Сетевое издание
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИСТОЧНИКОВ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ В УСТРОЙСТВАХ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Филиппов Н.В. 1
1 ФГБОУ ВО ПГУТИ
Цель статьи заключается в рассмотрении важности применения источников бесперебойного питания (ИБП) в экстренной медицине. Проведены рассуждения о широком применении использования ИБП в устройствах медицинского назначения. Было выявлено, что не одно медицинское учреждение не может обойтись без высококачественной медицинской аппаратуры, от бесперебойной работы которой напрямую зависит даже жизнь пациента. В статье приводится варианты ИБП и вероятности их применения. Также в статье приведены основные характеристики ИБП, так как последние должны обеспечивать непрерывную работу медицинской техники достаточно продолжительное время. Присутствие в специальных врачебных комнатах высококачественного ИБП дает возможность гарантировать стабильную вероятность деятельности медицинских приборов, отмечается в статье. Также говорится о возможности применения агрегат-генераторов с целью заряда аккумуляторных батарей ИБП. В статье делается упор и на основные требования к ИБП, для выполнения которых необходимо учитывать различные аспекты. При этом в статье отмечается, что энергетический расчет операций и реанимационных мероприятий исходит из особенностей их проведения, учитываются все возможные моменты. Также предлагается рассмотрение различных типов схем реализации системы бесперебойного электропитания переменного тока с блоком аккумуляторных батарей.
источники бесперебойного питания
медицинское оборудование
инверторы
электричество
1. Сажнёв А. М. Электропреобразовательные устройства радиоэлектронных систем: учеб. пособие / А. М. Сажнёв, Л. Г. Рогулина. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2014. - 220 с.
2. Кацман М.М. Электрические машины приборных устройств и средств автоматизации. - М.: ACADEMA, 2013. - 368 с.
3. Азаров А.Г, Гарганеев А.Г., Полонский В.В., Целебровский И.В., Шурыгин Ю.А. Опыт применения систем аварийного электроснабжения при проведении хирургических операций и реанимационных мероприятий в лечебных учреждениях г. Томска и Томской области // Вестник «Здравоохранение Сибири». - 2014. - № 4. - С. 77-78.
4. Гуревич В. И. Устройства электропитания релейной защиты: проблемы и решения. -М.: Инфра-Инженерия, 2013. - 288 с.
5. Алиев И.И. Электротехнический справочник. - М.: РадиоСофт, 2013. - 383 с.
6. Панин Д.Н., Михайлов В.И. Исследование блока полосового и режекторного фильтров на основе операционных усилителей с пьезоэлектрическим резонатором В сборнике: Радиолокация, навигация, связь Сборник трудов XXIV Международной научно-технической конференции. В 5-и томах. 2018. С. 32-36.

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)

Снимок экрана 2019-02-03 в 22.30.33.png

Рис. 2 схема «линейно-интерактивный»

с применением в качестве первичных источников энергии аккумуляторных батарей [5]. Преимущества схемы «off-line» (см. рис. 3)

Изображение сделано 03.02.2019 в 22.53.jpg

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)

Снимок экрана 2019-02-03 в 23.12.45.png

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.


Библиографическая ссылка

Филиппов Н.В. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИСТОЧНИКОВ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ В УСТРОЙСТВАХ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ // Международный студенческий научный вестник. – 2019. – № 1. ;
URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=19559 (дата обращения: 03.12.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074