Элетробезопасность медицинской аппаратуры

 

1.4 Общее  электрическое сопротивление тела

 

Общее электрическое  сопротивление тела между двумя  электродами можно представить  в виде двух частей, существенно  отличающихся по величине друг от друга. Это – сопротивление кожи под  каждым из электродов и сопротивление  внутренних тканей и органов.

Сопротивление кожи значительно превосходит сопротивление  других тканей. Это объясняется наличием на поверхности ее внешнего слоя (эпидермиса) ороговевших клеток. Омертвевшие, обезвоженные клетки рогового слоя имеют удельное сопротивление 1МОм–10М. Ом. Сопротивление определенного участка кожи зависит от толщины рогового слоя, которая, например, на ладонях составляет от 0,1 до 1,5, а на спине не превышает 0,04мм. Соответственно сопротивление 1см² кожи находится в пределах от десятков до сотен килом.

Кожа  является естественной защитой организма  от поражения электрическим током. Однако сопротивление наружного  рогового слоя зависит от многих причин и зачастую падает значительно, нижеуказанных величин. Особенно сильно сказывается на изолирующих свойствах кожи влажность.

Для одного из наиболее распространенных при поражениях путей тока ладонь – ступня в  результате многочисленных измерений  на трупах и на добровольцах установлено, что величина сопротивления внутренних тканей незначительно отличается от 1000Ом. Эта величина и принята в большинстве случаев для расчетов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Защита  от прикосновения к находящимся  под напряжением частям 

 

2.1 Основные  требования, предъявляемые к электробезопасности  аппаратуры

 

2.1.1 Недоступность  для прикосновения находящихся  под напряжением частей

Основным  требованием, предъявляемым к электробезопасности аппаратуры, является недоступность для прикосновения находящихся под напряжением частей. Это требование универсально, оно предъявляется ко всем видам электрических устройств и должно выполняться практически независимо от величины напряжения, под которым находится какая-либо часть аппарата.

Для электронных  измерительных приборов (ГОСТ 9763-67) от прикосновения должны быть защищены части, находящиеся под напряжением выше 36В. Для электромедицинской аппаратуры, согласно отраслевой нормали на электробезопасность, а также стандарту ГДР (TGL 200–1703), предельная величина напряжения составляет 24В.

Основной  способ защиты от прикосновения –  применение корпусов, крышек, щитков и  других конструктивных элементов, исключающих  доступ к токоведущим частям.

 

2.1.2 Изоляция

 

Изоляция, отделяющая находящиеся под напряжением  части друг от друга и от ограждающих  металлических частей, называется основной, или рабочей.

К рабочей  изоляции предъявляются достаточно высокие требования. Ее сопротивление  после испытаний, на влагоустойчивость не должно быть менее 2 МОм. Наиболее распространенным примером полной защиты с помощью рабочей изоляции являются изолированные провода, шнуры.

 

2.2 Особенность  электромедицинской аппаратуры

 

Особенностью  электромедицинской аппаратуры является наличие у отдельных ее видов, так называемой рабочей части – электродов, излучателей, датчиков и т.п. С помощью рабочей части низкочастотных электролечебных аппаратов осуществляется воздействие на пациента постоянным или низкочастотным токами. При этом рабочая часть – электроды находятся в непосредственном контакте с телом пациента и естественно не могут быть защищены от прикосновения, в то же время напряжение на них может превышать 24В. Безопасность пациента и медицинского персонала обеспечивается в этом случае строгим выполнением всех правил проведения процедуры, подробно указанных в инструкции по эксплуатации аппарата.

При конструировании  рабочей части следует стремиться, чтобы кроме необходимых для  проведения процедуры неизолированных  электродов, не было других незащищенных находящихся под напряжением  частей. Это относится, прежде всего, к выходным гнездам аппарата и к штепсельным разъемам в проводах, соединяющих электроды с аппаратом. Часть разъема, расположенная ближе к аппарату, т.е. к источнику напряжения, должна быть выполнена в виде гнезд, а часть, относящаяся к электродам, - в виде штифтов.

Значительную  опасность могут представлять находящиеся  в аппарате заряженные конденсаторы. После отключения аппарата от сети конденсаторы обычно быстро разряжаются через элементы схемы, имеющие активную проводимость, - резисторы, обмотки трансформатора и др. В ряде случаев, однако, таких элементов может и не быть и разряд происходит только через изоляцию самого конденсатора и соединенных с ним проводов и деталей. При этом разряд может длиться достаточно долго. Так, например, бумажный конденсатор фильтра высоковольтного выпрямителя емкостью 1 мкФ после отключения от выпрямителя нагрузки и выключения аппарата будет разряжаться через сопротивление утечки конденсатора, составляющее не менее 500МОм. Постоянная времени разряда при этом будет равна 500с. Таким образом, если напряжение на конденсаторе в рабочем режиме составляло 1кВ, то через 500с оно уменьшится только до 370В и прикосновение к выводам конденсатора еще очень опасно. Только через 31 мин. напряжение на конденсаторе упадет до 24В. В случаях подобных приведенному, необходимо шунтировать конденсатор резистором, обеспечивающим достаточную скорость разряда.

Для проверки правильности выбора шунтирующей цепи должно проводиться измерение остаточного  напряжения на конденсаторах. С этой целью, находящийся в рабочем режиме аппарат отключают от сети и непосредственно после этого снимают крышки, стенки и другие части, защищающие от прикосновения заряженные конденсаторы. Напряжение на них, измеренное вольтметром с достаточно большим входным сопротивлением не должно превышать 24В.

При этих испытаниях необходимо выполнить следующие  условия: дверцы, щитки и другие части, снимаемые без инструмента, следует  предварительно снять или открыть; вольтметр, если его подключение требует значительного времени, подключают заранее; инструмент для снятия крышек, стенок должен быть стандартным, обычно применяемым для этой цели.

В аппаратах  с частями, находящимися под напряжением более 1000В, делают две предупреждающие надписи: одну на корпусе (обычно на задней стенке) – «перед снятием корпуса отсоедините аппарат от сети», другую внутри аппарата около находящихся под высоким напряжением частей – знак высокого напряжения.

Одним из ответственных узлов электромедицинской аппаратуры является держатель предохранителя, выполняющий иногда и функции  переключателя напряжения питания.

Чтобы исключить  возможность случайного прикосновения  к указанным частям, иногда закрывают  держатель привинченной к корпусу  аппарата крышкой. Применение инструмента  для смены сетевого предохранителя затрудняет эксплуатацию аппаратуры, особенно переносной.

Для переносных аппаратов со съемным сетевым  шнуром оправдала себя конструкция  блокировочной шторки, закрывающей  доступ к держателю предохранителя. Шторку можно сдвинуть только после  отсоединения розетки сетевого шнура  от приборной вилки на аппарате. После этого естественно опасности  при смене предохранителя не возникает.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Ток утечки

 

3.1 ЭДС  источника

 

Практически невозможно выполнить изоляцию таким  образом, чтобы она представляла бесконечно большое сопротивление  для переменного тока. Поэтому при прикосновении к доступным частям аппаратуры через тело человека пройдет небольшой ток, называемый  током утечки.

Величина  тока утечки определяется электродвижущей силой (ЭДС) источника (напряжение сети), его внутренним сопротивлением (полное сопротивление изоляции сетевой цепи), а также сопротивлением нагрузки (тело человека). Активная составляющая тока утечки зависит в  основном от сопротивления изоляции постоянному току, реактивная составляющая - от величины емкости между токоведущими частями и корпусом.

Источник  тока утечки имеет большое внутреннее сопротивление (единицы и десятки  мегаом), т.е. является генератором тока. Нагрузки, обычно имеющиеся в цепи тока утечки, мало влияют на его величину, поскольку сопротивление тела человека (единицы килоом) много меньше внутреннего сопротивления источника. В тоже время напряжение между корпусом аппарата и землей в большей степени зависит от величины нагрузки. Покажем это на следующем примере. Неназемленный корпус аппарата надежно изолирован от сетевой цепи и прикосновение к нему совершенно безопасно. Однако если между корпусом и землей включить вольтметр с достаточно высокоомным входом, то его показания будут значительно превышать допустимую величину (24В). Так, приняв сопротивление утечки между сетевой цепью аппарата и корпусом равным 30МОм, а входное сопротивление лампового вольтметра 10Мом.

Это кажущееся  противоречие объясняется соизмеримостью внутреннего сопротивления источника  и входного сопротивления вольтметра, в результате чего измеряется величина, близко к ЭКС источника, т.е. сетевому напряжению. Если в приведенном выше случае корпус аппарата соединить с землей через резистор сопротивлением 1000Ом, то напряжение на нем составит 7,3мВ. Это означает, что ток утечки аппарата на корпусе равен 7,3мкА, т.е. значительно меньше допустимой величины. Отсюда ясно, что опасность должна оцениваться измерением не на холостом ходу, а под реальной нагрузкой. В качестве усредненной величины эквивалентного сопротивления тела человека, через которое замыкается цепь тока утечки, принимается, как уже указывалось, 1000Ом. [Википедия – свободная энциклопедия]

 

3.2 Ток  утечки на пациента

 

Ток утечки на пациента имеет место, если цепь пациента изолирована от корпуса. Величина тока утечки определяется сопротивлением изоляции и емкостью между сетевой  цепью и цепью пациента. Если цепь пациента соединена с корпусом, то выделить ток утечки на пациента из общей величины тока не представляется возможным.

Величина  тока утечки в значительной степени  определяет уровень безопасности при  эксплуатации аппаратуры, поэтому его  нормирование и измерение являются одним из основных условий, обеспечивающих электробезопасность пациента и  медицинского персонала. При установлении допустимых величин тока утечки, а также стандартных методов его измерения приходится учитывать много различных факторов и обстоятельств. Прежде всего, должен гарантироваться основной принцип обеспечения электробезопасности. Этот принцип заключается в том, что при отказе одного из средств защиты от поражения электрическим током либо при какой-нибудь другой первой неисправности в аппарате не должна возникать непосредственная опасность для человека.

 

3.3 Допустимые  величины тока утечки на корпус

 

Допустимые  величины тока утечки на корпус и, особенно на пациента должны зависеть и от условий применения аппарата, степени его связи с пациентом. У аппаратов, не предназначенных, для контакта с пациентом они могут быть больше, чем у аппаратов, непосредственно соединенных с телом пациента. Для того чтобы учесть эту разницу, в проект Рекомендация МЭК введено деление электромедицинской аппаратуры на три типа: Н, В, С. К типу Н относится аппаратура, не имеющая рабочей части и во время эксплуатации не приходящая в соприкосновение с больным. Аппаратура типа В имеет рабочую часть и контактирует (намеренно или случайно) с телом пациента. Аппаратура, относящаяся к типу С, применяется при внутрисердечных вмешательствах, т.е. ее рабочая часть может соединяться непосредственно с сердца пациента.

Каковы  допустимые величины тока утечки на корпус? В соответствии с проектом Рекомендации МЭК для аппаратов типа Н и В при единичном нарушении ток утечки не должен превышать 0,5мА. Для аппаратов без защитного заземления (класс II) в нормальных условиях наибольшая величина тока утечки составляет 0,25мА для типа Н и 0,1мА для типа В.

Учитывая  особую опасность тока утечки аппаратов  типа С, его величина при единичном нарушении не должна превышать 0,1мА. В нормальных условиях (класс II) предельная величина равна 0,01мА.

У стационарных аппаратов с постоянным подключением к питающей сети провод защитного  заземления защищен от механических воздействий и имеет поэтому, как уже указывалось, повышенную надежность. В связи с этим для  стационарных аппаратов типа Н, т.е. не имеющих рабочей части может  быть допущен ток утечки на корпус 5мА.

Измерение тока утечки на пациента возможно и  при наличии провода защитного  заземления, поэтому допустимая величина этого тока в нормальных условиях для аппаратов всех классов, а  также аппаратов с автономным питанием составляет 0,1мА для типа В и 0,01мА для типа С. При единичном нарушении (обрыв заземляющего провода, однополюсное отключение сети) допустимая величина тока утечки на пациента увеличивается для аппаратов типа В до 0,5мА и для аппаратов типа С – до 0,05мА.

Если  частота тока превышает 50Гц, то предельная величина тока утечки должна быть изменена в соответствии с зависимостью физиологического действия тока от частоты. При частоте более 1кГц предельная величина увеличивается во столько раз, сколько килогерц составляет частота действующего тока. При этом максимальная величина тока не должна превышать 500мА.

Действие  на человека тока, имеющего форму, отличную от синусоидальной, изучена недостаточно. Однако с определенным приближением принято в качестве исходного параметра принимать амплитуду тока. При этом за допустимую берется величина, в 1,5 раза превышающая эффективное значение, принятое для синусоидального тока.