Po prawie sześcioletnich pracach w komisji CENELEC CLC/SC64A/WG710, po sporach w jej gronie i przy obstrukcji niektórych krajowych komitetów normalizacyjnych i po ostatecznym głosowaniu w listopadzie 2011 roku przyjęty został dokument harmonizujący regulujący techniczne wymagania dotyczące bezpieczeństwa elektrycznego w szpitalach. Najbardziej wytrwały w tej obstrukcji był niestety Polski Komitet Normalizacyjny, który nie wnosząc żadnych merytorycznych uwag (a jedynie uwagi redakcyjne)  przez cały czas trwania prac komisji konsekwentnie odrzucał w głosowaniach kolejne projekty robocze. A szkoda, bo można było zawrzeć w końcowym dokumencie własne uwarunkowania i odstępstwa, co też uczyniła większość krajów członków CENELEC. Na szczęście- ponieważ w ostatecznym głosowaniu decyduje średnia ważona głosów- dokument został ostatecznie przyjęty, przy próbie odrzucenia go przez dwa komitety krajowe: włoski i polski, przy czym Włosi zawarli w nim swoje dość liczne uwarunkowania krajowe.

Nowa norma nie jest czymś rewolucyjnym, przenosi większość ustaleń zawartych w normie międzynarodowej o tym samym tytule, która to norma była podstawą do opracowania dokumentu europejskiego. Pełny tytuł normy PN (polskiej) i dokumentu harmonizującego HD (europejskiego) brzmi:

PN-HD 60364-7-710.
Instalacje elektryczne niskiego napięcia — Część 7-710: Wymagania dotyczące specjalnych instalacji lub lokalizacji – Pomieszczenia medyczne.

Niestety po swojsko brzmiącej pierwszej stronie cała reszta jest w języku oryginału, a więc po angielsku, jako że Polski Komitet Normalizacyjny nie ma od dłuższego czasu w zwyczaju tłumaczenia norm europejskich i dokumentów harmonizujących na język polski.
Norma ta porządkuje informacje dotyczące rodzajów sieci jakie mogą być stosowane w szpitalach, w zależności od rodzaju pomieszczeń, podaje sposoby uzyskania wymaganego poziomu bezpieczeństwa, klasyfikuje wszystkie pomieszczenia użytkowane medycznie oraz sugeruje pewne rozwiązania w zakresie bezpiecznych instalacji.

Obszar zastosowania normy i specjalne wymagania dotyczące pomieszczeń użytkowanych medycznie

Norma PN-HD 60364-7-710 dotyczy instalacji elektrycznych we wszystkich obiektach, w których mamy do czynienia z pacjentem, to znaczy:

• szpitali i klinik, również kontenerowych,
• sanatoriów,
• dedykowanych pomieszczeń w domach starców, w których pacjent poddawany jest leczeniu,
• centrów medycznych, ambulatoriów, oddziałów nagłych wypadków,
• innych jednostek ambulatoryjnych takich jak przemysłowe czy sportowe.

Szpitale są obiektami specyficznymi ze względu na niezbędny- znacznie większy- stopień bezpieczeństwa elektrycznego, stąd też przed instalacjami elektrycznymi stoją dodatkowe wymagania. W szpitalu dbałość o pacjenta i jego bezpieczeństwo ma znaczenie fundamentalne. To na nim muszą koncentrować się wszelkie wysiłki personelu medycznego w zakresie zapewnienia mu efektywnego leczenia i najwyższego poziomu opieki. Z kolei zadaniem personelu technicznego jest zapewnienie wymaganego poziomu bezpieczeństwa ze strony wszelkich instalacji.

Istnieje kilka przyczyn, dla których poziom bezpieczeństwa elektrycznego w obiektach medycznych musi przewyższać poziom bezpieczeństwa w innych obiektach budowlanych:

• naturalne odruchy obronne organizmu pacjenta są albo osłabione albo też zupełnie wyeliminowane (brak świadomości, unieruchomienie),
• rezystancja skóry może być obniżona (stres, pocenie się) lub całkowicie wyeliminowana w przypadku wprowadzania cewników, elektrod i innych narzędzi do sztucznych lub naturalnych otworów pacjenta,
• funkcje organizmu są ciągle lub czasowo przejęte przez aparaturę elektromedyczną i jeśli nawet prądy upływu każdego z aparatów mieszczą się w granicach dopuszczalnych, to mogą one sumować się w ciele pacjenta i przekraczać wartość bezpieczną,
• zakłócenia elektryczne lub magnetyczne ze strony sieci zasilającej mogą spowodować zagrożenie pacjenta poprzez wpływ na prawidłowe funkcjonowanie urządzeń elektromedycznych,
• wiele zabiegów nie może zostać przerwanych w dowolnej chwili i powtórzonych w przyszłości bez zagrożenia pacjenta,
• przy zaniku zasilania mogą zostać utracone długotrwałe zapisy badań, które często bywają inwazyjne lub są bardzo kosztowne.

 

Podział pomieszczeń użytkowanych medycznie

Każde z pomieszczeń użytkowanych medycznie powinno zostać sklasyfikowane i zaliczone do jednej z trzech grup. Ta klasyfikacja musi być dokonana w porozumieniu z personelem medycznym oraz osobą odpowiedzialną za bezpieczeństwo medyczne. Konieczne jest aby personel medyczny dokładnie wiedział, jakie zabiegi będą wykonywane w poszczególnych pomieszczeniach, i jakie będą stosowane procedury medyczne, przy czym klasyfikacja powinna odpowiadać zamierzonemu wykorzystaniu. Jeśli zachodzi możliwość wykorzystania pomieszczenia do różnych celów koniecznie jest przyjęcie wyższej grupy w celu zmniejszenia ryzyka.

Ze względu na przeznaczenie, rodzaje wykonywanych zabiegów i zagrożenie pacjenta każde z pomieszczeń musi być przypisane do jednej z trzech grup. Przyjrzyjmy się dokładniej tym grupom i wymaganiom stawianym instalacjom elektrycznym.

Grupa 0

Należą do niej pomieszczenia medyczne, w których nie przewiduje się stosowania części aplikacyjnych aparatury elektromedycznej, a zanik zasilania nie powoduje zagrożenia życia. W tej grupie pomieszczeń zawsze musimy liczyć się z przerwą w zasilaniu zarówno w przypadku pierwszego zwarcia do części przewodzącej dostępnej lub doziemienia jak również zaniku zasilania podstawowego. Badania i zabiegi przeprowadzane w tej grupie pomieszczeń mogą w każdej chwili zostać przerwane i dokończone później bez szkody dla pacjenta. Ze źródła bezpiecznego zasilania (instalacje bezpieczne) zasilane musi być jedynie oświetlenie bezpieczeństwa. Typowymi przykładami tego typu pomieszczeń są gabinety lekarskie, sale oddziałowe, sale gimnastyczne itp.

Grupa 1

Należą do niej pomieszczenia medyczne, w których przewiduje się stosowanie części aplikacyjnych aparatury elektromedycznej zewnętrznie lub wewnętrznie do różnych części ciała, poza zastosowaniami dotyczącymi pomieszczeń grupy 2, a zanik zasilania również nie powoduje zagrożenia życia. Również w pomieszczeniach grupy 1 możemy liczyć się z przerwą w zasilaniu, zarówno w przypadku pierwszego zwarcia do części przewodzącej dostępnej lub doziemienia, jak również zaniku zasilania podstawowego, a więc również tutaj przeprowadzane badania i zabiegi mogą być przerwane i dokończone w przyszłości bez szkody dla pacjenta, a jedynie wydzielone oświetlenie  musi być zasilone ze źródła bezpiecznego zasilania. Typowymi przykładami pomieszczeń grupy 1 są sale chorych, pokoje fizjoterapii i hydroterapii, chirurgia stomatologiczna, medycyna nuklearna, porodówka (bez sali cięć cesarskich) i inne.

Grupa 2

To grupa pomieszczeń najwyższego ryzyka, a więc pomieszczeń, gdzie przewiduje się stosowanie części aplikacyjnych aparatury elektromedycznej przy zabiegach na sercu, w salach operacyjnych, intensywnej opieki medycznej i innych zabiegach, przy których zanik zasilania może być przyczyną zagrożenia życia. W związku z tym nie może nastąpić wyłączenie zasilania elektrycznego zarówno w przypadku zwarcia do części przewodzącej dostępnej, doziemienia i zaniku zasilania zewnętrznego. Badania i zabiegi dokonywane w tych pomieszczeniach nie mogą zostać przerwane i dokończone w przyszłości ze względu na zagrożenie pacjenta. Ze źródła bezpiecznego zasilania (instalacje bezpieczne) zasilone muszą być- poza oświetleniem- aparatura elektromedyczna i systemy aparatury elektromedycznej służące podtrzymaniu życia, prowadzenia operacji i zasilenia innych odbiorów znajdujących się w otoczeniu pacjenta lub takich, które w otoczeniu pacjenta mogą się znaleźć. Przykładami takich pomieszczeń są sale operacyjne, intensywna opieka medyczna, przygotowanie i wybudzenie pacjenta, pokoje badań angiograficznych, intensywna opieka nad noworodkiem itp.

Środki bezpieczeństwa w pomieszczeniach medycznych grup 0 i 1

Każda instalacja elektryczna, czy to zasilająca czy odbiorcza, musi zawsze spełniać dwa podstawowe warunki: zapewniać odpowiednio wysoki stopień pewności zasilania oraz być wystarczająco bezpieczna. W zależności od obiektu obie te funkcje: pewność zasilania oraz bezpieczeństwo zapewnione poprzez odpowiednią ochronę muszą być zrealizowane na najwyższym, uzasadnionym ekonomicznie i technicznie poziomie. Na oba te czynniki, a więc jakość instalacji i sieci elektrycznych bezpośredni wpływ ma szereg elementów, do których zaliczyć można:

• uszkodzenia izolacji,
• prądy błądzące,
• przeciążenia z powodu harmonicznych,
• przerwy w przewodach neutralnym i ochronnym,
• wpływ kompatybilności elektromagnetycznej.

W szpitalu, który jest obiektem wyjątkowym pod względem konieczności zapewnienia najwyższego bezpieczeństwa musimy zastosować najnowsze, dostępne rozwiązania techniczne, szczególnie tam gdzie zagrożenie pacjenta jest wysokie (pomieszczenia grupy 2).

Odpowiednio zaprojektowana i wykonana instalacja elektryczna w każdym obiekcie budowlanym narażona jest zawsze na zakłócenia pochodzące chociażby od podłączonych do niej i zasilanych odbiorników. Odbiorniki te mają coraz częściej charakter nieliniowy, pracują z wykorzystaniem przetwarzania energii, a co za tym idzie generują zakłócenia w postaci wyższych harmonicznych, co nie pozostaje bez wpływu na jakość energii elektrycznej.

Przeważająca większość elektrycznych instalacji szpitalnych zbudowana jest w oparciu o układ sieciowy TN (pomieszczenia grupy 0 i 1), a więc pracuje z uziemionym punktem neutralnym, przy czym począwszy od głównej rozdzielnicy zasilającej system TN-C jest zabroniony, a stosowany musi być system TN-S.

W obiektach szpitalnych pod jednym dachem coraz częściej występują urządzenia zarówno takie, które generują zakłócenia jak i takie, które na te zakłócenia są bardzo czułe. Szczególnie wrażliwe na zewnętrzne zakłócenia są sieci komputerowe, systemy przesyłu danych, instalacje pożarowe i telekomunikacyjne oraz wszelkie inne, których działanie opiera się na przepływie niewielkich prądów liczonych w miliamperach. Do urządzeń szczególnie wrażliwych można również zaliczyć aparaturę EKG, EHG czy EEG.

Skutkami uszkodzenia izolacji, która jest najczęstszym i najbardziej niebezpiecznym zjawiskiem występującym w sieciach zasilających niskiego napięcia, istnieje możliwość powstania bezpośredniego zagrożenia ludzi poprzez pojawienie się niebezpiecznych napięć dotyku, możliwość obrażeń termicznych, czy też niebezpieczeństwa pożaru lub wybuchu. Aby móc temu przeciwdziałać sieć, która została w szpitalu zaprojektowana i wykonana, musi być odpowiednio zabezpieczona i kontrolowana. Trzeba pamiętać o tym, że rezystancja w sieciach elektrycznych nie jest wartością niezmienną. Jeżeli nawet nie nastąpi jej gwałtowne załamanie wskutek uszkodzenia, to oddziaływują na nią różne czynniki (np. środowiskowe), przyczyniając się do obniżania jej wartości z biegiem czasu (zjawisko starzenia się izolacji).

W przypadku uszkodzenia izolacji przepływa zawsze prąd doziemny, którego wartość określona jest przez napięcie sieci, rezystancję jej uziemienia oraz rezystancję uszkodzenia RF. Jeżeli wartość tego prądu jest wystarczająco duża (pełne zwarcie lub doziemienie) następuje zadziałanie urządzeń wyłączających i uszkodzony odpływ lub część sieci zostaje wyłączona. Jeżeli natomiast prąd ten nie jest wystarczający do wyzwolenia urządzenia zabezpieczającego powstaje zawsze ryzyko pożaru, ponieważ energia elektryczna tracona w miejscu doziemienia przekształca się w energię cieplną.

W przypadku sieci uziemionych (TN i TT) o poziomie ich izolacji świadczy wartość prądu różnicowego, a urządzeniem pomiarowym jest przekaźnik różnicowoprądowy (RCM- residual current monitor). Należy zwrócić uwagę, że inną funkcję ma do spełnienia w instalacji elektrycznej urządzenie zwane wyłącznikiem różnicowoprądowym (RCD- residual current device), którego zadaniem jest zapewnienie dodatkowej ochrony przeciwporażeniowej i wyłączenie sieci lub jej odcinka w przypadku przekroczenia dopuszczalnej wartości prądu różnicowego (np. 30 lub 300mA). Przekaźnik różnicowoprądowy natomiast nie wyłącza sieci ani jej poszczególnych odbiorów, a jedynie sygnalizuje przekroczenie progowych wartości prądu różnicowego, dając użytkownikowi czas na podjęcie odpowiednich działań eksploatacyjnych lub ruchowych, zapobiegających wyłączeniu przez urządzenia zabezpieczające.

Rysunek nr 2 obrazuje właśnie taką sytuację. Odpowiednie wykorzystanie przekaźnika różnicowoprądowego (RCM) pozwala na kontrolę izolacji sieci TN na poziomie wyższym niż wartość krytyczna, przy której musi nastąpić jej wyłączenie ze względu na bezpieczeństwo ludzi, ochronę pożarową lub wybuchową, ochronę urządzeń czy stosowanych procedur medycznych. Daje to użytkownikowi informację wyprzedzającą, często bardzo cenną bo pozwalającą na zapobiegnięcie poważniejszym awariom i uciążliwym przerwom w zasilaniu.

Musimy zawsze pamiętać o tym, że maksymalne bezpieczeństwo w szpitalu musi zostać zapewnione pacjentom i personelowi medycznemu nie tylko w pomieszczeniach grupy 2, ale również we wszystkich innych, a więc tych zasilanych z sieci uziemionych. Omawiana norma zaleca stosowanie pełnego monitoringu sieci TN-S w całym obiekcie szpitalnym, tak aby zminimalizować zagrożenia pochodzące ze strony zasilania elektrycznego, nie dopuszczać do przerw w zasilaniu odbiorników i powstawania zakłóceń.

Rysunek nr 3 pokazuje możliwości współczesnych systemów monitorujących. Tak naprawdę przekaźniki przeznaczone do pełnienia funkcji różnicowoprądowej w zależności od sposobu umieszczenia układu pomiarowego mogą kontrolować i mierzyć praktycznie wszystkie prądy w sieciach i instalacjach elektrycznych zarówno te pożyteczne (służące do zasilania odbiorników) jak i te, których chcielibyśmy uniknąć.

Możemy dzięki takim systemom dokonywać ciągłego pomiaru prawie wszystkich prądów w szpitalnych sieciach zasilających oraz instalacjach odbiorczych:

• znamionowych przewodowych,
• znamionowych fazowych,
• różnicowych,
• błądzących,
• w przewodach N i PE oraz przerwy w nich,
• w połączeniu N-PE,
• w połączeniu PE- połączenia wyrównawcze.

Pełna informacja o wielkościach tych prądów i przekroczeniu przez nie wartości krytycznych pozwala na zapewnienie odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa elektrycznego oraz wzrost pewności zasilania w całym budynku szpitalnym.

 

Środki bezpieczeństwa stosowane w pomieszczeniach grupy 2

Aby zapewnić zarówno wysoki poziom bezpieczeństwa instalacji elektrycznych jak i pewność zasilania konieczne jest zastosowanie w pomieszczeniach grupy 2 medycznego systemu sieci IT z pełnym monitoringiem jej parametrów, a przede wszystkim poziomu izolacji, obciążenia i temperatury uzwojeń medycznego transformatora zasilającego.

W przypadku pierwszego zwarcia do części przewodzącej dostępnej lub doziemienia, podobnie jak w przypadku zaniku zasilania podstawowego nie może nastąpić zanik zasilania. Dlatego też w tych wybranych pomieszczeniach musi zostać zastosowana sieć w układzie IT, z możliwością zasilenia ze źródła bezpiecznego zasilania (instalacje bezpieczne). Zalety tej sieci pozwalają zarówno znacznie zwiększyć pewność zasilania pomieszczeń i urządzeń, jak i ograniczyć niebezpieczne prądy, które mogłyby zagrozić bezpieczeństwu pacjentów i personelu medycznego.

Aby spełnić zarówno standardy obowiązujące w szpitalach jak i maksymalnie zwiększyć tak ważną niezawodność należy zastosować całościowe systemy zasilająco-kontrolne składające się z elementów w pełni z sobą kompatybilnych. Zasada, która zawsze powinna być brana pod uwagę przez projektantów, wykonawców i eksploatatorów mówi, że życie pacjenta zasługuje na najwyższą ochronę, jaką oferuje nowoczesna technika.

Systemy zasilająco-kontrolne muszą zapewniać:

• odpowiednio szybkie i pewne przełączanie na źródło bezpiecznego zasilania w przypadku zaniku zasilania podstawowego – oznacza to, że moduł przełączający musi posiadać kontrolę napięć na obu liniach zasilających i linii odpływowej, wysoką niezawodność łączenia poprzez potwierdzanie i sprawdzanie stanu łączników i ciągłości obwodów sterowania łącznikami, odpowiednio szybki czas przełączania (poniżej 0,5s) oraz przekazywanie wszystkich istotnych informacji do odpowiednich kaset sygnalizacyjnych,
• pełną kontrolę stanu izolacji sieci w pomieszczeniach grupy 2 w zakresie 50-5000kW, przy czym dolna granica nie może być ustawiona poniżej wspomnianych 50kW – jest to szczególnie ważne, aby poprzez pomyłkowe lub celowe zbyt niskie ustawienie dolnego progu rezystancji nie narazić na zakłócenia pracy sieci, a pacjenta na niebezpieczeństwo,
• kontrolę prądu obciążenia linii i temperatury uzwojeń transformatora medycznego,
• dużą niezawodność dzięki ciągłej kontroli przewodów łączących układ z ziemią, z siecią, przekładnikami prądowymi oraz czujnikami temperatury,
• wskazywanie wszystkich komunikatów o stanie pracy, alarmie, zakłóceniach wraz z dodatkowymi informacjami tekstowymi wspierającymi personel.

Innym wymogiem powinna być również możliwość podziału informacji na te dedykowane personelowi medycznemu i te przeznaczone dla personelu technicznego, z zachowaniem ich hierarchii poprzez rozróżnienie komunikatów o pracy, alarmie i zakłóceniach lub uszkodzeniach.

Odpowiednia konfiguracja sieci zasilającej szpitale musi obejmować jej całość począwszy od źródła zasilania. Przedstawia to schematycznie rysunek nr 4.

 

Zastosowanie na każdym poziomie zasilania jednolitego systemu daje użytkownikowi szereg możliwości.

Rozdzielnica główna: kontrola prądów różnicowych i błądzących, prądów w przewodach N i PE oraz ciągłości tych przewodów a także połączenia PE-N (przewód ochronny- neutralny) i PE-PA (przewód ochronny- połączenia wyrównawcze) jednym systemem,

Rozdzielnica budynkowa: moduł przełączający o dużej mocy łączeniowej z pełną kontrolą wszystkich parametrów sieci (napięcia, ciągłość układów sterowniczych, czasów przełączania), możliwość kontroli prądów różnicowych, błądzących, prądów w przewodach N i PE oraz ciągłości tych przewodów, a także połączenia PE-N (przewód ochronny- neutralny) i PE-PA (przewód ochronny- połączenia wyrównawcze) jednym systemem,

Rozdzielnica pomieszczenia grupy 2: moduł zasilająco-kontrolny z całościową kontrolą wszystkich obwodów i układów, wyposażony w transformator, sterownik, przekaźnik napięciowy oraz układ kontroli izolacji, obciążenia i temperatury uzwojeń transformatora; ponadto gdy mamy do czynienia z dużą ilością odpływów (np. pomieszczenia intensywnej opieki medycznej mogą posiadać ponad 90 gniazd zasilających) potrzebna staje się możliwość lokalizacji doziemień w poszczególnych obwodach rozdzielnicy IT.

Bardzo istotną zaletą całościowych rozwiązań jest to, że wszystkie zastosowane urządzenia i systemy porozumiewają się w jednym „języku”- łącze RS 485 umożliwia taką właśnie pełną wymianę sygnałów. Pozwala to także na wyprowadzenie informacji do zbiorczych tablic kontrolnych i nadrzędnych systemów komputerowych, co staje się coraz powszechniejszym wymogiem.

Podsumowanie

Szpitale, czy też mówiąc szerzej budynki użytkowane medycznie, są obiektami o podwyższonych wymaganiach bezpieczeństwa, a ich specyfika wymaga stosowania odpowiednich instalacji elektrycznych o podwyższonych parametrach bezpieczeństwa i zapewniających zwiększoną pewność zasilania. Budując i eksploatując te instalacje na możliwie najwyższym poziomie bezpieczeństwa musimy również stosować urządzenia je kontrolujące zbudowane w oparciu o najwyższe wymagania i sprawdzone rozwiązania.

Jednym z podstawowych wymogów zapewniających wymagane bezpieczeństwo jest pełna współpraca wszystkich elementów systemu, która możliwa jest na odpowiednio wysokim poziomie tylko wtedy, gdy elementy te są jednorodne i zaprojektowane tak, aby ze sobą w pełni współdziałały. Rozwiązania przypadkowe, nie wynikające z często wieloletnich przemyśleń i doświadczeń mogą okazać się szkodliwe i nie zapewniać wymaganego poziomu bezpieczeństwa.

Działając prawidłowo i rozważnie zawsze musimy dążyć do kolejnego eliminowania najsłabszych elementów jakiegoś systemu tak, aby rezultat końcowy był w pełni akceptowalny. Jednym z ważniejszych problemów jest właśnie zapewnienie jednorodności stosowanego systemu i pełnej wymiany informacji pomiędzy jego poszczególnymi elementami.

Zawsze trzeba również pamiętać o tym, że elementy instalacji w jednej części budynku rzutują na elementy w innej części. Zapewnienie bezpiecznego zasilania newralgicznych pomieszczeń grupy 2 musi zawsze opierać się na całościowej wizji zasilania począwszy od źródła, a więc transformatora i generatora, zewnętrznych kabli zasilających i instalacji wewnątrz budynku. Tylko takie globalne spojrzenie na problemy zasilania szpitali może zagwarantować bezpieczeństwo pacjentom, personelowi i stosowanym procedurom medycznym.

Autor: Maciej Sałasiński