Lääkintätilojen IT-verkon vikakysymykset Suomen Sairaalatekniikan yhdistys ry Ajankohtaispäivä Jouko Savolainen
Käsiteltäviä asioita IT-verkko yleensä 1.vika 2.vika Vaadittava oikosulkuvirta Kosketusjännite 1. vian aikaan Potentiaalintasaus Lisäpotentiaalintasaus UPS oikosulkuvirtalaskuissa
G0 = Muut tilat G1 = Toimenpide-, vastaanotto-, potilashuoneet G2 = Heräämöt, leikkaussalit Lääkintätilojen sähköasennuksia koskevissa määräyksissä säädetään, että suurin sallittu jatkuva kosketusjännite ei saa olla yli 25 V, kun asennus ja kosketeltavat laitteet ovat lääkintätiloissa G1 ja G2. (SFS 6000: 710.411.3.2.5.) Kosketusjännite, joka on mahdollista esiintyä vikatilanteessa.
IT-sähkönjakeluverkko IT-sähkönjakeluverkossa kolmevaiheisen muuntajan tähtipiste, tai yksivaiheisen muuntajan käämien keskipisteet eivät ole yhteydessä maan potentiaaliin, eli IT-verkko ei ole käyttömaadoitettu
Vasemmalla puolen muuntajan ensiöpuoli, kytketään 1-vaiheisesti vaiheen ja nollan väliin. Oikealla puolen kuvassa on muuntajan toisiopuoli, navoista saadaan jännitteet 0 V, 115 V ja 230 V.
Parempi eristystaso = pienemmät vuotovirrat, maks. 0,5 ma
1. vika = maasulku -toinen äärijohdin kytkeytyy vian kautta maan potentiaaliin eli käyttömaadoittuu Koko asennus vastaa sen jälkeen TN-C-verkkoa.
Saksalaisessa tutkimuksessa on tutkittu kosketusjännitettä ITverkossa 1.vian aikaan, kahdessa eri sairaalassa G2 tiloissa. Mittauksessa jännite vaiheiden välillä oli 230 V. Tutkimustuloksissa kosketusjännitteet vaihtelivat 0,2-6 mv välillä, ja virta joka syntyi mittauskohtaan, oli 1,34-6 ma.
SFS 6000 411.6.4 kohdan 2. vialla tarkoitetaan tilannetta: Toisessa ryhmässä tapahtuu maasulku äärijohtimen ja suojamaan välillä Ja myös toisessa erillisessä virtapiirissä (ryhmässä) tapahtuu maasulku, mutta eri äärijohtimen ja suojamaan välillä. Vikapiirissä johdinpituudet tuplaantuvat (2x), kun vikavirta kiertää keskuksen kautta. IT-verkon kaksoisviassa on kaksi vikaa sarjaan kytkettynä
Ei pidetä todennäköisenä (esim. VDE ym.)
Ei pidetä todennäköisenä (esim. VDE ym.) 31.5.2018
Ei pidetä tätäkään todennäköisenä (esim. VDE ym.) vikavalvonnan vuoksi.
SFS 6000 411.6.4: IT-verkon minimi oikosulkuvirralle kaava: 2 Ia Zs U. U on jännite (V) Zs on vikapiirin impedanssi ( L-PE ) Ia on virta (A), joka aikaansaa suojalaitteen toimimisen TNjärjestelmillä 2 Zs U Ia (IT) = Z s U Ia (TN) Jotta yhtälöt ovat yhtäsuuret, niin pitää olla 1/2 * Zs
Esimerkkilaskelma 150 kw:n UPS-laite, nimellinen lähtövirta on 218 A oikosulkuvirta laitteen liitinnavoissa on 510 A / 400 ms. 510 A on kyseisen laitteen virtaraja jonka UPS syöttää liittimiinsä 400 ms:n ajan, minkä jälkeen se normaalisti ohjelmoituna sammuttaa itsensä. UPS UPS PK väli AMCMK 4x185/57 -alumiinikaapelilla (15 m) UPS PK UPS NK väli FRHF 4x50/25 -kuparikaapelilla (85 m) UPS NK LSEM UPS RK FRHF 3x10 kuparikaapelilla (yhteensä 45 m) UPS NK:ssa 35 A gg sulake syöttää 5,5 kva:n LSEM UPS RK syöttöliittimissä oikosulkuvirta 411 A Jos ryhmäjohto on välillä UPS-RK pistorasia 22,5 m, niin 2.vian tapauksessa ryhmäjohdon vikavirtapiirin pituus on 90 m. (2 kauimmaista eri virtapiirissä, joihin viat) 2,5mm 2 johdinpoikkipinta-alalla oikosulkuvirta on 228 A (C16 ok.) Jos ryhmäjohto on välillä UPS-RK pistorasia 50 m, niin 2.vian tapauksessa ryhmäjohdon vikavirtapiirin pituus on 200 m. (2 kauimmaista eri virtapiirissä, joihin viat) 2,5mm 2 johdinpoikkipinta-alalla oikosulkuvirta on 118 A (B16 ok.)
Suojamaadoitus PE-johdon tarkoitus: luoda pieni impedanssinen virtatie vikakohdasta jännitelähteen tähtipisteeseen, jotta suojalaitteet voisivat toimia. Potentiaalintasauksen tehtävä: maadoittaa johtavat osat niin, että ne ovat keskenään mahdollisimman samassa potentiaalissa ja samassa potentiaalissa maan, päämaadoituskiskon, ja siis myös jännitelähteen tähtipisteen kanssa. Potentiaalintasaus huolehtii siitä, että vikojen aikana jännite ei nouse vaaralliseksi, vaikka suojaus ei toimisikaan. Kun potentiaalintasausverkko on käytettävissä ja tähän verkkoon on liitetty myös jakokeskusrungot, kaikki pisteet jotka potentiaalintasaukseen on kytketty, ovat samassa potentiaalissa, eikä niiden välillä voi siten esiintyä paikallisia potentiaalieroja.
Standardissa SFS 6000 on kaava kosketusjännitteen laskemiselle. Lasketaan vaihejohtimen ja suojajohtimen impedanssien suhteella. Esimerkkilaskut laskettiin ilman potentiaalintasausta ja potentiaalintasatusta tilanteesta. Potentiaalintasattu esimerkkitilanne vastaava, kuin G1 tai G2 tilan asennus: EB on ryhmäkeskuksella, SEB on keskellä tilaa alakaton yläpuolella. SEB 16 mm 2 kevillä kiinni EB:ssä. Potentiaalintasaus pisteet kytketty 6 mm 2 kevi-johtimella kiinni SEB:iin. Tulos: 8,43 V, kun oikosulkuvirta oli 228 A Tulos: 4,43 V kun oikosulkuvirta 120 A. ( B16 vaatii mitattuna 100 A) Tulos: 57,5 V Ilman potentiaalintasausta = vaatii lisäpotentiaalintasauksen
Yhteenvetona Eristysvikojen nopea havaitseminen ja niiden poistaminen on tärkeää myös palonehkäisyn takia. Jo 40 60 watin lämpöteho eristysviassa on riittävä aiheuttamaan paloriskin. Lääkintä IT-järjestelmässä sekä jännite että myös kaapelien maakapasitanssi ovat niin pieniä, että ensimmäisen vian aikana paloriskin muodostavaa virtaa (0,35 0,52 A) ei pääse syntymään. Lämpöteho jää yleensä alle 5 W:in tehon.
Yhteenvetona 1. Oikosulkuvirtojen riittävyys ei ole ongelma myöskään UPS verkoissa, kun asennukset tehdään suositusten (25m) mukaan. 2. 2. vian vaatimus on kansallinen poikkeus 3. Suositus 25 m raja ei tiukka, paitsi jos käytetään C16 jsk 4. Potentiaalintasaus on G1 ja G2 -tiloissa välttämättömyys, vaikka käytetään lääkintäsuojaerotus muuntajia sähkönjakeluun. 5. Potentiaalintasaus on ratkaisevan tärkeä, jotta kosketusjännite jää alle 25 V toisen vian aikaan, koska verkko vastaa silloin TNverkkoa
Yhteenvetona 6. UPS verkon laskennassa huomioitava, että UPS laitteella ei ole oikosulku impedanssia = 0 Ω, ja mitoituksessa laskettava myös ohitustilanteet. 7. UPS akkukäytöllä ei välttämättä huonoin tilanne oikosulkuvirtojen kannalta.
Kysymyksiä? Kiitokset Insinöörityön verkko-osoite: urn.fi/urn:nbn:fi:amk-2018052710448 30.5.3018