1

II. SECURITATEA ELECTRICA BIOMEDICALA II.1. Elemente generale de electrosecuritate

II.1.1. Introducere

II.1.1.1. Definitii

Socul electric efectul fiziologic rezultat ca urmare a trecerii

curentului electric prin corpul uman.

Contactul direct(atingere directa) contactul persoanei cu parti active

(sub tensiune) ale echipamentelor alimentate electric.

Contactul indirect(atingere indirecta) contactul persoanei cu o portiune conductoare(carcasa) aflata accidental sub tensiune datorita unui

defect de izolatie.

Defect de izolatie micsorare inadmisibila a nivelului de izolatie intre

parti active(sub tensiune) ale unui echipament si portiuni conductoare acce-

sibile ale acestuia,care conduce la aparitia pe aceste portiuni a unor tensiunipericuloase.

Curent de defect curent care rezulta datorita unui defect de izolatie.

Curent de scurgere prin persoana ( I ) fractiune din curentul de

defect care parcurge corpul persoanei in cazul unui contact indirect.

Rezistenta de amplasare( I ) rezistenta dintre corpul omenesc si

pamint.Depinde de tipul incaltarilor,de tipul acoperirii podelei( bun condu-

cator sau prost conducator); in cazul cel mai pesimist, R = 0.

Tensiunea de amplasare rezulta din relatia: U = R I .

Tensiunea de atingere rezulta din relatia: U = R I . Rezistenta corpului uman ( R ) valoarea acesteia depinde de mai multi factori, confom textului prezentat ulterior.

Conductorul PEN conductorul care este in acelasi timp si nul de

lucru si nul de protectie PE.

Conductorul PE asigura legarea la pamint (prin bara PE) a portiunilor

conductoare ale unui echipament, pentru a preveni consecintele unui defectde izolatie

Impedanta buclei de defect impedanta totala a circuitului prin care circula curentul de defect pentru cazul in care rezistenta defectului de

izolatie este considerata nula.

Priza de pamint structura metalica,cu o constructie speciala,

ingropata in pamint la aproximativ 1m sub nivelul solului,in imediata

apropiere a cladirii pe care o deserveste,si avind rolul de a oferi o cale de

scurgere a curentilor de defect spre potentialul de referinta al pamintului.

Distana de izolare prin aer cel mai scurt traseu n aer ntre dou pri conductoare.

Distana de izolare pe suprafa cel mai scurt traseu de-a lungul suprafeei izolante ntre dou pri conductoare.

Izolaie de baz izolaia unei pri sub tensiune, destinat s asigure protecia de baz mpotriva ocurilor electrice.

Instalaie suplimentar instalaia independent prevzut n plus fa de izolaia de baz n vederea asigurrii proteciei mpotriva ocurilor electrice n cazul defectrii izolaiei de baz.

Izolaie dubl izolaia care cuprinde att izolaia de baz ct i izolaia suplimentar.

Izolaie ntrit sistem de izolaie unic a prilor sub tensiune care asigur un grad de protecie echivalent unei izolaii duble.

Definiiile prezentate n continuare sunt n conformitate cu SREN60601-1; aparatele electromedicale sunt desemnate prin termenul generic aparatul.Accesoriu component opional pentru a fi utilizat cu aparatul astfel nct s permit s uureze sau s mbunteasc utilizarea prevzut a acestuia sau s integreze funcii suplimentare.

Parte aplicat parte din aparat care n utilizare normal vine n mod necesar n contact fizic cu pacientul, pentru ca aparatul s-i poat ndeplini funcia sau poate fi pus n contact cu pacientul sau necesit s fie atins de ctre pacient.Carcas suprafaa exterioar a aparatului care cuprinde prile metalice accesibile, butoane, manete, axe accesibile; n cazul ncercrilor carcasa este nlocuit cu o foi metalic de dimensiuni specificate pus n contact cu prile din suprafaa exterioar, confecionate din material cu conductivitate redus sau material izolant.

Parte aplicat de tip F parte aplicat izolat de alte pri ale aparatului, astfel nct curentul de scurgere prin pacient admis n condiii de prim defect nu este depit, dac o tensiune nedorit ce provine dintr- surs extern este conectat la pacient i aplicat efectiv ntre partea aplicat i pmnt. Prile aplicate de tip F sunt fie pri aplicate de tip BF, fie pri aplicate de tip CF.

Parte aplicat de tip B parte aplicat, care asigur protecia mpotriva ocurilor electrice, mai ales n ceea ce privete curentul de scurgere admis.

Parte aplicat de tip BF parte aplicat de tip F care asigur protecia mpotriva ocurilor electrice cu un grad mai ridicat dect cel asigurat de prile aplicate de tip B. Nu este recomandat pentru o aplicaie cardiac direct.

Parte aplicat de tip CF parte aplicat de tip F care asigur protecia mpotriva ocurilor electrice cu un grad mai ridicat dect cel asigurat de prile aplicate de tip BF.

Surs electric intern surs ncorporat ntr-un aparat i destinat s furnizeze energie electric pentru funcionarea sa.

Conexiune de pacient oricare parte individual a prii aplicate prin care se poate scurge un curent ntre pacient i aparatul n condiii normale sau de prim defect.

Circuit de pacient orice circuit electric care conine una sau mai multe conexiuni de pacient.

Intrare (de semnal) parte a unui aparat, care fr a fi parte aplicat, este destinat s recepioneze semnalul de intrare n tensiune sau curent de la echipament, de exemplu pentru afiare, nregistrare sau prelucrare de date.

Ieire (de semnal) parte a unui aparat, care fr a fi parte aplicat este destinat s furnizeze semnale.

II. 1.1.2. Efecte fiziologice ale curentului electric. Surse de hazard electric

a) Efecte fiziologice ale curentului electric

Electroliza

Micarea ionilor de polariti opuse, n direcii opuse, poate avea loc la trecerea curentului continuu prin esuturile i fluidele corporale. Dac curentul se menine pentru o perioad de ordinul minutelor, se produc ulceraii; n mod normal acestea nu pot provoca decesul, dar sunt foarte dureroase i pretind perioade mari pentru vindecare.

Arsurile

Cnd curentul electric parcurge o substan cu o rezisten electric, se produce cldur. Nivelul acesteia depinde de puterea disipat (RI2), dar producerea arsurilor depinde de densitatea de curent prin esutul implicat. Pielea normal prezint o rezistivitate electric destul de mare, n schimb pentru esuturile subcutanate umede aceast rezisten este mult mai mic. n general, arsurile se manifest tcmai pe aceste esuturi; nu sunt fatale, dar sunt foarte dureroase.Contraciile musculare

Pentru anumite nivele de curent, muchii i nervii sunt puternic stimulai producndu-se contracii musculare involuntare prelungite (tetanie). Aceste contracii sunt responabile de fenomenul prin care o persoan care atinge un obiect aflat sub tensiune nu se mai poate desprinde de acesta.

Blocarea respiraiei i oprirea inimiiMuchii intercostali trebuie s se contracte i s se relaxeze n mod repetat pentru a asigura respiraia. Tetania prelungit a acestor muchi poate bloca respiraia. n mod similar, tetania musculaturii cardiace poate mpiedica procesul de pompare a sngelui i oprirea inimii.Fibrilaia ventricular

Cnd contraciile produse de curentul electric accidental se suprapun contraciilor naturale ale inimii, se produce fibrilaia ventricular.

Comportarea ventriculelor devine neregulat i survine ncetarea aciunii de pompare. Se produce decesul dac nu se ntreprinde o aciune corectiv n cel mai scurt timp.Corecia const n aplicarea, prin intermediul unui defibrilator, a unui impuls foarte scurt de curent, de mare amplitudine, care s depolarizeze simultan toate celulele inimii. Fibrilaia ventricular poate fi amorsat de cureni relativ redusi; poate fi un curent circulnd prin piept, de la mn la mn, sau aplicat direct prin inim.

Perioada cea mai vulnerabil corespunde frontului anterior al undei T-EEG, cnd un singur impuls de valoare redus i o durat de 100 ms poate declana fibrilaia. Pragul letal se raporteaz la aceast durat i nu la restul ciclului, pentru care valorile periculoase ale curentului sunt cu dou ordine de mrime mai mari. Cele mai multe decese datorate ocului electric sunt atribuite fibrilaiei ventriculare.

b) Surse de hazard electric

Parametrul cel mai important care se ia n considerare pentru evaluarea riscurilor electrice l reprezint energia electric absorbit de corp.

W = Rh x Ih2 x t unde

Ih = curentul prin corp

Rh = rezistena corpului

t = timpul pentru care curentul circul prin corp

Cea mai mare rezisten la trecerea curentului electric o opune epiderma, cu o grosime de 0,05 ( 0,2 mm. Corpul omenesc trebuie considerat ca o mas conductoare acoperit de un dielectric imperfect, pielea.

Se consider ca nepericulos curentul alternativ de frecven industrial (50 Hz) pn la 10 mA i curentul continuu cu intensitate pn la 50 mA, definit ca acel curent de sub aciunea cruia omul se poate elibera prin fore proprii.n fig. II.1. dependena Ih (t) este reprezentat sub forma domeniilor electrice ale curentului de oc electric.

Fig. II.1. Domeniile efective ale curentului de oc electric la 50 Hz

n cazul domeniului 1 curentul nu este perceput; n cadrul domeniului 2 curentul este perceput i n mod normal nu are efecte fiziologice notabile; n cadrul domeniului 3 apar crampe musculare dar probabilitatea de fibrilaie este insignifiant; domeniului 4 i corespunde o probabilitate de fibrilaie foarte ridicat.

Valoarea curentului care trece prin om (Ih) depinde de rezistena corpului uman (Rh) i de tensiunea aplicat (Uh) conform legii lui Ohm Ih = Uh/Rh.

La rndul ei, rezistena corpului uman depinde de starea pielii, umed sau uscat, groas sau subire, i de tensiune aplicat (conform tabelului II.1)

Tabelul II.1

Tensiune Vc.a.52550100220380

Caracteristici piele

Piele uscat, groas90 K(80 K(25 K(18 K(4 K(3,8 K(

Piele subire, umed800 (600 (500 (400 (380 (380 (

Fig. II.2. Condiii pentru ocul electric

Pentru ca o persoan s suporte un oc electric, trebuie satisfcute simultan urmtoarele trei condiii:

a) o parte a corpului este n contact cu o suprafa conductoare (punctul 1)

b) o parte diferit a aceluiai corp este n contact cu o a doua suprafa conductoare (punctul 2)

c) o surs de tensiune (diferen de potenial) produce un curent prin corp ntre cele dou puncte de contact (punctul 3).

Principalele surse de hazard electric sunt contactul direct i contactul indirect.

II.1.1.3. Regimuri ale neutrului n alimentarea cu energie electricn cvasitotalitatea lor, transformatoarele de distibuie pentru sectorul teriar (locuine, spitale, instituii etc.) sunt transformatoare cu primarul n triunghi, alimentat n medie tensiune i cu secundarul n stea (conexiune DY 05), neutrul stelei fiind legat la pmnt printr-o priz de pmnt de exploatare (fig. II. 3). Puterile cele mai uzuale sunt: 100, 160, 250, 400, 1000 i 1600 KVA.

Fig. II.3. Transformator de distribuie medie tensiune - joas tensiune

innd seama de starea neutrului surselor de alimentare i a echipamentelor fa de pmnt se cunosc urmtoarele configuraii de reele, conform IEC 364-4-41:

TT, fig. II.4

TN (TN-C, TN-S, TN-C-S), fig. II.6

IT, fig. II.5

Prima liter indic condiiile de legare la pmnt a neutrului sursei de tensiune i anume:

T = legarea direct la pmnt;I = izolarea tuturor prilor active sau legarea punctului neutru cu pmntul printr-o impedan.A doua liter indic condiiile de legare la pmnt a carcaselor echipamentelor i anume:

N = legarea direct la nul;T = legarea direct la pmnt.

Litera S arat c funciile conductoarelor de nul de lucru i de protecie sunt ndeplinite de conductori separai.

Litera C arat c funciile conductoarelor de nul de lucru i de protecie sunt combinate ntr-un singur conductor (PEN).

Fig. II.4. Reea de tip TT

Fig. II.5. Reea de tip IT

Fig. II.6. Reele de tip TN

Se pot face urmtoarele comentarii:

Prin configuraia IT nu se face distribuie n joas tensiune, ci se alimenteaz numai anumii consumatori dedicai.

Reelele TN, TT i IT cu neutrul izolat i de lungime mare nu servesc ca factor de securitate n cazul atingerii directe a unei faze.

Reeaua IT cu neutrul izolat i de lungime mic servete ca factor de securitate la atingerea direct a unei faze.

II.1.2. Msuri de protecie mpotriva atingerilor directePentru a se evita atingerea elementelor care se gsesc n mod normal sub tensiune, se iau urmtoarele msuri de protecie:1. Izolarea de protecie. Se realizeaz prin izolarea electric (izolarea de lucru) a tuturor elementelor conductoare de curent care fac parte din circuitele curenilor de lucru. 2. Folosirea de blocri electrice sau mecanice care s nu permit accesul persoanelor neautorizate, n interiorul echipamenului, la pri aflate sub tensiune.

3. Utilizarea unor carcase de protecie care s nu permit atingerea din exterior a unor pri sub tensiune aflate n interior.

n funcie de domeniul de aplicare, echipamentele trebuie s respecte anumii indici de protecie IPXX, conform tabelelor II.2 i II.3.Tabelul II.2

IndiceProtecie contra corpurilor solide

IP0XFr protecie

IP1XProtejat la ptrunderea corpurilor strine solide mai mari de 50 mm (ex. contacte involuntare ale minii)

IP2XProtejat contra corpurilor solide mai mari de 12 mm (ex. deget al minii)

IP3XProtejat contra corpurilor solide mai mari de 2,5 mm (ex. scule)

IP4XProtejat contra corpurilor solide mai mari de 1 m (ex. scule fine)

IP5XProtejat contra prafului

IP6XProtejat total contra prafului

Tabelul II.3

IndiceProtecie contra lichidelor

IP XOFr protecie

IP X1Protejat contra picturilor de ap czute vertical

IP X2Protejat contra picturilor de ap czute sub un unghi de maxim 15o fa de vertical

IP X3Protejat contra apei care cade ca ploaia

IP X4Protejat contra stropirii cu ap

IP X5Protejat contra jeturilor de ap

IP X6Protejat total contra condiiilor de pe nave

IP X7Protejat contra imersrii temporare sub ap

IP X8Protejat contra imersrii ndelungate sub ap

Astfel, un aparat cu gradul normal de protecie IP41, este protejat contra corpurilor solide mai mari de 1 mm i contra picturilor de ap czute vertical.

Gradul normal de protecie trebuie s se menin chiar dac aparatul suport ocuri mecanice, inevitabile pe parcursul utilizrii, n conformitate cu tabelul II.4.

Tabelul II.4

IndiceProtecie mecanic (rezisten la un oc de energie dat)

IK0Fr protecie

IK10,225 Joule (cdere de la 15 cm a unei mase de 150 g)

IK30,500 Joule (cdere de la 20 cm a unei mase de 250 g)

IK52,00 Joule (cdere de la 40 cm a unei mase de 500 g)

IK76,00 Joule (cdere de la 40 cm a unei mase de 1,5 kg)

IK920,00 Joule (cdere de la 40 cm a unei mase de 5 kg)

4o Alimentarea cu tensiune redus a echipamentelor.

5o Utilizarea izolaiei suplimentare de protecie.

6o Utilizarea dispozitivelor de protecie diferenial de nalt sensibilitate.

Msurile 4o, 5o, 6o vor fi tratate ulterior.II.1.3. Msuri de protecie mpotriva atingerilor indirecteII.1.3.1. Protecia prin legarea la pmnt

Se consider o reea electric trifazat alimentat printr-un transformator de distribuie al crui punct neutru este legat de pmnt printr-o priz de pmnt de expoatare cu rezistena R0. De la aceast reea se alimenteaz un consumator monofazat, a crui carcas metalic se leag la pmnt printr-o priz de pmnt de protecie, de rezisten Rp (configuraia de reea TT). Dac apare un defect de izolaie

Riz.defect (( Riz.nominal, survine situaia din fig. II.7.

Fig.II.7. Protecia persoanei prin legare la pmnt

Semnificaia simbolurilor folosite este urmtoarea:Idef curentul de defect

Ih curentul care trece prin om n cazul atingerii indirecte

Ramp rezistena la amplasare, adic rezistena dintre om i pmnt

Uamp tensiunea pe rezistena de amplasare datorat curentului care trece i prin om

Rh rezistena corpului uman

Uh = Rh ( Ih tensiunea de atingere

Udef suma dintre tensiunea de amplasare i tensiunea de atingere

Riz.defect rezistena defectului de izolaie

Rfaz rezistena conductorului de faz (se neglijeaz componenta inductiv).

Dac Riz.defect = 0, atunci Rbucl defect = Rfaz ( Ro ( Rp.

Dac Ramp = 0, atunci Uh = Udef.

Dac rezistena fazei se menine constant, i dac Udef = Rp ( Idef iar Uo = Ro ( Idef, atunci tensiunea de defect nu va depinde de valorile Ro i Rp, ci de raportul lor. Acest fapt constituie un neajuns nsemnat al proteciei prin legare la pmnt.

Considernd c, companiile de electricitate impun ca Ro ( 2 (, se consider situaiile din tabelul II.5.

Tabelul II.5

Ufaz (V)Rfaz (()Ro (()Rp (()Idef (A)Udef = Uh (V)

220120,562,831,4

2201224488

22012624144

220121016,9169

Tensiunea de defect, respectiv de atingere, este aceptabil numai n cazul n care Rp este suficient de redus n raport cu Ro, situaie complet nefazabil din punct de vedere tehnico-economic.

Rolul de protecie al persoanei ar fi asigurat dac sigurana de faz s-ar arde suficient de repede n caz de defect.

Din pcate, avnd n vedere tabelul II.5, din valorile obinute pentru Idef, n cazul unui consumator cu Inom = 16 A sau Inom = 25 A, siguranele calibrate ar asigura n cel mai bun caz, ntr-un timp acceptabil, protecia contra aprinderii izolaiei conductoarelor datorit unor suprasarcini accidentale.

II. 1.3.2. Protecia prin legarea la nul

Ideea de a se dirija curentul de defect la nulul sursei de alimentare a aprut ca urmare a necesitii de a elimina neajunsurile proteciei prin legare la pmnt.

Protecia prin legarea la nul se realizeaz prin legarea carcaselor echipamentelor electrice la conductorul la nul al reelei. Se propune iniial cazul TN-C cnd, nulul de lucru este acelai ca nulul de protecie, adic PEN.

Fig. II.8. Protecia persoanei n cazul configuraiei TN-C

Se consider cazul cel mai nefavorabil:

Riz.def = 0; Ramp = 0; R0 (( Rh; Rbucl defect = Rfaz ( RPENAtunci:

(II.1)

Presupunnd c, conductorul de nul i conductorul de faz au aceeai lungime (l), c sunt din acelai material adic au aceeai rezistivitate (), i cunoscnd c

R = (S = seciunea) rezult:

(II.2)

Pentru aceeai seciune a conductorului de nul i a conductorului de faz, tensiunea de atingere va fi

Ca s se obin o tensiune de atingere convenabil, de exempu Uh ( 40 V; ar trebui ca SPEN ( 4,5 Sfaza; aceast seciune este nefezabil din punct de vedere tehnico-economic.

Din figura II.8, rezult c, dintr-un motiv oarecare conductorul comun de nul, PEN, se ntrerupe n punctul A, carcasele tuturor receptoarelor conectate n aval de punctul A, ajung sub tensiunea de faz.

i din acest motiv, legarea carcaselor la nul trebuie executat de nul de protecie (PE), care s fie diferit de nulul de lucru, dup cum prevede configuraia TN-S (fig. II.9).

n acest caz, ntreruperea conductorului sau arderea siguranei pe nulul de lucru, nu se afecteaz legtura de protecie a echipamentelor la neutrul sursei de alimentare. Pentru a se evita greelile de montare, cele dou conductoare de nul se mbrac n izolaii de culori diferite, cel de lucru, alb sau cenuiu, cel de protecie (PE), galben sau verde.

n situaia configuraiei TN-S, relaiile anterioare rmn valabile, doar c RPEN, SPEN se nlocuiesc cu RPE i SPE, iar Rbucl defect = Rfaz ( RPE.

ntruct se folosesc dou conductoare de nul, schema TN-S este neeconomic.

Nu se poate discuta despre configuraiile TN, fie TN-S, fie TN-C, fr a se aminti urmtoarea situaie interesant. Dac Riz.def = 0, tensiunea descrete liniar de la locul scurtcircuitului (punctul de amplasare al echipamentului defect) pn la nulul transformatorului, devenind zero n acest punct. Dincolo de locul scurtcircuitului se manifest o tensiune de atingere Uh = 110 V cu valoare plin, pentru toate aparatele legate la nul, fie acesta PEN sau PE. Aparatele legate la nul n amonte de locul scurtcircuitului vor avea fa de pmnt o tensiune de atingere mai mare sau mic, dar pn n 110 V, funcie de distana lor fa de locul defectului.Pentru a reduce tensiunea care se manifest pe conductorul de nul i care se prezint ca tensiune de atingere pn la deconectare, acest conductor trebuie legat la pmnt nu numai la nceputul liniei, adic la punctul de nul al transformatorului prin priza de lucru Ro, dar i la captul cellalt, printr-o priz de pmnt cu rezistena R'o.

Dac Ro = R'o, la mijlocul liniei potenialul nulului va fi zero, iar la capete .Dac Ro ( R'o, tensiunile pe conductorul de nul la capetele liniei vor respecta relaiile:

(II.3)

n aceste condiii, fie U'h1, fie U'h2, poate atinge valori periculoase.

Nici instalarea conductorului separat de nul de protecie nu este suficient pentru evitarea sigur a accidentelor. n situaia ntreruperii conductorului de nul de protecie, toate echipamentele legate n aval de punctul ntreruperii rmn neprotejate; dac oricare dintre ele se defecteaz, ajunge sub tensiunea de faz nu numai echipamentul defect, ci, prin intermediul conductorului PE, toate carcasele legate cu acesta, amplificndu-se pericolul de accidentare.

Pentru a se evita asemenea consecine, se leag la pmnt n mai multe puncte reeaua de nul (PE (PEN(nulul de lucru). Prin aceast legare se obin mai multe ci suplimentare de trecere a curenilor de defect spre potenialul de referin al pmntului.

Toate aspectele prezentate au condus la concluzia c, varianta cea mai bun de reea de distribuie din punct de vedere al securitii electrice, este varianta TN-C-S cu legarea repetat la pmnt, prin prize de pmnt auxiliare, a punctelor de separare, conform figurii II.9.

Fig. II.9. Reea de distribuie n configuraia TN-C-S

Se pot face i alte comentarii n legtur cu eficiena configuraiei TN-C-S, avnd n vedere fig. II.10.

n figura II.10a este reprezentat schema real, n fig. II.10b schema echivalent, iar n fig. II.10c schema echivalent dup transfigurarea n stea a triunghiului existenelor RPEN, Ro i Raux.

Dup transfigurare rezult:

(II.4)

(II.5)

Fig. II.10. Protecia persoanei n cazul configuraiei TN-C-S cu legarea la pmnt a punctului de punctului de separare

Dac Riz.def = 0, atunci

(II.6)

n cazul defavorabil cnd Ramp = 0 i RII (( Rh, Uh ( Udef.

Pentru a demonstra c tensiunea de atingere rmne periculoas, se prezint urmtorul exemplu numeric:

Rfaza = RPEN = 1 (; RPE = 0,5 (; Ro = 2 (; Raux = 5 (

Atunci:

Dac prin msuri specifice s-ar micora RPE = 0,1 ( i Raux = 2 (,

atunci ; . Tensiunea de atingere rmne periculoas, n schimb curentul de defect are o cretere semnificativ.

n concluzie, nici o configuraie de alimentare de tip TN nu asigur o protecie care s evite apariia unei tensiuni de atingere periculoase, ci elimin meninerea acesteia prin deconectarea sectorului defect.

Deconectarea sectorului defect se asigur n mod uzual prin protecia maximal de curent realizat cu sigurane fuzibile sau cu ntreruptoare automate cu declanare electromagnetic. Pentru ca un asemenea dispozitiv s acioneze ntr-un timp scurt, este necesar ca intensitatea curentului de defect s ajung la o valoare egal cu un multiplu potrivit al curentului nominal.

Condiia cea mai important const deci, n obinerea unui curent de deconectare Ideconect = K ( Inom.siguranta, sau altfel spus, Inom.siguranta ( Idef / K, unde Idef = Ufaza / Rbucla def.

Pentru clarificare se prezint tabelul II.6 realizat pentru cteva sigurane rapide uzuale.

Tabelul II.6

Idef (A)Inom.siguran (A)KrealTimp deconectare (s)

10010100,065

100156,660,4

1002051,5

1002546

100352,8540

Rezult c, pentru a se asigura protecia persoanei prin deconectare ntr-un timp scurt acceptabil, trebuie mrit Idef prin micorarea Rfaz, RPEN, RPE, prin creterea seciunii cablurilor Ro i Raux.

Dac Ro este practic impus, se poate interveni asupra Raux, n sensul micorrii acesteia, prin legarea ei mpreun cu toate prizele de pmnt naturale accesibile (reea ap, reea termoficare, reea gaz, armturi metalice cldire etc.).

Indiferent de limitele configuraiei de alimentare TN-C-S, aceasta este considerat cea mai sigur, din motivele urmtoare:

1. Prin msuri specifice care s micoreze RPE i Raux, curentul de defect obtenabil poate fi mai mare sau egal cu cel obinut n cazul configuraiilor TN-C sau TN-S.

2. ntreruperea accidental a conductorului PEN, respectiv a conductorului PE, transform configuraia TN-C-S ntr-o configuraie TT, n care Raux = Rp.3. ntreruperea accidental a conductorului PEN, nainte de punctul de separare, nu produce consecine funcionale grave,intrucit prin Raux se fixeaz nulul de lucru la potenialul pmntului protejnd aparatura cu Unom = 220 V, contra eventualelor creteri de tensiune pe anumite faze ale sistemului trifazat, care ar lucra cu un nul flotant fa de pmnt datorit consumatorilor monofazai, cu puteri diferite, pe faze diferite.

II.1.3.3. Protecia prin deconectarea automat a sectorului defect (protecie diferenial)

Sistemele de protecie prin legarea la pmnt sau la nul, prezint dezavantajul c prile de instalaie defecte sunt deconectate numai cnd curentul de defect atinge valori mult mai mari dect curentul nominal, necesare pentru declanarea rapid a siguranelor sau ntreruptoarelor automate.

Din acest motiv s-a cutat o metod de protecie cu o sensibilitate mai bun. Protecia mpotriva unor cureni de defect mult mai redui se ndeplinete atunci cnd acetia depesc o anumit valoare prescris: acest sistem de protecie sensibil la cureni mici de defect se realizeaz ca protecie diferenial.a) Principiul de funcionare a proteciei difereniale

Branamentul unui consumator monofazat se realizeaz prin dou conductoare active, i unul de protecie. Conform legii lui Kirchhoff, intensitile curenilor de intrare, Ia, i de ntoarcere, Ir, prin conductoarele active sunt n fiecare moment egale n valoare absolut. Aceast egalitate nu se mai menine, cnd, ca urmare a unui defect de izolaie de defect Idef se scurge spre pmnt prin conductorul de protecie.

Apare deci o diferen ntre curenii prin conductoarele active, de unde i denumirea de diferenial pentru maniera de protecie implicat (fig. II.11).

1 transformator curent tensiune totalizator

2 nfurare secundar de declanare

3 bloc declanare electromagnetic

4 bloc zvorre

S contacte ntreruptor diferenial

T tast de ncercare

Rp rezisten de ncercare

Ia, Ir cureni de serviciu

Idef curent de defect

Fig. II.11. Principiul protectiei diferentiale pentru configuratia TN-C-S.

1 magnet permanent

2 armtur

3 resort

4 contacte

5 circuit magnetic

6 nfurare de comand

Fig. II.12. Bloc declansare electromagnetica

Dac se prefer exprimarea vectorial a curenilor sinusoidali, i se aplic legea lui Kirchhoff:

Ia ( Ir = 0, dac nu exist scurgere la pmnt, i

Ia ( Ir ( Idef = 0, dac exist scurgere.

Dac este vorba despre un consumator trifazat, IR ( IS ( IT ( INUL = 0, dac nu exist scurgere la pmnt i indiferent dac curenii pe faze sunt echilibrai sau nu.

IR ( IS ( IT ( INUL ( Idef = 0 dac exist un curent de defect care se scurge spre pmnt.

Transformatorul curent tensiune de sumare

Acest transformator are mai multe primare constituite din cte o spir. Spirele primare sunt tocmai conductoarele prin care trec curenii de serviciu. nfurarea secundar are cteva zeci de spire, din fir subire.

Dac nu exist scurgere la pmnt, fluxurile produse de curenii primari se anuleaz reciproc, iar n secundar nu se induce nici o tensiune. Dac exist scurgere, fluxul rezultant corespunde curentului de defect Idef, iar n secundar se induce o tensiune care alimenteaz blocul de declanare electromagnetic.

Miezul transformatorului este un tor constituit dintr-o band metalic cu dublu strat izolant i nfurat n spiral. Aceast tehnologie limiteaz curenii Foucault (band ct mai subire) i produce un miez fr ntrefier. Absena ntrefierului este necesar, cci eficacitatea sistemului depinde de impedana primar, adic de seciunea i calitatea miezului (aliaj Fe Ni de tip permalloy).

Blocul de declanare electromagnetic (fig. II.12)

n general const dintr-un electromagnet polarizat. Armtura mobil pe care se dispun contactele mobile ale ntreruptorului (S) este meninut n poziia atras datorit fluxului (p, produs de ctre magnetul permanent. Atunci cnd un curent alternativ, avnd drept surs nfurarea secundar a transformatorului de sumare, parcurge nfurarea electromagnetului se produce un flux suplimentar care, pe rnd, se scade sau se adun (p, alternan cu alternan. Cnd amplitudinea curentului, respectiv a fluxului alternativ devine suficient de mare, se reduce suficient fora de atracie i resortul desface armtura. Puterea necesar pentru desfacerea armturii i declanarea dispozitivului este mic, de ordinul zecilor de (VA.

Blocul de zvorre

Are rolul de a menine armtura desfcut dup declanare. Dezvorrea se face manual, dup nlturarea cauzei care a produs declanarea.

Sensibilitatea mare a electromagnetului polarizat provine din faptul c, n funcionarea normal, armtura este atras, lucrndu-se practic fr ntrefier.

Testarea

Periodic se poate verifica funcionarea dispozitivului.

Prin acionarea tastei T se introduce rezistena Rp n circuit i se simuleaz un defect.

. Dispozitivul de protecie diferenial trebuie obligatoriu s declaneze.

Sensibilitatea

Se numete sensibilitate sau curentul de declanare (I() curentul diferenial care provoac declanarea dispozitivului. Curentul diferenial nominal, (I(n), nscris pe etichetele dispozitivelor difereniale, constituie limita inferioar a curentului diferenial plecnd de la care dispozitivul trebuie s declaneze.

Valorile normalizate curente pentru I(n sunt:

10 i 30 mA, pentru sensibilitate nalt

100, 300 i 500 mA, pentru sensibilitate medie

1 i 3 A pentru sensibilitate redus.

Dispozitivele de protecie diferenial de sensibilitate nalt asigur protecia persoanei contra atingerilor directe i indirecte; celelalte, de sensibilitate medie i redus, servesc pentru protecia contra incendiului n cazul Inom ( Idefect ( Ideclanare sigurane.

b) Tipologie

1. Dispozitive de protecie diferenial uzuale pentru cureni de defect alternativi

n cazul acestora, timpul de declanare reprezint o cerin esenial, fiind necesar respectarea condiiei: tdeclanare ( 0,04s pentru Idef ( 5 ( I(n.2. Dispozitive de protecie diferenial ntrziate

Pentru cureni de defect mai mari dect 5 I(n declanarea se produce cu o mic ntrziere, ceea ce permite asigurarea selectivitii n raport cu dispozitivele uzuale plasate n aval, i care declaneaz mai repede (tabelul II.7).

Aceste dispozitive sunt simbolizate prin marca S.

Tabelul II.7

TipTimp declanare (s) la:

Dispozitiv I(n2 x I(n5 x I(n ( 500 A

Uzual 0,5 s0,2 s( 0,04 s

S0,2 s0,2 s0,045 s ( t ( 0,12 s

3. Dispozitive de protecie diferenial pentru cureni de defect alternativi i continui pulsatorii

Protecia diferenial trebuie s declaneze i atunci cnd un curent de defect continuu pulsatoriu se scurge la pmnt, atunci cnd consumatorii sunt reprezentai prin aparate echipate cu redresori, cu diode sau cu tiristori i triace pe alimentari. Dispozitivele care reacioneaz la acest gen de cureni de defect sunt simbolizate prin marca

Pentru ca funcionarea s fie asigurat, se recomand ca, mcar o dat ntr-o perioad curentul defect s ia valoarea zero.

n tabelul II.8 se prezint valorile curenilor de declanare pentru dispozitivele care reacioneaz la cureni de defect continui pulsatorii.

Tabelul II.8

Alura curentului

de defectReprezentareCurent de

deconectare

Sinusoidal

(0.5 1) In

Redresat monoalternanta

(0.35 1.4) In

Redresat monoalternanta cu unghi de comanda = 90o

sau = 1350

(0.25 1.4) In

sau (0.11 1.4) In

Redresat monoalternanta cu suprapunerea unui curent continuu neted de 6mA

max 1.4 In + 6mA

c) Consideraii funcionale

Dac se analizeaz configuraia TT conform fig. II.7, se remarc faptul c, asocierea ntre legarea la pmnt i dispozitivul diferenial permite limitarea tensiunii de atingere la o valoare admisibil dac se respect corespondena, ntre valoarea maxim a sumei rezistenei prizelor de pmnt implicate (Ro ( Rp), i sensibilitatea dispozitivelor de protecie diferenial conform tabelului II.9.

Tabelul II.9

Curent defect nominal I(n (mA)103010030050010003000

(Ro ( Rp)max (() pentru obinerea Udef ( Uh = 50 V500016675001671005017

(Ro ( Rp)max (() pentru obinerea

Udef ( Uh = 25 V25008332508350258,5

Dac pentru Ro prescripiile sunt severe i impun R ( 2 ( practica a artat c rezistena prizelor de pmnt de utilaj, Rp, se poate situa ntr-un evantai de valori, de la civa ohmi la cteva sute de ohmi.

Adesea, rezistena buclei de defect de cteva zeci de ohmi, implic un curent de defect de ordinul amperilor. n totalitatea cazurilor acest curent este insuficient pentru a aciona proteciile maximale de curent. Dispozitivele de protecie diferenial, mai mult sensibile, fac distincia ntre curenii de lucru i cei de defect, intervenind eficace.

n cazul configuraiei TN-C-S, dispozitivele de protecie diferenial nu ar fi neaprat necesare pentru protecia contra atingerilor indirecte, cci un defect suficient de ferm de izolaie se traduce practic printr-un cvasiscurtcircuit (conform formulei II.5 rezistena buclei de defect fiind mult mai mic), care este eliminat printr-o protecie maximal de curent, sigurane fuzibile sau ntreruptoare automate.

Totui, pentru aceast configuraie de alimentare, dispozitivele de protecie diferenial sunt foarte necesare n urmtoarele situaii:

protecia contra contactelor directe;

protecia contra riscului de ntrerupere a conductorului PE (ntre aparat i bara PE); n aceast situaie, n caz de defect ferm, contactul indirect se transform ntr-un contact direct;

protecia mpotriva riscurilor de incendiu pentru cazul cnd Riz. defect ( 0 i Inom ( Idef ( Ideclanare.

Dac, de exemplu, Rh = 1000 ( n cazul unui contact direct, Ih = 220/1000 = 220 mA. Dei, ca valoare curentul prin om este foarte periculos, Ih = 22 ( I(n pentru I(n = 10 mA sau Ih = 7 ( I(n pentru I(n = 30 mA, timpii de declanare sunt mai mici dect 0,04 sec, situaia de ansamblu nefiind periculoas.

Not: n cazul configuraiei TN-C-S, dispozitive de protecie diferenial se monteaz n aval de punctul de separare, n care PEN se desparte n nul de lucru i nul de protecie PE.

II.1.3.4. Protecia prin izolarea de protecie

Aceast protecie se bazeaz pe faptul c intensitatea curentului ce strbate corpul omului scade dac n serie cu acesta, se introduc elemente izolatoare de protecie, echivalente cu rezistene electrice de valoare ridicat. Izolarea de protecie trebuie s constituie o izolare cu scop exclusiv de protecie mpotriva electrocutrilor prin atingere indirect i care s se aplice suplimentar fa de izolarea de lucru.

Prin izolare de lucru se nelege izolarea prevzut pentru buna funcionare a echipamentelor prin evitarea scurtcircuitelor, pierderilor de curent etc.

Izolarea de protecie se poate realiza pe dou ci principale:

prin izolarea suplimentar a echipamentelor;

prin izolarea amplasamentului n care omul i desfoar activitatea.

1. Izolarea suplimentar a echipamentelor se poate executa la trei niveluri:

a. Sub forma unui nveli izolator care acoper toate elementele metalice accesibile unei atingeri i care ar putea intra accidental sub tensiune; (exemplu: executarea carcaselor din material izolator sau acoperirea acestora cu material izolant.)b. Sub forma unei izolaii intermediare ntre elementele accesibile i elementele care ar putea ajunge sub tensiune; (exemplu: piese de separare i piese intermediare izolatoare, care ntrerup continuitatea electric a arborilor, prghiilor, sau carcase, perei despritori.)c. Sub forma unei izolaii ntrite care este echivalent cu o izolaie de protecie suprapus peste cea de lucru.

2. Izolarea amplasamentului se realizeaz introducnd elemente izolatoare ntre corpul omului i pmnt. n acest scop pardoseala se acoper cu material izolant. Valoarea necesar a rezistenei de amplasare, care s izoleze suficient omul, se poate determina conform formulei:

(II.7)

S-au avut n vedere figurile II.7, I.8, II.10 i ordinele de mrime ale rezistenelor implicate.

Dac (II.7) se scrie sub forma:

atunci rezult:

(II.8)

n tabelul II.10 se prezint rezistenele de amplasare necesare n funcie de cteva tensiuni de defect, Udef, i de atingere admisibile (Uh)adm.

Rezistene de amplasare pn la 2 K( pot exista natural (nclri cu talp de cauciuc, pardoseal ceramic etc.). n situaia dispunerii voluntare a unor covoare izolante pe pardoseal, trebuie avut n vedere c rezistena de scurgere la pmnt prin materialul izolator folosit nu este constant, scznd n funcie de gradul de umezeal i de modificarea proprietilor dielectrice.

Tabelul II.10

Udef (V)22011065

(Uh)adm (V)

Rh = 3000(608 K(2,5 K(0,25 K(

2523,4 k(10,2 k(4,8 k(

Izolarea de protecie se reprezint ca o protecie superioar, deoarece este destinat s evite nu meninerea, ci chiar producerea unei tensiuni de atingere periculoas. Ea implic cheltuieli rezonabile, o bun comportare n timp i nu necesit aproape nici un fel de ntreinere.

Afirmaia c izolarea de protecie este mai sigur dect legarea la pmnt sau la nul rmne nc valabil.

II. 1.3.5. Protecia prin egalizarea potenialelor (echipotenialitatea)

Egalizarea potenialelor se refer la dou aspecte diferite care vor fi tratate separat.

a) Egalizarea potenialelor ntre nuluri i mpmntri (egalizarea principal)

Presupunem ca intr-o cldire coabiteaz dou configuraii de alimentare, de tip TT i de tip TT i de tip TN-C-S. Se consider situaia urmtoare: echipamentele alimentate de la reeaua TN-C-S sunt n stare bun, dar un motor electric alimentat n configuraia TT are un defect de izolaie ferm linie pmnt.

Fig. II.13. Egalizarea de potenial principal (TN-C-S ( TT)

n figura II.13 a) s-a reprezentat schema real, n figura II.13 b) i II.13 c) schema echivalent i de calcul pentru situaia n care nu se realizeaz egalizarea de potenial ntre nuluri i mpmntri.

Dac se prezum c Ramp = 0, iar influena RPE este neglijabil nct RPE((Rh,atunci:

(II.9)

; respectiv,

(II.10).

Conform simplificrilor amintite (II.10) devine:

(II.11)

Se consider urmtorul exemplu numeric:

.

Se introduc aceste valori n relaiile anterioare.

Rezult urmtoarea situaie aparent paradoxal: dei toate echipamentele legate de nulul de protecie prin configuraia TN-C-S sunt n stare bun, cu Riz = Riz.nominal ( (, pe toate se va manifesta tensiunea de atingere Uh = 56,25V, suficient de periculoas, i care va persista pn la deconectarea motorului defect, alimentat n configuraie TT, cu Riz.def ( 0, ntre o tensiune de linie i pmnt.

n figura II.13 d) i II.13 e) s-au reprezentat schema echivalent i schema de calcul pentru situaia n care se realizeaz egalizarea de potenial ntre nuluri i mpmntri, dup cum indic linia punctat din fig. II.13 a).

Meninndu-se ipostazele simplificatoare din exemplul anterior, rezult

(II.12)

(II.13).

Se reiau valorile numerice ale exemplului anterior. Atunci

Pe lng micorarea tensiunii de atingere, se remarc o cretere important a curentului de defect. O siguran cu un curent nominal de 16A va ntrerupe n aproximativ 10 secunde, dar n mai puin de 0,05 secunde.

Evident, cu ct timpul de deconectare este mai scurt, cu att riscul ocului electric pentru persoanele care ating o carcas legat la nulul de protecie PE este mai redus.

n concluzie, rezult urmtoarea regul: ntr-o cldire toate prizele artificiale de pmnt Raux, Rp1 ... Rpn), precum i cele naturale (reea de ap, reea de termoficare, reea gaz, armturi metalice cldire etc) vor fi conectate mpreun cu punctul de separaie al configuraiei TN-C-S.

b) Egalizarea potenialelor n cazul echipamentelor (egalizarea suplimentar)

Pentru o configuraie de alimentare TN-C-S, se consider cazul a dou aparate legate la nulul de protecie, PE, i aflate suficient de aproape unul de cellalt, nct s existe posibilitatea ca o persoan s le ating simultan pe amndou (contact indirect mn-mn pentru fiecare aparat).

Nu se poate exclude n nici un fel posibilitatea ca n omentul atingerii, ambele aparate s fie afectate de defectele de izolaie Riz.def.1 ( 0 i Riz.def.2 ( 0. n figura II.14 a) este reprezentat situaia real, iar n figura II.14 b) schema echivalent.

RPE i RPE2 sunt rezistenele ntre carcasa A, carcasa B i punctul de separare, S.

Dac atunci tensiunea . Rezistenele Rizdef1, Rizdef2, RPE1 i RPE2, formeaz de fapt o punte.

Rezult c tensiunea de atingere va avea valoarea:

(II.14)

Fig. II.14. Egalizarea suplimentar de potenial n cazul echipamentelor

Pentru ca Uh ( 0, ar trebui ca Rizdef2 ( RPE1 ( Rizdef1 ( RPE2, condiie posibil dar extrem de improbabil.

Se consider exemplul numeric urmtor:

.

Rezult: .

n situaia cea mai defavorabil, cnd cele dou aparate sunt alimentate de pe dou faze diferite, tensiunea de atingere Uh crete de 1,73 ori, adic pentru exemplu dat Uh = 36,44 ( 1,73 = 63 V.

Dac n plus Idef1 ( 1,05 Inom. siguran aparat1, i Idef2 ( 1,05 Inom. siguran aparat2, atunci tensiunea Uh persist un timp nedefinit, orict de lung.

Pentru a anula aceast tensiune, UAB = Uh, se realizeaz egalizarea de potenial prin legarea carcasei A, cu carcasa B, printr-un conductor de o seciune potrivit.

Din cele prezentate reiese urmtoarea regul: toate suprafeele conductoare, corespunztoare diferitelor echipamente care se gsesc n zona de manifestare a persoanei, vor fi legate ntre ele, dou cte dou, prin conductoare cu rezistene electrice neglijabile; aceste conductoare de legtur nu vor fi legate la pmnt sau la nulul PE.

II.1.3.6. Protecia prin alimentarea cu tensiune redus

Pe plan internaional sunt consacrate urmtoarele configuraii de alimentare cu tensiune redus:

SELV safety ultra-low voltage

PELV protective extra-low voltage

FELV functional extra-low voltage.

a) Configuraia de alimentare SELV

Fig. II.15. Reprezentarea unei configuraii de alimentare SELV

SELV asigur protecia persoanei att mpotriva contactelor directe ct i a celor indirecte. Urmtoarele condiii de aplicare sunt obligatorii:

tensiunea secundar nominal nu trebuie s depeasc tensiunea de atingere maxim permis, adic 50 V curent alternativ pentru mediul uscat i 25 V curent alternativ pentru mediul umed;

alimentarea circuitelor SELV se realizeaz cu surse de curent recomandate, adic:

transformatoare izolatoare de securitate, conform IEC 60742-1992

sisteme motor generator cu nfurri separate i izolate corespunztor fa de pmnt

surse de curent electrochimice (acumulatoare, baterii etc.) cu tensiuni maxime de 120 V curent continuu pentru mediu uscat i 60 V curent continuu pentru mediu umed.

se interzice conectarea prilor active sau a suprafeelor conductoare accesibile la pmnt sau la nulul de protecie precum i la suprafeele conductoare accesibile aparinnd altor circuite (nu se aplic echipopotenialitatea)

secionarea i protecia la scurtcircuit se ndeplinesc pe toate conductoarele active.

Simbolizare:

b) Configuraia de alimentare PELV

PELV asigur protecia persoanei att mpotriva contactelor directe ct i a celor indirecte.

Se pretind urmtoarele condiii obligatorii de aplicare:

tensiunea de ieire nominala este jumtate din cea pretins n cazul SELV, adic 25 V curent alternativ sau 60 V curent continuu pentru mediul uscat i 12,5 V curent alternativ sau 30 V curent continuu pentru mediu umed; secionarea i protecia la scurtcircuit se ndeplinesc pe toate conductoarele active.

Fig. II.16. Reprezentarea unei configuraii de alimentare PELV

configuraia PELV nlocuiete SELV din necesiti funcionale, n special n situaia alimentrii unor circuite electronice, cnd legarea la pmnt este indispensabil pentru buna funcionare a acestora (ecrane contra interferenelor de nalt frecven, msuri de compatibilizare electromagnetic etc.)

Simbolizare:

Not: Consumatorii alimentai prin configuraii SELV i PELV se ncadreaz n clasa III de protecie,

c) Configuraia de alimentare FELV

Fig. II.17. Reprezentarea unei configuraii de alimentare FELV

Dei FELV nu asigur protecia persoanei, aceast configuraie se dovedete necesar cnd, din considerente funcionale se cer tensiuni de ieire de maxim 50 V curent alternativ sau 120 V curent continuu, dar fr s se ndeplineasc condiiile severe ale SELV sau PELV, adic atunci cnd:

anumite circuite electrice sau pri conductoare accesibile sunt legate la pmnt sau la nulul de protecie;

nivelul de izolaie obinut este redus, ntruct nu se utilizeaz pentru alimentare surse de curent fr separare galvanic de securitate;

protecia persoanei se poate obine utiliznd n secundar dispozitive de protecie difereniale.

Simbolizare:

II.1.3.7. Protecia prin alimentarea n configuraie IT (separarea de protecie)

Datorit separrii galvanice complete obinut prin folosirea unui transformator separator 220 V curent alternativ / 220 V curent alternativ cu izolaie dubl, rezult un sistem IT monofazat artificial.

Fig. II.18. Alimentare prin separare de protecie

La apariia unui prim defect la pmnt, nu se manifest o tensiune de atingere periculoas. n situaia unui prim defect, curentul corespunztor este funcie de calitatea rezistenelor de izolaie precum i de capacitile distribuite ale circuitului de separare.

ntruct capacitile distribuite sunt proporionale cu lungimea conductoarelor circuitului secundar dac se respect recomandarea U ( l ( 100000 V ( m (pentru U = 230 V, l ( 450 m) curentul de prim defect este nepericulos.

Simbolizare:

a) Consideraii teoretice

Fig. II.19. Reea monofazat izolat fata de pmnt n ipoteza capacitilor repartizate nule

Se consider o reea cu dou conductoare izolat fa de pmnt i se reprezint schema echivalent n cazul atingerii de ctre om a unui conductor al reelei (fig. II.19).

Din figur rezult c ntre pmnt i conductoare sunt intercalate rezistenele Rh, R1 i R2. Omul atinge dou puncte ale circuitului aflate la poteniale diferite; un punct conductorul 1 al reelei i al doilea punct pmntul. Prin om trece un curent Ih a crui mrime este determinat de mrimea tensiunii la locul contactului i de mrimea rezistenei de trecere de la conductori la pmnt. Fenomenul se explic prin aceea c ntre conductoarele reelei i pmnt exist o oarecare conductibilitate datorit rezistenelor fa de pmnt ale conductoarelor 1 i 2. Rezistenele de scurgere R1 i R2, practic, nu pot avea valori infinite.

n ipoteza c R1 i R2 sunt rezistenele izolaiei conductoarelor 1 i 2 fa de pmnt i c n rezistena Rh a omului s-a inclus i rezistena de amplasare, trebuie determinate Uh tensiunea de atingere i Ih curentul prin om, aflate n relaia Ih = Uh / Rh.

Conform figurii II.19 b) se pot scrie relaiile:

i , n care:

U tensiunea reelei; Rech rezistena echivalent a ansamblului. Dac atunci . Cunoscnd tensiunea reelei i intensitatea curentului total se pot determina Uh i Ih.

dar , deci

(II.15)

respectiv

(II.16).

Dac R1 = R2 = Riz

(II.17)

Pot exista urmtoarele situaii:

1. Omul atinge un conductor cnd reeaua nu are puneri la pmnt.

Exemplu: R1 = R2 = Riz = 40 K(Rh = 1000 (. Conform II.15 .

Curentul prin om nu este periculos.

2. Omul atinge un conductor cnd reeaua are o punere la pmnt.

Exemplu: R1 = 2 (; R2 = 40 K(; Rh = 1000 (. Conform II.16 .

Curentul prin om nu este periculos.

3. Omul atinge un conductor cnd reeaua are dou puneri la pmnt.

Exemplu: R1 = R2 = Riz = 2 (; Rh = 1000 (

.

Curentul prin om este periculos.

n realitate, situaia 3. este mai complex. Atunci cnd un curent de defect se stabilete n cele dou conductoare active puse ferm la pmnt acesta se va nchide prin nulul de protecie PE. Acest curent nu este limitat dect impedana buclei de defect egal cu suma impedanelor conductoarelor active implicate i a conductorului PE. Exist mai multe metode pentru calcularea acestui curent. Metoda convenional cea mai aplicat este fondat pe ipoteza simplificatoare c pe durata defectului, tensiunea la locul acestuia este 80% din tensiunea nominal a liniei.

Altfel spus, se presupune c impedana n amonte de defect reprezint 20% din impedana total a buclei de defect, iar restul de 80% rmne n aval. Se fac urmtoarele notaii:

- rezistena unui conductor activ a circuitului pe care are loc defectul.

- rezistena unui conductor nul de protecie, PE

Sa seciunea conductorului activ

SPE seciunea conductorului de protecie

L lungimea tuturor conductoarelor

- raportul seciunilor conductoarelor (n mod obinuit m ( 1)

( - rezistivitatea materialului presupus acelai pentru toate conductoarele.

Dac se neglijeaz reactana conductoarelor, curentul de defect va fi:

sau (II.18)

iar tensiunea de atingere corespunztoare.

adic (II.19).

Pentru m = 1

.

Pentru m = 2

.

Pentru m = 3

.

Pentru ca punerile de pmnt s poat fi depistate din vreme i nlturate n timpul cel mai scurt posibil, starea izolaiei reelei fa de pmnt trebuie supravegheat n permanen printr-un dispozitiv de control corespunztor. Dac rezistena de izolaia scade sub o anumit valoare dispozitivul de monitorizare trebuie s declaneze o semnalizare optic i / sau acustic. Primul defect la pmnt semnalizat trebuie identificat i nlturat ct mai rapid, pentru a se evita ca prin apariia unui al doilea, s aib loc o punere dubl la pmnt, care s scoat din funcie instalaia electric sau s pun n pericol securitatea omului.

Pn acum s-au neglijat capacitile repartizate ale reelei izolate fa de pmnt. Presupunerea este valabil numai pentru reelele aeriene pn la 1000 V.

n reelele cu cabluri, pn la 1000 V (cele mai uzuale) capacitile fa de pmnt sunt semnificative chiar pentru lungimi mici de reea i trebuie luate n considerare.

Influena curentului capacitiv se apreciaz mai uor considernd R1 = R2 = Riz = ( (fig. II.20).

Fig. II.20. Reea monofazat izolat fa de pmnt n ipoteza rezistenelor de izolaie infinite

Rezolvnd circuitul din figura II.20 b) de o manier similar situaiei anterioare rezult:

(II.20).

Prin situaia normal cnd X1 = X2 = Xp

(II.21)

Curentul care trece prin om se nchide att prin rezistena izolaiei reelei fa de pmnt, componenta activ, ct i prin capacitile fa de pmnt ale conductoarelor, capacitatea capacitiv. Dac R1 = R2 = Riz ( ( i X1 = X2 = Xp ( ( curentul prin om se determin astfel:

, n care curentul Iha se determin conform (II.17), iar Ihc conform (II.21).

b) Concluzii

Separarea de protecie are urmtoarele proprieti:

1. Dac n cazul unei reele sntoase, cnd Riz = Riz.nominal se atinge direct un conductor tensiunea de atingere nu este periculoas.

2. Dac n cazul unei reele sntoase se ating direct simultan dou conductoare, tensiunea de atingere este egal cu tensiunea secundar de lucru, deci foarte periculoas.

3. Dac n cazul unei reele cu un conductor pus ferm la pmnt, se atinge direct acest conductor, tensiunea de atingere nu este periculoas. Dac se atinge direct cellalt conductor tensiunea de atingere este egal cu tensiunea secundar de lucru, deci foarte periculoas.

4. Dac n cazul unei reele cu ambele conductoare puse ferm la pmnt, se atinge direct oricare dintre ele, pn la funcionarea proteciei maximale de curent, tensiunea de atingere poate fi periculoas.

n reelele cu neutrul izolat legarea carcaselor echipamentelor la pmnt sau la neutrul de protecie PE este o metod de protecie eficace, cu condiia ndeplinirii urmtoarelor condiii:

carcasele echipamentelor alimentate de la acelai transformator de separare trebuie s fie legate ntre ele prin legturi de egalizare a potenialelor;

rezistenele conductoarelor PEN i PE s fie suficient de mici;

rezistenele prizelor de pmnt i a celorlalte legturi de protecie trebuie s fie controlate riguros, n mod periodic;

dispozitivele de protecie s fie corect reglate pentru a deconecta sectorul defect n situaia dublei puneri la pmnt;

dispozitivul de supraveghere a izolaiei s fie corect reglat i testat pentru a semnaliza sectorul defect n cazul simplei puneri la pmnt

II.2. Securitatea instalaiilor electrice medicale

II.2.1. Clasificarea ncperilor medicalea) ncperi din grupa 0

Sunt ncperi n interiorul crora nu se folosesc aparate electrice medicale iar pacientul nu vine n contact cu acestea

Nu este necesar continuitatea alimentrii cu energie electric

Exemple: sli de ateptare, bi, buctrii, toalete, sli de mas etc.

b) ncperi din grupa 1 Sunt ncperi n interiorul crora se folosesc aparate electrice medicale

Examinarea, tratamentul sau alte intervenii pot fi repetate sau ntrerupte

Se utilizeaz pri aplicate, extern sau invaziv, cu excepia aplicaiilor intracardiace

Este recomandat continuitatea alimentrii cu energie electric dar nu se folosesc surse auxiliare

Exemple: sli unde se aplic proceduri de tip EKG, EEG, EMG, sli de medicin nuclear, sli MRI, sli dializ, sli de hidro/fizioterapie etc.

c) ncperi din grupa 2

Sunt ncperi n interiorul crora se folosesc aparate electrice medicale

Examinarea, tratamentul sau alte intervenii nu pot fi repetate sau ntrerupte

Se ntreprind proceduri chirurgicale complexe, inclusiv proceduri intracardiace

Se folosesc aparate electro-medicale care ntrein viaa pacientului

Este strict obligatorie asigurarea continuitii alimentrii cu energie electric cu ajutorul surselor auxiliare

Exemple: sli de operaie, sli de terapie intensiv, sli de reanimare, sli de examinare angiografic, sli de cateterizare cardiac etc.

II.2.2. Cerine obligatorii aplicabile ncperilor medicale conform IEC 60364-7-710

II.2.2.1. Cerine de electrosecuritatea) Cerine generale

a1) Este interzis folosirea configuraiei de alimentare TN-C. Se recomand configuraia TN-C-S cu punctul de separare legat la pmnt printr-o priz de pmnt auxiliar.

a2) Protecia mpotriva contactelor directe se realizeaz numai prin izolarea prilor active (sub tensiune) i prin utilizarea carcaselor.

a3) Dac ntr-o aceeai cldire sunt necesare un sistem trifazat ct i sisteme monofazate, ele trebuie s provin de la un acelai transformator de distribuie.

b) Cerine aplicabile ncperilor din grupa 1 i grupa 2

b1) Cnd se folosesc configuraiile de alimentare SELV i/sau PELV, tensiunea de ieire nu trebuie s depeasc 25 V curent alternativ sau 60 V curent continuu

b2) n cazul configuraiilor IT, TN, TT, tensiunea de atingere nu trebuie s depeasc 25 V

b3) n cazul configuraiei TN cu tensiunea de faz ( 230 V timpul de deconectare n caz de defect trebuie s fie mai mic sau egal cu 0,2 secunde

b4) n cazul configuraiei IT, monofazate, cu neutrul distribuit i cu tensiunea nominal de 230 V, timpul de deconectare n caz de scurtcircuit, sau dublu defect la pmnt, trebuie s fie mai mic sau egal cu 0,5 secunde

b5) Pentru ncperile din grupa 1, alimentate n configuraiile TN i/sau TT este obligatorie utilizarea dispozitivelor de protecie diferenial cu I(n.max.( 30 mA

b6) Oriunde vor fi utilizate dispozitive de protecie diferenial, acestea vor funciona pentru cureni de defect att sinusoidali, ct i continui pulsatorii

b7) n scopul egalizrii diferenelor de potenial, vor fi instalate legturi echipoteniale suplimentare cu seciunea 4 mm2 Cupru, ntre urmtoarele elemente, situate n proximitatea pacientului: conductoarele de protecie PE;

pri conductoare accesibile ale aparatelor;

ecrane de protecie contra interferenelor prin cmp, dac exist;

reele metalice conductoare dispuse contra electricitii statice, dac exist;

ecranele metalice ale transformatoarelor de separare, dac exist.

Prin proximitatea pacientului se nelege orice volum n care poate avea loc un contact intenionat sau neintenionat ntre pacient i pri ale sistemului electric sau ntre pacient i o alt persoan care atinge respectivele pri.

c) Cerine aplicabile ncperilor din grupa 2

c1) Toate prile metalice accesibile ale echipamentelor vor fi interconectate prin legturi conductoare de egalizare a potenialelor (egalizarea suplimentar). Seciunile acestor legturi sunt prezentate n tabelul II.11, n funcie de seciunile conductoarelor de protecie PE.

Tabelul II.11

Seciune conductor protecie PE (mm2)Seciune conductor egalizare (mm2)

Neprotejate Protejate mecanic

142,5

1,542,5

2,542,5

442,5

644

1066

SPE ( 10SPE / 2

Pentru seciuni necesare mai mici dect 16 mm2 se va folosi numai cuprul.

c2) Pot fi alimentate prin configuraii TN sau TT numai:

echipamente care nu sunt critice pentru viaa pacientului;

echipamente cu raze X; echipamente cu o putere mai mare dect 5 KVA (instalaii de nclzire, instalaii de condiionare a aerului etc.);

circuite pentru alimentarea meselor de operaie (alimentarea mecanismelor care controleaz micarea).

Pentru aceste echipamente este permis protecia prin deconectare, utiliznd dispozitive de protecie diferenial de nalt sensibilitate (I(n( 30 mA).

c3) Cu excepiile de la cerina c2), aparatele medicale din ncperile grupei 2 vor fi alimentate prin separare de protecie (sistem medical de tip IT).

c4) Pentru fiecare grup de camere care au aceeai funcie, se prevede cel puin un sistem medical de tip IT. Fiecare sistem medical de tip IT este alctuit dintr-un transformator de separare, un bloc de control semnalizare, i un dispozitiv de monitorizare a izolaiei.

c5) Numai n cazul cnd, un singur echipament este alimentat la un singur transformator de separare dedicat, se admite lipsa dispozitivului de monitorizare a izolaiei.

c6) Pentru sistemele IT monofazate tensiunea secundar maxim este 250 V curent alternativ, iar pentru sistemele IT trifazate tensiunile de linie maxime sunt tot 250 V curent alternativ.

c7) Pentru ncperile unde se desfoar proceduri intracardiace, rezistena conductorului i a conexiunilor ntre terminalul PE al techerului de alimentare i echipamentul fix (prile conductoare accesibile), nu trebuie s depeasc 0,2 (.

c8) n fiecare zon de tratament a pacientului (de exemplu la captul patului) vor fi instalate cel puin dou circuite de alimentare priz techer; fiecare circuit va fi protejat individual la supracurent.

c9) Dac n cadrul unei ncperi coabiliteaz mai multe configuraii de alimentare, TN-C-S, TT, IT, prizele legate la sistemul medical IT vor fi clar i permanent marcate iar techerii corespunztori vor avea o asemenea construcie nct s previn utilizarea lor n alte sisteme.

Se recomand ca prizele s fie colorate n albastru i s aib gravate pe ele medical equipment only.

II.2.2.2. Cerine privind asigurarea continuitii alimentrii cu energie electric

a) Clase de serviciu

Pentru situaia n care cade tensiunea de alimentare furnizat prin sistemul obinuit de distribuie i trebuie asigurat continuitatea alimentrii cu energie electric, se consider urmtoarele clase de serviciu.

Clasa 0 se face transferul automat pe o surs auxiliar, fr ntrerupere.

Clasa 0,15 se face transferul automat pe o surs auxiliar, n mai puin de 0,15 secunde.

Clasa 0,5 se face transferul automat pe o surs auxiliar, n mai puin de 0,5 secunde.

Clasa 15 se face transferul automat pe o surs auxiliar, n mai puin de 15 secunde.

Clasa ( 15 se face transferul manual sau automat pe o surs auxiliar, n mai mult de 15 secunde.

n general, nu este necesar alimentarea fr ntrerupere. Totui, anumite echipamente cu microprocesoare care monitorizeaz i memoreaz parametrii fiziologici pot pretinde asemenea surse.

b) Cerine

b1) Lmpile din blocul operator (scialitice) precum i alte surse eseniale de lumin (de exemplu cele de la endoscoape) fac parte din clasa 0,5. Sursa auxiliar trebuie s se menin cel puin 3 ore.

b2) Echipamentele listate mai jos, vor fi transferate automat, n mai puin de 15 secunde, pe o surs auxiliar care s se menin minim 24 ore, dac cel puin o tensiune de linie scade cu mai mult de 10% Unom pentru mai mult de 3 secunde:

lifturi selectate pentru pompieri i pacieni incapabili s se deplaseze singuri;

sisteme de ventilaie pentru evacuarea fumului;

aparate medicale din ncperile corespunztoare grupei 2;

echipamente electrice aferente surselor de gaze medicale sau gaze anestezice;

sisteme de detectare, alarmare i stingere incendii.

b3) Durata de 24 ore poate fi redus la 3 ore dac procedurile medicale aplicate i evacuarea cldirii pot fi finalizate n mai puin de 3 ore.

b4) Echipamentele urmtoare vor fi transferate automat sau manual (n mai mult de 15 secunde, pe o surs auxiliar care s se menin minim 24 ore):

echipamente de sterilizare;

instalaii electrice de nclzire, ventilarea condiionat a aerului, tratare deeuri, ateliere de mentenan.

b5) Sursa auxiliar care intervine n mai puin de 15 secunde, va asigura iluminatul minim de siguran pentru urmtoarele locaii:

rutele de evacuare;

ncperile care conin aparatajul de comutare, de protecie i de for pentru reeaua de baz i pentru sursa auxiliar;

ncperile din grupa 1; cel puin o surs de iluminat din fiecare camer va fi alimentat din sursa auxiliar;

ncperile din grupa 2; cel puin 50% dintre sursele de iluminat vor fi alimentate din sursa auxiliar.

II.2.3. Msuri de protecie specifice

II.2.3.1. Realizarea legturilor echipoteniale i a mpmntrilor

n orice cldire de tip spital trebuie realizat legtura echipotenial principal, conform figurii II.21. Priz pmnt cldire

Reea metalic nentrerupt ap rece

Reea metalic nentrerupt ap cald

Reea metalic nentrerupt termoficare

Reea metalic nentrerupt gaze

Priz (prize) pmnt contra trsnet

Armturi metalice fundaie beton

Construcie metalic de rezisten de tip in de tren (dac exist)

Figura II.21. Legtur echipotenial principal ntr-o cldire tip spital

Reea nentrerupt semnific faptul c, n cazul unor secionri tehnologice obligatorii (robinete, vane, sisteme de contorizare), acestea vor fi untate printr-un conductor de aceeai seciune cu conductorul care realizeaz legtura echipotenial principal.

Seciunea acestuia va respecta tabelul II.12.

Tabelul II.12

Seciune conductor PEN sistem TN-C-S (mm2 Cupru sau echivalent)Seciune conductor legtur echipotenial principal mm2 - Cupru

106

1610

2516

3525

5025

7025

Pentru ncperile din grupa 2 echipotenialitatea se realizeaz conform figurii II.22.

Singurele seciuni care se pot modifica sunt cele care corespund conductoarelor ntre bara PE a consumatorilor alimentai n configuraia TN-C-S i bornele nulurilor de protecie ale prizelor de alimentare (pentru grupa 2 i grupa 1). Se recomand valorile din tabelul II.13.

Tabelul II.13

Seciune faz mm2 CuSeciune PE mm2 CU

S ( 16S

16 ( S ( 3516

S ( 35S / 2

Fig.II.22. Legturi echipoteniale pentru ncperile grupei 2

II.2.3.2. Sistemul de alimentare medical de tip IT

Dup cum s-a amintit, sistemul de alimentare medical de tip IT caracteristic pentru ncperile grupei 2 are n compunere urmtoarele subansamble:

a) Transformatorul de separare

Este amplasat n exteriorul ncperii, dar n imediata ei proximitate, ntr-un tablou electric special destinat, mpreun cu aparatajul de comutaie, protecie i cu blocurile de monitorizare.

n conformitate cu IEC 61558-2-15 / 1999, transformatorul trebuie s aib urmtoarele proprieti:

tensiunea primar: 380 V curent alternativ sau 220 V curent alternativ;

tensiunea secundar: 220 V curent alternativ;

tensiunea de scurtcircuit dect 3% Unom;

curentul de scurgere ntre primar i secundar mai mic dect 3,5 mA.

Acest curent este datorat capacitii parazite ntre nfurarea primar i cea secundar. Dac ntre cele dou nfurri se dispune un cadru metalic (folie de cupru) legat la pmnt, aceast capacitate se reduce semnificativ, iar curentul de scurgere poate s scad sub 0,5 mA.

curentul de conectare: mai mic dect 8 x Inom.

Dac un transformator este conectat la o surs de tensiune (chiar la gol), la un alt punct pe unda tensiunii dect acela la care a fost deconectat, un curent de magnetizare de conectare se stabilete pentru a aduce miezul la o orientare magnetic care s corespund valorii instantanee reale a tensiunii. Dei acest curent se manifest un timp foarte scurt, valoarea lui poate ajunge pn la (18 ( 25) Inom. Amplitudinea maxim depinde de calitile magnetice ale miezului i de inducia maxim de lucru. Se recomand materialele magnetice cu inducie remanent redus i ciclu de histerezis aplatizat. Gama de puteri (KVA): 2,5; 3,15; 4; 5; 6,3; 8.

Transformatorul este protejat mpotriva scurtcircuitelor numai prin sigurane lente, corect calibrate, montate n primar.

Este interzis protecia prin deconectare contra suprasarcinilor; n schimb este obligatorie monitorizarea supracurenilor i a supratemperaturii bobinajului. Blocul electronic pentru monitorizarea supracurenilor prelucreaz informaia furnizat de ctre un transformator de curent 50 A / 50 mA, iar suprasarcina este semnalizat dup o temporizare variabil (0,5 secunde pentru I = 7 x Inom i 10 secunde pentru I = 1,1 x Inom).

Blocul electronic pentru monitorizarea supratemperaturii prelucreaz informaia provenit de la unul sau mai muli termistori de tip PTC dispui n bobinajul transformatorului i semnalizeaz depirea unei anumite temperaturi prescrise, inferioar temperaturii maxim admisibile corespunztoare clasei de izolaie a transformatorului.

Secundarul transformatorului are o priz median care va fi legat la releul de supraveghere a izolaiei.

Obligatoriu, toate aparatele medicale racordate la secundar vor fi alimentate prin ntreruptoare bipolare cu protecii nglobate, la suprasarcin i scurtcircuit.

b) Releul electronic de supraveghere a izolaiei

Creterea disponibilitii alimentrii, aspect esenial pentru ncperile din grupa 2, este garantat de sistemul medical de alimentare de tip IT. n cazul unui prim defect la pmnt curentul de defect este redus i nu exist pericol de oc electric dar sistemul izolat se transform ntr-un sistem pus la pmnt.

Un defect suplimentar (dubl punere la pmnt) conduce la arderea siguranelor de protecie iar alimentarea cu energie este ntrerupt. Pentru a preveni aceast situaie, rezistena de izolaie trebuie permanent monitorizat printr-un releu de supraveghere a izolaiei (RSI). Misiunea RSI este de a monitoriza rezistena de izolaie ntre conductoarele active secundare i nulul PE, urmnd s acioneze la scderea acesteia sub un anumit prag prescris (50 K( n cazul ncperilor medicale).

Conform figurii II.23, RSI suprapune o tensiune de msur pe circuitul secundar al transformatorului de separare. La apariia unui defect de izolaie, circuitul se nchide prin rezistena de izolaie afectat, astfel nct curentul de msur Im care se stabilete este cu att mai mare cu ct rezistena defectului de izolaie este mai mic. Acest curent de msur produce o cdere de tensiune pe rezistena de msur Rm, care este prelucrat electronic prin blocurile de amplificare, comparare, semnalizare. Dac tensiunea de msur Um depete o anumit valoare prestabilit, care corespunde degradrii izolaiei sub limita admis (50 K(), releul electromagnetic de ieire (K) declaneaz, iar contactele sale comand elementele casetei de semnalizare.

Fig. II.23. Releu supraveghere izolaie i caset de semnalizare

Capacitatea inerent de scurgere Cs este ncrcat de ctre sursa de tensiune continu UG, i, dup un timp propriu regimului tranzitoriu, nu mai afecteaz regimul de msurare.

n scopul eliminrii componentei naturale de 50 Hz, care se supraune curentului de msur, se dispune un circuit de filtrare constituit din elementele pasive L1, L2, CF i C7 reprezint un filtru dop pentru 50 Hz, iar L1 i CF un filtru trece-jos.

Din pcate, dac acest tip de releu este utilizat n cadrul unei reele mixte, care comport redresoare neizolate galvanic, funcionarea este compromis pentru un defect localizat pe partea continu a reelei.

Cerinele unui RSI n concordan cu IEC 61557-8 sunt urmtoarele:

Impedana n curent alternativ, Zi, s fie cel puin 100 K(. Aceast impedan este constituit din Zi = Ri ( Zfiltrudop ( Zfiltru trece-jos, iar rezistena intern a sursei de curent continuu corespunde relaiei: Ri = Rlimitare ( Rm ( RL1 ( RL2.

Tensiunea suprapus de curent continuu, UG, s nu fie mai mare dect 25 V curent continuu.

Curentul de msur, chiar pentru Riz = 0, s nu fie mai mare dect 1 mA curent continuu; n acest scop se dispune rezistena de limitare.

Trebuie s existe cel puin o semnalizare pentru situaia n care rezistena de izolaie scade sub 50 K(. Obligatoriu se prevede un dispozitiv care s testeze aceast facilitate. De obicei, printr-un buton cu revenire se introduce n circuitul de msur un defect simulat de 42 K(.

Trebuie s existe o indicaie pentru situaia ntreruperii circuitului de msur.

Pentru edificare se prezint caracteristicile releului specializat 107 TL 47 produs de firma BENDER Germania.

Tensiunea secundar transformator separare(0 ( 1,15) 230 V curent alternativ 50 60 Hz

Domeniul de monitorizare(50 ( 500) K(

Timpul de rspuns( 1 secund

Capacitatea distribuit de scpri maxim1 (F

Tensiunea de msur UG15 V curent continuu

Curentul de msur Im63 (A

Rezistena intern Ri240 K(

Rezistena de msur Rm( 40 K(

Regimul de lucruPermanent

Curent ieire miliampermetru msur0 ( 400 (A

Indicator bar-graph cu leduri pentru valori mai mici dect(1000; 600; 360; 200; 120; 70;

30) K(

Ieiri contacte releu2 (250 V curent alternativ; 5A)

Domeniul temperaturilor de lucru- 5o C ( 50o C

c) Caseta de semnalizare

Conform IEC 60364-7-710 / 2002, n interiorul ncperilor din grupa 2, se dispune ntr-un loc potrivit (n sensul uurinei de a putea fi urmrit de ctre personalul medical) o caset de semnalizare cu urmtoarele caracteristici:

un bec de semnalizare verde indic funcionarea normal;

un bec de semnalizare galben indic scderea rezistenei de izolaie sub nivelul admis (50 K(); deconectarea acestui bec nu va fi posibil;

o alarm sonor va aciona la scderea rezistenei de izolaie sub nivelul admis; aceast alarm poate fi anulat; becul galben se va stinge cnd situaia normal va fi restabilit (Riz ( 60 K().

Dispunerea elementelor de semnalizare a suprasarcinii i a supratemperaturii transformatorului de separare este opional: fie n cadrul casetei de semnalizare amintite, fie n interiorul tabloului electric al ncperii, n vecintatea transformatorului.

II.2.4. Alimentarea cu energie electric a consumatorilor din spitale

II.2.4.1. Instalaii electrice de distribuie uzualea) Generaliti

Instalaiile electrice de joas tensiune realizeaz distribuia energiei electrice la diverse receptoare ndeplinind astfel scopul final al ntregului proces de producere, transport i distribuie a energiei electrice.

Punctele de distribuie sunt reprezentate, n cazul instalaiilor electrice de joas tensiune, prin tablourile de distribuie care pot fi:

tablouri generale, care primesc energia electric de la postul de transformare i sunt situate n imediate proximitate a acestuia;

tablouri principale, alimentate din tabloul general i care n general corespund diferitelor cldiri ale spitalului;

tablouri secundare, de la care energia electric se distribuie la diverse receptoare i echipamente medicale; n general sunt dispuse la fiecare nivel (etaj) al cldirilor spitalului.

Reele de alimentare

Reelele de alimentare de joas tensiune pot fi organizate n urmtoarele moduri:

1. Schemele de distribuie radiale (arborescente), se disting prin siguran n funcionare a selectivitii proteciilor

Fig. II.24. Alimentare radial cu dou trepte

2. Schemele de distribuie cu linii principale se folosesc pentru alimentarea unor tablouri de distribuie amplasate pe o aceeai direcie fa de tabloul general, de distane relativ mici, iar mrimea ncrcrii acestor tablouri nu justific folosirea schemei radiale.

Fig. II.25. Reele cu linii principale a) nesecionatb) secionat

3. Schemele de distribuie buclate se obin prin rentoarcerea captului liniei principale secionate la punctul de alimentare de plecare.

Fig. II.26. Reea buclat n inel

b) Asigurarea rezervei n alimentarea receptoarelor medicale

n cadrul unui spital exist mai multe categorii de consumatori.

Fig. II.27. Categorii consumatori spital mediu sau mare

n figur s-au specificat i timpii pentru care tensiunea de alimentare poate s lipseasc.

Sunt necesare urmtoarele precizri:

n categoria Consumatori obinuii se ncadreaz i cei afereni ncperilor de uz medical din grupa de utilizare 0;

din Derivaia de siguran se alimenteaz iluminatul de incendiu, sistemele de alarmare, comunicaie i control;

din Derivaia critic se alimenteaz consumatorii din ncperile de uz medical din grupele de utilizare 1 i 2 (blocurile operatorii, locaiile de terapie intensiv, tablourile de pacient etc);

lmpile din slile de operaie i echipamentele cu suport informatic care ntrein sau pot periclita viaa pacientului vor fi dotate cu rezerve de tip UPS (Unninterruptible Power Supply);

Consumatorii eseniali includ lifturile, echipamentele electrice de sterilizare importante etc.

Exigenele privind calitatea energiei furnizate consumatorului, exprimate prin condiiile referitoare la continuitatea alimentrii i la asigurarea puterii necesare determin nivelul de rezervare.

Concret, nivelul de rezervare se realizeaz prin:

rezerva n linii (pentru toi consumatorii);

rezerva n surse normale (pentru toi consumatorii);

rezerva n surse independente (pentru consumatorii vitali).

Rezerva n linii de joas tensiune trebuie rezolvat pentru cazurile distribuiilor de baz radiale sau cu linii principale. Prin distribuie de baz se nelege aceea care asigur alimentarea receptoarelor n regim normal de funcionare. Schema de distribuie a liniilor de rezerv poate fi de acelai tip cu a liniilor care realizeaz alimentarea de baz sau de tip diferit.

Fig. II.28. Scheme de distribuie cu linii de rezerv (reprezentate punctat)

n fig. II.28 se prezint principalele situaii de asigurare a liniilor de rezerv:

linii radiale duble (fig. II.28a), cnd att distribuia de baz, ct i cea de rezerv se realizeaz radial;

linii principale duble (fig. II.28b), cnd distribuia de baz cu linii principale este dublat printr-una de rezerv, tot cu linii principale;

linii radiale cu rezerv n linii principale (fig. II:28c).

Rezerva n surse normale trebuie prevzut pentru cazul indisponibilitii sursei de baz. Tablourile de distribuie principale trebuie racordate n puncte distincte de distribuie, astfel nct n caz de dispariie a tensiunii ntr-unul din puncte (sursa de baz), c poate fi asigurat continuitatea alimentrii din cellat punct (sursa de rezerv). Ca puncte de distribuie distincte pot fi considerate:

barele de joas tensiune din dou posturi de transformare distincte;

seciunile diferite de bare ale unui singur post de transformare, prevzut cu dou uniti (transformatoare de putere), dac aceste sunt alimentate prin ci independente.

n cazul cel mai frecvent al unui singur post de transformare, cu dou transformatoare i bare secionate cu ntreruptor de cupl, alimentarea de rezerv se poate realiza pentru un singur TG (fig. II.29a) sau pentru cele dou TG-uri (fig. II.29b).

Fig II.29a-b : Scheme de rezervare radiale in surse normale

La o secund dup ce toi parametrii generatorului devin ce programai, se comand deconectarea contactorului de insularizare Kins, i dup nc o secund, a celui care corespunde sursei principale KN.

Se comand apoi conectarea contactorului KG (dup 1 secund).

Succesiunea de oprire este urmtoarea:

Dup 10 minute de la revenirea sursei principale, se recomand deconectarea Kins.

Dup o secund se comand KG, iar sarcina se transfer pe sursa principal prin conectarea KN.

Dup 10 minute, pe parcursul crora se realizeaz rcirea prin mersul n gol al generatorului, se comand oprirea motorului Diesel.

Pentru a se elimina posibilitatea alimentrii simultane prin dou surse, se intercondiioneaz comanda contactoarelor KN i KG prin intermediul contactelor auxiliare.

Conectarea ntreruptorului I este posibil numai dac KS i KN sunt deconectai.

La revenirea tensiunii sursei principale, pentru o perioad oarecare de timp, sursa extern i cea principal debiteaz energie mpreun. Din acest motiv transformatoarele sursei principale i ale sursei externe trebuie s respecte condiiile pentru funcionarea n paralel.

n general, utilizarea unei surse externe nu este o regul, ci mai curnd o excepie pe de alt parte, costurile mari ale investiiei de (250 ( 350) $ / KVA.

Pentru a se aplatiza vrfurile scurte de sarcin ntre motor i generator, pe axul comun, se dispune un volant cu un moment de inerie important.

Curentul de excitaie al generatorului sincron (care hotrete tensiunea la borne) este produs de o main excitatrice, fr perii, cu magnei permaneni situat pe axul principal. n funcie de ncrcarea generatorului un regulator automat modific n timp real curentul de excitaie, respectiv tensiunea de ieire.

c) Echipamentul de transfer automat al sarcinii (ETAS)

Reprezint creierul grupului electrogen, fiind dotat cu un microsistem cu microprocesor i cu interferenele corespunztoare; dispune de mai multe intrri i mai multe ieiri care s-i permit ndeplinirea urmtoarelor funcii:

c1) Msur, afiare, monitorizare pentru tensiunea sursei principale

Dac pentru orice faz, tensiunea sursei principale iese din domeniul (( 10%) Unom, se comand demararea ciclului de pornire pentru grupul electrogen.

c2) Msur i afiare pentru urmtorii parametri ai motorului:

tensiunea acumulatorilor (V);

temperatura lichidului de rcire motor (oC) temperatura uleiului de ungere (o C);

presiunea uleiului de ungere (KPa);

viteza de rotaie a motorului (rotaii/minut);

numrul total cumulat de ore de funcionare;

numrul tentativelor de pornire;

nivelul de combustibil din cuva tampon;

nivelul de combustibil din cuva exterioar.

c3) Msur i afiare pentru urmtorii parametrii ai generatorului sincron:

tensiunile de linie i de faz (V);

curenii de faz (A);

puterile instantanee, pe faze i total (KW);

puterea aparent total (KVA);

puterea reactiv total (KVAR);

energia activ total (KXh);

energia reactiv total (KVARh);

factorul de putere total;

procentul furnizat din puterea nominal (%);

nivelul de excitaie al generatorului;

frecvena (Hz).

c4) Protecie

Pentru cazurile urmtoare se comand oprirea motorului, n acelai timp cu declanarea unor semnale luminoase:

presiune redus ulei;

temperatur prea mare pentru lichidul de rcire;

ambalare sau vitez excesiv;

tentativ ratat de pornire;

frecven prea mic;

frecven prea mare;

tensiune de ieire prea mic;

tensiune de ieire prea mare;

suprasarcin generator;

scurtcircuit generator.

c5) Prealarmare pentru urmtorii parametrii motor:

temperatur lichid rcire periculos de mare;

temperatur lichid rcire periculos de mic;

nivel prea sczut ulei motor;

presiune ulei motor periculos de mic;

nivel combustibil periculos de mic n cuva tampon;

nivel periculos tensiune acumulatori.

c6) Selectarea modului de operareExist trei moduri de operare:

comand manual local;

comand automat local;

comand automat de la distan.

c7) Diagnosticarea defectrilor

Microprocesorul sau automatul programabil trebuie s afieze diagnosticul componentelor defecte i s identifice natura erorilor funcionale. Erorile trebuie conservate n memorie, pentru sprijinirea mentenorilor n obinerea unui istoric al comportrii grupului electrogen, de la ultima intervenie sau de la ultima resetare.

Principalii parametrii sau componente pentru care se vizeaz diagnosticul defectrilor: Defectare presiune ulei ungere.

Detectare temperatur lichid de rcire.

Tensiune acumulatori.

Detectarea vitezei de rotaie motor.

Memorie microprocesor sau automat.

Alimentarea n curent continuu a traductoarelor.

Opriri intempestive inexplicabile.

Defectare regulator vitez.

Defectare regulator de tensiune.

Defectare generator sincron.

Secven de pornire eronat.

Defectare demaror.

Defectare grup electrogen.

Releu comand electrovan carburant.

Releu comand ghilotin admisie aer.

c8) Generarea secvenei de pornire

c9) Generarea secvenei de oprire

Pentru a se explica mai sugestiv generarea secvenelor amintite, se consider cazul alimentrii unui spital. n conformitate cu figura II.31, KN reprezint contactorul reelei principale, KG contactorul sursei auxiliare de urgen iar Kins realizeaz insularizarea consumatorilor din clasa 15 fa de ceilali. Insularizarea este necesar pentru a se putea folosi un grup electrogen mai ieftin, cu o putere care s permit alimentarea numai pentru consumatorii din clasa 15 se utilizeaz o soluie de rezerv, de la un alt post de transformare care nu aparine spitalului, mpreun cu un ntreruptor comandat manual sau de la distan de ctre un operator uman, cu protecie la suprasarcin i la scurtcircuit.

Fig. II.29. Sistem de alimentare cu energie electric pentru un spital

Succesiunea de pornire este urmtoarea:

La cderea sursei principale, dup 3-5 secunde se comand pornirea demarorului.

Dac motorul nu pornete, se mai comand demarorul nc de dou ori cu pauza ntre porniri de aproximativ 5 secunde.

Dac turaia motorului atinge 15% din turaia nominal, se comand oprirea demarorului. Dac nu se realizeaz aceast condiie, se distruge demarorul.

II.2.4.2. Surse independente (auxiliare) de urgen

ntreruperile de tensiune ale reelei principale de distribuie pot dura de la mai puin de o secund, pn la cteva minute sau chiar mai mult. Dac ntreruperile ntre dou secunde i dou minute sunt obinuite, fiind cauzate de incidente minore ale sistemului de distribuie, cele prelungite, mai mari de dou minute, sunt datorate unor evenimente precum furtuni puternice, trsnete, cutremure, defecte ale liniilor de distribuie de nalt tensiune (110, 220 KV), ntreruperi cabluri subterane din cauza unor lucrri de construcie etc.

II.2.4.2.1. Grupul electrogen (clasa de serviciu 15)

Grupul electrogen desemneaz o unitate de producere a energiei electrice autonom, care asigur o alimentare independent, de urgen, n cazul ntreruperii alimentrii electrice principale. Grupul este alctuit dintr-un motor Diesel care antreneaz un generator sincron apt s furnizeze o putere convenabil i un echipament automat de transfer al sarcinii care monitorizeaz parametrii reelei principale, ai motorului i ai generatorului, asigurnd comanda automat pentru secvenele de pornire oprire.

A) Motorul Diesel

n general, motorul este n patru timpi, cu turbocompresie i cu injecie direct, ales s poat prelua 100% din sarcina nominal ntr-o singur etap; combustibilul Diesel trebuie s aib o cifr octonic mai mare dect 35.

Fig. II.30. Reprezentare schematic grup motor Diesel generator sincron

a1) Circuitul de alimentare conine:

o cuv tampon, cu o capacitate maxim de aproximativ 500 l;

o cuv exterioar, mult mai mare, cu o capacitate funcie de autonomia pretins grupului;

o pomp automat, dublat de o pomp manual, pentru umplerea cuvei tampon din cuva exterioar.

Cuva tampon se plasez deasupra motorului la o nlime calculat n funcie de presiunea impus de circuitul de injecie.

a2) Circuitul de ungere conine un rezervor i o minipomp care s asigure presiunea suficient.

a3) Circuitul de rcire conine un radiator, cu un ventilator ataat i o pomp de recirculare a apei de rcire.

a4) Circuitul de nclzire n regim de ateptare conine un nclzitor termostatatcu convenie (alimentat de la reea) care asigur meninerea temperaturii interne a motorului n jur de 40oC.

a5) Sistemul electric de pornire este compus din grupul de acumulatori, demarorul electric i un ncrctor electronic independent.

Capacitatea acumulatorilor trebuie s permit trei tentative repetate de pornire la un curent de minim 1000 A la 0o C.

ncrctorul electronic, alimentat de la reeaua principal cu un curent de ncrcare de minim 10A, trebuie s asigure 80% din ncrcarea nominal n 4 ore i 100% n 12 ore.

a6) Regulatorul de vitez conine:

un regulator electronic de tip PID pentru reglarea vitezei motorului prin comanda injeciei;

un tahogenerator, montat pe axul motorului care produce o tensiune strict proporional cu turaia motorului, ca mrime de intrare pentru regulatorul electronic;

un dispozitiv mecanic de securitate (de tip ghilotin pentru admisia aerului) care s opreasc imediat motorul n caz de ambalare.

a7) Sistemul de limitare a zgomotului cuprinde dispozitive specifice de atenuare acustic pentru zonele de alimentare cu aer i eapare precum i panouri precum i panouri acustice speciale pentru ncperea motorului. Nivelul admisibil de zgomot pentru aceste zone este de aproximativ 75 dB.

B) Generatorul sincron

Pentru generatorul sincron antrenat de motorul Diesel variaia admis a tensiunii la variaia lent a sarcinii n domeniul de putere prevzut, este de maxim 1% Unom. Regimul cel mai critic este caracterizat prin variaia instantanee a tensiunii generatorului la ncrcarea, respectiv descrcarea, brusc a grupului electrogen. ncrcarea brusc a generatorului cu un curent mare, conduce la o cdere rapid a tensiunii la borne.

Dac aceast cdere depete 25% - 35% Unom, ori generatorul iese din sincronism, ori se comand oprirea grupului. Pentru acest regim variaia maxim admis a tensiunii este 5% Unom. Se consider c o valoare maxim de 1,8 Inom.generator este acceptabil, dac numrul de porniri nu este mai mare dect 10 porniri / zi.

Alegerea puterii generatorului, respectiv a motorului suport dou restricii contradictorii. pe de o parte, trebuie recenzai cu atenie consumatorii care absorb cureni mari la pornire (motoare asincrone, echipamente cu capaciti mari de filtrare etc.) i care pretind un supliment de putere.

Consumatori eseniali

t(15s

Sistem de urgen

t(15s

Consumatori vitali

Consumatori obinuii

Sistem distribuie energie electric spital

Deviaie critic

Deviaie de siguran

UPS t(0,5s

1

_1361386980.unknown

_1361434146.unknown

_1361435088.unknown

_1361436005.unknown

_1361436123.unknown

_1361438961.unknown

_1361439600.unknown

_1361525039.unknown

_1361438686.unknown

_1361436055.unknown

_1361435809.unknown

_1361435915.unknown

_1361435946.unknown

_1361435842.unknown

_1361435520.unknown

_1361435644.unknown

_1361435443.unknown

_1361434389.unknown

_1361434706.unknown

_1361434883.unknown

_1361434532.unknown

_1361434199.unknown

_1361434230.unknown

_1361434172.unknown

_1361424413.unknown

_1361433854.unknown

_1361433935.unknown

_1361433997.unknown

_1361433879.unknown

_1361428680.unknown

_1361428878.unknown

_1361428317.unknown

_1361422454.unknown

_1361422692.unknown

_1361424284.unknown

_1361422665.unknown

_1361422374.unknown

_1361422386.unknown

_1361387050.unknown

_1361376382.unknown

_1361385743.unknown

_1361386165.unknown

_1361386642.unknown

_1361386899.unknown

_1361386250.unknown

_1361385969.unknown

_1361386075.unknown

_1361385909.unknown

_1361384033.unknown

_1361385490.unknown

_1361385563.unknown

_1361385282.unknown

_1361383829.unknown

_1361383955.unknown

_1361379504.unknown

_1361374787.unknown

_1361375968.unknown

_1361376113.unknown

_1361376349.unknown

_1361376053.unknown

_1361375427.unknown

_1361375461.unknown

_1361374999.unknown

_1361372035.unknown

_1361373516.unknown

_1361373678.unknown

_1361372219.unknown

_1361371949.unknown

_1361371995.unknown

_1361371589.unknown