Медицинский разделительный трансформатор: назначение, принцип работы и требования ГОСТ

Содержание

Требования ГОСТ к медицинским разделительным трансформаторам

Известно, что ГОСТ IEC 61558-2-15-2015 определяет предельные значения электрических, тепловых и механических параметров медицинских разделительных трансформаторов. В дополнение к нему, ключевым документом, регламентирующим применение данного оборудования, является ГОСТ Р 50571.7.710-2023 (МЭК 60364-7-710:2021) «Электроустановки низковольтные. Часть 7-710. Требования к специальным электроустановкам. Электроустановки медицинских помещений». Этот стандарт, введенный в действие с 1 сентября 2023 года, устанавливает частные требования к электроустановкам в медицинских зданиях и помещениях в целях обеспечения безопасности пациентов и медицинского персонала. Его действие распространяется на больницы, клиники, санатории, поликлиники, кабинеты врачебной и стоматологической практики, а также иные помещения, в которых используют медицинское электрооборудование.

Данные устройства выступают базовым элементом при построении систем электропитания, ориентированных на минимизацию рисков поражения током в лечебно-профилактических учреждениях. Актуальность их внедрения обусловлена тем, что надежность электроснабжения и эффективность защитных мер непосредственно влияют на сохранение здоровья пациентов и безопасность труда медицинского персонала.

Что такое медицинский разделительный трансформатор и для чего он нужен

Медицинский разделительный трансформатор – это силовой разделительный трансформатор, применяемый для электроснабжения медицинских помещений группы 2 (рисунок 1). В основе его функционирования лежит явление электромагнитной индукции, обеспечивающее гальваническую развязку цепей первичной и вторичной обмоток. Отсутствие прямой электрической связи между питающей сетью и подключаемой нагрузкой исключает вероятность поражения электрическим током.

Рисунок 1. Электроснабжение медицинских помещений группы 2

Применение в медицинских помещениях группы 2 по ГОСТ Р 50571.7.710-2023

Обязательность применения электрической системы IT с изолированной нейтралью в помещениях группы 2 устанавливается положениями ГОСТ Р 50571.7.710-2023. К указанной группе относятся:

• анестезиологический кабинет;

• операционная;

• кабинет для подготовки к операциям;

• травматологический кабинет;

• послеоперационная палата;

• кабинет для введения сердечных катетеров;

• кабинет интенсивной терапии;

• кабинет для ангиографии;

• кабинет для недоношенных детей;

• кабинет для магниторезонансной томографии (МРТ);

• отделение промежуточной помощи (IMCU).

Реализация данной системы невозможна без разделительного трансформатора, выступающего её базовым элементом при организации электроснабжения медицинских учреждений.

Требования к конструкции медицинского разделительного трансформатора

1. Мощность разделительных трансформаторов ограничена диапазоном 0,5-10 кВА , как для однофазных, так и для трехфазных трансформаторов.

2. Выходное напряжение медицинского трансформатора не более 250В.

3. Обязательное наличие экранирующей обмотки.

4. Повышенные требования к изоляции трансформатора соответствующие медицинским стандартам.

5. Система ограничения пускового тока.

6. Отклонение выходного напряжения на «холостом» ходу и под нагрузкой не более 5 % от Uвх.(+/- 2,5%)

7. Повышенная перегрузочная способность.

8. Обязательный контроль температуры обмоток.

9. Система контроля изоляции.

10. Выход дистанционного контроля (сигнализации) о превышении уровня нагрузки и температуры.

11. Пост дистанционного контроля трансформатора (ПДК).

12. Запрет на использование постоянной принудительной вентиляции для охлаждения трансформатора.

Устройство медицинского разделительного трансформатора

• магнитопровод, набранный из листов электротехнической стали;

• первичную обмотку;

• вторичную обмотку;

• экранирующую обмотку (размещается между первичной и вторичной, предназначена для работы системы контроля изоляции и для снижения токов утечки и подавления высокочастотных помех).

Системы контроля и защиты трансформатора

• блок контроля изоляции;

• блок температуры;

• блок мощности;

• система ограничения пускового тока.

Все это устанавливается в защитный корпус, степень защиты которого определяется условиями эксплуатации.

Медицинская IT-сеть: подключение, безопасность и преимущества

Схема подключения медицинского разделительного трансформатора

Типовая схема подключения содержит:

• входные зажимы для подсоединения к питающей сети TN-S;

• сам трансформатор с экранирующей обмоткой;

• выходные клеммы для присоединения нагрузки;

• модули системы контроля изоляции и мониторинга рабочих параметров.

В трёхфазном исполнении устройство конструктивно эквивалентно трём однофазным трансформаторам, соединённым по схеме «звезда» (рисунок 2).

Рисунок 2. Электрические схемы подключения однофазного и трехфазного медицинского разделительного трансформатора

Преимущества IT-сети с разделительным трансформатором

Главное достоинство IT-сети с разделительным трансформатором состоит в том, что при возникновении одиночного замыкания на землю аварийное отключение не происходит, а угроза поражения током отсутствует.

Стационарные разделительные трансформаторы сухого типа только с естественным воздушным охлаждением, выпускаемые в однофазном и трехфазном вариантах, предназначены для построения IT-систем электропитания в медицинских помещениях группы 2.

Нормативные требования к безопасности медицинской IT-сети

Базовые требования к безопасности такого оборудования зафиксированы в ГОСТ IEC 61558-2-15-2015, который распространяет свое действие именно на данные устройства. В дополнение к указанному стандарту, положения ГОСТ Р 50571.7.710-2023 (раздел 7-710) устанавливают обязательные нормы для электроустановок, эксплуатируемых в лечебных корпусах и кабинетах, с целью минимизации рисков для пациентов и врачебного состава.

Типы медицинских разделительных трансформаторов: ТРО и ТРТ

Классификация медицинских разделительных трансформаторов строится по признаку числа фаз питающей сети. Для однофазных нагрузок, включаемых в медицинские IT-сети, предназначены устройства типа ТРО.

Конструкция ТРО характеризуется наличием:

• экранирующей обмотки;

• повышенной нагрузочной способностью;

• встроенной системой ограничения пусковых токов;

• модулями контроля токовых параметров и теплового режима обмоток.

При эксплуатации трёхфазного электрооборудования, подключаемого к системе IT, применяются трансформаторы типа ТРТ.

Степень защиты корпуса в зависимости от места установки

Степень защиты корпуса определяется местом установки аппарата. Для оборудования, монтируемого непосредственно в помещениях группы 2, обязательно выполнение требований класса IP54. Устройства с защитой IP20 размещаются в коридорных нишах или внутри электрощитовых.

Технические характеристики однофазных ТРО и трёхфазных ТРТ

Основные технические характеристики однофазных и трехфазных разделительных трансформаторов серии ТРО и ТРТ, предназначенных для эксплуатации в медицинских IT-сетях и имеющих степень защиты IP54, приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Основные параметры однофазных медицинских разделительных трансформаторов ТРО (IP54, IP20) и трехфазных медицинских разделительных трансформаторов ТРТ (IP54, IP20)

Как выбрать мощность медицинского разделительного трансформатора

Одним из ключевых параметров медицинского разделительного трансформатора выступает его номинальная мощность. ГОСТ 50571.7.710-2023 устанавливает для данного показателя жёсткие границы: нижний предел – 0,5 кВА, верхний – 10 кВА. Такое ограничение обусловлено необходимостью обеспечения эффективного мониторинга состояния изоляции в распределённой IT-сети.

Максимально допустимое значение мощности не превышает 10 кВА, при этом трансформаторы обладают перегрузочной способностью, позволяющей в течение часа выдерживать нагрузку в 1,6 раза выше номинальной. Процедура выбора конкретного типоразмера базируется на расчёте совокупной нагрузки подключаемого оборудования, выполняемом с учётом коэффициента одновременности и прогнозируемого расширения парка аппаратуры в перспективе.

Установка: один трансформатор — одно медицинское помещение

Использование одного трансформатора для питания нескольких помещений признаётся нецелесообразным: в этом случае усложняется контроль изоляционных параметров и увеличивается время поиска места замыкания на землю при возникновении аварийной ситуации. Практика эксплуатации показывает, что оптимальным решением является установка отдельного разделительного трансформатора для каждой медицинской IT-сети, обслуживающей одно помещение группы 2.

Контроль изоляции в медицинской IT-сети

Для мониторинга состояния изоляции в медицинских IT-сетях применяются специализированные устройства, измеряющие сопротивление изоляции в диапазоне до сотен кОм с регулируемыми уставками. В их функционал входит не только измерение сопротивления изоляции трансформатора и присоединённой сети, но также контроль токовых и тепловых параметров и сигнализация о первом замыкании на землю.

ГОСТ IEC 61558-2-15-2015 устанавливает минимальное сопротивление изоляции между первичной и вторичной цепями на уровне 10 МОм. Испытательное напряжение при проверке должно составлять 415 В.

Блок контроля изоляции и блок температуры осуществляют контроль и сигнализацию о превышении допустимого порога. Трансформаторы сохраняют работоспособность под нагрузкой, равной 160 % номинальной, в течение 60 минут.

Монтаж и эксплуатация медицинских разделительных трансформаторов

Установка оборудования производится вблизи обслуживаемых помещений группы 2, корпусная защита исключает контакт с токоведущими частями. В системах бесперебойного питания разделительные трансформаторы обеспечивают преобразование сети TN-S в IT-сеть с непрерывным мониторингом параметров изоляции. Комплекс защитных мер включает гальваническую развязку, постоянный контроль изоляции, ограничение выходного напряжения до 250 В и применение усиленной изоляции с экранирующими обмотками. Непрерывный контроль изоляции является обязательным условием безопасной эксплуатации IT-сетей в помещениях группы 2, что прямо следует из нормативных требований.

Роль разделительного трансформатора в электроснабжении медицинских учреждений

Из всего этого, нужно подвести итог, что в системе электроснабжения медицинских учреждений разделительный трансформатор относится к числу основных элементов, обеспечивающих непрерывность питания и электробезопасность. Нормативная база, регламентирующая параметры данных устройств, представлена ГОСТ IEC 61558-2-15-2015 и ГОСТ Р 50571.7.710-2023.

Модификации трансформаторов предусмотрены как в однофазном, так и в трёхфазном вариантах, с различными схемными решениями и степенями корпусной защиты. Контроль сопротивления изоляции осуществляется в непрерывном режиме посредством встроенной системы мониторинга. Применение усиленной изоляции совместно с экранирующими обмотками обеспечивает гальваническую развязку цепей и снижает риск поражения электрическим током. В совокупности с постоянным мониторингом рабочих параметров данные меры гарантируют стабильное и безопасное функционирование медицинской аппаратуры.