Majitelia patentu RU 2581773:

Predložená skupina vynálezov sa týka ochrany elektrických systémov a konkrétnejšie sa týka spôsobu merania, analýzy a rozlišovania signálov na určenie zvodových a/alebo poruchových prúdov v elektrických zariadeniach napájaných takýmito systémami. Metóda zahŕňa digitálne vzorkovanie prúdu alebo skupiny prúdov v elektrickom systéme s použitím dostatočného frekvenčného pásma v uvedenom vzorkovaní na rekonštrukciu amplitúdy a fázy generovanej elektrickej frekvencie a jej harmonických a hlavnej nosnej frekvencie spínacej elektroniky a modulácie. postranné pásma, analýzu signálov z viacerých prevodníkov v reálnom čase alebo meracie body pre informácie o diagnostike a lokalizácii porúch napájacích zdrojov. elektrické siete s izolovaným neutrálom. Metóda zahŕňa rozpoznávanie frekvenčných zložiek prúdov v elektrických systémoch. Vynález ďalej zverejňuje spôsoby zisťovania zemných porúch a vysokofrekvenčných zvodových prúdov, najmä, aj keď nie výlučne, v energetických sieťach s izolovaným neutrálom (IT) a/alebo obmedzenými zemnými poruchami a najmä v energetických sieťach v nebezpečných oblastiach. ako bane. Vynález sa tiež týka spôsobu zlepšenia spoľahlivosti relé pri zisťovaní zemných zvodov, najmä keď sú relé prevádzkované v spojení s výkonovou spínacou elektronikou. Vynález sa ďalej týka spôsobu interpretácie širokopásmových meracích signálov na identifikáciu potenciálnych nebezpečenstiev, ktoré sa môžu vyskytnúť v dôsledku činnosti spínacej elektroniky, a nie odmietnutia signálov, ako je šum, pre uľahčenie analýzy. Ochranné zariadenie je schopné detekovať signály priamy prúd a vyššej frekvencie, ktoré sa týkajú normálnej a abnormálnej činnosti spínanej výkonovej elektroniky pripojenej ako záťaž k elektrickému systému, pričom sa analyzujú zemné zvodové prúdy s cieľom zapnúť ochranné zariadenia. Technickým výsledkom je zvýšenie presnosti merania a analýzy signálov elektrických systémov vrátane spínacej elektroniky a zlepšenie metód ich ochrany. 3 n. a 36 z.p. f-ly.

POZADIE VYNÁLEZU

Predložený vynález sa týka ochrany elektrických systémov a konkrétnejšie sa týka spôsobu merania, analýzy a rozlišovania signálov na určenie zvodových a/alebo poruchových prúdov v elektrických zariadeniach napájaných takýmito systémami. Vynález sa tiež týka rozpoznávania frekvenčných zložiek prúdov v elektrických systémoch. Vynález sa ďalej týka spôsobov zisťovania zemných porúch a vysokofrekvenčných zvodových prúdov, najmä, aj keď nie výlučne, v napájacích sieťach s izolovaným neutrálom (IT) a/alebo s obmedzenými zemnými poruchami a najmä v napájacích sieťach v nebezpečných oblastiach. ako sú okrem iného bane. Vynález sa tiež týka spôsobu zlepšenia spoľahlivosti relé pri detekcii zemného úniku, najmä keď sú relé prevádzkované v spojení s výkonovou spínacou elektronikou, vrátane, ale nie výlučne, pohonov s premenlivou rýchlosťou. Vynález sa ďalej týka spôsobu interpretácie širokopásmových meracích signálov na identifikáciu potenciálnych nebezpečenstiev, ktoré sa môžu vyskytnúť v dôsledku činnosti spínacej elektroniky, a nie odmietnutia signálov, ako je šum, pre uľahčenie analýzy. Metóda zahŕňa analýzu signálov z viacerých prevodníkov alebo meracích bodov v reálnom čase s cieľom získať informácie o diagnóze a lokalizácii poruchy v napájacích sieťach s izolovaným neutrálom.

DOTERAJŠÍ STAV TECHNIKY

Zemné zvodové zariadenia sú kritickou zložkou elektrickej bezpečnosti a sú často vyžadované predpismi. Ochrana proti zemnému zvodu je navrhnutá tak, aby zlepšila bezpečnosť bez toho, aby spôsobovala nechcené a zbytočné skreslenie elektrického systému, ku ktorému je pripojené ochranné zariadenie proti zemnému prúdu. Zemné zvody a poruchové prúdy v elektrických inštaláciách môžu v najhoršom prípade viesť k úrazu elektrickým prúdom a/alebo oblúku. Na rozdiel od ističov, ktoré detegujú nadprúd a potom izolujú elektrický systém, ku ktorému je istič pripojený, sa zariadenia na zvodové prúdenie používajú predovšetkým na ochranu personálu pred úrazom elektrickým prúdom. Istič preťaženia je navrhnutý tak, aby otvoril obvod, keď prúd prekročí vopred stanovený limit. Ak je prúd, ktorý by mohol viesť k smrteľnému úrazu elektrickým prúdom, menší ako niekoľko ampérov na menej ako niekoľko sekúnd, istič preťaženia poskytuje malú alebo žiadnu ochranu proti šoku. Ochranné zariadenia proti zemnému zvodu sú zvyčajne dimenzované na vypínacie alebo poruchové prúdy 10 až 100 mA a dobu prerušenia 40 až 100 milisekúnd po zistení poruchového prúdu. Zemné zvodové zariadenia sú založené na princípe, že množstvo prúdu vstupujúceho do zariadenia cez napájacie vedenia musí byť presne rovnaké ako množstvo prúdu opúšťajúceho zariadenie cez napájacie vedenia, a že každá odchýlka je spôsobená únikom prúdu a/alebo nekontrolovaný prúd odbočky do kábla a/alebo fyzického uzemnenia.

Ak dôjde k poruche v elektrickom vedení elektrického zariadenia, ktorá umožňuje pripojenie otvoreného krytu zariadenia k aktívnemu zdroju pod napätím, osoba v kontakte so zariadením pod napätím môže dostať elektrický šok, pretože takýto kontakt vytvára paralelnú cestu k zemi pre prúd namiesto sledovania cez neutrálne alebo iné napájacie vedenia. V tejto situácii sa aplikuje ochranné zariadenie proti zemnému úniku. Istič za normálnych okolností nereaguje na malý, aj keď smrteľný prúd navyše.

V ochrannom zariadení proti zemnému zvodu sa zvodový prúd monitoruje porovnaním odporového a neutrálneho prúdu pretekajúceho slučkou, zvyčajne jednoduchý liek meranie prúdu indukovaného v cievke, cez ktorú prechádzajú oba vodiče. Za normálnych podmienok budú v aktívnom a neutrálnom vodiči pretekať rovnaké a opačné prúdy, a preto v cievke nebude žiadny indukovaný prúd. Technika sledovania je rovnako použiteľná pre trojfázový systém(s neutrálnym pripojením alebo bez neho), kde je všetok zaťažovací prúd dodávaný cez fázové vodiče, sa musí vrátiť cez rovnaké fázové vodiče. Prúd indukovaný v cievke nevyváženými napájacími a spätnými aktívnymi a neutrálnymi prúdmi v dôsledku káblového a/alebo fyzického zemného zvodu možno použiť na spustenie prerušenia slučky pomocou spínacieho zariadenia alebo relé.

Nie všetky elektrické systémy sú chránené uzemňovacími zariadeniami. Takéto zariadenia sú relatívne drahé a môžu byť vystavené nežiaducej (interferenčnej) prevádzke, pretože môžu nastať okolnosti, kedy môže dôjsť k nerovnováhe medzi aktívnym a neutrálnym prúdom bez akýchkoľvek bezpečnostných dôsledkov. To platí najmä pre systémy, ktoré obsahujú záťaže obsahujúce spínaciu elektroniku s filtrovaním šumu v bežnom režime. Pri takýchto záťažiach je určitá úroveň zemného zvodového prúdu normálna, nemusí nutne znamenať poruchu a často nepredstavuje nebezpečenstvo úrazu elektrickým prúdom. Skutočnosť, že takéto záťaže generujú zvodový prúd za normálnych podmienok bez poškodenia, sťažuje zistenie skutočnej zemnej poruchy, ako aj určenie, aká úroveň zvodového prúdu je prijateľná. Kompromis medzi bezpečnosťou a prevádzkovou realitou sa zvyčajne dosahuje pri určovaní rozsahu použitia zariadenia na zvodové uzemnenie a/alebo úrovne zvodového prúdu, ktorý môže tiecť pred bezpečnostným vypnutím.

Rušivá prevádzka môže byť minimalizovaná použitím samostatných ochranných zariadení proti zvodovému prúdu pre jednotlivé časti zariadenia, ktoré sa má chrániť. V takýchto prípadoch je možné optimalizovať prahové hodnoty zvodového prúdu pre jednotlivé zariadenia. Ekonomickejšou alternatívou by bolo umiestniť známe únikové zariadenie do okruhu, ktorý má ochranu proti zemnému úniku s vyšším prahom aktivácie.

Predpisy o uzemnení systému sa v jednotlivých krajinách líšia. Ochranné uzemnenie zaisťuje, že všetky odkryté vodivé povrchy majú rovnaký elektrický potenciál ako zemský povrch, aby sa predišlo riziku úrazu elektrickým prúdom, ak sa osoba dotkne zariadenia, ktoré má poruchu izolácie. Tým sa zabezpečí, že v prípade poruchy izolácie vysoký prúd ktorý spustí nadprúdové ochranné zariadenie, ako je poistka alebo istič, čím sa preruší napájanie.

Rôzne zemné obvody a ochranné zariadenia sú opísané v patentovej literatúre, napríklad v EP 0880213. Tento patent uvádza obvod na detekciu zemného úniku vrátane meniča zemného zvodového prúdu na dodávanie prúdu, ktorý zodpovedá zemnému zvodovému prúdu v obvode, ktorý má byť chránený. . Zahŕňa akumulačný prvok zapojený do obvodu a paralelne s akumulačným prvkom zapojenú záťaž, ako aj obvod na porovnávanie aspoň jednej časti napätia na akumulačnom prvku s prvou prahovou hodnotou. Takáto schéma je tiež opísaná v nemeckej patentovej prihláške č. 3,807,935.

V prípade uzemňovacieho spínača opísaného vo vyššie uvedenej nemeckej patentovej prihláške sa na detekciu zemného úniku a na generovanie prúdu, ktorý zodpovedá hodnote zemného zvodu a ktorý sa privádza do akumulačného prvku vo forme, používa bežný prúdový menič. kondenzátora. K uvedenému kondenzátoru je paralelne pripojená záťaž, ktorá obsahuje delič napätia na získanie čiastkového napätia z napätia, ktoré existuje na kondenzátore, a toto čiastkové napätie sa porovnáva s riadiacim napätím. V prípade neprijateľného zvodového prúdu bude čiastkové napätie odobraté z kondenzátora väčšie riadiace napätie, ktorý aktivuje vypínací mechanizmus, čím sa odpojí obvod, v ktorom dochádza k zvodu. Tento známy obvod na detekciu zemného úniku má nevýhodu v tom, že počas nabíjania kondenzátora záťaž generovaná deličom napätia už spotrebováva prúd, čo spôsobuje, že nabíjanie kondenzátora trvá dlhšie a dochádza k plytvaniu energiou. Účelom vynálezu opísaného v tomto patente je navrhnúť obvod detekcie zemného úniku, kde je záťaž vybavená prahovým obvodom, takže ak napätie na akumulačnom prvku prekročí prvú prahovú hodnotu, meranie sa vykoná pri prúde úmerné zemnému zvodovému prúdu. Vypínací mechanizmus zareaguje, ak meranie prúdu zistí, že zvodový prúd je príliš vysoký.

V ešte ďalšom príklade, US patent č.3,737,726 je opísaný detektor zemného úniku na ovládanie prostriedkov na prerušenie pracovného obvodu, vrátane trojfázového transformátora na ochranu kábla so sekundárnym vinutím s odbočkami, prostriedku na usmernenie napätí indukovaných v sekundárne vinutie v dôsledku nevyváženosti na napájanie vyššieho a nižšieho napätia, prvé pamäťové zariadenie, ktoré sa nabíja na vopred určené napätie vyšším usmerneným napätím, prvé spínacie zariadenie, ktoré je po nabití napájané prvým pamäťovým zariadením, a druhé pamäťové zariadenie, ktoré je nabité nižším usmerneným napätím, a druhé spínacie zariadenie, ktoré je napájané, keď je prvé spínacie zariadenie pod napätím, aby sa umožnilo druhému pamäťovému zariadeniu vybiť sa do uvedeného prostriedku na prerušenie obvodu, aby ho mohol ovládať prostredníctvom druhého spínacieho zariadenia znamená.

Ťažobný priemysel rýchlo rastie v používaní výkonovej spínacej elektroniky, ako sú pohony s premenlivou rýchlosťou pre mobilné banské zariadenia, dopravníky, čerpadlá, ventilátory a spracovateľské závody a zariadenia. Bez ohľadu na aplikáciu môžu pohony s premenlivými otáčkami (niekedy označované aj ako pohony s premenlivým napätím, pohony s premenlivou frekvenciou VVVF alebo V3F) zaviesť napájací prúd a spínaciu frekvenciu harmonických a vedený šum, čo má za následok vplyv na iné zariadenia, ako sú riadiace a ochranné relé. . V súvislosti s elektrickou bezpečnosťou boli vznesené obavy o spoľahlivosť ochranných relé pri prevádzke v spojení s pohonom s premenlivou rýchlosťou. Presnejšie povedané, existujú problémy s relé s ohľadom na detekciu zemného úniku, uzemnenie a blokovanie uzemnenia, keď je relé prevádzkované v spojení s pohonmi s premenlivou rýchlosťou a podobným elektronickým zariadením na prepínanie výkonu.

Tieto problémy spadajú do dvoch širokých kategórií.

1. Elektrické rušenie počas činnosti ochranného relé, generované výkonovou spínacou elektronikou, ktoré degraduje ochranná funkcia relé, čo často vedie k interferenčnej prevádzke.

2. Skutočná degradácia obvodu elektrická ochrana, najmä v sieťach s izolovaným nulovým vodičom, ktoré sú obmedzené zemnými poruchami, kde sa bežne používajú filtre so spoločným režimom s elektronikou spínania výkonu, môžu vytvárať alternatívne chybové cesty pre prúd s vyššou frekvenciou, ktorý nie je obmedzený impedanciou nuly voči zemi, čo môže viesť k zvýšeniu kontaktné potenciály počas poruchových stavov.

Ochranné zemné zvodové relé, ktoré využívajú prahové hodnoty veľkosti alebo časové/prúdové charakteristiky pre frekvenčné aplikácie elektrickej siete, izolované neutrálne siete a nebezpečné oblasti, sú už v odbore známe. Známe sú aj relé, ktoré detekujú poruchy elektrického oblúka v elektrických sieťach a nebezpečné potenciály na miestach, na ktoré je možné stúpiť alebo sa ich dotknúť. Je tiež známe použitie frekvenčnej analýzy na identifikáciu spektier v analýze signálu a na identifikáciu prítomnosti elektrický oblúk v elektrických systémoch.

Frekvenčné zložky (harmonické) nesúvisiace špecificky s frekvenciou elektrického systému sú dôsledkom relatívne nedávneho pokroku v technológii elektronického napájania. Pred zavedením modernej elektroniky do priemyselných procesov bolo nepravdepodobné, že by signály jednosmerného prúdu a signály striedavého prúdu s vyššou neelektrickou frekvenciou boli prítomné v meraniach ochrany proti zemnému úniku. Existujú rôzne scenáre, v ktorých je možné, že signály iné ako elektrické frekvencie a harmonické elektrickej frekvencie sú privádzané k poruche ochranného uzemnenia v dôsledku inštalovanej výkonovej elektroniky. Niektoré z týchto scenárov predstavujú poruchové stavy, niektoré predstavujú normálnu prevádzku elektrického systému.

Prúdy pozemnej slučky so spoločným režimom sa niekedy zavádzajú špeciálnymi filtračnými návrhmi aplikovanými na spínaciu výkonovú elektroniku, aby sa minimalizoval vedený a vyžarovaný elektrický šum, a tým sa zabezpečila elektromagnetická kompatibilita s inými elektrickými systémami. Pri aplikácii na izolovanú neutrálnu sieť predstavujú prúdy v slučke so spoločným režimom potenciálne nekontrolovaný tok energie v nebezpečnom prostredí, pretože spätný prúd je rozdelený medzi uzemnenie kábla a fyzické uzemnenie v pomere, ktorý je nepriamo úmerný príslušnej slučke. impedancie. Pretože prúd tečie do fyzického uzemnenia, už ho nemožno ovládať konvenčnými ovládačmi spomaľujúcimi horenie. Zdroje pravdepodobného vznietenia nie sú obmedzené na základnú frekvenciu.

Podobne, potenciál dotyku zemnej poruchy izolovanej neutrálnej siete je plne riadený tak impedanciou obmedzujúcou zemnú poruchu, ako aj proaktívnym meraním kontinuity kábla. Toto je zvyčajne založené na jednej primárnej strážnej hviezde a ukončovacej impedancii. Zapojenie zariadení paralelne s bežnými EMC filtrami môže znížiť úroveň ochrany poskytovanú týmto typom napájacieho systému.

V snahe obmedziť zbytočné vypínanie relé môže použitie filtrovania signálu alebo zníženej šírky pásma maskovať potenciálne nebezpečné udalosti, ktoré vedú k nepretržitému toku jednosmerného prúdu alebo striedavého prúdu s vyššou frekvenciou, ktorý môže spôsobiť elektrický oblúk, poškodenie, zranenie alebo smrť personálu. Aj keď je možné merať signály zo zariadení pri práci pod zemou, používanie konvenčných zariadení na takéto merania je zvyčajne veľmi nebezpečné a proti predpisom. Nebezpečné (potenciálne výbušné) prostredia bránia použitiu konvenčných elektrických zariadení na meranie bežných jednosmerných alebo striedavých signálov s vyššou frekvenciou. Navyše ručné používanie meracieho zariadenia nebude rutinné ani nepretržité. Pri absencii nameraných údajov nie je zrejmé, že tečú nežiaduce prúdy, a ak sa nekontrolujú, takéto prúdy môžu byť prítomné na nebezpečných úrovniach.

Podobne je možné ukázať, že paralelná spínaná výkonová elektronika zahŕňajúca filtrovanie so spoločným režimom na zníženie hluku môže viesť k veľkým cirkulačným prúdom počas poruchových stavov, ktoré sa nevracajú cez impedanciu obmedzujúcu poruchu. Zložka týchto prúdov priamo súvisí s nosnou alebo spínacou frekvenciou výkonovej elektroniky, a nie s generovanou elektrickou frekvenciou alebo harmonickými generovanými elektrickými frekvenciami. Ochranné zariadenie, ktoré sa nedokáže vysporiadať s problémom prúdu s vyššou frekvenciou (nosná frekvencia a jej harmonické) v dôsledku úmyselného obmedzenia šírky pásma sledovania, nezistí tieto poruchové prúdy a nemusí odstrániť poruchový stav, pokiaľ sa zložky prúdu v jeho šírke pásma sledovania nevytvoria v čas poškodenia.

Prevažná väčšina existujúcich elektrických ochranných zariadení je naladená na základnú elektrickú frekvenciu (50 Hz alebo 60 Hz), a preto neprijíma jednosmerný a vysokofrekvenčný zemný zvodový prúd, ktorý stále prúdi a môže spôsobiť oblúk alebo elektrický šok bez rušivého pôsobenia dozorné relé. Relé, ktoré sú navrhnuté na detekciu lézií elektrického oblúka, sú citlivé na vysoké frekvencie, ale pri detekcii sa spoliehajú na predchádzajúcu existenciu oblúka a v prvom prípade nezabránia vzniku oblúka. Typicky sú tiež naladené na prechodové prúdy a nie na ustálené prúdy, reagujú na širokopásmové prúdové spektrá (nie špecifické harmonické spektrá) a neanalyzujú individuálne frekvenčné spektrá, ktoré charakterizujú harmonické elektrické alebo spínacie frekvencie vo výkonovej elektronike.

Existuje neustála potreba zlepšovať známe spôsoby a zariadenia na detekciu poruchových a zvodových prúdov v elektrických systémoch, aby sa zachovala a zlepšila bezpečnosť takýchto systémov a aby sa začlenili súčasné pokroky v technológii výkonovej elektroniky, ktorá je napájaná týmito systémami. Presnejšie povedané, moderná spínacia elektronika a techniky na potlačenie elektrického šumu, typicky navrhnuté na použitie v systéme s viacerými uzemneniami (MEN), majú špecifické vlastnosti, ktoré môžu ovplyvniť zemný zvodový prúd a kontaktné potenciály, keď je takáto elektronika inštalovaná v sieti s izolovaným neutrálnym alebo obmedzeným zemná porucha.

Napäťová úroveň rušivých signálov a prúdové zdroje sú elektricky slabé, takže môžu byť ovplyvnené externými zdrojmi. Prítomnosť iných zdrojov sťažuje interpretáciu meraných signálov nízkeho napätia. Rušenie sa môže prejaviť ako pseudoporuchy ochrany, poruchy relé alebo poruchy ochrany.

Počas prevádzky pohony s premenlivými otáčkami usmerňujú striedavý prúd zo siete na riadenie vysokokapacitného jednosmerného medziobvodu. Trvanie aktívneho (prepínateľného) výstupného impulzu výkonovej elektroniky moduluje napätie medziobvodu, aby sa vytvorilo striedavé napätie a výstupná vlna s premenlivou frekvenciou. Prúdy riadiacej slučky predstavujú potenciálne nekontrolovaný tok energie v nebezpečnom prostredí. V izolovanej neutrálnej sieti je spätný prúd zdieľaný medzi káblom a fyzickými uzemneniami v určitom ohľade s ohľadom na impedancie paralelného obvodu. Zdroje rušenia spôsobujúce tieto slučkové prúdy môžu za určitých podmienok prekročiť limity priemyselnej bezpečnosti. Ak prúd tečie vo fyzickej zemi, nachádza sa v nebezpečnom prostredí a mimo ohňovzdorných ovládacích prvkov. Kontaktné potenciály a zdroje vznietenia nie sú nevyhnutne obmedzené na 50 Hz a môžu byť rovnako nebezpečné pri vysokých frekvenciách.

Iniciatívy na zvýšenie odolnosti ochranného relé môžu maskovať potenciálne nebezpečné situácie. Trvalé rušenie v uzemnení kábla môže indikovať cirkulujúce vysokofrekvenčné prúdy. Výrobcovia aktívne znecitlivujú relé na kontrolu zemného hluku. Používajú sa efektívnym spôsobom zníženia citlivosti, ako je korelácia signálu a synchrónne filtrovanie, detekcia/korekcia komunikačných kódov pre inteligentné terminály. Existuje však bezpečnostný problém so známymi konštrukciami, v ktorých je relé, ktoré je vyrobené menej citlivé na kontrolu zemného hluku - t.j. trvalejšie, môže maskovať stav, keď sa zdroje rušenia priblížia k nebezpečným úrovniam.

Hlavným dôsledkom sú vysokofrekvenčné prúdy spoločného režimu v slučkách moderná technológia pohony a nemožno ich odstrániť. Zníženie týchto prúdov je funkciou riadiacej impedancie zodpovedajúceho obvodu, čím sa riadi, ktorou cestou sa tieto prúdy vrátia späť do zdroja.

Elektrické ochranné zariadenia vhodné na použitie v nebezpečnom (výbušnom) prostredí sú prísne regulované austrálskymi a medzinárodnými normami a certifikácie sú publikované a udržiavané nezávislými orgánmi. V čase podania patentovej prihlášky nie sú certifikované elektrické ochranné zariadenia s dostatočnou šírkou pásma na správnu izoláciu nosných alebo spínacích frekvenčných prúdov generovaných pohonmi výkonovej elektroniky široko dostupné na použitie v nebezpečných prostrediach, ako sú bane.

Je potrebné riešiť vyššie uvedené problémy s cieľom zlepšiť bezpečnosť, najmä, aj keď nie výlučne v nebezpečných (potenciálne výbušných) prostrediach, zlepšením bezpečnosti detekcie zemného úniku.

VYNÁLEZ

Predložený vynález poskytuje spôsob detekcie poruchových prúdov, vrátane šumového pásma, aby sa predišlo problémom prevádzkovej bezpečnosti zemného zvodu, kontinuity uzemnenia a uzemňovacích relé, ktoré sa používajú v spojení s pohonmi s premenlivou rýchlosťou.

V snahe redukovať alebo eliminovať vyššie uvedené problémy doterajšieho stavu techniky je tento vynález zameraný na spôsob merania, analýzy a rozlišovania prúdových únikov, prúdových zložiek a/alebo poruchových prúdov v elektrických systémoch. Vynález ďalej poskytuje spôsoby zisťovania jednosmerných a vysokofrekvenčných zemných porúch a zvodových prúdov, najmä, aj keď nie výlučne, v izolovaných neutrálnych sieťach s obmedzenými poruchami v nebezpečných oblastiach, ako sú, ale nie výlučne, bane. Vynález ďalej poskytuje spôsob zisťovania porúch a zvodových prúdov v pohonoch s premenlivou rýchlosťou pomocou pásma šumu na detekciu porúch, ako je zemný únik. Predložený vynález ďalej poskytuje spôsob analýzy frekvenčného obsahu prúdov pozemných slučiek súvisiacich so spínanou výkonovou elektronikou v izolovanej neutrálnej napájacej sieti na prevádzkovanie ochranného zariadenia alebo na poskytovanie varovných a diagnostických informácií týkajúcich sa abnormálnych zmien v spektrách zvodového prúdu.

Aplikácia pokročilých techník extrakcie signálu a následná analýza týchto signálov vo vzťahu k vlastnostiam zemnej ochrany v izolovanej neutrálnej sieti je nová a jedinečná. Podľa jedného výhodného uskutočnenia sú zložky signálu analyzované ako predtým, ale odfiltrované existujúcimi elektrickými ochrannými zariadeniami. Ak ochranné zariadenie nie je schopné monitorovať tieto zložky signálu, pokročilá interpretácia nebude možná. Po prijatí signálových údajov je možné tieto údaje interpretovať tak, aby indikovali skutočné poškodenie, zlyhanie komponentov alebo neúmyselnú úpravu kábla, ktorá neviedla k nebezpečnému stavu, ale môže sa vyskytnúť v budúcnosti. Chýbajúca analýza celého spektra signálu na identifikáciu nebezpečenstva je nežiaduca.

Po získaní informácií o signáli je možné ich analyzovať a interpretovať pre konkrétnu aplikáciu a získať diagnostické informácie týkajúce sa zdroja zemného úniku. Napríklad zdrojom abnormálnej zmeny zvodového prúdu môže byť pohon s premenlivými otáčkami, ktorý beží na konkrétnej základnej frekvencii a jedinečnej spínacej frekvencii. Takéto informácie možno použiť na lokalizáciu zdroja zvodového prúdu (pravdepodobne tak jednoduchého ako jeden poškodený kondenzátor) v zložitom systéme.

Spôsob podľa vynálezu môže byť aplikovaný na rôznych miestach v sieti. Napríklad, keď sa aplikuje na hviezdu primárnej ochrany v obmedzenej poruchovej izolovanej neutrálnej sieti, umožňuje to, aby sa zozbierané údaje použili na diaľkovú detekciu, monitorovanie a diagnostiku zemných únikov a iných porúch v zariadeniach prevádzkovaných pod zemou alebo v nebezpečnom prostredí bez toho, aby použitie konvenčných meracie nástroje a analýzy v najnebezpečnejšej zóne.

Jedným účelom tohto vynálezu je zlepšiť odolnosť ochranného relé, ktoré môže maskovať potenciálne nebezpečné situácie poskytnutím širokopásmového meracieho zariadenia potrebného na monitorovanie obvodov so spoločným režimom, prúdov a napätí. Ďalším cieľom tohto vynálezu je znížiť počet nepretržitých nechcených vypnutí relé pri zemnej prúdovej ochrane. Ďalším cieľom tohto vynálezu je poskytnúť spôsob interpretácie šumových signálov a prúdov zemnej slučky, ktoré sú spojené s použitím pohonov s premenlivou rýchlosťou v izolovanej neutrálnej napájacej sieti.

Jedným cieľom vynálezu je poskytnúť spôsob zisťovania prítomnosti jednosmerného prúdu a/alebo zvodových prúdov vyššej frekvencie, aby sa umožnila aktivácia ochranného zariadenia, aby sa eliminovali potenciálne nebezpečenstvá, ako je elektrický oblúk alebo zapálenie iskry vo výbušnom prostredí, potenciálne pri miesto, na ktoré je možné stúpiť alebo sa ho dotknúť, čo predstavuje nebezpečenstvo pre personál v kontakte s napájaným zariadením a prehriatie elektrických častí a zostáv v dôsledku nesimulovaných tokov energie.

Ešte ďalším cieľom vynálezu je poskytnúť elektrický systém, spôsob na charakterizáciu energie v ustálenom stave a harmonických spínacej frekvencie na poskytovanie diagnostických informácií na pomoc pri identifikácii, izolácii alebo oprave zariadenia, ktoré spôsobuje poškodenie pri aktivácii elektrického ochranného zariadenia.

Vynález ďalej poskytuje spôsob interpretácie dát s otvoreným pásmom, takže dotknutá osoba môže určiť, či pohon s premenlivou rýchlosťou spôsobuje únikový prúd.

Vynález tiež poskytuje relé, ktoré je schopné detegovať a interpretovať dáta, ktoré umožňujú určiť zdroj zemného zvodu a konkrétnejšie zemného zvodu z meniča s premenlivou rýchlosťou.

V jednej širokej forme tento vynález zahŕňa:

Relé schopné detegovať jednosmerné alebo vyššie frekvenčné signály, ktoré sú relevantné pre normálnu prevádzku spínacej výkonovej elektroniky (na rozdiel od prechodného elektrického šumu alebo poruchového stavu) na účely analýzy zemných zvodových prúdov s cieľom aktivovať ochranné zariadenia.

V inej širokej forme tento vynález zahŕňa:

Metóda na detekciu a interpretáciu jednosmerných a vyšších frekvenčných signálov na získanie diagnostických informácií, ktoré pomôžu identifikovať, izolovať alebo opraviť zariadenie, ktoré generuje zvodový prúd:

a) vzorkovanie elektrického signálu generovaného spínacím elektronickým zariadením,

b) analyzovanie údajov o vzorkách signálu s cieľom získať charakteristiky, ktoré môžu jednoznačne identifikovať zdroj signálu,

c) porovnanie charakteristík údajov s charakteristikami známych zariadení, s ekvivalentnými údajmi získanými z rovnakého zariadenia v inom čase,

d) interpretácia vzorkovaného signálu, aby sa zistilo, či údaje naznačujú elektrické nebezpečenstvo.

Predložený vynález ďalej poskytuje spôsob merania, analýzy a určovania zvodových a/alebo poruchových prúdov v elektrických systémoch, vrátane spínacej výkonovej elektroniky, a umožňuje pomocou čítania a interpretácie vzorkovaných signálov identifikovať:

a) jednosmerný únik alebo poruchové prúdy;

b) základné a harmonické zložky sieťových frekvenčných prúdov;

c) základné a harmonické prúdy spínacieho meniča.

V ešte ďalšej širokospektrálnej forme spôsoby podľa tohto vynálezu zahŕňajú:

Spôsob detekcie a interpretácie elektrických signálov vychádzajúcich zo spínacej výkonovej elektroniky v elektrickom systéme na umožnenie analýzy týchto signálov na určenie zemného úniku alebo poruchy;

pričom spôsob zahŕňa nasledujúce kroky:

a) vzorkovanie signálu generovaného elektrickým zariadením,

b) meranie na jednom alebo viacerých miestach elektrického systému napájajúceho zariadenie,

c) diskretizácia prúdu alebo skupiny prúdov tečúcich v elektrickom systéme,

d) konvertovanie vzorkovaných signálov do dátovej formy vhodnej na analýzu;

e) analýzu týchto údajov s cieľom určiť, či naznačujú poškodenie alebo potenciálne poškodenie pripojeného výkonového elektronického zariadenia;

f) interpretácia údajov, aby sa zistilo, či naznačujú elektrické nebezpečenstvo.

Podľa jedného výhodného uskutočnenia spôsob ďalej zahŕňa nasledujúce kroky:

a) aktiváciu ochranného zariadenia na otvorenie napájacieho obvodu, ak elektrická frekvencia alebo elektrické harmonické zvodové prúdy prekročia určitú úroveň a trvanie,

b) aktiváciu ochranného zariadenia na otvorenie napájacieho obvodu, ak je jednosmerný alebo vysokofrekvenčný zvodový prúd nadmerne vysoký,

c) poskytovanie diagnostických informácií týkajúcich sa charakteristík zariadenia, ktoré môžu byť príčinou zistených signálov úniku.

Podľa jedného výhodného uskutočnenia môže byť meranie uskutočnené v jednom alebo viacerých pozorovacích bodoch v elektrickom systéme, ako je jeden vodič, skupina vodičov, priame meranie jedného prúdu v paralelnej vetve, aby sa odvodil prúd tečúci v druhá paralelná vetva. Výhodne sa vzorkované dáta v časovej doméne konvertujú na frekvenciu použitím diskrétnych Fourierových transformácií, rýchlych Fourierových transformácií alebo podobných uznávaných techník spracovania signálu.

Podľa jedného výhodného uskutočnenia umožňuje interpretácia identifikovaných prúdov v určitej predpokladanej prevádzkovej topológii a stave odvodiť jednu alebo viacero z nasledujúcich udalostí a/alebo parametrov:

i) únik jednosmerného prúdu do fyzických alebo drôtových uzemnení;

ii) únik základných a harmonických sieťových frekvenčných prúdov do fyzických alebo drôtových uzemnení;

iv) únik základných a harmonických spínacích prúdov meniča do fyzických alebo káblových uzemnení;

v) menovitá spínacia frekvencia výkonového meniča;

vi) neúčinné alebo chybné filtre spoločného režimu na spínacích prevodníkoch alebo zariadeniach, ktoré sú napájané spínacími prevodníkmi.

Podľa jedného výhodného uskutočnenia spôsob využíva širokopásmové analýzy frekvenčnej domény a umela inteligencia(vrátane, ale nie výlučne, rozpoznávania vzorov) na identifikáciu elektrického výkonu a základných frekvencií a spínacích harmonických v aktívnej fáze, nulovom vodiči, pozemných riadiacich vodičoch a elektrických sieťach.

Predložený vynález poskytuje alternatívu k doterajšiemu stavu techniky a identifikovaným nevýhodám. Vyššie uvedené a ďalšie ciele a výhody budú zrejmé z nasledujúceho opisu. Opis odkazuje na priložené obrázky, ktoré sú jeho súčasťou a ktoré ako príklad znázorňujú konkrétne uskutočnenia vynálezu v praxi. Tieto uskutočnenia budú opísané dostatočne podrobne, aby umožnili odborníkom v danej oblasti vykonávať vynález, pričom sa rozumie, že možno použiť aj iné uskutočnenia a že je možné vykonať konštrukčné zmeny bez porušenia rozsahu vynálezu. Preto nasledujúce Detailný popis by nemali byť chápané v obmedzujúcom zmysle a rozsah tohto vynálezu je najlepšie definovaný v pripojených nárokoch.

DETAILNÝ POPIS

Predložený vynález bude teraz podrobnejšie opísaný vo výhodnom, ale neobmedzujúcom uskutočnení.

Uvedené príklady sú ilustratívne a nemali by byť chápané ako obmedzenie rozsahu vynálezu. Hoci tento dokument popisuje rôzne varianty Pri implementácii vynálezu by sa malo chápať, že môžu byť modifikované, a preto by sa tu opisy nemali chápať tak, že obmedzujú presné uvedené detaily, ale umožňujú také zmeny, ktoré spadajú do rozsahu opisu. Hoci budú aspekty spôsobu a zariadenia podľa vynálezu opísané s odkazom na ich použitie v izolovaných neutrálnych sieťach, malo by byť zrejmé, že vynález má alternatívne aplikácie.

Metóda merania, analýzy a interpretácie

Podľa metodiky je prvým krokom meranie signálu a získanie údajov potrebných na analýzu. To sa vykonáva digitálnym vzorkovaním.

Meranie signálu

Digitálne vzorkovanie prúdu alebo skupiny prúdov sa vykonáva s dostatočnou šírkou pásma na správnu rekonštrukciu amplitúdy a fázy generovanej elektrickej frekvencie a jej harmonických, ako aj hlavnej nosnej frekvencie spínacej elektroniky a modulačného postranného pásma. Šírka vzorkovacieho pásma zahŕňa DC.

Meranie možno vykonať na jednom alebo viacerých pozorovacích bodoch v elektrickom systéme:

a) jeden vodič (uzemňovací, nulový alebo oddelený fázový vodič);

b) skupina vodičov (súčasný odber vzoriek troch vodičov jednotlivých fáz a/alebo nulového vodiča (ak existuje) ako prúdová bilancia za účelom priameho merania zvyškového prúdu alebo unikajúceho prúdu na trojfázovom zväzku);

c) priame meranie jedného prúdu v paralelnej vetve na odvodenie prúdu tečúceho v druhej paralelnej vetve s vhodnými predpokladmi o impedanciách vetiev (napr. meranie zemného prúdu kábla kombinované so zvyškovým prúdom troch fáz na odvodenie prúdu tečúceho v fyzická pôda).

d) meranie jednosmerného prúdu v paralelných vetvách s použitím veľkosti, fázy a frekvenčného obsahu meraní na určenie, ktorá vetva má zemnú poruchu a/alebo celkový prietok zemného prúdu.

Konverzia signálu

Vzorkované údaje v časovej doméne sa konvertujú do frekvenčnej oblasti pomocou diskrétnych Fourierových transformácií, rýchlych Fourierových transformácií alebo podobnej uznávanej techniky spracovania signálu. Táto transformácia udáva veľkosť a fázu každej frekvenčnej zložky vo vzorkovaných údajoch vo frekvenčnej doméne.

Amplitúdové spektrum dát vo frekvenčnej doméne generované diskrétnou alebo rýchlou Fourierovou transformáciou je obmedzené tak, aby ignorovalo širokopásmový šum a ponechalo iba významné spektrálne čiary spojené so špecifickými frekvenčnými komponentmi, ktoré sú predmetom záujmu.

Analýza signálu

Informácie o frekvenčnej doméne sa používajú na:

identifikácia základnej elektrickej frekvencie (ktorá môže byť generovaná záťažou prostredníctvom variabilnej spínacej elektroniky alebo pri pevnej frekvencii siete (zvyčajne 50/60 Hz). Ak existuje jednosmerná zložka, identifikuje sa. V závislosti od toho, kde sa meranie vykonáva, elektrická frekvencia a harmonické nízkeho rádu môžu alebo nemusia byť prítomné.

Ak je identifikovaná základná elektrická frekvencia, harmonické sú určené veľkosťou a frekvenciou (zvyčajne celočíselnými násobkami základnej elektrickej frekvencie). Ak existuje viacero spínacích elektronických modulov, je možné zistiť elektrickú frekvenciu a niekoľko harmonických z tejto frekvencie.

Základná spínacia frekvencia (alebo nosná) je identifikovaná pre záťaže, ktoré zahŕňajú DC alebo meniace sa (generované) striedavé prúdy od spínacej elektroniky. Ak sa zistia viaceré nosné frekvencie, rozlíšia sa identifikáciou kombinačných komponentov vzhľadom na identifikované základné elektrické frekvencie.

Tieto informácie potom možno použiť na:

i) aktivácia ochranného zariadenia na otvorenie napájacieho obvodu, ak elektrická frekvencia alebo harmonické zvodové prúdy prekročia stanovené úrovne a trvanie;

ii) aktivácia ochranného zariadenia na otvorenie napájacieho obvodu, ak sú vysokofrekvenčné zvodové prúdy príliš vysoké;

iii) Varovania, že existujú vysokofrekvenčné prúdy s amplitúdou, ktorá vyvoláva obavy vzhľadom na ich polohu a poskytuje diagnostické informácie na pomoc pri lokalizácii zdroja (napr. príčinou signálu je pohon s premenlivou rýchlosťou pracujúci pri základnej frekvencii 40 Hz, pri prepnutí na 3,4 kHz) na označenie toho, že badateľná zmena, ktorá sa práve vyskytla v úrovni detekovaných komponentov frekvencie signálu, môže naznačovať poškodenie zostavy alebo dielu alebo neprijateľnú zmenu v infraštruktúre kabeláže.

Podľa metódy možno zo signálových údajov vyvodiť, že niečo nie je v poriadku (existuje potenciálne, ak nie skutočné poškodenie), napríklad existujú prúdy, ktoré by nemali byť prítomné. Tým, že ponúka relé s rozšírenou šírkou pásma tak, aby zahŕňalo frekvenčné komponenty, ktoré ochranné zariadenia bežne neberú do úvahy, a využívaním spracovania signálov na charakterizáciu signálov, ktoré deteguje, je takéto relé schopné poskytnúť vynikajúcu ochranu, a teda zvýšenú bezpečnosť, ktorá je potrebná. v dôsledku rozširujúceho sa použitia modernej spínanej výkonovej elektroniky v nebezpečných priestoroch.

Okrem toho odborníci v odbore ocenia, že na vynáleze možno vykonať mnoho zmien a modifikácií bez porušenia všeobecnej myšlienky a rozsahu vynálezu, ako je tu široko opísaný.

1. Spôsob digitálneho vzorkovania prúdu alebo skupiny prúdov v elektrickom systéme, ktorý zahŕňa použitie dostatočného frekvenčného pásma v uvedenom vzorkovaní na rekonštrukciu amplitúdy a fázy generovanej elektrickej frekvencie a jej harmonických a hlavnej nosnej frekvencie spínacia elektronika a modulačné postranné pásma.

2. Spôsob digitálneho vzorkovania podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že šírka pásma vzorkovania zahŕňa jednosmerný prúd.

3. Spôsob digitálneho vzorkovania podľa nároku 2, vyznačujúci sa tým, že vzorkovanie sa vykonáva na jednom alebo viacerých pozorovacích miestach v elektrickom systéme.

4. Spôsob digitálneho vzorkovania podľa nároku 3, vyznačujúci sa tým, že pozorovacie body obsahujú jeden vodič alebo skupinu vodičov.

5. Spôsob digitálneho vzorkovania podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým, že jeden vodič je vybraný z uzemňovacieho vodiča, nulového vodiča alebo oddelenej fázy.

6. Spôsob digitálneho vzorkovania podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým, že ďalej zahŕňa krok súčasného vzorkovania troch vodičov jednotlivých fáz na priame meranie zvyškového alebo zvodového prúdu na zväzku troch fáz.

7. Spôsob digitálneho vzorkovania podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým, že zahŕňa krok priameho merania jedného prúdu v paralelnej vetve na odvodenie prúdu pretekajúceho v druhej paralelnej vetve.

8. Spôsob digitálneho vzorkovania podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým, že ďalej obsahuje krok merania relatívnych impedancií vetiev v zemnom prúde kábla v kombinácii so zvyškovým prúdom troch fáz na odvodenie prúdu tečúceho vo fyzickej zemi.

9. Spôsob digitálneho vzorkovania podľa nároku 8, vyznačujúci sa tým, že ďalej obsahuje krok konverzie signálov do frekvenčnej oblasti.

10. Spôsob digitálneho vzorkovania podľa nároku 9, vyznačujúci sa tým, že vo frekvenčnej oblasti sa používa spôsob spracovania signálu vybraný z diskrétnych Fourierových transformácií alebo rýchlych Fourierových transformácií.

11. Spôsob digitálneho vzorkovania podľa nároku 10, vyznačujúci sa tým, že ďalej obsahuje krok konverzie signálu na získanie veľkosti a fázy každej frekvenčnej zložky vo vzorkovaných dátach vo frekvenčnej doméne.

12. Spôsob digitálneho vzorkovania podľa nároku 11, vyznačujúci sa tým, že spektrum dát vo frekvenčnej doméne získaných diskrétnou alebo rýchlou Fourierovou transformáciou je obmedzené tak, aby nezohľadňovalo spodnú hranicu širokopásmového šumu.

13. Spôsob digitálneho vzorkovania podľa nároku 12, vyznačujúci sa tým, že ďalej obsahuje krok ponechania iba významných spektrálnych čiar spojených s konkrétnymi požadovanými zložkovými frekvenciami.

14. Spôsob digitálneho vzorkovania podľa nároku 13, vyznačujúci sa tým, že ďalej obsahuje krok analýzy dát vo frekvenčnej doméne na určenie základnej elektrickej frekvencie.

15. Spôsob digitálneho vzorkovania podľa nároku 14, vyznačujúci sa tým, že frekvenčná doménová analýza identifikuje spektrá v signálových analýzach a identifikuje prítomnosť elektrického oblúka v elektrickom systéme.

16. Spôsob digitálneho vzorkovania podľa nároku 15, vyznačujúci sa tým, že jednosmerná zložka sa identifikuje, ak existuje.

17. Spôsob digitálneho vzorkovania podľa nároku 16, vyznačujúci sa tým, že v závislosti od toho, či je základná elektrická frekvencia identifikovaná, sú harmonické elektrickej frekvencie, ktoré sú celočíselnými násobkami základnej elektrickej frekvencie, identifikované veľkosťou a frekvenciou.

18. Spôsob digitálneho vzorkovania podľa nároku 17, vyznačujúci sa tým, že ďalej obsahuje krok, že ak je v systéme viacnásobná spínacia elektronika, je možné detegovať viacero elektrických frekvencií a harmonických zložiek tejto frekvencie.

19. Spôsob digitálneho vzorkovania podľa nároku 18, v y z n a č u j ú c i s a t ý m, že hlavná (alebo nosná) spínacia frekvencia je identifikovaná pre záťaže, ktoré zahŕňajú buď jednosmerný prúd alebo striedavé prúdy generované elektrickou frekvenciou generovanou zo spínacej elektroniky.

20. Spôsob digitálneho vzorkovania podľa nároku 19, vyznačujúci sa tým, že ak sa zistí niekoľko nosných frekvencií, tieto sa rozlíšia identifikáciou kombinačných komponentov vzhľadom na hlavné elektrické frekvencie.

21. Spôsob digitálneho vzorkovania podľa nároku 20, vyznačujúci sa tým, že ďalej obsahuje krok použitia meraných informácií na:
aktiváciu ochranného zariadenia na otvorenie napájacieho obvodu, ak zvodové prúdy elektrickej frekvencie alebo harmonické zložky elektrickej frekvencie prekračujú stanovené úrovne a doby trvania.

22. Spôsob digitálneho vzorkovania podľa nároku 21, vyznačujúci sa tým, že ďalej obsahuje krok použitia informácií o meraní na:
aktiváciu ochranného zariadenia na otvorenie napájacieho obvodu, ak sú vysokofrekvenčné zvodové prúdy na nadmernej úrovni.

23. Spôsob digitálneho vzorkovania podľa nároku 22, vyznačujúci sa tým, že ďalej obsahuje krok použitia meraných informácií na:
presvedčenie, že na určitom mieste existujú vysokofrekvenčné prúdy, a získať diagnostické informácie, ktoré pomôžu lokalizovať zdroj nežiaduceho prúdu.

24. Spôsob digitálneho vzorkovania podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že zahŕňa kroky:
a) detekcia a interpretácia jednosmerných a vyšších frekvenčných signálov, aby sa umožnilo získanie diagnostických informácií na pomoc pri identifikácii, izolácii alebo oprave zariadenia generujúceho zvodový prúd;
b) vzorkovanie elektrického signálu prirodzene generovaného elektronikou spínania výkonu záťažami pripojenými k elektrickému systému;
c) analyzovanie údajov prirodzene vzorkovaného signálu na získanie charakteristík údajov, ktoré môžu jednoznačne identifikovať zdroj tohto signálu;
d) porovnanie dátových charakteristík s dátovými charakteristikami známych zariadení, s ekvivalentnými dátami získanými z rovnakého zariadenia v inom čase;
e) interpretácia vzorkovaného signálu, aby sa zistilo, či údaje naznačujú elektrické nebezpečenstvo.

25. Spôsob digitálneho vzorkovania podľa nároku 5, vyznačujúci sa tým, že zahŕňa krok čítania a interpretácie vzorkovaných signálov na identifikáciu:
f) jednosmerný únik alebo poruchové prúdy;
g) základné a harmonické zložky sieťových frekvenčných prúdov;
h) základné a harmonické prúdy spínacieho meniča.

26. Metóda detekcie a interpretácie elektrických signálov, ktoré sú prirodzene generované prúdom alebo skupinou prúdov pretekajúcich v spínacej výkonovej elektronike, ktorá je pripojenou záťažou v elektrickom systéme, umožňujúca analýzou týchto signálov určiť zemný zvod alebo chyba, metóda zahŕňa kroky:
a) vzorkovanie signálu vytvoreného v elektrickom systéme prúdom alebo skupinou prúdov v elektrickom zariadení;
b) merania v jednom alebo viacerých bodoch elektrického systému napájajúceho toto zariadenie a digitálne vzorkovanie prúdu alebo skupiny prúdov v elektrickom systéme s použitím dostatočnej šírky pásma v uvedenom vzorkovaní na rekonštrukciu amplitúdy a fázy generovanej elektrickej frekvencie a jej harmonické a hlavné nosné spínacie elektronické frekvencie a modulačné postranné pásma;
c) diskretizácia prúdu alebo skupiny prúdov tečúcich v elektrickom systéme;
d) konvertovanie vzorkovaných signálov do dátovej formy vhodnej na analýzu;
e) analýzu údajov s cieľom určiť, či naznačujú poškodenie alebo potenciálne poškodenie pripojeného výkonového elektronického zariadenia;
f) interpretácia údajov, aby sa zistilo, či neindikujú elektrické nebezpečenstvo.

27. Spôsob podľa nároku 26, vyznačujúci sa tým, že ďalej zahŕňa kroky:
a) aktiváciu ochranného zariadenia na otvorenie napájacieho obvodu, ak zvodové prúdy elektrickej frekvencie alebo harmonické elektrickej frekvencie prekročia stanovené úrovne a trvanie;
b) aktiváciu ochranného zariadenia na otvorenie napájacieho obvodu, ak sú zvodové prúdy jednosmerného prúdu alebo vyššej frekvencie príliš vysoké;
c) získanie diagnostických informácií týkajúcich sa charakteristík zariadenia, ktoré môže spôsobovať zistené signály úniku.

28. Spôsob podľa nároku 27, vyznačujúci sa tým, že meranie sa uskutočňuje na aspoň jednom pozorovacom mieste v elektrickom systéme.

29. Spôsob podľa nároku 28, vyznačujúci sa tým, že pozorovacím bodom je jeden vodič.

30. Spôsob podľa nároku 28, vyznačujúci sa tým, že pozorovacím bodom je skupina vodičov.

31. Spôsob podľa nároku 29 alebo 30, vyznačujúci sa tým, že pozorovacím bodom je bod priameho merania jedného prúdu v paralelnej vetve.

32. Spôsob podľa nároku 31, vyznačujúci sa tým, že pozorovanie priameho merania jedného prúdu v paralelnej vetve umožňuje vyvodiť záver o prúde pretekajúcom v druhej paralelnej vetve.

33. Spôsob podľa nároku 32, v y z n a č u j ú c i s a t ý m, že vzorkované dáta v časovej doméne sa konvertujú do frekvenčnej domény použitím diskrétnych Fourierových transformácií.

34. Spôsob podľa nároku 33, v y z n a č u j ú c i s a t ý m, že uvedené vzorkované dáta v časovej doméne sa konvertujú do frekvenčnej domény pomocou rýchlych Fourierových transformácií.

35. Spôsob podľa nároku 34, v y z n a č u j ú c i s a t ý m, že vzorkované dáta v časovej doméne sa konvertujú do frekvenčnej domény použitím spôsobu spracovania signálu.

36. Spôsob podľa nároku 35, vyznačujúci sa tým, že interpretácia identifikovaných prúdov v určitej predpokladanej prevádzkovej topológii a stave umožňuje dospieť k záveru jednej alebo viacerých z nasledujúcich udalostí a/alebo parametrov:
i) únik jednosmerného prúdu do fyzického alebo drôtového uzemnenia;
ii) únik základných a harmonických sieťových frekvenčných prúdov do fyzickej alebo káblovej zeme;
(iii) relatívne amplitúdy zodpovedajúcich harmonických elektrických frekvencií;
iv) únik prúdu zo základného a harmonického spínacieho meniča na fyzickú alebo káblovú zem;
v) menovitá spínacia frekvencia elektrického meniča;
vi) neefektívne alebo poškodené filtre spoločného režimu na spínacích prevodníkoch alebo zariadeniach, ktoré sú napájané spínacími prevodníkmi.

37. Ochranné zariadenie schopné detegovať jednosmerné a vyššie frekvenčné signály, ktoré súvisia s normálnou a abnormálnou prevádzkou spínacej výkonovej elektroniky pripojenej ako záťaž k elektrickému systému, na účely analýzy zemných zvodových prúdov s cieľom zapnúť ochranné zariadenie a ochranné zariadenie nakonfigurované na digitálne vzorkovanie prúdu alebo skupiny prúdov v elektrickom systéme s použitím dostatočnej šírky pásma v uvedenom vzorkovaní na rekonštrukciu amplitúdy a fázy generovanej elektrickej frekvencie a jej harmonických a hlavnej nosnej frekvencie spínania elektronika a modulačné postranné pásma.

38. Ochranné zariadenie podľa nároku 37, vyznačujúce sa tým, že má ďalej rozšírenú šírku pásma tak, aby zahŕňalo frekvenčné zložky, ktoré bežne ochranné zariadenia neberú do úvahy.

39. Ochranné zariadenie podľa nároku 38, vyznačujúce sa tým, že ďalej má prostriedky na spracovanie signálov na charakterizáciu detekovaných signálov, pričom ochranné zariadenie je schopné poskytnúť vynikajúcu ochranu a tým zvýšenú bezpečnosť, ktorá je potrebná v dôsledku rastúceho používania modernej spínacej výkonovej elektroniky v nebezpečných zón.

GOST P 50326-92 (IEC 513-76)

Skupina R07

ŠTÁTNY ŠTANDARD RUSKEJ FEDERÁCIE

ZÁKLADNÉ ZÁSADY BEZPEČNOSTI ELEKTRICKÝCH ZARIADENÍ POUŽÍVANÝCH V LEKÁRSKEJ PRAXI

Základné aspekty filozofie bezpečnosti elektrických zariadení používaných v lekárskej praxi

Dátum uvedenia 1993-01-01

INFORMAČNÉ ÚDAJE

1. PRIPRAVIL A PREDSTAVIL Technický výbor pre štandardizáciu zdravotníckych pomôcok a prístrojov (TC 11)

2. SCHVÁLENÉ A UVEDENÉ DO ÚČINNOSTI vyhláškou Štátnej normy Ruska zo dňa 7.10.92 N 1321

Táto medzinárodná norma bola pripravená priamou aplikáciou IEC 513-76 „Základné princípy bezpečnosti elektrické zariadenie použité v lekárska prax“ a plne tomu zodpovedá

3. Obdobie kontroly - 1997, frekvencia kontroly - 5 rokov

4. PRVÝ KRÁT PREDSTAVENÉ

1. ÚVOD

1. ÚVOD

Táto norma sa zaoberá opatreniami na zaistenie bezpečnosti pacienta a obsluhy pri obsluhe zdravotníckych elektrických zariadení (ďalej len zariadenia).

Všetky požiadavky normy sú povinné.

Dôvody, prečo môže lekárske vybavenie spôsobiť vážne nebezpečenstvo, sú:

Energia generovaná počas bežnej prevádzky zariadenia;

Energie generované v dôsledku chybných počiatočných podmienok;

Ukončenie prevádzky zariadenia, ak stav pacienta závisí od jeho výkonnosti (zariadenia na podporu života) alebo diagnostická (liečebná) metóda neumožňuje prerušiť proces.

Tieto nebezpečenstvá môžu ohroziť pacienta, obsluhu, servisný personál, ako aj zariadenia alebo inštalácie.

Tieto nebezpečenstvá môžu byť spôsobené:

1) rôzne druhy elektrická energia napríklad jednosmerný elektrický prúd prechádzajúci telom pacienta alebo transformácie elektrickej energie do foriem, ako je žiarenie, ultrazvuková alebo vysokofrekvenčná energia alebo zrýchlené častice atómu;

2) mechanické sily vyplývajúce z nesprávnej prevádzky zariadenia, poruchy jeho fungovania v dôsledku elektrického alebo mechanického poškodenia, nedostatok bezpečnostných zariadení, prítomnosť nebezpečných povrchov, rohov alebo ostrých hrán, nehomogenít, výčnelkov a podobne;

3) vysokofrekvenčné rušenie, ktoré môže rušiť automatické procesy, zaznamenávanie diagnostických údajov alebo liečbu;

4) nadmerné povrchové teploty, ktoré môžu viesť k popáleniu alebo stresu;

5) požiar, ak poškodenie zariadenia vedie k usadzovaniu roztaveného materiálu, horeniu elektrického vedenia a iných okolitých predmetov;

6) chemické nebezpečenstvá vyplývajúce z emisií chemicky agresívnych, jedovatých alebo horľavých kvapalín alebo plynov alebo kontaktu s biologicky nebezpečnými materiálmi;

7) chyby pri výmene jednotlivých častí zariadenia, nesprávna postupnosť operácií, neželaný vzhľad výstupného signálu atď.;

8) poškodenie komponentov zariadenia určeného na podporu života pacienta;

9) poškodenie napájania alebo iné poruchy v prostredí.

2. BEZPEČNOSŤ ZARIADENIA

Požiadavky na bezpečnosť zariadení boli riešené v mnohých národných, regionálnych a medzinárodných normách. Vybavenie používané v medicíne si však vyžaduje zváženie niektorých špecificky dôležitých aspektov:

pacient môže byť mimoriadne citlivý na nebezpečenstvá pre ich neznalosť, neschopnosť brániť sa a tiež pre citlivosť na vonkajšie vplyvy v dôsledku spôsobu liečby, napríklad tým, že porušuje svoje prirodzené ochranné bariéry.

Životnosť pacienta môže závisieť od prevádzky zariadenia; v takýchto prípadoch je funkčná spoľahlivosť zariadení a inštalácií bezpečnostnými faktormi.

V niektorých prípadoch môže opakované ožarovanie lekára, ktorý diagnostikuje alebo lieči pacientov, spôsobiť nebezpečenstvo.

Človek je schopný absorbovať obmedzené množstvo energie rôzne druhy. Prekročenie experimentálnych limitov môže mať za následok zranenie alebo smrť. V poslednej dobe sa všeobecne verí, že človek by mal byť chránený aj pred neškodnými, ale nepríjemnými pocitmi, ktorým sa možno vyhnúť bez ovplyvnenia procesu liečby.

Množstvo energie dodanej pacientovi určuje lekár. Kalibrácia a presnosť indikácie množstva energie však musí byť zaručená prevádzkou zariadenia a menovitý výkon by nemala výrazne prekračovať maximálnu hodnotu potrebnú na úpravu, pre ktorú je zariadenie konštruované.

Lekár alebo personál pracujúci so zariadením musí mať určité zručnosti v obsluhe zariadenia a musí si byť vedomý možných nebezpečenstiev počas jeho prevádzky.

V špeciálnych prípadoch musia byť varovné upozornenia zavesené alebo vytlačené v návode na obsluhu zariadenia. Účelom výstražných štítkov je zabrániť nesprávnemu použitiu a závažným chybám pri prevádzke zariadenia. Niektorí nevedomí a Bežné chyby sa dá vyhnúť použitím vhodných komunikačných alebo spojovacích riadiacich zariadení.

Zváženie týchto faktorov a dôkladné preštudovanie súčasných noriem a príslušnej literatúry nám umožňuje dospieť k záveru, že bezpečnosť prevádzky zariadenia by vo všeobecnom prípade mala zahŕňať nielen otázky súvisiace priamo so samotným zariadením, ale mala by zabezpečiť aj kombináciu opatrení na zabezpečiť bezpečnosť zariadení v elektrických inštaláciách budov vrátane prevádzky a aplikácie. Bezpečnosť je relatívny pojem a absolútnu bezpečnosť, hoci je konečným cieľom, nemožno nikdy dosiahnuť. Správne aplikované bezpečnostné opatrenia by nemali obmedzovať funkčnosť zariadenia. Navyše použité technické riešenia musí poskytovať primeranú ochranu pacientovi, operátorovi a servisnému personálu.

Elektrickú bezpečnosť je možné zabezpečiť:

Prostriedky kombinované so zariadením (bezpodmienečná elektrická bezpečnosť);

Dodatočné ochranné opatrenia (podmienená elektrická bezpečnosť).

Ak nie sú zabezpečené vyššie uvedené opatrenia, bezpečnosť zariadenia môže byť zabezpečená pravidlami pre jeho umiestnenie a používanie.

Zariadenie sa vyznačuje životnosťou, ktorá je určená jeho individuálnymi vlastnosťami, vplyvom podmienok vonkajšie prostredie, frekvenciu jeho používania a kontrolu nad prevádzkou. Niektorým poruchám sa dá predísť pravidelnými kontrolami a správnou údržbou. Výskytu porúch, ktorých príčina môže zostať neodhalená, je možné predchádzať použitím vhodne navrhnutých zariadení s dostatočne vysokým bezpečnostným faktorom alebo ochranných zariadení. Pojem bezpečnostný faktor zahŕňa nielen mechanické a elektrické faktory, ale aj vplyv používania a opotrebovania zariadenia, znalosť spôsobov jeho výroby a podmienok prepravy a skladovania.

Predpokladá sa, že pravdepodobnosť výskytu dvoch na sebe nezávislých porúch súčasne je veľmi malá. Je teda možné mať ochranný systém, v ktorom je možné zistiť akúkoľvek prvú poruchu pred druhou poruchou. Aplikácia týchto princípov na rôzne typy nebezpečenstiev sa scvrkáva na nasledujúcu analýzu.

2.1. Elektrické nebezpečenstvo

Bezpečnostné opatrenia proti úrazu elektrickým prúdom pri práci so zariadením sú zohľadnené vo všetkých existujúcich normách pre elektrické zariadenia. Je známe, že zdrojom tohto typu nebezpečenstva je potenciálny rozdiel, ktorý sa zvyčajne vyskytuje medzi zemou a jedným alebo viacerými vodičmi elektrického systému.

Podmienky, pri ktorých je pacient alebo operátor uzemnený alebo pripojený k zemi prostredníctvom nízkeho odporu, alebo pri kontakte pacienta alebo operátora s napájacím vodičom (alebo akýmkoľvek iným vodičom, ktorý je k nemu pripojený), môžu viesť k nebezpečenstvu úrazu elektrickým prúdom (obrázok 1).

Obr.1. Nebezpečenstvo spôsobené kontaktom so sieťou

Veľkosť nebezpečenstva závisí od napätia, odporu tela pacienta a dráhy elektrický prúd cez neho. Veľkosť nebezpečenstva tohto typu možno znížiť splnením základnej požiadavky: všetky živé veci musia byť chránené pred náhodným dotykom.

Zvyčajne sa takáto ochrana dosahuje základnou ochrannou izoláciou, ktorá sa považuje za jediné ochranné opatrenie. Aby sa však vylúčila možnosť nebezpečenstva po prvej nehode, jedno ochranné opatrenie nemožno považovať za dostatočné (ani v prípade, keď zvodový prúd za normálnych podmienok nepresiahne prípustnú hodnotu).

Môžu sa použiť štandardné metódy používané vo všetkých elektrických zariadeniach na ochranu pred poruchami primárnej izolácie medicínske vybavenie:

trieda I - uzemnenie prístupných vodivých častí, ktoré môžu byť odkryté v prípade poškodenia izolácie;

trieda II - dvojitá izolácia;

trieda III - kombinácia oddelenia obvodov a veľmi nízkeho napätia.

Princíp dvojitej ochrany vylučuje zariadenia len so základnou izoláciou (trieda 0). Tento princíp platí nielen pre časť napájacieho zdroja, ale aj pre všetky ostatné časti zariadenia. Prípustná úroveň zvodového prúdu je znížená, čo znamená, že vodivá časť nesúca napätie sa považuje za "živú", ak je možné získať zvodový prúd, ktorý presahuje prípustnú hodnotu.

Časti, ku ktorým je možný prístup bez použitia nástroja, musia mať napätie voči zemi nepresahujúce 4 V AC rms alebo 30 V DC v prípade zlyhania hlavnej bezpečnostnej izolácie na prístupnej vodivej časti. Existuje však obmedzenie pre prípady, keď nie je žiadúce vodivé spojenie medzi takouto časťou a pacientom.

V prípade zariadenia je skutočným problémom kombinácia nasledujúcich faktorov:

Precitlivenosť spôsobená nízkym odporom spojenia so srdcom pacienta alebo bezprostredným okolím;

Úroveň hustoty prúdu, ktorá môže spôsobiť komorovú fibriláciu alebo výrazné oslabenie pulzácie;

Predĺžené obdobie, počas ktorého môžu byť pacienti v blízkom kontakte so zariadením;

Prevencia náhodných popálenín pri chirurgických operáciách pomocou vysokofrekvenčných prúdov.

Existujú dva spôsoby zvodových prúdov:

Zo siete odporom a izolačnou kapacitou cez okruh pripojený k pacientovi a cez pacienta k zemi (obr. 2).

Obr.2. Únikový prúd na pacienta

Obr.2. Únikový prúd na pacienta

1 - aplikovaná časť alebo reťaz pacienta, 2 - zvodový prúd Špecialisti pre deti a dospelých, detský oftalmológ

Tento prúd sa nazýva "únikový prúd k pacientovi" a ak je pacient uzemnený, tento druh prúdu tečie nepretržite;

Od hlavného obvodu odporom a izolačnou kapacitou až po prístupné časti zariadenia. Za normálnych podmienok bude tento typ prúdu takmer celý tiecť cez ochranný uzemňovací vodič k zemi, ak je zariadenie uzemnené. Časť prúdu však môže pretekať cez pacienta, ktorý sa dotkne prístupných častí, ktoré sú priamo alebo nepriamo uzemnené. Tento prúd sa označuje ako "rámový zvodový prúd". Za normálnych podmienok je prúd daného typu veľmi malý a tečie len vtedy, keď sú súčasne splnené nasledujúce nevyhnutné podmienky (obr. 3):

Obr.3. Zvodový prúd podvozku

Obr.3. Zvodový prúd podvozku

1 - lekár, 2 - pacient, 3 - unikajúci prúd

Pacient je uzemnený (prvá podmienka);

stane sa náhoda elektrické pripojenie medzi prístupnými časťami zariadenia s pacientskym okruhom, v ktorom je pacient uzemnený, alebo s pacientom, ktorého okruh je uzemnený (druhá podmienka);

Prúd, ktorý sa vyskytuje za normálnych podmienok, môže prekročiť prípustnú hodnotu len vtedy, ak je poškodené jedno z ochranných zariadení (tretia podmienka).

Uzemnenie pacienta je často náhodné prostredníctvom ľudí alebo predmetov.

Prúd pretekajúci ochranným uzemneným vodičom zariadenia triedy I sa nazýva zemný zvodový prúd (obr. 4). V núdzovom režime môže zvodový prúd do rámu v zariadení uvažovanej triedy pozostávať úplne alebo čiastočne zo zvodového prúdu do zeme.

Upozorňujeme, že zariadenie triedy I môže mať kryt, ktorý je úplne alebo čiastočne vodivý; ako je definované AKOS (Safety Advisory Committee) - plne izolovaný kryt alebo zariadenie s vodivými vnútornými časťami, úplne oddeľujúce hlavnú časť od všetkých ostatných častí a pripojené k ochrannému uzemneniu. Pri špecifikovaní možných havarijných podmienok by sa mala brať do úvahy konštrukcia a kvalita rôznych ochranných prostriedkov. Takto zosilnenú alebo dvojitú izoláciu možno považovať za ochrannú pred porušením celej izolácie, kontinuita spojenia ochranného uzemnenia je spoľahlivým opatrením, ak je pevne alebo trvalo inštalované, a tiež ak je spojenie ochranného uzemnenia zdvojené alebo monitorované.

Obr.4. Zemný zvodový prúd

Obr.4. Zemný zvodový prúd

EQ1-EQ2- vybavenie; R1, R2- odolnosť ochranných uzemnených spojení; IE1, IE2- zemné zvodové prúdy; E- napätie spôsobené rozdielmi v odpore ochranných uzemňovacích spojení alebo zemných zvodových prúdov; PCER- centrálny ekvipotenciálny bod pacienta

Pre pacienta a operátora závisí stupeň nebezpečenstva spôsobeného zvodovými prúdmi od typu kontaktu so zariadením. Zdravý človek znesie prúdy niekoľkých miliampérov pretekajúce kožou, zatiaľ čo chorý človek, ktorému kožou neustále alebo dočasne pretekajú zlomky miliampéra elektrického prúdu, môže zažiť nepríjemný pocit. Prúd pretekajúci srdcom cez intrakardiálne elektródy alebo katétre, rádovo 100 µA AC a až do 1 kHz, môže spôsobiť fibriláciu komôr.

Poznámka. Vzrušivosť srdcových tkanív pri jednosmernom prúde je oveľa nižšia ako pri striedavom prúde. Predpokladá sa, že kritická hodnota jednosmerného prúdu je päťkrát väčšia ako hodnota striedavého prúdu.

Predpokladá sa, že so zvýšením frekvencie sv. 1 kHz citlivosť srdca lineárne klesá. Kvôli nízkej hodnote prípustný prúd prechádzajúce srdcom a podmienky prostredia v nemocniciach (vlhkosť, prítomnosť tekutín) musia preceňovať prednosti elektrických zariadení triedy I a II. Elektrické bezpečnostné opatrenia pre zariadenia triedy II (dvojitá izolácia, bez ochranného uzemnenia), ktoré sa úspešne používajú v domácnostiach, ako aj pre prenosné stroje, sú pre zdravotnícke zariadenia neprijateľné z dôvodu ťažkostí pri získavaní nízkych zvodových prúdov za normálnych podmienok.

Obmedzené využitie nachádza aj vybavenie triedy III. V niektorých prípadoch môžu byť potrebné nízke napätia a oddelenie obvodov tiež zohráva pozitívnu úlohu, ale často viac vysoký stupeň elektrickú bezpečnosť je možné dosiahnuť použitím prídavného uzemnenia (trieda I), cez ktoré môže byť zvodový prúd odvedený pomocou obrazoviek a iných zariadení.

V závislosti od stupňa a kvality ochranných prostriedkov je potrebné zaviesť klasifikáciu zariadení:

Typ H, Trieda I, II alebo III - má určitý stupeň ochrany pred elektrickým prúdom v porovnaní s elektrickými zariadeniami pre domácnosti alebo podobné zariadenia v týchto triedach. V dôsledku dodatočných požiadaviek sa však celková úroveň bezpečnosti zvyšuje;

Typ B, trieda I, II alebo III – Poskytuje zvýšenú ochranu proti elektrickému prúdu, napríklad v dôsledku požiadaviek na nízky zvodový prúd a limitu zvodového prúdu pacienta 100 až 500 µA pre frekvencie pod 1 kHz alebo ekvivalentné hodnoty pri vyšších frekvenciách;

Typ BF - zariadenie typu B, ale s izolovanou (plávajúcou) nadradenou časťou;

Typ CF, trieda I alebo II - má vysoký stupeň ochrany proti elektrickému prúdu v dôsledku napríklad požiadavky nízkeho unikajúceho prúdu do puzdra a zvodového prúdu k pacientovi od 10 do 50 μA pre frekvencie menšie ako 1 kHz alebo ekvivalentné hodnoty pri vyšších frekvenciách; Zariadenie typu CF má izolované (plávajúce) prekrytie a je určené na intrakardiálne použitie.

Vyššie uvedené približné limity by sa mali stanoviť pre normálne podmienky aj podmienky prvého zlyhania.

Je známe, že možnosť fibrilácie komôr závisí nielen od elektrické parametre, ale aj na schopnosti živého organizmu odolávať aplikovanej energii.

Prúdové limity povolené v prvom poruchovom stave by mali byť v súlade s akceptovaným stupňom bezpečnosti, zatiaľ čo limity za normálnych podmienok by mali zvýšiť bezpečnostný faktor do takej miery, že akákoľvek zmena v úrovni zvodového prúdu, ktorá môže nastať počas životnosti zariadenia, vrátane napríklad meniacich sa podmienok životné prostredie.

Poznámka. Tieto hodnoty by sa mali používať iba ako návod, kým nebudú k dispozícii dostatočné vedecké dôkazy.

Vyššie uvedená klasifikácia umožňuje vytvárať požiadavky na vybavenie, ktoré stanovuje kvalitu jedného z typov H, B, BF alebo CF, podľa špecifikovaného použitia, v závislosti od typu kontaktu s pacientom (napríklad náhodný kontakt, úmyselný vonkajší kontakt kontakt, úmyselný vnútorný kontakt alebo úmyselný priamy kontakt so srdcom).

Nebezpečenstvo pre pacienta, ktorého srdce je v kontakte s akýmkoľvek zariadením, môže tiež pochádzať z iného zariadenia umiestneného v blízkosti pacienta, hoci s ním možno ani nie je spojené. Na zabezpečenie tejto situácie je potrebné použiť požiadavku takzvaného aplikačného pravidla (pozri odsek 4).

Klasifikácia zariadení umožňuje zodpovedným orgánom špecifikovať, že v určitých priestoroch nemocnice, napríklad na katetrizačných operačných sálach a podobne, musia byť všetky použité zariadenia typu CF alebo musia mať rovnaký stupeň ochrany (dodatočnými prostriedkami, ako napr. druhé ochranné uzemnenie).

V tomto prípade potrebujete:

1) povinné označenie podľa typu CF (musí byť uvedené v sprievodnej dokumentácii);

2) zariadenie použité v inštalácii, ktoré spĺňa konštrukčné požiadavky;

3) aplikačné pravidlá vrátane pravidiel pre nadbytočné uzemnenie alebo skúšobné a kontrolné postupy.

Ak sa použije prenosné zariadenie typu CF, požadované hodnoty prípustných zvodových prúdov pacienta a krytu pri prvej poruche vyžadujú použitie dvojitých PE vodičov alebo špeciálne opatrenia pri konštrukcii zariadenia (špeciálne metódy testovania a skladovania, pravidelné kontroly, alebo prípadne pripojenie k zdroju napájania izolovanému od zeme, ako je izolačný transformátor).

Uzemnenie pacienta (na funkčné účely) cez ochranný uzemňovací vodič zariadenia môže byť veľmi rizikové, ak sa takéto spojenie môže prerušiť a súčet zvodového prúdu k pacientovi a zemi prechádza cez pacienta, časti jeho tela, kde druhá cesta zvodového prúdu k zemi je možná (aj so značným odporom). Toto nebezpečenstvo možno znížiť použitím dvojitého ochranného uzemnenia alebo napájacieho zdroja izolovaného od zeme.

Analýza stavov citlivých pacientov vedie k záveru, že priamo k pacientovi by malo byť pripojené čo najmenej zariadení. Ak je to možné, mali by sa použiť izolované pacientske okruhy; V zariadeniach napájaných z batérie alebo zariadení triedy II nesmie byť k okruhu pacienta pripojené vodivé puzdro.

Dôležitá výhoda izolácie pacienta sa stáva hmatateľnou, keď je k nemu pripojených viac ako jeden. elektrický spotrebič alebo zariadenie pripojené k pacientovi je zase pripojené k záznamovému zariadeniu, indikačnému zariadeniu alebo zariadeniu na spracovanie údajov. Napätie aplikované na pacienta nie je určené elektrickým zariadením. Týmto spôsobom je možné vyhnúť sa vyrovnávacím prúdom. Problém merania zvodových prúdov sa zvažuje vo väčšine existujúcich noriem. Avšak požiadavky na prístroje a elektrické schémy, zvyčajne neberú do úvahy nízke limity meraných prúdov potrebné pre niektoré typy zariadení, ako aj skutočnosť, že citlivosť ľudského srdca závisí od frekvencie unikajúceho prúdu. Okrem toho postupnosť testov vo všeobecnosti nie je založená na princípe „prvého zlyhania“, ktorý je uvedený vyššie. Navrhované skúšobné metódy sú založené na aplikácii obvodov, v ktorých sa za normálnych podmienok reprodukuje skutočný prúd, ktorý môže tečúť k pacientovi, a následne je spôsobená séria jednotlivých porúch ochranných prostriedkov. Meracie prístroje musí mať dostatočne široký frekvenčný rozsah. Je tiež žiaduce mať frekvenčnú odozvu, ktorá reprodukuje citlivosť ľudského srdca. Tým sa eliminuje možné rušenie počas procesu merania spôsobené vysokofrekvenčnými zložkami sieťového napätia.

2.2. Riziko mechanického poškodenia

Vybavenie operačnej sály je riešené tak, aby bolo vhodné ju používať v blízkosti operačného stola, nakoľko plocha operačnej sály je obmedzená. Stabilita tohto typu zariadenia sa dá určiť pomocou určitých pravidiel. Niektoré zariadenia sa používajú na podopretie pacienta alebo ťažké kusy vybavenia okolo pacienta. Bezpečnosť pacienta v takýchto prípadoch nezávisí len od statických a dynamických mechanických síl a opatrení na ochranu pred mechanickým poškodením spôsobeným starnutím zariadenia, nadmerným zaťažením alebo bezpečnostnými západkami, ale aj od opatrení proti poraneniu pohyblivými časťami zariadenia. Je potrebné zvážiť vplyv výpadku prúdu a jeho následného obnovenia v súvislosti s nežiaducimi pohybmi, elimináciou tlakových síl a uvoľnením pacienta z nepohodlnej polohy. Časti elektrického zariadenia určené na položenie na posteľ alebo držanie v ruke musia byť dostatočne pevné, aby sa pri páde nezlomili. Zariadenia musia byť odolné voči vibráciám a nárazom nielen počas prepravy, ale aj pri použití v vozidiel. Toto je zabezpečené skúšaním v podmienkach okolia (pozri článok 2.8).

2.3. Výbušnosť

Anesteziologické miestnosti možno považovať za nebezpečné priestory, pretože niektoré anestetiká a dezinfekčné prostriedky vytvárajú so vzduchom alebo výbušnými zmesami s kyslíkom alebo dusíkom výbušnú atmosféru. Bezpečnostné regulátory používané v priemysle nie sú použiteľné v lekárskej praxi, pretože v niektorých prípadoch obmedzujú možnosť použitia zariadení z dôvodu zvýšenia celkové rozmery, hmota, ako aj napríklad nemožnosť sterilizácie. V posledných rokoch však používanie anestézie a bezpečnostných opatrení pri práci s nimi prešlo významnými zmenami:

Znížilo sa používanie samozápalných anestetík;

Znížilo sa množstvo plynných alebo čistiacich a dezinfekčných látok;

Znížené používanie éteru na dezinfekciu alebo odstraňovanie tukov;

Aplikujte systémy s úplne uzavreté cykly, v ktorej sa odparené zmesi odvádzajú z miestnosti.

Merania ukázali, že aj pri určitom úniku výbušných zmesí sa v zóne s polomerom asi 25 cm okolo miesta anestézie (vrátane dýchacích ciest) znížia koncentrácie schopné spôsobiť samovznietenie. Tiež sa verí, že v prítomnosti vonkajšieho elektrického zariadenia existuje spontánne sa vznietiaca atmosféra iba dočasne, po ktorej môže byť odstránená ventiláciou.

Anestetický systém obsahujúci zmes plynov, pozostávajúci z kyslíka alebo oxidu dusnatého, je charakterizovaný ako "uzavretý systém medicinálnych plynov". Pre takýto systém sú neprijateľné záblesky, ktorých energia prekračuje určité limity vznietenia pre zmes éteru a kyslíka a vysoké teploty. Predpokladá sa, že „uzavretý systém medicinálnych plynov“ presahuje objem, kde je pravdepodobné, že dôjde k nehode alebo úniku. Niektoré zariadenia vyžadujú prebytok ochranných komponentov, pretože elektrické zariadenie podlieha prvému poruchovému stavu. Vybavenie musí byť označené ako „Anesthetic Resistant Category G“, skrátene APG. Požiadavky na ochranné prostriedky sa budú posudzovať v „osobitných odporúčaniach“ v úzkej súvislosti s dokumentmi pripravenými ISO/TC 121.

V priestore ohraničenom polomerom 25 cm mimo „uzavretú lekársku plynový systém", zariadenie je považované a označené ako "anestetikum odolné" (skrátene AP). Záblesky, ktoré produkujú energiu nad prípustné limity pre atmosféru éter-vzduch, ako aj vysoké teploty nie sú povolené. Pri vyšších energiách alebo teplotách sú valce so stlačeným a inertným plynom resp čistý vzduch, ako aj tlakové fľaše s obmedzeným uvoľňovaním plynov.

Elektrické obvody nízkoenergetických zdravotníckych zariadení sa vyznačujú súčasnými limitmi napätia, prúdu, kapacity a indukčnosti. Všetky požiadavky sa vzťahujú na normálne podmienky a neprekračujú tieto hodnoty. Tieto požiadavky by sa mali vzťahovať aj na priestor pod operačným stolom, ak sa používajú horľavé čistiace prostriedky.

2.4. Nebezpečenstvo požiaru

Z hľadiska požiarnej bezpečnosti sa na zariadenia, s výnimkou anestéziologických zariadení a niektorých typov laboratórnych zariadení, nevzťahujú osobitné požiadavky.

Zariadenie má normálne limity prevádzkovej teploty a požiadavky na ochranu proti preťaženiu. Dná krytov umiestnených pod časťami pripojenými k elektrickej sieti musia byť navrhnuté tak, aby cez ne nemohli prepadnúť roztavený kov, horiaca izolácia a iné častice.

2.5. Žiarenie

Zariadenie vyžaruje energiu všetkých známe druhy. Bezpečnostné požiadavky sa vzťahujú na bočný prúd žiarenia. Pre zariadenia a prostredie sú potrebné ochranné opatrenia, pre ktoré je potrebné štandardizovať metódy výpočtu. Energetické limity žiarenia stanovené pre zariadenie môžu byť prekročené, ak sa špeciálne zariadenie používa pod dohľadom zdravotníckeho pracovníka. Požiadavky na ionizujúce žiarenie vypracované IEC sú v súlade s odporúčaniami (International Commission on Radiological Protection - ICRP), ktorých účelom je získavanie údajov, slúžia priamo výrobcom a spotrebiteľom.

Vyhodnotenie ochranných opatrení je možné len s pomocou vhodnej štúdie spôsobov prevádzky a prevádzkových režimov zariadenia, ako aj umiestnenia operátora a asistentov, pretože použitie najhorších pracovných podmienok môže brániť správnemu diagnostika alebo liečebný proces. Najnovšia publikácia ICRP poskytuje spotrebiteľovi návod na metódy na zníženie falošného žiarenia. Neutrónová terapia sa skúma z hľadiska medicínskych aplikácií a požiadaviek na ochranu.

Vysokofrekvenčné žiarenie sv. 0,15 MHz, generované napríklad diatermickými alebo chirurgickými elektrickými zariadeniami vo významných množstvách, zvyčajne spôsobuje poškodenie len vtedy, keď je priamo aplikované na telo. Avšak aj pri nízkej energetickej úrovni môže vysokofrekvenčné žiarenie ovplyvniť činnosť vysoko citlivých elektronické zariadenia a spôsobiť rušenie rozhlasového a televízneho príjmu. Elektromagnetické žiarenie je emitované vo významných množstvách iba pri frekvenciách nad 30 MHz.

Nie je potrebné špecifikovať konštrukčné požiadavky, ale limity a metódy merania sú stanovené v publikáciách Medzinárodného špeciálneho výboru pre rádiové rušenie (CISPR) (pozri katalóg publikácií IEC).

Citlivosť zariadenia na vonkajšie rušenie ( elektromagnetické polia, kolísanie napájacieho napätia) sa zvažuje.

V továrňach alebo dielňach môže nadmerný hluk spôsobiť únavu alebo dokonca poškodiť váš sluch. Limity hluku sú definované v normách ISO. V lekárskych prostrediach sú potrebné oveľa nižšie limity hluku, aby nerušili pacientov a nerozptyľovali lekára. Vývoj takýchto limitov pre zariadenia sa v súčasnosti zvažuje. Môže to byť veľmi náročné vzhľadom na skutočnosť, že skutočný účinok hluku závisí vo veľkej miere od akustických vlastností miestnosti, izolácie medzi miestnosťami a vnútornej interakcie jednotlivých zariadení.

2.7. Teplota

Teplotné limity sú potrebné pre takmer všetky typy zariadení, aby sa predišlo rýchlemu starnutiu izolácie a nepohodliu pri dotyku alebo manipulácii so zariadením. Pacienti môžu byť nútení nedobrovoľne prísť do kontaktu s časťami vybavenia na dlhú dobu, alebo môžu byť časti vybavenia vložené do ľudských telesných dutín, zvyčajne dočasne, ale niekedy aj natrvalo. Pre takéto prípady sú stanovené špeciálne teplotné limity.

2.8. Životné prostredie

Lekárske zariadenia často fungujú vo veľmi drsnom prostredí. V prípade núdze sa zariadenie prenesie alebo vynesie po schodoch alebo výťahoch a vystaví sa otrasom a vibráciám. Na operačných sálach, kde sú nástroje zoskupené okolo operačného stola, je zariadenie niekedy v prípade núdze vystavené nárazom. Vzhľadom na náročnosť definovania mechanickej pevnosti je vyjadrená ako schopnosť zariadenia odolávať kombinovaným klimatickým a mechanickým skúškam a podmienkam zaťaženia s prihliadnutím na to, kde a ako sa bude zariadenie používať (napríklad prenosné alebo mobilné zariadenia, zariadenia na vonkajšie použitie, v ambulanciách alebo vagónoch, na operačných sálach atď.).

3. BEZPEČNOSŤ ELEKTROINŠTALÁCIE

Pojem „elektrická inštalácia“ zahŕňa všetky vodiče, spínače, transformátory a iné časti určené na dodávku elektrickej energie do zdravotníckych zariadení. Niektoré časti elektrická inštalácia môžu byť umiestnené blízko pacienta, kde by sa malo vyhnúť napätiu, ktoré by mohlo spôsobiť prechod nadmerného prúdu.

V tomto prípade sa kombinácia uzemnenia zariadenia a vyrovnania potenciálu v elektrickej inštalácii považuje za najlepšie ochranné opatrenie. Navrhovaný systém má vážnu nevýhodu. Ak izolácia zlyhá, núdzový prúd tečúci v obvode priamo pripojenom k ​​napájaciemu zdroju môže spôsobiť výrazný pokles napätia na ochrannom uzemňovacom vodiči príslušného obvodu (pozri obr. 4). Zníženie tohto stresu zväčšením plochy prierez ochranný vodič vo všeobecnosti nie je možný. Preto sa čas núdzového prúdenia do zeme skracuje použitím špeciálnych zariadení alebo použitím zdroja energie izolovaného od zeme (čo môže byť užitočné, keď z dôvodu rušenia nie je možné vykonať tvrdé uzemnenie uzavretého obvodu televízne zariadenie). Zvažuje sa biomedicínska expozícia a limity pre prúdy pacientov.

Na špecifikáciu požiadaviek na elektroinštaláciu v zdravotníckych miestnostiach a budovách sa miestnosti alebo skupiny miestností klasifikujú podľa potrebných opatrení.

V lekárskej praxi sú potrebné najmä elektroinštalačné systémy pozostávajúce z piatich vodičov s izolovaným, deleným nulovým vodičom a deleným ochranným uzemňovacím vodičom. V závislosti od prebiehajúcich vyšetrení pacienta a liečebných cyklov sú navyše potrebné nasledujúce opatrenia týkajúce sa ochranného uzemnenia a ochranných zariadení na zníženie jednosmerného napätia:

Zníženie napätia s dodatočným vyrovnaním potenciálu. V každom prípade pri prevádzke zariadení v priamom kontakte s pacientom musí byť okolo pacienta vytvorená ekvipotenciálna zóna s uzemneným stredom v mieste pacienta, na ktorú musia byť pripojené ochranné a funkčné uzemnené vodiče. Všetky dostupné vodivé časti a plochy v zóne musia byť tiež spojené s ekvipotenciálnym stredom;

Ekvipotenciálne centrum by sa malo, ak je to možné, obmedziť na oblasť okolo pacienta (prakticky okolo operačného stola alebo lôžka na jednotke intenzívnej starostlivosti);

Ak je v oblasti viac ako jeden pacient, rôzne ekvipotenciálne centrá by mali byť pripojené k centrálnej ekvipotenciálnej tyči, ktorá je zase prednostne pripojená k ochranný systém zdroj energie pre danú zónu. Dokončená ekvipotenciálna sieť môže čiastočne pozostávať z pevných a trvalo namontovaných spojení a čiastočne z množstva samostatných spojení, ktoré sú potrebné, ak je zariadenie umiestnené v blízkosti pacienta. Je potrebné, aby spojenia pre tieto vodiče boli zabezpečené elektrickým zariadením alebo elektrickou inštaláciou;

Obmedzenie trvania prechodných napätí pomocou riadeného zvyškového prúdu ochranné zariadenia(ističe zvodového prúdu);

Nepretržité napájanie zariadenia v prípade prvej poruchy izolácie voči zemi a obmedzenie prechodových napätí pomocou izolačných transformátorov;

Riadenie prvej poruchy izolácie voči zemi v obvode izolovaného napájacieho zdroja (sekundárny obvod izolačného transformátora) s dostatočne vysokým impulzom voči zemi;

Predchádzanie výbuchom a požiarom v miestnostiach s výbušnými anestetikami a podobnými zmesami vetraním, antistatickými opatreniami a starostlivým usporiadaním elektrickej inštalácie;

Použitie hlavného núdzového zdroja energie pre hlavné oddelenia nemocnice (zvyčajne dieselový generátor), prítomnosť odporúčania na pripojenie k okruhu;

Aplikácia špeciálneho núdzového napájacieho zdroja pre kritické zariadenia, napríklad systémy na podporu života, osvetlenie operačných sál, počítače, laboratórne vybavenie. Čas pripojenia napájacieho zdroja k uvedeným zariadeniam je veľmi krátky alebo sa spojenie týchto zariadení so zdrojom vôbec nepreruší. Toto zariadenie môže pozostávať z batérií, prípadne kombinovaných s meničmi alebo špeciálnymi generátorovými súpravami;

Potlačenie rušenia elektromagnetické vlny použitím vhodných stavebných dispozícií, elektrických rozvodov a montáže tieniacich konštrukcií. Na vykonávanie citlivých meraní je potrebné nastaviť limity pre magnetické polia sieťovej frekvencie.

Elektrická inštalácia vo vozidlách, kde sa môžu používať lekárske elektrické zariadenia, musí spĺňať osobitné požiadavky.

Röntgenové oddelenia vyžadujú špeciálne nezávislé napájanie.

4. APLIKÁCIA

4.1. Pravidlá aplikácie

Pravidlá používania sú potrebné na to, aby pomohli používateľovi obsluhovať zariadenie bezpečne a spoľahlivo.

Za bezpečnosť prevádzky zariadenia je v prvom rade zodpovedný používateľ. V prvom rade je potrebné zdôrazniť, že používatelia musia starostlivo dodržiavať návod na použitie zariadenia.

Pravidlá uplatňovania by mali obsahovať informácie o technických otázkach súvisiacich s prevádzkou zariadenia, o podmienkach prostredia v prevádzke zariadenia, o ich kombináciách a podobných otázkach vrátane nasledujúcich:

Určenie režimu kontroly zvodových prúdov;

Meranie vyrovnania potenciálu;

Meranie zvodových prúdov pacienta z častí elektrického zariadenia pripojeného k pacientovi;

Vymedzenie tried I, II, III z pohľadu spotrebiteľa;

Prevencia vysokofrekvenčných popálenín pri vysokofrekvenčnej diatermii;

Postup pri používaní elektrických zariadení typu H, BF alebo CF;

Plán preventívnej údržby;

Pravidlá používania výbušných plynov na úľavu od bolesti v kombinácii s vybavením;

Opis pripojenia komponentov alebo jednotiek zariadenia;

Pravidlá na predchádzanie rušeniu pozadia, rušeniu atď.;

Možnosť umiestnenia zariadenia na slnku;

Postup vykonávania meraní pomocou röntgenových dozimetrov;

Určenie veľkosti magnetického interferenčného poľa v silovom obvode;

Prevencia vysokofrekvenčného rušenia;

Kontrolný zoznam elektrickej bezpečnosti pre množstvo štandardných postupov;

Bezpečnostné opatrenia v núdzových podmienkach počas štandardných postupov;

Požiadavky na elektrickú bezpečnosť, ktoré je potrebné skontrolovať po prijatí nového zariadenia;

Zabránenie vzniku nebezpečenstva pri prechodových javoch v napájacej sieti;

Zoznam zariadení, ktoré sa majú pripojiť k neprerušiteľnému núdzovému zdroju napájania;

Ako používať defibrilátor.

4.2. Organizačné opatrenia

Z vyššie uvedeného zoznamu je zrejmé, že bezpečné používanie zariadenia si vyžaduje dobrú organizáciu, hlbokú znalosť bezpečnostných pravidiel a určitú disciplínu vo vzťahu k jeho systematickej kontrole.

V tejto súvislosti by pravidlá uplatňovania mali príslušným orgánom dodatočne poskytnúť informácie o organizačné opatrenia inštruktážne a inšpekčné programy.

4.2.1. Organizačné akcie

Pri umiestnení zariadenia musíte:

Ustanoviť osoby zodpovedné za bezpečnosť pri prevádzke zariadenia,

Usporiadajte zóny podľa "stupňov" elektrická bezpečnosť„v nemocniciach a umiestnenie elektrozariadení v nich,

zorganizovať centrálny dispečing pre prípad poškodenia zariadenia a elektroinštalácie,

Vypracovať programy pre periodické revízie elektrických zariadení a elektrických inštalácií,

organizovať školenia zdravotníckeho a technického personálu a personálu,

Vytvorte systém archívu technických údajov (návod na montáž, servisný manuál, návod na obsluhu, denník jázd).

4.2.2. Školenie a inštruktáž

a) Školenie lekársky personál(všeobecné a špeciálne) sa vykonávajú na témy:

Základné pojmy z elektrotechniky a lekárskej fyziky,

Nebezpečenstvá vyplývajúce z používania zariadenia,

správa zariadení,

Nebezpečenstvá spojené s kombináciou rôzne druhy zariadení.

b) Školenie technického personálu sa vykonáva na tieto témy:

Základné pojmy z fyziológie a lekárskej fyziky;

Elektrické lekárske nástroje;

Navrhovanie meracích systémov na lekárske účely;

Odstraňovanie porúch, kontrola zariadenia v súlade so špecifikáciou a pre kalibráciu;

Servis zariadení;

Inštruktáž zdravotníckeho personálu o bezpečnosti a riadení zariadení.

c) Poučenie pacienta doma, prípadne jeho rodiny, ak pacient dočasne alebo trvalo nosí pomôcky používané na lekárske účely.

4.2.3. prehliadka pamätihodností

Program skúšok obsahuje:

Kontrola prichádzajúcich nových, opravených, opravených alebo prerobených zariadení;

Pravidelná kontrola zariadení a elektrickej inštalácie;

Pravidelné overovanie súladu s bezpečnostnými pokynmi a riadením zariadení.

Centrum elektromagnetickej bezpečnosti
Petukhov V.S.
Ph.D., člen IEEE
Sokolov V.A.
Merkulov A.V.
Krasilov I.A.

Zdá sa, že sa začali napĺňať opakované konštatovania o možnej kríze významnej časti technickej infraštruktúry v sektore verejných služieb, ako aj v priemysle, ako o jednom z hlavných faktorov „problému roku 2003“.

Úvod

Zdá sa, že sa začali napĺňať opakované konštatovania o možnej kríze významnej časti technickej infraštruktúry v komunálnych službách, ale aj v priemysle, ako o jednom z hlavných faktorov „problému roku 2003“. Rusko čelí prudkému zhoršeniu stavu inžinierskych systémov budov a štruktúr obytných a kancelárskych typov. Na tomto pozadí dochádza k zvýšeniu spotreby energie, zavádzaniu moderných technické systémy pracujúcich v automatických režimoch (vetranie, klimatizácia, hasenie požiaru, odstraňovanie dymu a pod.), počet počítačovej a inej digitálnej kancelárie a domáce prístroje. Už viac ako 7 rokov Centrum elektromagnetickej bezpečnosti vykonáva odborné a inžinierske práce v obytných a kancelárskych budovách v Moskve. Vlastné údaje, analýza materiálov publikovaných v domácej a zahraničnej vedeckej a technickej literatúre, ako aj poskytnuté Medzinárodnou spoločnosťou elektrotechnických a elektronických inžinierov (IEEE), umožnili identifikovať vlastnosti stavu systémov napájania moderných systémov. administratívne budovy v Moskve, ktoré majú priamy vplyv na technickú infraštruktúru budovy vrátane počítačového a komunikačného vybavenia, potrubného systému budovy a priamo na zdravie ľudí.

Formulácia problému

Pri navrhovaní a inštalácii nových napájacích systémov pre budovy, ako aj pri rekonštrukcii starých, sa zavádza schéma zapojenia troj- a päťvodičového elektrického zariadenia, to znamená, že do fázy sa pridáva nulový ochranný vodič. a nulové pracovné vodiče. Takmer každá nezjavná chyba pri pripájaní elektrických zariadení v týchto obvodoch (najčastejšie spojenie nulového pracovného vodiča s nulovou ochrannou svorkou a naopak alebo pripojenie oboch vodičov k jednej svorkovnici) vedie k nekontrolovanému šíreniu prúdov cez kovové konštrukcie a potrubia vodovodných a vykurovacích systémov pre budovy (obr.1, 2). Za hlavnú príčinu zvodových prúdov teda možno považovať chyby pri inštalácii elektroinštalácie budov.

Okrem chýb pri inštalácii existuje množstvo ďalších dôvodov, ktoré vedú k výskytu zvodových prúdov:

• poškodenie izolácie nulových pracovných vodičov, ku ktorému môže dôjsť buď v dôsledku prehriatia týchto vodičov, alebo v dôsledku mechanického poškodenia;
• zhoršenie stavu kontaktných spojení v obvodoch nulových pracovných vodičov;
• poškodenie izolácie elektrických spotrebičov.

Obr.1. Správne pripojenie nulové pracovné a nulové ochranné vodiče

Obr. 2. Nesprávne pripojenie nulového pracovného a nulového ochranného vodiča

Dôsledky prítomnosti zvodových prúdov v elektrických inštaláciách budovy

Magnetické polia výkonovej frekvencie

Ryža. 3. Rozdelenie zdrojov podľa typov z celkový počet skúmané priestory

Vplyv elektromagnetických polí na ľudské zdravie

„Zdravotné následky, ako je rakovina, zmeny správania, strata pamäti a mnohé ďalšie stavy vrátane zvýšeného počtu samovrážd, sa považujú za dôsledok vystavenia elektromagnetickým poliam“ (z odôvodnenia Medzinárodného vedeckého programu (1996). 2005) Svetovej zdravotníckej organizácie (WHO) o biologických účinkoch elektromagnetických polí). Podľa výsledkov štúdií vykonaných našimi odborníkmi v priestoroch kancelárskeho typu vybavených PC boli v 70% prípadov na pracoviskách personálu prekročené štandardné úrovne 1,5-10 krát pre elektrické pole a 2- 40-krát pre magnetické pole. Berúc do úvahy potenciálne nebezpečenstvo EMP pre verejné zdravie, naša krajina sa vyvinula a zaviedla Sanitárne normy, podľa množstva parametrov najtvrdší na svete.

Vplyv EMF na počítačové vybavenie

Ak je osobný počítač umiestnený v miestnosti, pozdĺž stien, za stropom alebo pod podlahou, v ktorej sú káblové vedenia so zvodovými prúdmi, čo spôsobuje zvýšenú hladinu magnetické pole, môže byť obraz na video monitore výrazne skreslený („plávajúci“ alebo „trasúci sa“). Existujú prípady, keď je raster pokrytý farebnými škvrnami rôznych odtieňov a niekedy obraz úplne alebo čiastočne zmizne na niekoľko sekúnd a znova sa objaví. Je zrejmé, že pracovať za takýmto monitorom je nemožné a škodlivé. Je potrebné poznamenať, že v súlade s požiadavkami SanPiN 2.2.2.542-96 " Hygienické požiadavky k zobrazovacím video terminálom, osobným elektronickým počítačom a organizácii práce „maximálna prípustná hodnota hustoty magnetického toku generovaná počítačom na pracovisku používateľa by nemala presiahnuť 0,25 μT vo frekvenčnom rozsahu 5-2000 Hz, teda prítomnosť „jitteru“. "Obrázky z videomonitorov naznačujú aspoň 2- až 4-násobné prekročenie týchto požiadaviek.

Okrem „chvenia“ obrazu môže magnetické pole spôsobené zvodovými prúdmi cez káblové vedenia, ako aj tok prúdov cez kovové konštrukcie a potrubia budovy za určitých podmienok indukovať striedavé prúdy priemyselnej frekvencie. vo vodičoch informačných káblov. Takže aj pri správne implementovanom systéme uzemnenia informačných zariadení v rámci jedného úseku lokálnej siete môže prítomnosť vyššie uvedených problémov v iných častiach budovy s najväčšou pravdepodobnosťou viesť k poruchám v prevádzke informačných a počítačových systémov v celej budove. budova.

Tok prúdov cez uzemňovací systém budovy, a teda cez hlavný systém vyrovnávania potenciálu, tiež vedie k množstvu negatívnych dôsledkov, ako pre počítačové systémy, tak pre systémy napájania vo všeobecnosti. Keďže hlavný systém vyrovnávania potenciálu zahŕňa nulové ochranné (PE) vodiče, kovové potrubia všetkých inžinierskych sietí, kovové časti konštrukcie budovy, uzemňovacie zariadenie ochrany pred bleskom, kovové plášte telekomunikačných káblov, tok striedavých prúdov cez ne môže spôsobiť poruchy a " zamŕzanie“ počítačových sietí, výskyt rušivých prúdov pozdĺž rozhraní, informačných a signálnych káblov, ako aj nemožnosť bežnej prevádzky iných kancelárskych a elektronických zariadení (obr. 4.)

Obr.4. Prúd cez paralelný (LPT) port kábel rozhrania tlačiarne

Vplyv zvodových prúdov na výkon moderné požiadavky na zabezpečenie požiarnej a elektrickej bezpečnosti v budovách

Prítomnosť zvodových prúdov v káblových vedeniach neumožňuje použitie moderných prostriedkov na zaistenie požiarnej a elektrickej bezpečnosti - predpísané prúdové chrániče Štátne normy Ruská federácia, poučné listy Glavgosenergonadzora Ruskej federácie a Hlavného riaditeľstva štátnej hasičskej služby Ministerstva pre mimoriadne situácie Ruska.

1. júla 2000 vstúpil do platnosti nový (7. vydanie) oddiel 6 a kapitoly 7.1 a 7.2 oddielu 7 „Pravidiel elektrickej inštalácie (PUE)“. Predovšetkým poukazuje na potrebu inštalácie zariadení na zvyškový prúd, ktoré poskytujú v súčasnosti požadovanú úroveň elektrickej a požiarnej bezpečnosti, a v dôsledku toho na neprípustnosť zvodových prúdov v napájacích systémoch budov.

Korozívny účinok zvodových prúdov

Pôsobenie zvodových prúdov na potrubné systémy vedie k rovnakým dôsledkom ako korozívne pôsobenie jednosmerných a striedavých bludných prúdov. V období od roku 1996 do roku 2002 sa na viac ako 200 objektoch v Moskve vykonali priame oscilografické merania prúdov pretekajúcich vnútorným potrubím systémov vykurovania a zásobovania vodou. V priebehu práce bolo zaznamenané, že potrubím pretekajú striedavé prúdy priemyselnej frekvencie od 0,1 do 18,2 A, rozloženie prúdov je znázornené na obr. päť.

Ryža. Obr. 5. Histogram rozloženia registrovaných prúdov vo vnútorných potrubiach budov (celkovo 2095 meraní).

Na základe vlastných údajov, ako aj odborných posudkov Celoruského výskumného ústavu korózie a Asociácie vývojárov a výrobcov antikoróznej ochrany palivového a energetického komplexu (KARTEK) môžeme konštatovať, že existuje priamy korelácia medzi rýchlosťou korózie vnútorných potrubí budov a veľkosťou striedavého a jednosmerného prúdu, ktorý cez ne preteká.

V poslednej dobe, aby sa vylúčilo poškodenie vnútorných potrubí budov koróziou, existuje tendencia nahradiť kovové vodovodné potrubia plastovými. V tejto súvislosti by sa mali zvážiť tieto skutočnosti:

1. Príčinou zrýchlenej bodovej korózie potrubí je v 98% prípadov tok prúdu cez ne, to znamená, že potrubia sú de facto prvkami napájacieho systému.
2. Pri výmene kovové rúry na plastoch sa rieši otázka eliminácie ich elektrochemickej korózie, ale zároveň sa môže výrazne zvýšiť zaťaženie nulových pracovných vodičov a výrazne sa zvýši odpor slučky fázy-nula, čo vedie k zníženiu magnitúdy skratových prúdov.
3. Vyššie uvedené okolnosti môžu viesť k neprijateľnému zvýšeniu odporu a / alebo vyhoreniu nulových pracovných vodičov, v dôsledku čoho sa prudko zvýši napätie na spotrebiteľoch najmenej zaťažených fáz, čo často vedie k poruchám elektrického zariadenia a požiarom.
4. So zvýšením odporu slučky „fáza-nula“ nemusia fungovať ochranné zariadenia proti skratu ( istič) z dôvodu nesúladu medzi nastavením ističov a zníženými skratovými prúdmi, ku ktorým došlo po výmene potrubí.

PUE umožňuje použitie vodovodných potrubí ako ochranného uzemňovacieho vodiča. Preto, aby sa zaistila elektrická bezpečnosť, pri výmene kovových rúrok za plastové je potrebná obzvlášť starostlivá kontrola prítomnosti uzemnenia a nulovania a meranie odporu v týchto obvodoch.

Technické a ekonomické aspekty riešenia problému

Vidíme, že problematika výskytu zvodových prúdov zasahuje celý rad tak inžinierskych, ako aj technických problémov a problémov súvisiacich s ľudským zdravím. Preto je potrebné k nim pristupovať profesionálne, všetky porovnávať možné možnosti riešenia z technického hľadiska az hľadiska ekonomickej realizovateľnosti.

Zoberme si názorný príklad. Pri zistení zdroja zvýšenej úrovne magnetického poľa je spravidla prvou reakciou túžba zdroj „zatieniť“. V praxi je však magnetické tienenie pomerne zložitým inžinierskym a technickým problémom, ale v zásade sa dá vyriešiť. Na implementáciu tejto metódy je potrebné vykonávať dlhodobé sledovanie hodnôt hustoty magnetického toku v priestoroch. Potom podľa získaných údajov vypočítajte parametre magnetickej clony. Žiaľ, materiály na tienenie magnetického poľa sa v súčasnosti v Rusku nevyrábajú. Na vykonanie magnetického tienenia oblasti káblové vedenie 50 m dlhý so zvodovým prúdom do 10 A a znížením hustoty magnetického toku je potrebné vyrobiť sito s plochou 550 m2. m) Náklady na nákup samotného materiálu obrazovky budú 203 500,00 USD. Dodatočne je potrebné počítať s nákladmi na predprojektový prieskum priestorov a návrh paravánu, jeho dodanie, preclenie a montáž, ktoré potrvá cca 1-2 mesiace s úplným zastavením prác v r. predmetné priestory. Tienenie magnetických polí je teda v podmienkach našej krajiny ekonomicky nerentabilným opatrením.
Na vyriešenie problému vo vyššie opísanej situácii je najracionálnejšou metódou zníženie prúdu, ktorý vytvára magnetické pole, t.j. odstránenie základnej príčiny. Táto metóda vyžaduje diagnostiku napájacieho systému budovy, a to preskúmanie ochranných uzemňovacích a nulovacích systémov a následné práce na detekciu a elimináciu zvodových prúdov na kovových konštrukciách a potrubiach.

V súlade s domácou a medzinárodnou regulačnou dokumentáciou, ako aj na základe rozsiahlych praktických skúseností s odstraňovaním unikajúcich prúdov možno navrhnúť nasledujúce technické opatrenia:

1. Určite najpravdepodobnejšie zdroje prúdov a možnosť ich preniknutia na kovové konštrukcie a potrubia budovy.
2. Vykonajte súbor prác na identifikáciu a odstránenie zvodových prúdov.
3. Vykonajte kompletné štandardné revízie elektroinštalácie objektu.
4. Skontrolujte prítomnosť, správny výber sekcií a inštaláciu nulových ochranných vodičov.
5. Aby ste predišli vzniku zvodových prúdov a zabezpečili moderné požiadavky na požiarnu a elektrickú bezpečnosť, vypracujte projekt na inštaláciu prúdových chráničov (RCD).

Termíny a definície (GOST R 50571.1-93)

• Zvodový prúd je prúd, ktorý tečie do zeme alebo do vodivých častí tretích strán v elektricky neporušenom obvode.
• Cudzia vodivá časť - vodivá časť, ktorá nie je súčasťou elektroinštalácie, vrátane kovových konštrukcií budov, kovových plynovodov, vodovodných potrubí, vykurovacích potrubí atď. a k nim elektricky pripojené neelektrické spotrebiče (radiátory, neelektrické sporáky, drezy a pod.), podlahy, steny z neizolačného materiálu.
• Ochranná zem- uzemnenie vykonávané na účely elektrickej bezpečnosti.
• Nulový ochranný (PE) vodič - ochranný vodič v elektrických inštaláciách do 1 kV, určený na pripojenie otvorených vodivých častí k pevne uzemnenému neutrálu zdroja energie.
• Pracovná plocha- uzemnenie bodu alebo bodov prúdových častí elektrickej inštalácie, vykonávané na zabezpečenie prevádzky elektrickej inštalácie (nie na účely elektrickej bezpečnosti).
• Nulový pracovný (N) vodič - vodič v elektrických inštaláciách do 1 kV, určený na napájanie elektrických prijímačov a pripojený k uzemnenému neutrálu transformátora alebo generátora v sieťach s trojfázovým prúdom.

Literatúra

1. 1. Yu.G. Grigoriev, V.S. Stepanov, O.A. Grigoriev, A.V. Merkulov //Elektromagnetická bezpečnosť ľudí. Ruský národný výbor pre ochranu pred neionizujúcim žiarením, 1999.
2. O.A. Grigoriev, V.S. Petukhov, V.A. Sokolov // Vplyv porúch v systéme napájania budov na zrýchlenú koróziu potrubí. Novinky zásobovania teplom, 2002, č. 7, s. 44-46.
3. O.A. Grigoriev, V.S. Petukhov, V.A. Sokolov //O zrýchlenej "bodkovej" korózii vnútorných potrubí budov. Prax protikoróznej ochrany, 2002, č. 3, s. 15-19.
4. Pravidlá pre inštaláciu elektrických inštalácií. Vydanie 7. Sekcia 6, Sekcia 7, Kapitoly 7.1, 7.2 M., Vydavateľstvo NTs ENAS 1999.
5. Pravidlá pre inštaláciu elektrických inštalácií. Vydanie 7. Sekcia 1, Sekcia 7, Kapitoly 1.1, 1.2, 1.7, 1.9, 7.5, 7.6, 7.10 M., Vydavateľstvo NTs ENAS 2002.
6. List Všeruského výskumného ústavu korózie č. 87 zo dňa 6.11.2001
7. List Asociácie vývojárov a výrobcov antikoróznej ochrany palivového a energetického komplexu (KARTEK) č. 01/2007 zo dňa 4.12.2000
8. Petukhov V.S. Poškodenie stavebných potrubí koróziou spôsobené tokom prúdov cez ne. Prax antikoróznej ochrany, č.4 (10), 1998.
9. Pravidlá pre inštaláciu elektrických inštalácií. Vydanie 6. M., GLAVGOSENERGONADZOR OF RUSSIA, 1998.