Введение.
Источники бесперебойного питания (ИБП) - это устройство, включающее блок стабилизации параметров электропитания и аккумуляторный блок. Помимо этого, многие ИБП выполняют еще одну важнейшую функцию - стабилизируют параметры электропитания, устраняют помехи, сглаживают колебания напряжения и частоты.
Области применения ИБП для медицинского оборудования самые различные. Они могут применяться в операционных блоках, палатах интенсивной терапии, реанимационных отделениях, кабинетах диагностики, лабораториях, для поддержания работы систем аварийного освещения, медицинских холодильников, магнитно-резонансных томографов, рентгеновских аппаратов, отделений лучевой диагностики и отдельно стоящих корпусов медицинских учреждений.
Ни одна современная клиника не может обойтись без высокотехнологичной медицинской аппаратуры, от бесперебойной работы которой напрямую зависит здоровье, а иногда и жизнь пациентов. Обеспечение качественным электропитанием различных медицинских учреждений - важнейшая задача органов здравоохранения, и для ее выполнения широко применяются ИБП. При исчезновении электроэнергии в больнице появляется ситуация, которая ставит под реальную угрозу жизнь пациентов, зависящих от работы подключенных к нему систем жизнеобеспечения.
Дизель-электрогенератор - это устройство, которое выходит в нормальный режим энергообеспечения как минимум около 20 секунд, что считается неудовлетворительным для средства предоставления электропитания, ведь часто бывает, что возобновление подачи электричества зачастую требуется в более кратковременном периоде. По этой причине диагностическое и хирургическое спецоборудование обязано обладать вероятностью работы с помощью дополнительных ИБП.
Основным резервным источником обычно являются блок аккумуляторов и трансформаторный инвертор. Вместо аккумуляторов дополнительно могут применяться современные накопители энергии - суперконденсаторы, которые называют ионисторами.
Инверторам, работающим с медицинским оборудованием, предъявляются особые требования. Они должны выдерживать кратковременные перегрузки и подавлять помехи, к которым очень чувствительны некоторые виды специфического оборудования, например, компьютерный и магниторезонансный томографы.
Использование ИБП защищает сложную медицинскую технику от возможных скачков напряжения в сети.
Основные характеристики ИБП.
ИБП имеют основные характеристики [1], такие как:
1. Способы защиты электропитания;
2. Время зарядки аккумуляторов;
3. Форма сигнала на выходе;
4. Максимальная выходная мощность;
5. Продолжительность непрерывной работы.
Не менее 3 часов работы в операционных ИБП должен обеспечить работу всего необходимого медицинского оборудования. В течение 24 часов должно работать аварийное освещение, лифты для пожарных, холодильники с ценными лекарствами.
Присутствие в специальных врачебных комнатах высококачественного ИБП и, равно как добавочного оборудования, например, дополнительного агрегат-генератора, с целью получения электричества при аварийных ситуациях, дает возможность гарантировать стабильную вероятность деятельности медицинских приборов, чья деятельность требуется для обеспечения срочной поддержки пациенту.
При продолжительной нехватке электричества агрегат-генераторы имеют все шансы применяться и с целью заряда аккумуляторных батарей ИБП и, при этом, никак не должны работать регулярно. Наиболее наилучшим типом ИБП, для оснащения в врачебных организациях, считается ИБП двойственного преображения. Такой источник имеет нулевое время переключения при падении напряжения в электросети, что позволяет оборудованию организовывать работу в штатном режиме.
Таким способом, любой медицинский прибор, требующий регулярного и серьезного обеспечения электричеством, снабжается аккумулятором, а присутствие потребности инвертором, переводящим непрерывный электроток в непостоянный электроток призываемой величины.
Основные требования к ИБП.
Среди систем бесперебойного питания выделяется особый класс - системы бесперебойного электропитания переменного тока с блоком аккумуляторных батарей (СБЭП), обеспечивающие бесперебойное электропитание задействованных потребителей [2].
Эти системы должны отвечать следующим основным требованиям:
1. Обладать автономностью, обеспечивая необходимое время работы в условиях отсутствия напряжения в электросети.
2. Учитывать особенности работы медицинских отделений.
3. Соответствовать техническим характеристикам применяемой медицинской аппаратуры.
4. Не обременять медперсонал техническим обслуживанием.
5. Обладать приемлемой массой и иными показателями для удобства потребителя.
Для выполнения этих требований важен учет аспектов: энергетического, технического качества выходных параметров, надежности, стоимости, а также экологического, эргономического аспектов. Из данных аспектов начальным в проектировании является, безусловно, энергетический.
Энергетический аспект проектирования СБЭП медицинского назначения должен исходить из тезиса: каждый вид хирургической операции или реанимационного мероприятия имеет свою энергетическую «стоимость». Расчет энергий, необходимых для проведения различных реанимационных мероприятий и хирургических операций показывает, что источник бесперебойного питания переменного тока приемлемых массогабаритных показателей при использовании никель-кадмиевых либо свинцовых батарей может обеспечивать электроэнергией стандартную операционную в течение от нескольких часов до суток. Это подтверждает и многолетняя практика применения СБЭП в медучреждениях нашей страны [3].
При этом энергетический расчет операций и реанимационных мероприятий исходит из особенностей их проведения, а именно, учитываются возможные режимы работы и сочетания медицинской аппаратуры, которую можно классифицировать следующим образом:
1. Осветительная (бестеневые лампы, переносные и головные светильники);
2. Регистрирующая (мониторы пульса, давления, температуры и т.д.);
3. «Технологическая» (электронож, электроотсос, наркозный аппарат, электропила, электросверло, хирургическая эндоскопическая аппаратура);
4. «Жизнеподдерживающая» (аппарат искусственной вентиляции легких (ИВЛ), насосы, дефибриллятор, «искусственная почка», кардиостимулятор, барокамера);
5. Информационно-диагностическая (приборы экстренной диагностики в клинических лабораториях. Сюда же можно отнести центрифуги, рентгеновские аппараты, компьютеры, интеллектуальные аппараты ИВЛ с микропроцессорным управлением).
Аспект обеспечения качества выходных параметров СБЭП исходит из того, что ее нагрузкой являются разнородные параллельно подключаемые потребители, выполняющие различные задачи единого технологического процесса. При этом их работа в аварийном режиме происходит в условиях первичного источника электропитания ограниченной мощности батареи, параметры которого изменяются во времени. Электрическая разнородность параллельно подключенных потребителей, их различные режимы работы, а также переменные во времени параметры первичного источника характеризуют функционирование медицинских СБЭП как работу в условиях неопределенности.
Для реализации СБЭП медицинского назначения из известных источников [4] представляется целесообразным применение типов «у-линии» (см. рис. 1)
Рис. 1 схема «у-линии»
и «линейно-интерактивный» (см. рис. 2)
Рис. 2 схема «линейно-интерактивный»
с применением в качестве первичных источников энергии аккумуляторных батарей [5]. Преимущества схемы «off-line» (см. рис. 3)
Рис. 3 схема «off-line»
заключаются в ее простоте и экономичности, а недостатки - в отсутствии стабилизации входного напряжения при работе в «нормальном» режиме.
Логическим развитием схемы «у-линии» (см. рис. 1) является объединение функций СБЭП и стабилизатора напряжения [6]. Часто длительное повышение или понижение напряжения, являющееся результатом подключения или отключения на подстанции большого числа потребителей может длиться часами. Однако переход на аккумуляторные батареи в этом случае может быть не оправдан, хотя выход напряжения за допустимые пределы способен привести как к сбоям работы потребителя, так и к его выходу из строя.
В этом случае целесообразно, не используя энергию аккумуляторных батарей, корректировать напряжение с помощью стабилизатора, функционально объединенного с преобразователем и ключами. Фактически же стабилизатор с ключами является трансформатором с управляемым коэффициентом трансформации. Переход на аккумуляторные батареи происходит лишь в случае пропадания напряжения сети или при чрезмерном его понижении. Схема «line-interactive» (см. рис. 2) является удачным компромиссом между дорогостоящими системами «on-line» с «дельта-преобразованием» (см. рис. 4)
Рис. 4 схема «on-line» с «дельта-преобразованием»
и относительно простыми «off-line» (см. рис. 3).
В заключении можно сделать вывод, что питание медицинских объектов должно представлять собой две различные линии электропередач:
1. Питание от напряжения сети.
2. Питание от СБЭП.
В случае отсутствия напряжения от сети, должно происходить автоматическое переключение на СБЭП, и должна запускаться работа генераторов. На практике, это лишь идеал бесперебойного электроснабжения.