Познавательно: Классы аппаратуры. Защита от напряжения.

ЗАЩИТА ОТ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИКОСНОВЕНИЯ НА ДОСТУПНЫХ ЧАСТЯХ АППАРАТУРЫ. КЛАССЫ АППАРАТУРЫ.

Особенности эксплуатации отдельных видов аппаратуры. Объем и периодичность контроля.

ОСНОВНЫМ средством защиты от поражения электрическим током является обеспечение недоступности находящихся под напряжением частей. Однако одна эта защита не может обеспечивать необходимого уровня электробезопасности. Главная причина этого заключается в том, что основная изоляция, т.е. изоляция токоведущих частей от корпуса, крышек и других средств защиты от прикосновения имеет ограниченную надежность.

Во время эксплуатации под влиянием процессов старения, механических, тепловых и других воздействий изоляционные качества материалов, применяемых для выполнения основной изоляции, ухудшаются. Неправильная эксплуатация аппаратуры, проникновение в неё влаги, пыли, грязи ускоряют износ изоляции. Все эти причины могут в конечном счете привести к нарушению, пробою основной изоляции и как следствие этого появлению опасных напряжений на доступных. металлических частях.

В случае возникновения пробоя изоляции между сетевой цепью и корпусом аппарата говорят о «замыкании на корпус». При замыкании на незащищенный корпус в нем возникает напряжение относительно земли. Человек, касающийся такого корпуса, оказывается включенным в цепь замыкания.

Падение напряжения на сопротивлении тела человека, так называемое напряжением прикосновения, зависит от многих причин, главным образом от изоляции человека от земли и соединенного с ней оборудования. Так, если человек стоит на полу с хорошими изолирующими свойствами или одет в обувь с резиновой подошвой, напряжение прикосновения составит только часть от напряжения на корпусе относительно земли. При расчете напряжения прикосновения основное значение имеет сопротивление пола. Сопротивление обуви, которая может иметь сырую кожаную подошву, как правило, не учитывается.

Дощатые, паркетные полы имеют электрическое сопротивление, составляющее сотни килоом, что достаточно для снижения напряжения прикосновения до допустимой величины.

Однако, влага на полу (вода, реактивы, кровь, моча и др.) уменьшает его сопротивление в сотни раз, лишает пол практически полностью его защитных свойств. Во взрывоопасных помещениях (операционная) полы намеренно выполняются из токопроводящего материала для снятия электростатических зарядов. Такой пол также не может обеспечить существенного уменьшения напряжения прикосновения.

Даже при наличии пола с высоким электрическим сопротивлением прикосновение к корпусу аппарата с нарушенной изоляцией представляет серьезную опасность. Это объясняется большим количеством аппаратуры и оборудования в медицинских помещениях, в связи с чем приходится считаться с возможностью одновременного прикосновения к аварийному аппарату и соединенному с землей оборудованию. При этом защитное действие пола не имеет места, а напряжение прикосновения равно полному напряжению между корпусом поврежденного аппарата и землей. Таким образом, рассматривая появление напряжения на доступных частях аппаратуры и говоря о напряжении прикосновения на этих частях, имеют в виду наихудший случай одновременного касания этих частей и заземленного предмета.

Заземление старейшая мера защиты от напряжений, возникающих на доступных металлических частях аппаратуры, из-за соединения с ними сетевой цепи. Такое соединение может возникнуть в результате нарушения основной изоляции (замыкание на корпус), при каких-либо поломках деталей, обрывах проводов и при других аварийных обстоятельствах.

Идея защитного заземления чрезвычайно проста. В результате соединения с сетевым проводом доступные части оказываются под напряжением относительно земли, с которой источник сетевого напряжения соединен непосредственно (глухое заземление одного из фазных проводов однофазной сети или нейтралли трехфазной сети), либо через сопротивление изоляции и распределенную емкость сетевых проводов (сети, изолированные от земли). Чтобы уменьшить напряжение, под действием которого может оказаться человек, коснувшись таких доступных металлических частей (корпус аппарата), они соединяются с помощью специального низкоомного заземляющего устройства с землей.

При замыкании на зануленный корпус в системе зануления, имеющей только заземление нейтрали, напряжение на нулевом проводе по отношению к земле имеет наибольшую величину в месте замыкания. Это же напряжение имеется и на участках нулевого провода, лежащих дальше от нейтрали. По мере приближения к нейтрали напряжение на нулевом проводе уменьшается (линейно с расстоянием), т.к. снижается сопротивление оставшейся до нейтрали части провода. Для того, чтобы увеличить ток короткого замыкания и одновременно уменьшить падение напряжения на нулевом проводе, его сопротивление должно быть возможно малым. Для уменьшения напряжения на зануленных корпусах в случае нарушения изоляции, а также при обрыве нулевого провода он должен иметь повторное заземление.

В физиотерапевтических и рентгеновских кабинетах, операционных нулевой провод должен повторно заземляться на групповых щитах.

Сопротивление повторных заземлений должно быть не более 10 Ом. При наличии повторного заземления напряжение на нулевом проводе относительно земли при замыкании на корпус будет значительно меньше, чем без него. Еще более важно повторное заземление в случае обрыва нулевого провода. Если нулевой провод заземлен только за счет рабочего заземления нейтрали (повторное заземление отсутствует), то напряжение на всех зануленных корпусах на месте обрыва провода при пробое в одном из них равно фазному. Весьма существенно, что напряжение соизмеримое с фазным, будет иметь место на защищенных корпусах и при исправных аппаратах. Напряжение на корпусах в этом случае возникает за счет нагрузок, подключенных между фазными и нулевым проводом. Повторное заземление уменьшает напряжение на корпусах при обрыве нулевого провода. Напряжение уменьшается в соответствии с соотношением сопротивлений заземления нейтрали и повторного заземления, т.е. аналогично тому, как это имеет место в сети с заземленной нейтралью при защитном заземлении.

АППАРАТУРА КЛАССОВ 01 и 1

Аппаратура, на доступных металлических частях которой защита от напряжения прикосновения осуществляется с помощью защитного заземления или зануления, относится к классу 01 или 1. Различие между этими двумя классами заключается в способе присоединения изделий, имеющих штепсельное соединение с питающей сетью, к системе защитного заземления или зануления.

Заземление (зануление) доступных для прикосновения металлических частей аппаратуры класса 01 производится независимо от подключения к питающей сети. Зажим для подключения заземляющего провода, идущего от изделия, не связан с сетевой розеткой, а заземляющий провод должен быть присоединен к нему до включения вилки сетевого шнура в розетку. У изделий класса 1 заземление (зануление) доступных металлических частей осуществляется автоматически при включении вилки сетевого шнура в сетевую розетку. При этом замыкание цепи защитного заземления производится до замыкания цепей питания, а размыкание - в обратном порядке.

Хотя сущность методов защиты изделий классов 01 и 1 одинакова, различие в способе присоединения их к системе заземления обусловливает принципиальную разницу между этими двумя классами защиты.

Дополнительная защита аппаратуры класса 1 осуществляется независимо от желания медицинского персонала и условий, в которых она эксплуатируется. Сетевая вилка с заземляющим контактом не может войти в гнезда обычной розетки, поэтому изделие класса 1 не может оказаться незаземленным или незануленным.

В отличие от аппаратуры класса 1 безопасность при использовании аппаратуры класса 01 зависит от обученности, внимательности и добросовестности медицинского персонала. До включения изделия в сеть заземляющий провод должен быть подключен, однако если это по каким-либо причинам не будет сделано, ничто не помешает включить прибор или аппарат в сеть и провести лечебную либо диагностическую процедуру. Таким образом изделие класса 01 по небрежности медицинского персонала либо из-за отсутствия условий для его заземления или зануления может оказаться без дополнительной зашиты и при первом нарушении изоляции - замыкании на корпус - явиться причиной поражения электрическим током.

АППАРАТУРА КЛАССА II

Гораздо более эффективным и перспективным способом защиты от поражений электрическим током, по сравнению с защитным заземлением (занулением), служит применение защитной изоляции. Сущность этого метода заключается в том, что дополнительно к основной изоляции в приборе или аппарате применяется в той или иной форме защитная изоляция, исключающая возможность появления напряжений прикосновения на доступных металлических частях.

Функции защитной изоляции существенно отличаются от функций основной изоляции. Основная изоляция предназначена для защиты от прикосновения ктоковедущим, находящимся под напряжением частям и может своевременно обеспечить нормальное функционирование электрической части аппаратуры. Защитная изоляция является дополнительной к основной изоляции и в случае ее нарушения защищает доступные для прикосновения, нормально не находящимся под напряжением части от возникновения на них напряжения прикосновения.

В отличие от защитного заземления (зануления), обеспечивающего уменьшение напряжения прикосновения на доступных металлических частях или отключение питающей сети только после возникновения этого напряжения, защитная изоляция полностью исключает, возможность появления напряжения прикосновения.

При эксплуатации изделий, имеющих защитную изоляцию, с медицинского и технического персонала снимаются ответственность и какая-либо забота о защитном заземлении аппаратуры. Обеспечение безопасности при использовании изделий класса II находится в минимальной зависимости от знаний, внимательности и добросовестности лиц, обслуживающих аппаратуру, а также систему электропитания и заземления медицинских помещений. Практически это означает, что сетевая вилка аппарата класса II может быть вставлена в любую по конструкции сетевую розетку, и аппарат готов к работе.

Наиболее надежной формой выполнения защитной изоляции является изолирующая оболочка, защищающая от прикосновения, как к находящимся под напряжением частям, так и ко всем металлическим частям, которые могут оказаться под напряжением при нарушении основной изоляции (шасси, сердечник трансформатора и др.). Обычно оболочка выполняется в виде закрытого корпуса из изоляционного материала, внутри которого на металлическом шасси монтируется электрическая часть изделия.

Изолирующая оболочка применяется в ручных изделиях, т.е. приборах и аппаратах, которые во время работы находятся в руках обслуживающего персонала или пациента. В этом случае требования к защите от напряжения прикосновения особенно велики; в то же время прикосновение заземляющего провода утяжеляет сетевой шнур и уменьшает его гибкость, что усложняет работу с изделием.

Кроме того, по условиям эксплуатации сетевой шнур ручного прибора или аппарата подвергается постоянным механическим нагрузкам - изгибу, натяжению, кручению, что значительно увеличивает вероятность обрыва заземляющего провода. В связи с этим электрифицированный медицинский инструмент - ручные бормашины, хирургические пилы, электродерматомы и др. выполняют с изолированной оболочкой.

Другой формой выполнения защитной изоляции является промежуточная изоляция. Промежуточная изоляция отделяет все доступные для прикосновения металлические части от частей, которые могут оказаться под напряжением при нарушении основной изоляции. При применении промежуточной изоляции, аппаратура класса II может быть выполнена в металлическом корпусе. Детали сетевой цепи таких приборов и аппаратов, имеющие только основную изоляцию трансформатор, тумблер, держатель предохранителя и др., монтируются на панелях, изготовленных из изоляционного материала. Панели являются промежуточной изоляцией и обеспечивают надежное отделение указанных частей от металлических шасси и корпуса. Так как защитная изоляция является дополнением к основной, поэтому параметры и состояние дополнительной изоляции следует проверять отдельно, независимо от проверки основной изоляции. Электрическое сопротивление дополнительной изоляции должно быть не менее 5 МОм.

Во многих случаях невозможно так расположить основную и защитную изоляцию, чтобы между ними находилась какая-либо металлическая часть или чтобы эту металлическую часть при проведении испытаний можно было поместить между основной и защитной изоляцией. Совокупность основной и защитной изоляцией, не отделенных друг от друга, образует так называемую усиленную изоляцию. По своим механическим и электрическим свойствам усиленная изоляция должна быть равноценна совместно примененным основной и защитной изоляцией.

Чтобы отличить изделия класса П от запрещенных к применению в медицинских целях изделий класса О, приборы и аппараты класса П должны иметь нанесенный на видном месте условный знак-символ. Этот условный знак имеет вид двух расположенных один внутри другого квадратов, символизирующих двойную изоляцию.

Сравнительно с защитным заземлением (занулением) защитная изоляция имеет ряд существенных преимуществ. Эффективность защиты не зависит от состояния системы заземления или от сопротивления цепи фаза-нуль (при занулении); не имеет значения величина номинального тока сетевого предохранителя или автоматического выключателя, также как и другие параметры системы электропитания медицинских помещений. Это позволяет использовать изделия класса II в любых помещениях, при любых сетях без заботы о какой-либо дополнительной защите.

При использовании приборов класса II, не имеющих защитного провода, проблема борьбы с наводками в петлях цепей заземления, а также с потенциалами, вызванными протеканием уравнительных токов в этих цепях, полностью снимается.

Изделия класса II лишены основного недостатка аппаратуры с автономным питанием, т.к не требуют смены гальванических элементов или зарядки аккумуляторов.

Однако, защитная изоляция, не смотря на все ее достоинства, не является универсальным средством защиты от напряжения прикосновения. Ряд причин ограничивает возможности применения защитной изоляции. Так, изолирующая оболочка используется только для приборов и аппаратов относительно небольшux габаритов и массы. Недостаточная механическая прочность литьевых пластмасс не позволяет пока изготовлять пластмассовые корпуса для напольных изделий или для изделий массой более 10 кг.

Применение промежуточной изоляции не лимитируется габаритами аппаратуры, однако вызывает значительные трудности при обеспечении изоляции деталей сетевой цепи.

Защитная изоляция не может использоваться в высокочастотных аппаратах, имеющих сетевые помехоподавляющие фильтры. В таких фильтрах применяются конденсаторы, включаемые между сетевой цепью и металлическим корпусам аппарата и т.д.

АППАРАТУРА КЛАССА III

Использование для питания аппаратуры изолированного источника низкого напряжения (не более 50 В постоянного тока или 24 В переменного тока) - одно из наиболее эффективных средств защиты от напряжений прикосновения на доступных металлических частях. Хотя эти напряжения при отягчающих обстоятельствах и могут представить опасность для организма, если исключить возможность микрошока, их можно условно считать «безопасными». Если в аппарате, который питается переменным напряжением 24 В и не имеет других цепей с большим напряжением, произошло нарушение основной изоляции, и питающий провод оказался соединенным с доступными для прикосновения частями, то серьезной опасности не возникает. Помимо величины напряжения, большое значение имеет и то, что провода источника низкого напряжения в отличие от проводов обычной сети надежно изолированы от земли и сопротивление этой изоляции ограничивает ток в цепи замыкания.

Смысл понятия «низкое напряжение» с точки зрения электробезопасности не ограничивается величиной напряжения между питающимися проводами. Если, например, с помощью автотрансформатора, подключенного к сети, получить 24 В, это не будет низким напряжением, обеспечивающим электробезопасность.

Сетевая цепь аппарата, который будет питаться от автотрансформатора, в зависимости от способа включения его в сеть, Вида сети, нарушений ее изоляции и других причин может оказаться под различными напряжениями относительно земли, значительно превышающими 24 В (вплоть до полного фазного напряжения). Поэтому, если низкое напряжение получается путем преобразования сетевого напряжения, это должно осуществляться с помощью понижающего трансформатора с разделенными обмотками.

Надежность разделения цепи низкого напряжения от питающей сети должна быть очень велика и к изоляции между обмотками предъявляются требования к двойной либо усиленной изоляции. Электрическая прочность испытывается напряжением 4 кВ, а сопротивление изоляции должно составлять не менее 7 МОм.

Трансформатор для питания изделий класса III представляет собой самостоятельное изделие и должен удовлетворять всем требованиям электробезопасности, в частности быть выполненным по классам 01, I или II.

Изделия класса III значительного распространения не имеют, т. к., прежде всего, требуется отдельный трансформатор, что во многих случаях крайне неудобно. Из-за низкого напряжения питания, потребляемые аппаратом токи увеличиваются по сравнению с обычными. В ряде случаев выполнение аппаратуры по классу III недопустимо. Это связано с тем, что ток утечки приборов и аппаратов класса III не нормируется, т.к он определяется током утечки разделительного понижающегося трансформатора. В связи с этим изделия класса III нельзя применять для диагностики и лечения пациентов с введенным в сердце электродом или катетером.