Электротехника / Особенности использования ИБП в медицинской сфере.  (Прочитано 246 раз)

Производитель ИБП - международная компания SOCOMEC рассказывает об особенностях электроснабжения медицинского оборудования и дает рекомендации по подбору источников бесперебойного питания.



Медицинская визуализация играет важную роль в таких объектах как: магнитно-резонансные системы, рентгеновские системы визуализации, компьютерная томография... Эти аппараты теперь хорошо известны нам, так как они широко используются  в процессе предварительной диагностики. Они должны обладать характеристиками, отвечающими потребностям больниц, такими как адаптируемость  с точки зрения пространства и технической среды, гибкость с точки зрения нагрузки и технологической эволюции и доступность сети электроснабжения для обеспечения работы машин в случае необходимости.

Эти аппараты имеют решающее значение в экстренных случаях для постановки правильного диагноза и для  обеспечения верного лечения пациентов. Например, медицинская визуализация имеет большое значение для использования ангиографических аппаратов, которые требуют размещения катетера внутри тела пациента. Поэтому, чтобы обеспечить качественное лечение, электрическая сеть должна также быть способна выполнять свои цели для непрерывного обслуживания.

Поскольку сеть коммунальных служб недостаточно устойчивая, производители медицинских визуализированных приборов часто полагаются на систему, в которую установлен ИБП. Здесь возникают трудности: какой ИБП следует использовать? Наш опыт в этой специфической области научил нас, как важно правильно выбирать свой ИБП, так как аппараты для медицинской визуализации очень специфичны с электрической точки зрения. Цель этого документа - объяснить эти концепции и помочь пользователю выбрать ИБП.

Мы сосредоточимся только на онлайновых ИБП (VFI в соответствии со стандартами IEC 62040 или двойном преобразовании на простом языке), так как мы имеем дело с машинами с высокой чувствительностью к ложным сигналам. ИБП, работающий в линейно-интерактивном режиме (или, что еще хуже, в автономном режиме), когда нагрузка не полностью защищена и где некоторые искажения могут проходить через ИБП, равносильно тому, чтобы не использовать машину с полным потенциалом.

Наконец, термин ИБП относится к относительным стандартам, сериям IEC  62040, в то время как IEC 60601-1 используется для обозначения медицинского электрооборудования (ИБП является частью электрической медицинской системы).

Медицинская визуализация.
Медицинская визуализация - метод и процесс создания визуальных представлений внутренних структур тела для клинического анализа и медицинского вмешательства, а также визуального представления функций некоторых органов или тканей.

Виды медицинской визуализации:
XR  - Системы рентгеновской визуализации;
MRI - Магнитно-резонансные системы;
MI - Медицинская визуализация;
PWM - Широтно-импульсная модуляция;
THD   - Полное гармоническое искажение;
MEE - Медицинское оборудование.

Электрическое поведение медицинской визуализации.
Медицинская визуализация (MI),  использующаяся в магнитно-резонансных системах, рентгеновских системах или в компьютерной томографии, обычно нуждается в узле возбуждения, который создает много искажений при работе и имеет номинальную мощность от 20 до 100 кВА. Когда установка начинает работать, номинальный ток соответствует номинальной мощности, указанной выше, без помех электрического сигнала из-за MI. Это идеальное состояние длится недолго, так как узел возбуждения включается, когда делаются обследования.

Мы изучим это, сосредоточив внимание на следующих 4 основных аспектах:
• очень высокий di/dt (очень высокие пики тока за очень короткое время) с импульсным явлением;
• асимметричные токи (с пиком, значительно превышающим √2);
• высокие гармоники;
• как обращаться с системой охлаждения (чиллером).

Высокий di/dt.
При проведении анализа установка МI показывает очень высокий di/dt с пиками, которые могут быть в 8-12 раз больше номинального тока в течение от 2 до 10 мс:



Прямой запуск электродвигателя обычно создает токи,  которые в 5-7 раз превышают номинальный ток. Здесь воздействие больше. Поэтому силовые кабели и все другие  электрические установки должны иметь такие параметры, чтобы выдерживать эти очень высокие пики тока:



С единственным пиком, как и при прямом запуске электродвигателя, ситуация не столь серьезная. Здесь, однако, у нас есть череда импульсов: высокий пик в течение нескольких мс, затем ничего, затем снова высокий пик и так далее:



Этот непрерывный цикл вреден, так как он постоянно нагружает ИБП. Таким образом, надежность - ключевая характеристика, необходимая для компенсации этого явления.

Кроме того, важно знать, что эти токовые пики могут вызывать падение напряжения до значений вне рабочего диапазона установки MI, а также для установок, находящихся поблизости.

Электрическое оборудование плохо реагирует на текущие пики. Это приводит к нагрузке на трансформаторы, кабели, панели... Это также приводит к увеличению риска ложного срабатывания и, следовательно, к потере непрерывности, что является важным элементом для данного типа применения. Высокий риск повреждения и дисфункции электрооборудования приводит к его чрезмерной нагрузке и выходу из строя.

Высокий di/dt может быть интерпретирован как короткое замыкание ИБП. В этом случае ИБП автоматически переводится в схему байпаса: нагрузка падает на входной питающей сети, и дорогая установка больше не защищена двойным преобразованием (см. Объяснение во введении).



Кроме того, если ток слишком высок (даже на короткое время), инвертор (выход ИБП) может не справиться со всем током, требуемой нагрузкой, и перейдет на байпас. Как упоминалось выше, если ИБП находится в режиме байпаса, нагрузка больше не защищена двойным преобразованием, и некоторые искажения  сети могут добраться установки МI.
И наоборот, сам аппарат может вызвать искажения других нагрузок вокруг него, потому что «фильтр», создаваемый двойным преобразованием, больше не действует.

Чтобы избежать перехода на байпас, ИБП должен быть рассчитан на поддержание высоких переходных токов с использованием более сильного инвертора и выпрямителя. В противном случае вся нагрузка будет питаться напрямую восходящей сетью (через байпас ИБП). Это означает, что внутренние компоненты системы  должны быть более мощными по сравнению со стандартным оборудованием.

Инвертор должен быть способен обеспечивать высокие пики тока без повреждения внутренних компонентов, которыми обычно являются IGBT. Выпрямитель должен быть построен с адаптированной кривой потребления (использование нормального выпрямителя во время пика привело бы к сверхтоку в восходящей линии). Кроме того, прошивка ИБП должна быть адаптирована для поддержания периодов высокого тока без перехода на байпас.

Для ИБП, спроектированного для приборов MI, Socomec использует трехуровневую технологию, чтобы обеспечить более мощный инвертор:



Это относится к  линейке Green Power 2.0.

Система батареи также должна быть спроектирована и измерена соответствующим образом, так как батареи берут на себя  обеспечение необходимой мощности и энергии для завершения цикла формирования изображения в случае прерывания линии.

Асимметричный ток.
Переменный ток обычно указывает на симметричное поведение, но не в этом случае. Здесь ток не только имеет пики, но и асимметричен.



Как показано выше, симметричная синусоидальная волна с коэффициентом √2 не имеет симметричной формы, и, кроме того, ток не является одинаковым в каждой из трех фаз:



Электрооборудование предназначено для работы с симметричными сигналами (напряжение и ток) в пределах допустимого диапазона. Этот диапазон не бесконечен. Если асимметрия слишком высока, некоторые устройства могут отключится. Это может быть проблематично, если используемый ИБП был построен для работы с коэффициентом пика от 3 до 4, в отличие от типичного пик-фактора √2.

Кроме того, если машина установлена в сети с высоким сопротивлением, высокие асимметричные токи могут создавать асимметричное напряжение. Искажения могут перемещаться от машины вверх по сети.



Компоненты инвертора должны быть сконструированы так, чтобы продолжать подавать нагрузку, даже если коэффициент пик-фактора превышает 4. Производитель ИБП должен обеспечить систему, способную выдерживать более высокие температуры, вызванные асимметричными показателями. Из-за отсутствия идеальной синусоидальной волны, характеристики PWM должны быть отрегулированы, чтобы справиться с тем, что MI будет поглощать.

В дополнение к 3-уровневой технологии  Socomec использует специальную систему управления PWM, которая постоянно адаптируется к требуемому току и обеспечивает низкое  выходное сопротивление для решения этих проблем:



Производителям MI обычно требуется максимальное сопротивление 100 mΩ для сети питания.  ИБП Socomec используют от 10 до 20 mΩ (с использованием конкретных кабелей в зависимости от нагрузки). Таким образом,  получается сопротивление в 5-10 раз ниже требуемого максимума, что обеспечивает гибкость при любых модификациях в будущем (например, если установка МI перемещается в другую комнату).

Поскольку мы имеем дело с двойным преобразованием,  коррекция асимметрии  остается за инвертором. Таким образом, ИБП «очищает» искажения, и сеть никогда их не испытывает.



Высокие гармоники.
Чтобы дополнительно усложнить ситуацию, установки МI считаются нелинейными нагрузками. Текущий сигнал ниже ясно показывает, что текущее значение THD увеличивается, когда установка делает снимок.



Изучая сигнал, можно заметить, что установка МI является «нетипичной нагрузкой».



В сетях  с высокими сопротивлениями высокие токовые гармоники создают гармоники напряжения, которые приводят к проблемам качества электроэнергии. Некоторые устройства неустойчивы к току с высоким содержанием гармоник. Большинство устройств нового поколения были разработаны как  экономически эффективные и, следовательно, менее устойчивые к нестабильности сети. Это может привести к общей проблеме  влияния высоких гармоник на электрооборудование (трансформаторы, кабели, тепловой эффект ...).

Чтобы избежать ускоренного выхода из строя, следует применять коэффициент снижения номинала, если используется обычный ИБП с высокой нагрузкой THDI. Поэтому компоненты преобразователя должны быть более прочными для питания нелинейной нагрузки. IGBT выбраны тщательно, потому что они будут сталкиваться с большим гармоническим током, который может повредить электропитание.

ИБП с двойным преобразованием также действует как фильтр для гармоник.

Питание системы охлаждения.
Для некоторых случаев система охлаждения является критическим элементом системы MI. Охлаждающая жидкость и другие компоненты системы должны оставаться при определенной контролируемой температуре, чтобы обеспечить отличное качество изображения и избежать нанесения ими ущерба. Эти компоненты дорогие и нелегкие в ремонте или замене, поэтому пользователи часто выбирают систему охлаждения через ИБП. Это означает, что необходимо учитывать дополнительную нагрузку:



Как упоминалось выше, если пользователь выбирает, питание  системы охлаждения  через ИБП,  то требуется дополнительная мощность  источника питания- это быть принято во внимание. Тем не менее, этого недостаточно, потому что, как механическая установка, система охлаждения, скорее всего, создать высокий пусковой ток. Это добавит дополнительную нагрузку на обе сети и питание от ИБП.

Повреждение системы охлаждения приводит к важным экономическим последствиям, поскольку жидкость, используемая для охлаждения системы МI, является дорогостоящей и может привести к потере работоспособности.  Поэтому настоятельно рекомендуется использовать ИБП для питания системы охлаждения, чтобы избежать любых сбоев в сети в случае отключения питания. ИБП должен подавать дополнительный ток и мощность для управления текущими пиками системы охлаждения (хотя они не такие высокие, как у установки MI).

Действия на месте.
Выбор ИБП с использованием указанных выше критериев составляет только 50% от задачи.  Действия на месте имеют решающее значение для обеспечения правильности выбора ИБП и сохранения его работоспособности. Первым из этих действием является измерительная кампания, которая позволяет лучше понять уровни искажений и сущности конкретных операций. Это необходимо, чтобы избежать неприятных неожиданностей при первом включении ИБП.

После того, как ИБП вставлен и подключен (как силовые, так и сигнальные кабели), специалист-техник настраивает параметры машины. Эти машины очень специфичны, поэтому необходимо изучить все данные для адаптации таких параметров, как пределы напряжения или обработка перегрузок. Затем специалист-техник может сообщить, какие параметры необходимы для приложения, чтобы избежать каких-либо дорогостоящих, но ненужных дополнений.

И, наконец, ИБП должен поддерживаться надлежащим образом, чтобы гарантировать,  правильное функционирование  после нескольких месяцев или лет. Техническое обслуживание необходимо для контроля срока службы ИБП, и его должен выполнять специалист, который точно знает, как обращаться с оборудованием. Поэтому рекомендуется заключить договор на техническое обслуживание с изготовителем ИБП, чтобы убедиться, что все проблемы устранены, как только они возникнут, и  обеспечить длительный срок службы ИБП.

Заключение.
Медицинские установки для визуализации слишком важны, и их наладка слишком специфична, чтобы считаться стандартом, особенно если ИБП добавляется в общую систему. Их электрическое поведение требует выделенного диапазона ИБП. Опыт работы  Socomec как производителя, обладающий специальными знаниями относительно стандартов и качества продукции, позволяет  хорошо понимать эти особенности. Мы разработали специальный ряд ИБП, а также сопровождающие программы технического обслуживания и обучение техников, которые ежедневно используют это оборудование.

Более подробную информацию можно получить у официального представителя в РБ: СООО "ИНЭЛТ"
по телефонам +375(17)3694664, +375(17)3694356, +375(29)7518966.


www.inelt.by

Новости и статьи компании:

Бесперебойное электроснабжение суперкомпьютера по изучению климата.	Бесперебойное электроснабжение магазинов розничной сети.
Видео и тех. презентация: Установка модульного ИБП Socomec MODULYS GP.	ИБП Line Interactive или On-Line – в чем разница?
Каталоги электрооборудования HYUNDAI.	ATyS S - удаленное переключения нагрузки силой тока до 125А.
Особенности использования ИБП в медицинской сфере.	Обзор специализированных ИБП Socomec для ИТ сектора.

Еще новости и статьи компании:
Обзор промышленных ИБП Socomec UPS 10-5400 кВА.
Белорусский ИБП однофазный с сенсорным дисплеем. Преимущества и видеообзор.
ИБП для автоматики котлов без искажения синусоиды.
Li-Ion батареи в ИБП - инновационное решение для защиты электропитания.