ei_2004_04_s050.pdf

projekt

zasilania sali operacyjnej w szpitalu

mgr inż. Julian Wiatr, inż. Marcin Orzechowski

przykładowy projekt sali operacyjnej bloku ope-

racyjnego szpitala.

Stanowi on praktyczne rozwiązanie układu zasila-

nia przedstawionego w artykule mgr. inż. Zdzisława

Strzeżysza i mgr. inż. Jerzego Marca.

Blok operacyjny składa się z siedmiu sal, ale dla zilustro-

wania problemu została ujęta pojedyncza sala operacyjna.

Szpital jest zasilany z dwóch różnych stacji trans-

formatorowych 15/0,4 kV i rezerwowany agregatem

prądotwórczym, zainstalowanym wraz z układem sa-

mostartu oraz samozatrzymania.

Zasilanie do Rozdzielnicy IT (RIT) zasilającej trans-

formatory izolacyjne doprowadzone jest z Rozdziel-

nicy Głównej Niskiego Napięcia. Pole zasilające (RIT)

w RGnN jest rezerwowane przez agregat w przypadku

zaniku zasilania w sieci energetyki zawodowej.

Czas potrzebny na podanie napięcia z agregatu pod-

czas jego zaniku w sieci elektroenergetycznej wynosi

około 30 sekund.

Podczas przerw w dostawie energii elektrycznej ze

źródeł zewnętrznych zasilanie sal operacyjnych jest re-

alizowane z baterii UPS.

Zasilacze UPS zainstalowane są w układzie pracy

równoległej z równomiernym obciążeniem każdego

z nich wartością 50% mocy potrzebnej przez wszyst-

kie obwody izolowane zainstalowane w bloku ope-

racyjnym.

W przypadku konieczności poddania serwisowaniu

lub awarii jednego z nich, a drugi zabezpiecza pełne za-

potrzebowanie mocy.

Rozwiązanie to zwiększa niezawodność zasilania, za-

pewnia bezprzerwowe zasilanie sal operacyjnych oraz

izoluje od wszelkich zakłóceń sieciowych pojawiają-

cych się przed zasilaczami UPS.

Rys.1 Schemat zasilania rozdzielnicy IT

Rys. 1a Schemat rozdzielnicy RIT

opis techniczny

Zasilanie sal operacyjnych należy realizować w ukła-

dzie IT przez transformatory izolacyjne ESO 107 o mo-

cy 8 kVA każdy, do których zasilanie należy doprowa-

dzić z modułu pracy równoległej UPS 2 x 40 kVA.

Instalacja UPS oraz rozdzielnicy IT (RIT) nie wchodzi

w zakres niniejszego uproszczonego opracowania.

Schematy zasilania UPS-ów i (RIT) zostały przedsta-

wione na rysunku 1.

Z zacisków transformatora ESO 107, kablem YKXS-

żo 3x16 należy doprowadzić zasilanie do Rozdzielnicy

Sali Operacyjnej RSO.

Rys. 5 Rozkład natężenia oświetlenia w sali operacyjnej

www.elektro.info.pl

nr 4/2004

W niniejszym artykule zostanie przedstawiony

Rys. 4 Schemat ideowy RSO

Rys. 4a Schemat ideowy układu kontroli stanu izolacji

Połączenia montażowe syste-

mu kontroli stanu izolacji nale-

ży wykonać zgodnie z DTR pro-

ducenta (firma „Schupa”).

W każdej sali operacyjnej na-

leży zainstalować dwa głów-

ne zaciski:

a) PE – do połączenia wszyst-

kich przewodów ochronnych in-

stalacji zasilającej sprzęt elektro-

medyczny,

b) EC – do połączenia wszyst-

kich dostępnych obcych części

przewodzących.

Obydwie szyny, tj. PE oraz

EC, powinno się połączyć

przewodem LgYżo10.

Pomiędzy oknami w każdej sali operacyjnej należy zainstalować klimaty-

zator o mocy 1,5 kW.

Posadzkę w każdej sali operacyjnej trzeba wykonać z wykorzystaniem samo-

poziomującej się masy półprzewodzącej, w której powinno się zatopić taśmę Cu

35x5. Taśmę należy połączyć przewodem LgYżo10 z zaciskami EC oraz PE.

Na przygotowanej posadzce należy ułożyć wykładzinę antyelektrostatycz-

ną spełniającą warunki:

a) łatwej zmywalności,

b) 10 6 W £ R i £ 10 8 W .

W każdej sali operacyjnej należy zainstalować 12 opraw typu GOW 2360

P przeznaczonych do ogólnego oświetlenia sali oraz dwie lampy bakteriobój-

cze 1xT26/30W.

Projekt oświetlenia sali operacyjnej został opracowany przez Dariusza Ka-

mińskiego w firmie „Golland” Warszawa (rysunek 5) .

Nad stołem operacyjnym należy zainstalować lampę bezcieniową surgilux

BHC-502 firmy Famed Łódź.

Instalację odbiorczą wewnątrz sal operacyjnych należy wykonać przewo-

dem YDY 2x2,5 + DYżo 2,5.

Przewód trzeba układać w odległości min. 40 cm od przewodów zasi-

lających.

Na korytarzu, przy wejściu do każdej z sal operacyjnych, należy zainstalo-

wać RSO wyposażoną zgodnie z rysunkiem 4 .

Wskaźniki stanu izolacji każdej z sal operacyjnych należy zainstalować w po-

mieszczeniu dyżurki pielęgniarek.

obliczenia

A) Zestawienie mocy zapotrzebowanej i dobór transformatorów izolacyj-

nych:

Na podstawie informacji otrzymanych od dyrektora szpitala:

nr 4/2004

www.elektro.info.pl

projekt

, - moc zapotrzebowana przez sprzęt elektromedyczny w każ-

dej sali operacyjnej bloku operacyjnego;

= 35

I n = 63 A

- znamionowy prąd zabezpieczenia strony pierwot-

nej (podawany w katalogu producenta),

= 15 - moc klimatyzatora instalowanego w każdej sali operacyj-

nej bloku operacyjnego;

P ośw = 1,9 kW – moc całkowita oświetlenia zainstalowana w pojedynczej sali

(podstawa: projekt oświetlenia opracowany przez firmę „Golland” Warszawa):

D P obczn = 193 W

- znamionowe straty obciążeniowe,

D U kr% = 3 %

- napięcie zwarcia,

J = 1:1

- przekładnia transformatora,

∆ 0

193

8000

bczn

= =

0 024

= + + =

+ + =

P k P P P

(

) , * ( , , , )

09 35 15 19

j sm k

lim

osw

621

= − = − =

u u

003 0024 00

, 18

- całkowita moc czynna zapotrzebowana przez pojedynczą salę operacyjną,

gdzie:

k j1 – współczynnik jednoczesności dla pojedynczej sali operacyjnej:

230

8000

X u

0 018

, *

0 119

Ω

230

8000

R u

0 159

Ω

621

= = =

cos

kVA

- moc pozorna.

Na tej podstawie należy przyjąć transformator ESO107 produkcji firmy

„Bender” w II kl. ochronności, o mocy znamionowej S NT = 8 kVA oraz o na-

stępujących parametrach:

=+= +=

R X

0 159 0 119 0 19

Ω

rT rT

gdzie:

X rT – reaktancja zwarciowa transformatora izolacyjnego,

R rT – rezystancja zwarciowa transformatora izolacyjnego,

Z rT – impedancja zwarciowa transformatora izolacyjnego.

I N =34,8 A

- prąd znamionowy,

B) dobór zasilaczy awaryjnych UPS:

Całkowite zapotrzebowanie mocy przez 7 sal operacyjnych

(dobór mocy UPS):

S k S

= ∗ = ≅

∑

0 7 7 8 39 2

kVA

gdzie k j = 0,7

0 7 7 6 21 30 43

,* *, ,

P z - moc czynna zapotrzebowana przez wszystkie obwo-

dy separowane.

Na tej podstawie należy przyjąć dwa zasilacze UPS Power-

ware 9003 o mocy 40 kVA każdy, pracujące w układzie rów-

noległym z obciążeniem 50% dla każdego z nich.

wyUPS

UPS

* cos *

ϕη 40 0 9 0 9 32 4

* , * ,

- moc czynna zabezpieczana przez pojedynczy zasilacz

UPS:

Z wyUPS

Rys. 2 Plan instalacji gniazd odbiorczych w sali operacyjnej

dobór UPS poprawny,

gdzie:

cos g - współczynnik mocy biernej,

h - sprawność zasilacza UPS,

P wyUPS – moc czynna na zaciskach wyjściowych UPS,

k j – współczynnik jednoczesności obciążenia obwodów

izolowanych,

P sz1 - moc czynna szczytowa obciążenia pojedynczej sali

operacyjnej,

S sz – moc pozorna zapotrzebowana przez wszystkie ob-

wody izolowane:

www.elektro.info.pl

nr 4/2004

k lim ,

,* * ,

=+++

X R

[

(

R R

)]

= = =

1 230

019

1210 53

k c

WLZ p

+ +

0 119 0 159 2 0 023 0 073

[ ,

( ,

, )]

(* )

−

≈

0 371

Ω

=+∗ =

1 02 0 98

02 0 98 0 018 1 038 1

+ ∗ = ≈

, ,

230

2 100

= >>

115

Ω

** ** , ,

1 2 1210 53 1711 95

≈

kdop

∗

230

=>=

620

A I

100

Dobrane bezpieczniki posiadają dopuszczalną obciążalność zwarciową 50 kA,

zatem ich dobór należy uznać za poprawny.

Podobnie wyłączniki instalacyjne S302C10 posiadają zwarciową zdolność łą-

czeniową wynoszącą 6 kA, która jest znacznie wyższa od spodziewanego prą-

du zwarcia I

C) dobór WLZ:

- na długotrwałą obciążalność prądową i przeciążalność:

k1 121

gdzie:

χ - współczynnik udarowy,

I k " – początkowy prąd zwarciowy,

i p – udarowy prąd zwarciowy.

b) wymagany przekrój przewodu i spadek napięcia na końcu WLZ przy

spodziewanym prądzie zwarciowym I k " = 1210,53 A, czas zadziałania

bezpiecznika topikowego DOIIgG63, zabezpieczającego stronę pierwotną

transformatora izolacyjnego, jest krótszy od 0,1 s. W celu wyznaczenia mi-

nimalnego przekroju kabla WLZ, należy posłużyć się wartością całki Joule-

’a, wyrażającą skutek cieplny prądu zwarciowego przepuszczonego przez

bezpiecznik ( dla DOIIgG63: I 2 t w = 21200 [A 2 *s] podczas zwarcia:

== ≈

8000

230

34 78

I A

III

≤≤

≤

B n Z

145

, 5

≥

16 63

145

69 52

Na tej podstawie, zgodnie z PN–IEC 60364-523 „Instalacje elektryczne w obiek-

tach budowlanych. Dopuszczalna obciążalność prądowa“, należy przyjąć kabel

typu YKXSżo 3x16. Jego dopuszczalna obciążalność prądowa po, uwzględnieniu

sposobu ułożenia, wynosi I dd = 0,65 * 107 = 69,55 A> I Z = 69,52 A

- na obciążalność zwarciową i spadek napięcia:

a) początkowy prąd zwarcia oraz prąd udarowy:

135

21200

≥ = ≈

≈ <<

108

∆

*** %

100

2 6210 20 100

55 16 230

* * * %

= >

053 1

,% %

D) Dobór przewodów instalacji odbiorczej:

Największym odbiornikiem jest klimatyzator o mocy 1,5 kW, a jego prąd zna-

mionowy wynosi:

lim

* cos *

1500

230 09 09

≈

8 052

ϕη

* , * ,

- warunek dopuszczalnej obciążalności długotrwałej:

I B = 8,052 A £ I n = 10 A £ I Z

I 2 = k 2 * I n = 1,45 *10 £ 1,45 * I Z

Warunek spełnia przewód YDY 2x2,5, dla którego I dd = 0,6*24 = 14,40 A

> I Z = 10 A,

Gdzie:

I n – prąd znamionowy zabezpieczenia,

I B – prąd obciążenia,

≥ =

145 10

145

Rys. 3 Plan instalacji oświetlenia na sali operacyjnej

nr 4/2004

www.elektro.info.pl

, ,

projekt

I Z – wymagana minimalna wartość prądu długotrwałego obciążenia przewo-

du,

I 2 – prąd powodujący zadziałanie zabezpieczenia w określonym umownym

czasie,

k 2 – współczynnik krotności prądu zadziałania zabezpieczenia w określonym

umownym czasie, przyjmowanym jako:

1,6 – 2,1 – dla wkładek bezpieczników topikowych,

1,45 – dla wyłączników instalacyjnych nadprądowych.

- warunek dopuszczalnej obciążalności zwarciowej:

k dop

= >> =

kA I

620

Ponieważ długości obwodów nieznacznie różnią się między sobą i są za-

bezpieczone takimi samymi wyłącznikami instalacyjnymi, należy uznać, że

warunek selektywności wyłączenia oraz samoczynnego wyłączenia podczas

zwarć w wymaganym czasie t <0,8 s zostanie spełniony (dla spodziewanych

wartości prądów zwarciowych czas wyłączenia będzie krótszy od 0,1 s).

uwagi końcowe

≥ =

I t

115

20000 1 23 2 5

1. Kategoryczniezabraniasię stosowania wyłączników różnicowoprądowych

w obwodach odbiorczych sal operacyjnych.

2. W takcie zabiegów operacyjnych należy stale utrzymywać wilgotność po-

wietrza 60 %.

3. Kategorycznie zabrania się wprowadzania zasilania przez przedłużacze

spoza sali operacyjnej.

4. Po wykonaniu instalacji należy sprawdzić:

a) rezystancję podłogi,

b) skuteczność samoczynnego wyłączenia poszczególnych obwodów odbiorczych

podczas zasilania z sieci elektroenergetycznej, zasilania z agregatu oraz pod-

czas zasilania tylko z UPS podczas przerwy w dostawie energii elektrycznej ze

źródeł zewnętrznych,

c) skuteczność zasilania podczas przerw w dostawie energii elektrycznej ze źró-

deł zewnętrznych,

d) rezystancje izolacji instalacji odbiorczej oraz transformatorów separacyjnych,

e) ciągłość połączeń ochronnych i wyrównawczych,

f) natężenie oświetlenia,

g) funkcjonowanie klimatyzacji oraz utrzymywaną wilgotność pomieszczeń,

h) funkcjonowanie całego systemu zasilania bloku operacyjnego,

5. Przed rozpoczęciem operacji należy sprawdzić stan izolacji instalacji.

6. Korzystanie z lamp bakteriobójczych jest dopuszczalne tylko podczas przerw

w zabiegach bez obecności personelu medycznego lub pacjentów w sali opera-

cyjnej.

k – jednosekundowa gęstość dopuszczalnego prądu zwarcia dla przewo-

dów [A/mm 2 ], przyjmowana jako:

74 – dla aluminium w izolacji polwinitowej,

87 – dla aluminium w izolacji z gumy butylenowej lub igielitu usiecio-

wanego,

115 – dla miedzi w izolacji polwinitowej,

135 – dla miedzi w izolacji z gumy butylenowej lub igielitu usieciowa-

nego,

I 2 * t w – całka Joule’a dla zabezpieczenia odczytana z katalogu producenta

dla spodziewanej wartości prądu zwarciowego [A 2 * s],

S – przekrój poprzeczny przewodu [mm 2 ],

Uwaga!

Całość instalacji odbiorczej zostanie wykonana przewodem YDY 2x2,5

+ DY 2,5, a zabezpieczenia poszczególnych obwodów wyłącznikami

S302C10.

Należy zatem uznać dobór przewodów zasilających oraz zabezpieczeń za

poprawny.

E) Sprawdzenie samoczynnego wyłączenia:

= ≈

55 16

0 023

Ω

WLZ

γ *

literatura

= ≈

55 2 5

0 073

Ω

R WLZ – rezystancja WLZ [ W ],

R p - rezystancja przewodów najdłuższego obwodu w instalacji odbiorczej

[ W ],

Z k1c – impedancja obwodu zwarcia dla najdłuższego obwodu odbiorcze-

go w instalacji [ W ],

Z kdop - dopuszczalna wartość impedancji zwarciowej [ W ],

I w – prąd wyłączenia wyłącznika instalacyjnego w instalacji odbiorczej

[A],

U o – napięcie na zaciskach transformatora separacyjnego [V],

S- przekrój przewodu zasilającego [mm 2 ],

g - konduktancja przewodu zasilającego [m/ W * mm 2 ] - dla Cu, g = 55 [m/

W *mm 2 ]

I zw – prąd zwarcia jednofazowego w odbiorniku (na końcu obwodu sepa-

rowanego) [A],

I w – prąd wyłączający zabezpieczenie w określonym czasie [A],

L – długość obwodu z [m].

Na podstawie katalogu firmy FAEL-LEGRAND do wartości prądu I k1 =3,4

kA podczas zwarcia w obwodzie zawierającym kaskadowe połączenie bez-

piecznika topikowego DOIIgG63 oraz wyłącznika instalacyjnego typu

S302C10 selektywność wyłączenia zostanie zachowana:

1) PN-IEC 60364 – wieloarkuszowa norma „Instalacje elektryczne w obiektach

budowlanych”.

2) PN 84/E-02033 – „Oświetlenie wnętrz światłem elektrycznym” (załącznik

3) DIN VDE 0107/11.94/ - „Starkstromanlangen in Krankenhausern und medi-

zinish genutzen Raumen ausserhalb von Krankenhausern“.

4) „Bezpieczeństwo elektryczne w zakładach opieki zdrowotnej“ – K. Sałasiń-

ski COSiW SEP – 2002 r.

5) IEC 60364-7-710 – „Electrical instalation of buldings. Requirements for spe-

cial installations or locations. Medical location“.

6) Praca dyplomowa „Zasilanie obiektów służby zdrowia na przykładzie szpi-

tala OMEGA w Warszawie” – Podyplomowe Studium Teorii i Techniki Prze-

ciwporażeniowej. Politechnika Wrocławska 1999 r., J. Wiatr.

Zestawienie materiałów dotyczy instalacji wszystkich sal w bloku operacyj-

nym i nie uwzględnia materiałów związanych z zasilaniem zasilaczy UPS.

zestawienie ważniejszych materiałów

(wyszczególnienie dotyczy wszystkich sal operacyjnych bloku operacyjnego)

1. Transformator ESO107-230/230V-8 kVA 7 szt.

www.elektro.info.pl

nr 4/2004

3 4

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: