Lichtenstein 04 2010

Ing. Sergio E.Lichtenstein (Mat. Prof. 10911) Especialista en seguridad e instalaciones eléctricas en Hospitales.

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Seguridad eléctrica en salas de Cirugía Con el objetivo de minimizar el riesgo eléctrico a la que están expuestos los pacientes en una sala de cirugía, es condición necesaria que la instalación eléctrica de los quirófanos cumplan con lo establecido en la sección 710 (para salas de uso médico) de la Reglamentación sobre Instalaciones Eléctricas en inmuebles de la Asociación Electrotécnica Argentina (AEA). De esta manera se estará garantizando: 1) La continuidad del servicio eléctrico. 2) La seguridad del paciente contra Shock eléctrico. 3) Minimizar los riesgos de explosión e incendio.

1) La falta de continuidad del suministro eléctrico se puede deber: a) a la Interrupción del suministro eléctrico por parte de la red pública. b) a la salida de servicio de uno o mas tableros por fallo eléctrico, incendio, o una falla de

causa común. a) Con el objetivo de cubrir la interrupción del suministro eléctrico por parte de la red

pública, la Reglamentación de la AEA, prevé la entrada en servicio de un grupo electrógeno (como mínimo), que trabajando en forma conjunta con un sistema ininterrumpido de energía (UPS) garantice la continuidad del servicio eléctrico a la sala, según se detalla en la figura 1.

Figura 1. De la figura 1 se desprende que el grupo electrógeno está destinado solamente a la alimentación de las cargas que son esenciales, dentro de las cuales están incluidas las salas de cirugía. Dado que estos grupos motogeneradores no entran en servicio en forma instantánea, durante el tiempo que demande la maniobra (no mayor a los 15 seg) es necesario mantener la continuidad del servicio eléctrico en la iluminación scialitica y los equipos que son sostén de la vida (en caso de que estos carezcan de batería incorporada o que la mismas estén fuera de servicio). Por lo tanto es necesario complementar al grupo electrógeno con una UPS (fuente ininterrumpida de energía) doble conversión online, lográndose la no interrupción de la línea de alimentación prioritaria (a) a la sala, según se detalla en la figura.

Ing. Sergio E.Lichtenstein (Mat. Prof. 10911) Especialista en seguridad e instalaciones eléctricas en Hospitales.

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En caso de que la entrada en servicio del grupo electrógeno falle, la continuidad del servicio eléctrico estará garantizada por la UPS en un tiempo que dependerá de la autonomía de las baterías. b) En caso que la línea prioritaria (a) quede fuera de servicio por ejemplo por un

incendio en la montante en la que se aloja, un sistema de transferencia automático (previsto para tal fin) debe realizar la conmutación a la línea alternativa (b). Dado que se debe evitar la falla de causa común, el alimentador alternativo (b) debe estar tendido por otra montante ubicada en un área de fuego distinta a la montante que dejó fuera de servicio al alimentador prioritario (a). El mismo razonamiento vale para una falla en las barras de cargas esenciales del tablero general del hospital, con lo cual una vez superada la autonomía de las baterías de la UPS se deberá conmutar al alimentador (b) el cual toma alimentación de las barras destinadas a la alimentación de cargas no esenciales hasta tanto sea liberada la falla señalada.

2) Para garantizar la seguridad del paciente contra shock eléctrico (Macro y Micro

Shocks) y mantener la continuidad del servicio ante el primer fallo a tierra, se deben utilizar en los quirófanos los sistemas aislados, los que en forma conjunta con la tierra de protección en forma radial de todas las masas metálicas circundantes al paciente y de la tierra de protección de todos los tomas de uso médico, brindan el grado de seguridad requerido en una sala de cirugía, según se detalla en la figura 2.

Figura 2. Como se aprecia en la figura el sistema aislado está compuesto por el transformador separador y el monitor de aislación asociado. 3) Los sistemas aislados detallados en la figura 2, minimizan las corrientes de falla a tierra a valores tan bajos que no son capaces de producir ante el fallo una chispa como para provocar la ignición de una mezcla explosiva en la sala de cirugía. No obstante, los agentes anestésicos que se utilizan hoy en día, ya no son explosivos, y por lo tanto este tema no es relevante, salvo cuando se utilicen agentes desinfectantes a los que todavía no se ha podido renunciar y que puedan ser de riesgo, o en aquellos quirófanos de algunas universidades donde se utilicen agentes anestésicos inflamables del tipo experimental. Ing. Sergio E Lichtenstein. Especialista en Instalaciones Eléctricas Hospitalarias. Miembro permanente del comité C11 de estudios sobre Instalaciones Eléctricas Hospitalarias de la AEA. [email protected]

Generalidades

Los transformadores de aislación de uso hospitalario TTSA-H de SERVELEC SRL son máquinas destinadas a proveer alimentación de energía en instalaciones eléctricas de red aislada IT para salas del grupo 2 en locales de uso médico, cumpliendo normas técnicas internacionales específicas y reglamentaciones vigentes de la República Argentina, como la Reglamentación para la ejecución de instalaciones eléctricas en hospitales y salas externas a los hospitales, sección 710.

Esta reglamentación, cuya actualización está en curso como documento sujeto a discusión pública; establece los requisitos mínimos a cumplir para el Proyecto, Instalación, Montaje, Puesta en marcha, Operación, Control y Ensayos de las Instalaciones Eléctricas en Locales para Uso Médico. Los requisitos de la mencionada Sección 710 tienen en cuenta las probabilidades de riesgos para las personas, y en especial los pacientes, que puedan ocasionar las corrientes eléctricas al pasar por el organismo. Define tres tipos de salas de acuerdo a su utilización, salas del grupo 0, 1 y 2.

Los transformadores de aislación TTSA-H de SERVELEC SRL están diseñados para satisfacer los requisitos relacionados a las salas del grupo 2, ya que en éstas es condición indispensable la instalación de una red aislada, red IT, a fin de lograr un abastecimiento seguro a los equipos electromédicos para intervenciones quirúrgicas y medidas vitales. Estos requisitos rigen especialmente para las salas de cirugía, de examen y de cuidados intensivos.

La reglamentación prevée el uso de transformadores monofásicos y de aislación seca debido a su menor riesgo de incendio, contaminación y confiabilidad en el mantenimiento del servicio de energía, siendo las potencias preferidas de 3kVA a 8kVA. Debido a la existencia de consumidores trifásicos, admite además el uso de transformadores de aislación trifásicos, en este caso solo si se asegura que en ninguna condición de sobrecarga ó falla a tierra en el lado primario, aparezcan tensiones de fase superiores a 230V. Esto debe realizarse con una adecuada selección del grupo de conexión del transformador.

Transformadores de aislación de uso hospitalario

La serie TTSA-H de transformadores de aislación de uso hospitalario de SERVELEC SRL, se compone de siete potencias monofásicas: 1, 2, 3, 5, 10, 15 y 20kVA y de tres potencias trifásicas: 5, 10 y 15kVA; de

aislación seca, enfriamiento natural, cumpliendo las especificaciones de la norma IEC 61558-2-15 Requerimientos particulares de transformadores separadores para locales de uso médico, de las condiciones particulares de la Sección 710 de la Reglamentación para la ejecución de instalaciones eléctricas en hospitales y salas externas a los hospitales, con de las siguientes características técnicas:

- Relación 1:1, con tensión nominal de 230V máximos.- Corriente de vacío, a circuito secundario abierto, menor al 3%

de la corriente nominal de plena carga.- Corriente de conexión no superior a ocho veces la corriente

nominal de plena carga.- Tensión de cortocircuito Ucc, menor al 3% de la tensión

nominal.- Aislación Clase H.- Tensión de aislación de 3kV.- Rigidez dieléctrica mayor a 1000 MOhms.- Corriente de fuga a tierra menor a 0.1mA.- Nivel de rumorosidad menor a 40dB a 30cm de distancia y a

potencia nominal.- Pantalla electrostática entre primario y secundario con doble

aislación y acometida a borne para conexión a tierra.- Conexión de mitad del bobinado secundario a borne aislado,

para monitoreo de fuga.- Sensor de temperatura, termostato NC con capacidad de

corriente de 2A/250V, ó termistor PTC a pedido.

Las características técnicas listadas de esta serie de transformadores, pueden ser cumplidas gracias a sus excelentes características constructivas, aseguradas con procedimientos documentados, registros específicos, garantizados por un Sistema de Gestión de la Calidad según ISO 9001-200, y se refieren a:

La utilización de núcleos de Fe-Si de grano orientado M4 con corte Step Lap, que permiten el cumplimiento de una corriente de vacío inferior al 3% de In.

El uso de aislantes clase H en todos los insumos del transformador, un cuidadoso armado de la parte activa (núcleo + bobinas), junto a una impregnación al vacío de barniz clase H y el posterior horneado para el secado y curado del mismo; garantizan niveles de rumorosidad mínimos, elevada rigidez dieléctrica y gran capacidad de sobrecarga.

El adecuado diseño del transformador garantiza muy bajas capacidades distribuidas entre primario y secundario, corriente de fuga a tierra mínima y baja sobre elevación térmica; dando de este modo gran capacidad de sobrecarga aún durante prolongados lapsos de tiempo, característica ésta muy importante en redes IT para usos médicos, ya que en todo momento se debe priorizar y garantizar la prestación del servicio de energía eléctrica aún en condiciones de sobrecargas prolongadas.

El uso de prensayugos de sujeción aislados con tratamiento anticorrosivo, bornes para carril con conexión a tornillo, bulón para toma de tierra y un marcado según las normativas internacionales; garantizan el cumplimiento de los estándares nacionales e internacionales mas exigentes.

Por último, los transformadores de la serie TTSA-H de SERVELEC SRL se entregan con su correspondiente Protocolo de Ensayo de Rutina en Fábrica desde nuestro laboratorio de mediciones certificado y dentro de nuestro Sistema de Aseguramiento de la Calidad ISO 9001-2000.

Características Técnicas

Modelo Potencia en kVA

Dimensiones en mm.A B C H W D

TSAH 1 KM 1 300 260 180 500 450 250

TSAH 2 KM 2 350 300 190 500 450 250

TSAH 3 KM 3 350 300 190 500 450 250

TSAH 5 KM 5 360 260 220 550 500 300

TSAH 10 KM 10 410 280 240 550 500 300

TSAH 15 KM 15 460 310 270 700 500 400

TSAH 20 KM 20 500 340 300 700 500 400

Modelo Potencia kVA

Dimensiones en mm.

A B C H W D

TSAH 5 KT 5 350 360 190 550 500 300

TSAH10KT 10 350 410 220 550 500 300

TSAH15KT 15 410 450 240 700 600 400

TRANSFORMADOR DE AISLACIÓN DE USO HOSPITALARIO

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04/2010 Ing. Erardo Bozzano 1

GENERALIDADES

Los transformadores de aislación de uso médico para redes IT, son máquinas estáticas destinadas a proveer alimentación de energía en instalaciones eléctricas de red aislada para salas del grupo 2 en locales de uso médico, cumpliendo normas técnicas internacionales aplicables, como la IEC61558-2-15 y reglamentaciones vigentes en la República Argentina, tales como AEA90364 - Sección 710. Los requisitos de la mencionada Sección 710 tienen en cuenta las probabilidades de riesgos para las personas y en especial para los pacientes, que puedan ocasionar las corrientes eléctricas de fuga al pasar por el organismo. Define tres tipos de salas de medicina humana y dental de acuerdo a su utilización y las clasifica en: salas del grupo 0, 1, 2a y 2b (un resumen de las mismas se encuentra en el anexo I). Los transformadores de aislación deben estar diseñados para satisfacer los requisitos relacionados a las salas del grupo 2 (a y b), ya que en éstas es condición indispensable la instalación de una red aislada IT, a fin de lograr un suministro eléctrico seguro a los equipos electromédicos para intervenciones quirúrgicas y medidas vitales. Una red aislada previene la ocurrencia del macroshock al personal médico y asegura la continuidad del servicio eléctrico frente a la denominada primera falla. Además permite prevenir junto a otras medidas complementarias; como la supervisión permanente por medio de un monitor de aislación y la instalación de una estructura equipotencial, la ocurrencia del microshock en los pacientes. La referida reglamentación 710 de la AEA, determina el uso de transformadores monofásicos y de aislación seca debido a su menor riesgo de incendio, contaminación y mayor confiabilidad para la prestación del servicio y define un acotado rango de potencias que va desde 3.15kVA hasta 8kVA, siendo de 5kVA la potencia preferida para las Unidades de Terapia Intensiva y Quirófanos. Transformadores de potencia menor a 3.15kVA no son aconsejables debido al elevado valor de su impedancia de cortocircuito que impedirá la actuación segura de los interruptores termomagnéticos colocados aguas abajo del transformador. Transformadores de potencias mayores a 8kVA no son aconsejables debido a la elevada capacidad distribuída que tendrá tanto el propio transformador como así también la instalación, ó sea el cableado de la red IT. La referida normativa solo admite el uso de transformadores trifásicos cuando los mismos alimentan exclusivamente a consumidores trifásicos y limita la relación de tensiones del mismo de manera tal de asegurarse que en ninguna condición falla, aparezcan en el lado secundario tensiones de fase superiores a 230Vca.


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TRANSFORMADORES DE AISLACIÓN DE USO MÉDICO

Los transformadores de aislación para uso médico deben cumplir con las especificaciones técnicas definidas en las normativas anteriormente citadas y éstas serán de carácter obligatorio. Sin embargo existen otras, que a pesar de no estar específicamente indicadas, son indispensables para que el transformador cumpla con las condiciones de prestación requeridas para las salas del Grupo 2. Las principales características técnicas que deben cumplir estos transformadores son:

1. Tipo: monofásicos de aislación seca. 2. Rango de potencias: de 3.15kVA a 8kVA. 3. Relación: 1:1 con tensión nominal máxima de 230Vca. 4. Corriente de vacío: menor al 3% de la corriente nominal (Inom). 5. Corriente de conexión: menor a 12 veces la corriente nominal. 6. Tensión de cortocircuito: menor al 3% de la tensión nominal. 7. Clase térmica: aislación clase H. 8. Nivel de aislación: 3kVca. 9. Rigidez dieléctrica, mayor a 500 MOhms. 10. Corriente de fuga a tierra: menor a 0.1mA. 11. Nivel de ruido: menor a 40dB a 30cm de distancia y a potencia

nominal. 12. Pantalla electrostática entre primario y secundario. 13. Conexión para monitoreo de fuga, a mitad del bobinado

secundario y a borne aislado. 14. Sensor de temperatura: de tipo PTC ó PT100. 15. Elevada capacidad de sobrecarga.

Los requisitos listados pueden ser alcanzados si se adoptan criterios muy cuidados y selectivos en todos los procesos de diseño y fabricación, tales como: diseños verificados y validados, severos controles en los materiales usados en su construcción, procesos controlados y documentados en su fabricación y ensayos finales registrados para la verificación del cumplimiento de los requisitos definidos por las normas de aplicación. Es evidente que solo aquellas empresas que operen bajo procedimientos documentados y certificados por un Sistema de Gestión de la Calidad según ISO 9001, podrán alcanzar las metas citadas.


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Para lograr las características técnicas mencionadas en la fabricación de estos transformadores, se deberán tener en cuenta al menos los siguientes aspectos durante el proyecto, cálculo y fabricación de los mismos: Núcleo de elevada calidad y bajas pérdidas Un núcleo construido con chapa de Fe-Si de grano orientado M4, preferentemente con corte step-lap, garantiza baja corriente de vacío y disminuye de manera significativa las pérdidas en el mismo. La primer característica es necesaria para cumplir con el requisito de un valor inferior al 3% de la Inom y la segunda, posibilitará disminuir significativamente la sobre elevación de temperatura en el núcleo. Bajas pérdidas específicas en el núcleo junto a la elección de una adecuada inducción magnética de trabajo y correcto diseño en la geometría de los bobinados, permite alcanzar el requisito de una corriente de inserción inferior a 12 veces la Inom. “Este requisito es indispensable para evitar la actuación intempestiva de las protecciones magnéticas aguas arriba del transformador, durante la conexión del mismo a la red”. Las curvas mostradas en la Fig.1, muestran oscilogramas de las corrientes de inserción de un transformador de 5kVA a dos columnas obtenidas durante un ensayo según lo indicado el punto 13.3 de la IEC61558-2-15, “El transformador en vacío se alimenta a la tensión primaria asignada. La tensión de alimentación se conecta y desconecta un total de 20 veces a intervalos de aproximadamente 10 s”. El valor de la corriente de inserción del transformador (Iinserción) será igual al máximo valor cresta registrado. El oscilograma (c) corresponde al mayor valor registrado durante el ensayo, 320 Apico, valor que corresponde a una corriente de inserción de 10.4 veces la nominal. Figura 1: Valores máximos registrados entre 20 disparos. Escalas: vertical 100Apico/div, horizontal: 5ms/div

(a) disparo 1; 230Apico (b) disparo 9; 260Apico


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(c) disparo 15; 320Apico

Pnom= 5kVA Vnom= 230Vca Inom= Pnom / Vnom = 21.74 Arms

Inom pico= 30.74 Apico Iinserción = 320 Apico Iinserción / Inom pico = 10.4 veces Geometría y densidad de corriente en los bobinados El mayor rendimiento del núcleo magnético permite definir los bobinados con un número de espiras reducido. Esto es importante a la hora de cumplir con el requisito de una tensión de cortocircuito Ucc no superior al 3% de la Unom. El valor de la Ucc referida a la tensión nominal del transformador es en términos porcentuales, numéricamente igual a la impedancia de cortocircuito Zcc, por lo que ésta deberá ser inferior al 3%. Para lograr cumplir con este requisito es necesario proyectar los bobinados con un número de espiras reducido y una densidad de corriente suficientemente baja de modo tal de disminuir la componente resistiva de la Zcc, además, se debe optimizar la geometría de los bobinados de manera tal de reducir la componente inductiva de la Zcc.

Ucc= Inom x Zcc Rcc: Componente resistiva Zcc= Rcc+jXcc Xcc: Componente inductiva

El diseño del transformador debe garantizar muy bajas capacidades distribuidas entre los bobinados primario y secundario, y entre el bobinado secundario y el cuerpo del transformador (núcleo mas amarres metálicos conectados a tierra) para que, junto a la utilización de aislaciones de elevada resistividad dieléctrica, resulte en una corriente de fuga a tierra máxima no superior al límite de 0.1mA definido por la norma. Gran capacidad de sobrecarga Los transformadores analizados deben tener una gran capacidad de sobrecarga aún durante prolongados lapsos de tiempo, “característica ésta muy importante en redes IT para salas del Grupo 2, ya que en todo momento se debe priorizar y garantizar la continuidad prestación del servicio de energía eléctrica aún en condiciones anómalas”.


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Curvas de calentamiento

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

8:00 10:24 12:48 15:12 17:36

Tiempo (hs)

Tem

pera

tura

(ºC

)

PnomP130%P150%

Para lograr este objetivo el transformador deberá estar construido con aislaciones clase H y proyectado con una “muy baja sobre elevación térmica para condiciones normales”, de manera tal que en condición de sobrecarga, las temperaturas alcanzadas por los bobinados no superen las máximas admitidas para la clase térmica citada, “125ºC de sobre elevación térmica sobre un ambiente de 40ºC según la IEC61558”. Lograr este objetivo lleva a “disponer el transformador sobre un núcleo a dos columnas e incorporar canales de ventilación entre bobinados para aumentar la superficie de disipación térmica del mismo”, mientras que la elección de un número de espiras reducido y baja densidad de corriente en los bobinados, disminuye la potencia disipada por el conjunto logrando de este modo reducir la sobre elevación térmica. DT: sobre elevación térmica en ºC

DT = Pdis / Kdis Sdis Pdis: potencia disipada en W Sdis: superficie de disipación en m2

Kdis: constante térmica del conjunto

Las curvas de la Fig.2, muestran el calentamiento de un transformador de 5kVA a dos columnas, para distintas condiciones de carga (a potencia nominal y con un 30 y 50% de sobrecarga). Es de notar que a potencia nominal el transformador ensayado presenta una DT de 63ºC, y que aún con un 50% de sobre carga, la máxima sobre elevación térmica alcanzada por los bobinados es de 116ºC, valor que no sobrepasa el límite de 125ºC definido por la norma IEC para la clase H. Figura 2: Curvas de calentamiento de un transformador de 5KVA, relación 230/230Vca, a dos columnas. Las temperaturas del eje Y representan las sobre elevaciones térmicas alcanzadas en régimen.


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Proceso de fabricación controlado El proceso de fabricación de estos transformadores debe contemplar un cuidadoso armado de su parte activa (núcleo + bobinas), como así también la impregnación del conjunto con barnices clase H y su posterior horneado en condiciones controladas para el óptimo secado y curado del mismo. Esto permite garantizar el cumplimiento de los requisitos de baja rumorosidad (menor a 40dB) y elevada rigidez dieléctrica (mayor a 3kVca). El uso de prensayugos de sujeción aislados y con tratamiento anticorrosivo, bornes de carril con conexión a tornillo, bulón para toma de tierra con aterrado del núcleo y marcado según Norma, define un transformador adecuado para su utilización en locales de uso médico.

CONCLUSIONES

Los transformadores de aislación de uso médico son indispensables para la prevención de accidentes ocasionados por la posibilidad de ocurrencia de fugas y fallas a tierra en las instalaciones eléctricas de las salas del Grupo 2. La elección de un transformador que no cumpla los requisitos de seguridad y funcionamiento antes analizados incrementará las posibilidades de falla en las instalaciones y por lo tanto, se verificará un empobrecimiento en materia de seguridad brindado por el establecimiento a sus pacientes y al personal médico.

Se recomienda entonces el uso de transformadores de aislamiento de probada calidad y eficiencia, ensayados y protocolizados con la rigurosidad definida en las normativas nacionales e internacionales aplicables y con respaldo técnico verificable.


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ANEXO I:

Asignación de distintos tipos de sala según las subclaúsulas 710.3.2.1 a 710.3.2.3

GRUPO DE APLICACIÓN

TIPO DE SALA DE ACUERDO A LA UTILIZACIÓN

TIPO DE UTILIZACIÓN MÉDICA

0

Salas de internación

Salas de esterilización para cirugías Salas de lavado para cirugías Consultorios de medicina humana y dental

Ninguna utilización de equipos

electromédicos

1

Salas para ecografía Salas de internación Salas para terapia física Salas de masajes Consultorios de medicina humana y dental Salas para diagnóstico radiológico y tratamiento Salas de parto

Utilización de equipos

electromédicos a través de

aberturas naturales en el cuerpo,

ó con intervenciones quirúrgicas

menores (cirugía menor)

2a

Salas de preparación para cirugías

Salas para hidroterapia Salas para endoscopías Salas para diálisis Salas para yesos quirúrgicos Salas de endoscopía

Operaciones de cirugía menor, sin

introducción de catéteres en el

corazón (sin riesgo de

microchoque)

2b

Salas para ambulatorios quirúrgicos Salas de examen intensivo con mediciones invasivas Salas de recuperación post-quirúrgica Salas de cirugías Salas de guardia para tratamiento de emergencia “Shock Room” Salas de examen intensivo Salas de cuidados intensivos (UTI) Salas para diagnóstico y tratamientos invasivos, guiados por imágenes (hemodinamia) Salas para cateterismo cardíaco para diagnóstico y tratamiento Quirófanos de obstetricia Salas para diálisis de emergencia ó aguda Salas de neonatología

Operaciones de órganos de todo

tipo (cirugía mayor), introducción

de catéteres en el corazón

(cateterísmo cardíaco),

introducción quirúrgica de partes

de aparatos, operaciones de todo

tipo, mantenimiento de las

funciones vitales con equipos

electromédicos, intervenciones a

corazón abierto (riesgo de

microchoque)

Lichtenstein 04 2010

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