بررسی سیستم توزیع و حفاظت برق بیمارستان
مقدمه:
برای هر مرکز پزشکی اعم از بیمارستان آزمایشگاه و… داشتن یک برنامه مدون ”اصول حفاظت وایمنی“ از اهم واجبات است و برای شناسایی خطرات ناشی از کار و ایمنی در باره هر یک از آنها باید تمام کوشش های لازم به عمل آید.
حفاظت چیست؟
کلمه حفاظت برای افراد مختلف معانی متفاوتی دارد. از دید یک دانشمند انجام صحیح یک آزمایش و تجربه است . از دید یک مهندس سازنده ،حفاظت یکی از فاکتورهای اساسی برای گسترش و انجام یک تولید است بنابراین کلمه ی safety و این که یک محل چقدر حفاظت شده است مطلق نیست .
ایمنی الکتریکی
تعریف : محافظت از شوک الکتریکی خطرناک،انفجار ،آتش سوزی یا خسارت به تجهیزات و ساختمان ها می باشد .
شوک الکتریکی از سیم کشی نادرست تجهیزات الکتریکی خراب یا سیستم های تغذیه ی نا مناسب به وجود می آید .انفجار ممکن است از جرقه های اتصال الکتریکی به وجود آید که نوعی از گازها نظیر گازهای بیهوشی را مشتعل می کند.
چگونه می توانیم احتمال خطر را کاهش دهیم تا در حد قابل قبولی باشد؟
بسیاری از خطراتی که در بیمارستان ها ما را تهدید می کند شناخته شده است و احتمال خطر نیز مشخص است . روشی که ما را از مقابله با این خطرات آگاه می سازد اصول حفاظت و ایمنی را تشکیل می دهد .
دورنمای ایمنی الکتریکی در موسسات پزشکی ،به طور قابل توجهی پتانسیل میکروشوک را در بر می گیرد که می تواند به طریقی در اتصال با بیمار باشد .
خطراتی در نواحی عمومی (راهروها و … ) ،نواحی مراقبت بیمار ( اتاق های بیمار و … ) و نواحی مراقبت بحرانی (ICU, CCU, …) وجود دارند .
لزوم رعایت ایمنی الکتریکی در بیمارستان
ایمنی الکتریکی مبحث بسیار مهمی است که در بیمارستان از اهمیت ویژه ای برخوردار است زیرا بیماران بدحال بیشتر در معرض اتصال به انبوهی از وسایل الکتریکی قرار دارند.علاوه براین جریان های بسیار کوچکی که برای فرد عادی نا محسوس اند ،ممکن است برای بیماران تحت مراقبت های ویژه کشنده باشد.
انواع خطرهای احتمالی
آسیب فیزیولوژیکی :
شوک الکتریکی ممکن است موجب درد ، جراحت یا مرگ شود . مقدار جریان گذرنده از بدن شدت شوک را تعیین می کند. به طور مثال احتمال وقوع فیبریلاسیون بطنی هنگامی که جریان از قلب می گذرد افزایش می یابد.
برخی از عوامل موثر در تشدید آسیب های فیزیولوژیکی عبارتند از :
1. ولتاژ
2. فرکانس
3. مسیر عبور جریان از بدن
4. مقاومت الکتریکی بدن
5. وقوع در سیکل قلبی
6. طول مدت اعمال جریان
الکتریسیته ی ساکن :
الکتریسیته ی ساکن می تواند برای اشخاص و تجهیزات حساس خطرناک باشد. شوک های الکتریسیته ی ساکن می تواند شخص را تکان داده و موجب حادثه شوند. همچنین جرقه های ناشی از الکتریسیته ی ساکن می توانند موجب انفجار گازهای قابل اشتعال (گازهای بیهوشی و …) شوند .
قطع برق :
قطع برق در برخی از تجهیزات حیاتی می تواند خطرناک باشد . تاخیر در راه انداری برق اضطراری(بیش از 10 ثانیه ) می تواند موجب توقف عملکرد سیستم های حافظ حیات بیمار شود .
راه های بهبود وضعیت
سیستم توزیع الکتریکی سه سیمه :
سه سیم عبارتند از سیم فاز ( سیاه ) ، سیم نول ( سفید ) و سیم ارت ( سبز ) توجه داشته باشید که این کدگذاری رنگی با کدگذاری به کار رفته در درون وسایل الکترونیکی متفاوت است ( درون وسایل، سیاه معمولا سیم ارت است ) در اتصال زمین سیم نول و سیم ارت به هم اتصال دارند. اگر عایقبندی سیم فاز بسوزد جریان زیادی از طریق سیم ارت به زمین می رود .
یکپارچگی زمین :
سه روش برای ایجاد سیستم زمین عبارتند از رسانای زمین کننده ، لوله ی محافظ فلزی و لوله ی آب .
در یک لوله ی محافظ فلزی سیم های فاز و نول در کنار هم پیش می رفتند . این سیستم بهینه نیست زیرا در هنگام نو بودن رسانای خوبی است اما با گذشت زمان محل های اتصال باز یا اکسید شده ، مقاومت الکتریکی را افزایش می دهد و یکپارچگی زمین به خطر می افتد.
در بخش هایی از لوله کشی که از لوله ی پلاستیکی استفاده می شود اگرچه آب می تواند مسیری رسانا فراهم آورد ولی یکپارچگی مسیر به خطر می افتد.
هدف رسانای زمین فراهم آوردن مسیری کم مقاومت به اتصال زمین برای هر جریان ناخواسته ای است .
از میان سه روش فوق رسانای زمین کننده بهترین انتخاب برای عملکرد بی خطر است و سیستمی است که در مراقبت های پزشکی مورد نیاز است .
زمین کردن تک نقطه ای :
زمین کردن تک نقطه ای ایجاب می کند تمام تجهیزات درون اتاق در یک نقطه به زمین وصل شود .
اگر هر پریز به زمین متفاوتی وصل شود جریان ناشی از نقص به گونه ای تقسیم می شود که قسمتی از جریان ناخواسته از درون دستگاه ها و بیمار به سوی زمین میرود .
نادرست
درست
زمین کردن در مکان های مراقبت های ویژه:
در مکان های مراقبتهای ویژه نظیر اتاق های اورژانس، اتاق های عمل ، واحدهای قلب و عروق و … به روش های خاصی برای زمین کردن احتیاج داریم.این روش شامل اصول زیر می باشد:
ایجاد زمینی تک نقطه ای با تعبیه ی یک تک اتصال زمین از نقاط داخل اتاق به نقاط خارج آن .
2. محدود کردن اندازه و طول سیم در اتاق به منظور کوچک نگه داشتن افت های ولتاژ، آزمودن افت های ولتاژ برای اطمینان از اینکه آن ها در محدوده ی مجاز هستند.
3. طراحی محیط اطراف به گونه ای که بیمار مطمئنا درون سیستم زمین یک اتاق محدود و محافظت شود.
در مکان های مراقبت های ویژه سه نقطه ی زمین کردن جداگانه وجود دارند. نقطه ی زمین کردن تجهیزات متصل به بیمار نقطه ی زمین مبنای اتاق و زمین ساختمان .
ترانسفورماتورهای جداساز :
همانگونه که قبلا اشاره شد کف اتاق های عمل از ماده ای رسانا ساخته شده و زمین می شود اما این کار خطری احتمالی برای اشخاص ایجاد می کند زیرا اگر نقصی عملکردی وجود داشته باشد بدن آن ها مسیری به زمین فراهم می آورد . برای به حداقل رساندن این خطر از ترانسفورماتورهای جداساز استفاده می کنند .
شکل زیر نشان دهنده ی این است که چگونه ترانسفورماتور می تواند شخص را،حتی اگر سیم فاز را لمس کند، در مقابل شوک محافظت کند.
عایق بندی مضاعف :
در عایق بندی مضاعف هر دستگاه تمام محورهایی که از سد عایق بندی بیرون می زنند باید نارسانا باشند . به منظور استفاده در مکان های مراقبت های ویزه قسمت های بیرونی نباید هیچ سطح رسانای بدون پوشش داشته باشد .
طراحی خوب مهندسی :
ایمنی الکتریکی با طراحی خوب مهندسی تا حد زیادی افزایش می یابد تجهیزات نباید هنگامی که تحت شرایطی مانند رطوبت زیاد یا کم، دماهای بسیار زیاد یا بسیار کم ، تنش مکانیکی خطرساز شوند .
دو شاخه ها وپریز ها :
انتخاب و نصب صحیح دوشاخه ها و پریزهای برق به مقدار قابل ملاحظه ای بر ایمنی الکتریکی می افزاید .
انواع پریزها :
پریزها شامل سه نوع اصلی اند: معمولی ،صنعتی و بیمارستانی .
انواع پریزهای بیمارستانی شامل پریزهای ارت دار ،پریزهای قفل شونده و پریزهای ضذ جرقه .
آزمودن نیروی پریز :
سرهای فلزی دوشاخه ها توسط فنر در پریز نگاه داشته می شوند . اگر فنر دارای نیروی گیرشی کافی باشد اتصال خوبی ایجاد می شود. با فرسوده شدن اتصال ها قسمتی از دو شاخه ممکن است از پریز بیرون بیاید. این موضوع ممکن است سیم زمین را درحین اعمال برق به تجهیزات قطع کند . نیروی لازم برای بیرون کشیدن دوشاخه از پریز معیار خوبی برای کیفیت اتصال است .
آرایش های خار :
زدن دوشاخه ی دستگاهی که پنجاه آمپر جریان می کشد به پریزی که توسط سیمی که تنها برای تامین 15 آمپر جریان مناسب است به شبکه وصل می شود امری نا معقول است. برای جلوگیری از چنین واقعه ای دوشاخه ها و پریز ها با آرایش های خاصی ساخته می شوند .
تشخیص خطای اتصال به زمین :
هدف از سیستم برق جداسازی شده داشتن سیستمی است که هر سیم آن واقعا از زمین جداسازی شود . اتاق هایی با منابع تغذیه ی جدا سازی شده برای مراقبت از جریان نشتی واقعی به زمین محتاج داشتن دستگاه های مراقب اتصالی زمین اند. دو روش متداول برای انجام این کار وجود دارد تشخیص جریان و تشخیص ولتاژ .
روش تشخیص جریان :
در این روش تشخیص دهنده ی جریانی ،جریان را حس می کند. در نتیجه استفاده از تزویج مغناطیسی را ممکن می کند سپس کل مدار حس کننده از لحاظ الکتریکی از باقی سیستم جداسازی می شود و درنتیجه از بیمار در مقابل امکان وارد شدن جریان های خطر آفرین محافظت می کند. سیستمی که از این روش برای تشخیص جریان نشتی استفاده می کند GFCI ((Ground Fault Circuit Interrupter نام دارد.
v
I1
I2
همانطور که در شکل مشاهده می شود اگر نقصی وجود نداشته باشد I1=I2 و V=0 .ولی اگر نقصی وجود داشته باشد I1>I2 خواهد بود ، V=0 نیست و زنگ خطر به صدا در می آید یا مدار قطع خواهد شد.
: GFCI
GFCI یک سوئیچ سریع عمل کننده است که هر گونه اختلاف جریانی بین دو هادی در مدار تشخیص می دهد. اگر هادی ( بطور مستقیم یا از طریق بخشی از بدن ) در تماس با زمین قرار گیرد ( موقعیتی که عیب زمین نامیده می شود ) GFCI مدار را در کسری از ثانیه قطع می کند.
نوع حساس تری از GFCI وجود دارد که GFCI ایزوله نامیده می شود. اگر مداری GFCI ایزوله داشته ، جریان عیب اتصال به زمین (Ground fault ) از طریق یک مدار حساس الکترونیکی در GFCI عبور می کند. مدار الکترونیکی تا حدود 2 میلی آمپر نسبت به جریان عبوری مقاومت دارد که این مقدار برای ایجاد شوک خطرناک نخواهد بود.
تذکر : با فشار دادن کلید Test ، GFCI را بطور منظم آزمایش کنید ، اگر مدار قطع نشد ، GFCI دچار عیب شده و باید تعویض گردد.
روش تشخیص ولتاژ:
حس کردن ولتاژ به گونه ی نمایش داده شده در شکل ، متداولترین روش در تشخیص اتصالی زمین است . Vp به گونه ای انتخاب شده که در میانه ی دو خط نیرو باشد و (بر اثر جریان های نشتی ترانسفورماتور ) تقریبا در پتانسیل زمین است . در حالت عادی دستگاه اندازه گیری جریانی را نشان نمی دهد در صورت وجود نقص جریان در دستگاه اندازه گیری جاری خواهد شد . و زنگ خطر را به کار خواهد انداخت . سیستمی که از این روش برای تشخیص جریان نشتی استفاده می کند LIM (Line Isolation Monitoring ) نام دارد.
(LIMS)Line Isolation Overload Monitors
در مناطق حساس بیمارستانی که منبع الکتریکی دستگاه در صورت خطا نمی تواند قطع شود، از دستگاه محافظتی دیگری استفاده می شود. هنگامی که خطای الکتریکی در وسیله پزشکی متصل به خروجی منبع قدرت ایزوله شده رخ دهد، LIM جریان نشتی را ثبت می کند. LIM شروع به اخطار دادن می کند و سطح جریان نشتی را نشان می دهد، اما منبع الکتریکی را قطع نمی کند. تجهیزاتی که دارای خطا هستند می توان با قطع و درآوردن پریز آن ها از منبع الکتریکی شناسایی کرد (زمانی که آلارم کشیدن قطع شود) و تجهیزاتی که خطا در آن ها رخ نداده دوباره به منبع وصل می شوند. تجهیزاتی که خطا دارند باید علات گذاری شده و به بخش تجهیزات پزشکی منتقل شود. LIM می تواند مقدار توانی را که توسط تجهیزات متصل به آن مصرف می شود نشان دهد. اگر توان زیادی در حال استفاده باشد، LIM شروع به آلارم کشیدن می کند و نشان می دهد که اضافه بار رخ داده است. بار اضافی باید فورا با قطع کردن چند دستگاه از منبع قدرت برداشته شود تا صدای آلارم قطع شود.
LIM/GFCI_Tester
انواع LIM :
1. استاتیک
2 . دینامیک
3. نسل سوم (پیشرفته)
طرح LIM استاتیک مطابق شکل … می باشد . یکی از مهمترین نقایص این نوع LIM، نقطه ی کور در مدار است .
طرح LIM دینامیک مطابق شکل زیر می باشد که در آن از سوییچ زنی برای رفع مشکل نقطه ی کور استفاده شده است .
برای رفع مشکل جریان نشتی تحمیلی به مدار از منبع جریان می توان از منبع ولتاژ استفاده کرد.
همچنین برای رفع مشکل سوییچ زنی در LIM دینامیک ، از یک منبع جریان با فرکانس متفاوت با برق شهر استفاده می شود که این سیستم را LIM نسل سوم (پیشرفته ) می نامند.
برق اضطراری
برخی ازسیستمهای حساس ومهم باید هنگام قطع برق شهر به طریقی از یک منبع تغذیه دیگر استفاده کنند و به کار خود ادامه دهند.منابع تغذیه ای که وظیفه تامین برق را در هنگام قطع برق شبکه به عهده دارند منابع تغذیه اضطراری نامیده میشوند. منابع تغذیه اضطراری بسته به سیستم مورد تغذیه خصوصیات متفاوتی دارند.برخی از منابع برق اضطراری که فقط قادرند برای مدت محدودی بسته به مقدار مصرف سیستم مورد تغذیه برق آن تامین نمایند ولی برخی دیگر قادرند به مدت نا محدودی تا زمان وصل شدن مجدد برق شهر برق اضطراری را تامین کنند.خصوصیت دیگری که منابع تغذیه اضطراری را از یکدیگر متمایز میکند مدت زمانی است که طول میکشد تا بعد از قطع برق شبکه برق اضطراری وصل شود. برخی از این سیستمها قادرند بدون تاخیر بعد از قطع برق شهر در عرض چند میلی ثانیه برق اضطراری را وصل نمایند.
کلاس ها
کلاس A: یک منبع برق کلاس A یک منبع برق اولیه است یعنی یک تغذیه برق پیوسته ضروری را تضمین می کند.
کلاس B: یک نیروگاه برق آماده باش (standby) برای پوشش دادن به قطعی های بلند مدت برای چند روز ( دارای موتور مکانیکی وژنراتور میباشند وتا زمانی که سوخت موتور مکانیکی تامین شود میتوانند در محدوده قدرت نامی ژنراتور برق اضطراری را تامین نمایند).
کلاس C: یک واحد شروع سریع 10 تا 60 ثانیه ای برای پوشش دادن به قطعی های کوتاه مدت برق برای حدود چند ساعت) از باطری برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می کنند).
کلاس D: یک واحد بی وقفه که از انرژی ذخیره شده برای فراهم آوردن برق پیوسته تحت ولتاژ و خطای مجاز فرکانس خاص.
Uninterruptible Power Supply : UPS
منابع تغذیه بدون وقفه ای هستند که به منظور پیشگیری از آسیب های احتمالی ناشی از اختلالات موجود در شبکه و قطع برق در دستگاه های حساس مانند تجهیزات الکترونیکی پزشکی، نظامی و …استفاده می شود. کاربرد این دستگاه تامین پیوسته انرژی با توان و کیفیت مناسب است و وجود آن در بیمارستان هایی که امکان قطعی برق وجود دارد به شدت ضروری است. علل مختلفی مانند فرسودگی شبکه برق، طوفان یا دیگر پدیده های طبیعی یا اختلالات موجود در اداره برق ممکن است منجر به بروز قطعی برق شود.
محافظ های برق، دستگاه ها را در برابر قطع کامل برق(blackout) ، افت ولتاژ طولانی (brownout ) ، نوسانات شدید لحظه ای(spike)، اضافه ولتاژ ناگهانی (Surge) محافظت می کند.
به طور کلی یک UPS خوب باید قابلیت های زیر را نیز داشته باشد : 1. تغییرات نسبتا کوچک برق را جذب کند. 2. منابع توان نویز دار را صاف کند. 3. بازده بالایی داشته باشد. 4. هنگام ضعیف شدن خط، توان مناسب را برای دستگاه تامین کند. 5. عملکردی کاملا on-line داشته باشد به گونه ای که در کمترین زمان ممکن (در حد میکروثانیه برای دستگاه های پزشکی) سوئیچ کرده و بار را تواندهی کند. 6. پس از قطع برق توانایی توان ورودی مورد نیاز دستگاه را داشته باشد . 7. ولتاژ خروجی سینوسی با کمترین مجموع هارمونیک را داشته باشد . 8. ورودی و خروجی ایزوله شده باشند. 9. دارای تداخلات الکترومغناطیسی(EMI ) کم باشد.
STB (استابلایزر )
استابلایزر دستگاهی است مناسب برای حفاظت از سیستم های کامپیوتری و لوازم الکترونیکی حساس در مقابل نوسانات و اختلالات برق شهر و به گونه ای طراحی و ساخته شده است که در صورت تغییرات سریع برق شهر ولتاژ خروجی ثابت را در اختیار دستگاه های مصرف کننده قرار می دهد همچنین دقت عمل دستگاه های مصرفی را بطور قابل ملاحظه ای بالا برده و در نتیجه باعث طولانی شدن عمر و صحت عملکرد آنها می گردد . در شرایط تغییرات سریع برق شهر قابلیت تقویت و تضعیف برق شهر تکنولوژی فیلتراسیون و حذف نویز و قطع برق در شرایط غیر نرمال از جمله توانمندی های استابلایزر می باشد .
تابلوی ترانس ایزوله
با توجه به اهمیت ایزولاسیون برق اتاقهای عمل و همچنین بخشهای NICU CCU & ICU در بیمارستانها و کلینک های تخصصی ، امروزه استفاده از تابلو های ترانس ایزوله مطابق بر استاندارد های VDE الزامی می باشد. در این تابلوها از ترانس های ایزوله یک به یک با کلاس عایقی H مجهز به شیلد الکترواستاتیک ( به منظور کاهش نویز و جلوگیری از اتصال حلقه به حلقه ) جهت ایزوله کردن ولتاژ ورودی و خروجی استفاده می شود. مطابق با استاندارد های مربوط به سیستم های بیمارستانی ، تابلو های ترانس ایزوله در تشخیص وقوع خطا تنها مجاز به اعلام وقوع توسط سیستم آلارم می باشند . لذا به همراه این تابلو ها سیستمهای آلارم اتاق عمل جهت نصب در این اتاقها ارائه می گردد.
سیستم توزیع برق بیمارستان امداد
این سیستم شامل یک تابلوی توزیع اصلی است(700 آمپر) که توسط کابل به هر یک از تابلوهای توزیع بخش های مختلف(رادیولوژی، ICUو…) کشیده شده است. سیستم حفاظتی هر یک از تابلوهای توزیع تنها یک فیوز قطع کننده است.
با توجه به این که تقریبا بخش های مختلف این بیمارستان در ساختمان های مجزا می باشند استفاده از ترانس کارآمد تر است اما با توجه به هزینه ی سنگین و همچنین نزدیک بودن ساختمان ها از این روش استفاده نشده است .
سیستم برق اضطراری :
برق اضطراری در این بیمارستان توسط دو ژنراتور تامین می شود .این دو ژنراتور پس از 30 ثانیه توسط یک کنتاکتور وارد شبکه ی توزیع می شود .
اشکالات :
طبق استاندارد بین المللی ژنراتورها در کمتر از 10 ثانیه باید وارد شبکه ی توزیع شوند درحالیکه در این سیستم زمان بیشتری لازم است.
2. توزیع برق اضطراری اولویت بندی خاصی ندارد .
خازن های اکتیو :
در این سیستم از مجموعه ای از خازن های اکتیو استفاده شده که در دو حالت وارد شبکه ی توزیع خواهند شد .
1. هنگامی که افت ولتاژ زیادی توسط از تجهیزات پر مصرف (دستگاه رادیولوژی ) به مدار تحمیل شود.
2. هنگام قطع برق ، قبل از ورود برق اضطراری به شبکه ی توزیع .
این خازن ها به صورت اتوماتیک وارد شبکه شده و افت ولتاژ را جبران می کنند.
حفاظت موجود در بخش های مختلف بیمارستان
در تمامی بخش ها برای توزیع برق از سیستم سه سیمه (ارت) استفاده شده است . علاوه براین سیستم حفاظتی موجود شامل یک تابلو ایزوله در اتاق عمل مرکزی و دو استابلایزر در اتاق سی تی اسکن و در اتاق سیستم های اکسیژن ساز می باشد.
کف اتاق عمل توسط شبکه های مسی به ارت متصل است .
پریز ها در تمامی بخش ها ارت دارند.
پیشنهادات :
چک کردن چاه ارت که مقاومت بسیار کمی داشته باشد .
استفاده از پریزهای خاص به تناسب اهمیت هر بخش .
استفاده از تابلوی ترانس ایزوله در بخش های مهم بیمارستان مانند اتاق عمل ICU ,CCU ,NICU
استفاده از استابلایزرهای کم حجم به جای انواع پر حجم به صورت مجزا در بخش های مختلف بیمارستان .
سیستم سیم کشی موازی .
به کارگیری سیستم PM .
اولویت بندی در سیستم برق اضطراری .
پایان