напряжением до 1000 В и постоянного тока до 1500 В. Оборудование для проверки, измерения и мониторинга электробезопасности. Раздел 8. Устройства контроля изоляции в электрических сетях системы IT
[9]              МЭК 61558-2-15:1999. Безопасность силовых трансформаторов, силовых блоков питания и аналогичных устройств. Часть 8. Особые требования к изоляции силовых трансформаторов для медицинских учреждений



Другие статьи:

Предыстория и виды трансформаторов
Монтаж молниезащиты на мембранной кровле — проблемы и решения.
Защита от аварийных режимов, связанных с обрывом «нуля» (нулевых питающих проводов) в 3-фазной распределенной сети 220/380 В.