UNIVERSITATEA DE MEDICIN I FARMACIE GRIGORE T. POPA IAI FACULTATEA DE BIOINGINERIE MEDICAL, DEPARTAMENT TIINE BIOMEDICALE DISCIPLINA ELECTRONIC MEDICAL, ANUL III, SEMESTRUL 2 LUCRAREA DE LABORATOR NR. 1

CONDIII TEHNICE GENERALE DE ELECTROSECURITATE A

APARATURII MEDICALE Scopul lucrrii: studiul efectului curentului electric asupra pacientului, prezentarea condiiilor

tehnice de electrosecuritate a aparaturii medicale, clasificarea aparatelor medicale dup contactul cu pacientul, sisteme izolate electric.

1. Consideraii teoretice

Moartea prin electrocutare se produce, n majoritatea cazurilor, prin efectul curentului electric asupra

inimii i numai n proporie minor prin arsuri sau paralizii ale muchilor respiratori. Pentru acelai curent global preluat de un subiect, riscul depinde de proporia curentului care trece prin inim, determinat de punctele de contact. De aceea, proiectarea electric i constructiv a aparatelor electronice care vin n contact cu pacientul trebuie realizat astfel nct s exclud posibilitatea evitrii oricrui pericol de electrocutare.

ocul electric poate introduce fibrilaia ventricular. Sensibilitatea la oc electric este inegal distribuit pe parcursul ciclului cardiac; perioada vulnerabil corespunde frontului anterior al undei T-ECG, cnd un singur impuls de valoare relativ mic i durat sub 100ms poate declana fibrilaia. Pragul de oc electric letal are n vedere aceast perioad i nu restul ciclului pentru care valorile periculoase ale curentului sunt cu dou ordine mai mari.

n Tabelul 1 sunt prezentate efectele ocurilor de curent de la reea, ntre braele unui pacient. Similar, microocuri de 10-100A direct pe inim pot cauza fibrilaie ventricular i deces. Dac frecvena crete peste 1KHz, nivelurile din tabel nu mai amenin viaa, cel mult pot determina arsuri (zona MHz).

Tabelul 1 Efectul ocurilor de curent ntre brae

Figura 1 Pragurile de oc electric la aplicarea extern a curentului

ntre brae este susinut o limit de siguran absolut de aprox. 300A la aplicarea extern a

curentului electric (Figura 1). Pragul de senzaie depinde de densitatea curentului la suprafaa de contact; n timp ce 1mA poate

trece neremarcat la contacte largi, 0.3mA provoac cert senzaie la contacte mici i, influenat de acelai factor, pragul de durere poate fluctua larg ntre 1 i 10mA.

Pragurile de oc electric la aplicarea intern sunt mult inferioare limitelor acceptate la aplicarea extern din motive legate de distribuia diferit a liniilor de curent. Conductivitatea superioar a sngelui n raport cu esuturile ofer curentului ci de rezisten minim prin sistemul circulator i sporete considerabil fraciunea din curentul total care strbate cordul.

I (mA); t =1 s Efect 1 Pragul percepiei. 5 Valoarea maxim de curent inofensiv.10 - 20 Pragul contraciei musculare. 50 Durere. Lein, rni posibile.

100 - 300 nceputul fibrilaiei ventriculare. Centrul respirator rmne intact.

6A Contracie puternic a inimii. Paralizie respiratorie temporar. Ardere, dac densitatea de curent este mare.

0 10 100 1000 10K 100K

1

10

100

Cur

ent e

fect

iv [m

A]

Frecvena curentului ntre brae [Hz]

Limita de siguran

Prag de senzaie

Limita de curent maxim

0.3

Pentru om, se consider c un curent de 30A/50Hz aplicat prin cord poate produce fibrilaie, iar 15A ar reprezenta limita superioar de siguran. n anumite condiii de risc crescut acest prag trebuie considerat 5A. Din cauza unui defect de izolaie, caseta metalic a aparatului poate fi pus sub tensiune fa de pmnt (Figura 2). La atingerea casetei, pacientul nchide circuitul (Figura 2a). Dac aparatul este prevzut din construcie cu conductor de protecie (Figura 2b), curentul de scurgere se nchide prin acest conductor, acionnd astfel ca un prim element de protecie.

Figura 2 a) Aparat fr conductor de protecie, b) Aparat cu conductor de protecie

Legarea la pmnt a carcasei aparatului determin o cale de impedan mai mic fa de pmnt n

comparaie cu cea a cii de curent prin pacient.

Figura 3 Curentul de scurgere capacitiv

Conform valorilor din Tabelul 1, valoarea curentului de scurgere prin carcas permis pentru

echipament este de max. 5mA. El este determinat, n principal de o component capacitiv, datorat capacitii distribuite dintre firele de alimentare sau dintre firul cald i carcasa aparatului (Figura 3). Remediul pentru acest fenomen este firul de mpmntare de siguran, prin care trec curentul de scurgere i curenii de defect. 2. Clase de protecie la electrocutare

Aparatele medicale trebuie s fie concepute, proiectate i realizate n conformitate cu normele tehnice

i prescripiile standardelor obligatorii n aceste activiti. Pentru protecia mpotriva electrocutrii, cel puin partea legat la reea a aparatului trebuie dotat cu o msur de protecie suplimentar fa de izolaia de baz (izolaia necesar pentru asigurarea funcionrii aparatului i care realizeaz n acelai timp protecia contra atingerii ntmpltoare a pieselor aflate sub tensiune), conform condiiilor pentru aparate de clas I, II sau III de protecie (Figura 3).

n cazul aparatelor de clas I de protecie, msura suplimentar de protecie const din conectarea tuturor prilor conductoare accesibile la conductorul de protecie care face parte din instalaia electric fix de alimentare, astfel nct prile conductoare accesibile s nu ajung sub tensiune. n plus, aparatul poate avea blocuri lucrnd la tensiune redus medical (24Vef sau 50Vcc) sau pri accesibile protejate cu impedan de protecie.

n cazul aparatelor de clasa a II-a de protecie, msura suplimentar de protecie const dintr-o izolaie suplimentar (fa de izolaia de baz) sau din ntrirea izolaiei de baz, eliminndu-se astfel necesitatea legrii la pmntul de protecie i dependena de condiiile de instalare.

n cazul aparatelor de clasa a III-a de protecie, msura suplimentar de protecie const din alimentarea la tensiune redus medical i din imposibilitatea apariiei unor tensiuni mai nalte dect

tensiunea redus medical. Aceste aparate nu se recomand s fie prevzute cu mijloace pentru conectarea la un conductor de pmnt de protecie.

ntr-un aparat medical se pot realiza pri ale aparatului n diferite clase de protecie, corespunztor prescripiilor i construciei respective.

Figura 3 Clase de protecie a aparaturii medicale

3. Clasificarea aparatelor medicale dup contactul cu pacientul

aparate de tip A, care nu au nici un fel de legtur (electric sau neelectric) cu pacientul (sunt n

general aparate de laborator); aparate de tip B, pentru aplicaii medicale externe (la suprafaa organismului) sau interne pe

pacient, excluznd aplicarea direct pe cord; aceste aparate au o protecie corespunztoare mpotriva electrocutrii, n ceea ce privete curentul de scurgere admis i sigurana legrii la pmnt de protecie (dac exist);

aparate de tip BF sunt aparate de tip B avnd o parte aplicat flotant (izolat, de tip F). Prin parte aplicat flotant (izolat) de tip F se nelege acea parte aplicat (totalitate a prilor aparatului, inclusiv cablul de pacient, destinate stabilirii unui contact intenionat cu pacientul), izolat de toate celelalte pri ale aparatului, astfel nct curentul de scurgere prin pacient admis n condiii de prim defect s nu fie depit atunci cnd se aplic ntre partea aplicat i pmnt o tensiune de 1.1 ori mai mare dect cea mai mare valoare admis a tensiunii de reea nominale. Prin condiii de prim defect se neleg condiiile n care un singur mijloc de protecie mpotriva pericolelor este defect sau cnd apare o singur condiie anormal ce implic pericol;

aparate de tip C, care sunt destinate aplicaiilor pe cord, conform recomandrilor Comitetului Electrotehnic Internaional (CEI); ele se construiesc numai ca aparate de tip CF, adic aparate avnd o protecie sporit mpotriva electrocutrii, n ceea ce privete curentul de scurgere admisibil i avnd o parte aplicat flotant (izolat) de tip F, permind aplicarea direct pe cord.

4. Sisteme izolate electric

Monitorul de izolaie verific n mod continuu impedana fiecrei linii de alimentare ctre pmnt.

Cazurile de oc electric sunt: prin atingerea unui fir de alimentare, a unei carcase metalice (fa de pmnt) sau a dou asiuri metalice. n cazul atingerii carcasei (Figura 4), chiar dac izolarea aparatului B cade, prin pacient trec doar 2A i restul de 998A prin monitorul de izolaie. Totui, dac mpmntarea este ntrerupt, acest caz nu poate fi semnalat nici de alarma monitorului, nici de arderea

siguranei. Existena unui conductor separat de mpmntare n paralel cu firul 3 al cablului de alimentare, la care s fie conectate toate asiurile aparatelor, previne o astfel de situaie.

Figura 4 Transformator de izolaie cu detector de defect

ntreruptorul pentru mpmntare defect (Figura 5) este un comutator automat care deconecteaz

alimentarea la creterea nepermis a curentului de scurgere. La egalitatea ntre curenii pe firul cald i cel neutru nu exist curent de scurgere semnificativ (mai mare de 6mA) i n bobina toroidal nu apare flux magnetic, releul rmnnd nchis. Acest dispozitiv trebuie folosit cu discernmnt, pentru a nu ntrerupe funcionarea unor aparate vitale pacientului.

Figura 5 ntreruptor pentru mpmntare defect

5. Aplicaii 1. Comentai dependena valorii maxime a curentului electric nepericulos pentru un pacient funcie

de frecven. 2. Un aparat medical conectat la pmnt este alimentat la ~220V, 50 Hz. Determinai valoarea

curentului de scurgere prin carcas datorat unei componente capacitive de 2500 pF. n ce condiii poate fi folosit aparatul?

3. Descriei principiul de funcionare al unui ntreruptor pentru mpmntare defect. 4. Prin firul de mpmntare al unui monitor de izolaie circul un curent de 10 mA. Considernd

dou aparate conectate ca n Figura 6, unul avnd izolaia czut, s se determine curentul de scurgere prin pacient (rezisten 300) i s se verifice dac curentul de scurgere este periculos pentru acesta.