پایگاه آموزشی و اطلاع رسانی مهندسی پزشکی

الزامات برقی بيمارستان و مراکز درمانی ؛ اتصال زمين (اِرت)

امروزه رشد روز افزون فناوری در تجهیزات پزشکی ، گسترش استفاده از سیستم های دیجیتالی و ابزارهای دقیق و مکانیزه شدن واحدهای درمانی و پزشکی ، اعمال کنترل و مراقبت پیوسته بر سیستم های برق در این مراکز را به یک الزام تبدیل کرده است. این ضرورت مدیریتی برای حفظ سرمایه ، انجام مطمئن عملیات تشخیص و درمان و دستیابی به بهره وری مطلوب است.
در گذشته نه چندان دور ، بیشتر تجهیزات پزشکی فاقد سیستم های الکترونیکی و دیجیتالی بودند ولی در حال حاضر تقریباً تمام تجهیزات پزشکی علاوه بر قسمت های مکانیکی ، پنوماتیکی ، هیدرولیکی ، الکتریکی و ... حتماً دارای قسمت های الکترونیکی ، حداقل در خروجی (صفحه نمایش و ...) یا ورودی (سوئیچینگ پاورهای تغذیه دستگاه و ...) است. به عنوان مثال یک ونتیلاتور جزء دستگاه های مکانیکی و الکترومکانیکی با تجهیزات پنوماتیکی طبقه بندی می شد ولی در حال حاضر ، جزء دستگاه های فول الکترونیک ، تمام دیجیتال ، تمام پنوماتیک و ... قرار دارد که با این وضعیت ، کوچکترین خطایی در سیستم های الکترونیکی و دیجیتالی ، امکان هرگونه استفاده درست از امکانات آن را غیرممکن می سازد.

بنابراین توجه به این نکته که هزینه های ثابت و جاری مربوط به تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی پیشرفته پزشکی ، سهم رو به افزایشی از منابع مالی واحدهای تشخیصی ، بهداشتی و درمانی را به خود اختصاص می دهد ، شناخت و مقابله با عوامل کاهش بازدهی ، کاهش عمر مفید ، افزایش خطاها و هزینه های تعمیر و نگهداری تجهیزات پزشکی ، از درجه اهمیت بالایی برخوردار است.
مشکلات موجود در سیستم های برق علاوه بر این که در عملکرد ، دقت ، کارآیی و عمر مفید تجهیزات تأثیر نامطلوبی بر جای می گذارد ، باعث تحمیل هزینه های گزاف دیگری از جمله هزینه تعمیرات اتفاقی ، هزینه های مرتبط با زمان خواب تجهیزات و خسارات ناشی از لغو گارانتی خواهد شد.

خصوصیات برق سالم
برق سالم مجاز برای استفاده در مصارف حساس باید دارای سه خصوصیت زیر باشد:
- ولتاژ سالم و تمیز (Clean)
- ولتاژ تثبیت شده (Stable)
- ولتاژ پایدار و پیوسته (Continuous)

با توجه به خصوصیات طبیعی شبکه برق سراسری کشور در خصوص تأمین برق ، امکان بهره برداری از برق مناسب برای کلیه تجهیزات الکتریکی در تمام زمان هایی که نیاز آن وجود دارد ، از طریق برق شهر میسر نیست. لذا مصرف کننده ها با توجه به اهمیت کاربری هرکدام از تجهیزات الکتریکی مورد استفاده ، باید یکی از تجهیزات پشتیبان برق از جمله دیزل ژنراتور ، استابلایزر ولتاژ و یا ترانس ایزوله را استفاده کنند. در قسمت های بعدی این سری مقالات به این موارد پرداخته خواهد شد. با توجه به اینکه تأمین یک حاشیه ایمن عملیاتی مستلزم پیش نیازهایی است که در حیطه وظایف مسئولان تجهیزات پزشکی مرکز درمانی نیست ، موارد زیر به عنوان پیش فرض های انجام شده توسط سایر واحدهای مرتبط مرکز درمانی (مدیریت ، تأسیسات و ...) در نظر گرفته می شود:

توان کافی: تأمین یک انشعاب اصلی دارای مجموع قدرت یا آمپر لازم برای مصارف مراکز درمانی با در نظر گرفتن حداقل 20% ضریب اطمینان.
تابلو برق استاندارد: استقرار تابلوهای برق اصلی و فرعی با کلیه ملزومات ، شامل کلیدهای قدرت اصلی و فرعی ، نشانگرهای جریان و ولتاژ ، شینه های مناسب با جریان مصرفی ، عایق بندی مناسب ، ارت و نول استاندارد ، سیم بندی و کابل کشی استاندارد ، تفکیک مصارف تابلوهای فرعی و بخش ها با استفاده از کلیدها و فیوزهای متناسب با مصرف ، ایزولاسیون و تهویه متناسب ، کانال های استاندارد برای انتقال سیم و کابل ، نقشه و پلاک و علائم مناسب ، امکان دسترسی و توسعه آتی.
تابلوی خازن برای اصلاح ضریب قدرت: اسقرار تابلوی بانک خازنی متناسب با مصرف (با توجه به عوارض منفی وجود بار رِاکتیو (Reactive) در شبکه برق کشوری از جمله بالا رفتن جریان ، کاهش ولتاژ ، افزایش تلفات مسی و عوارض اقتصادی و همچنین افزایش هزینه برق مصرفی برای مصرف کننده ، لزوم طراحی و نصب تابلوی بانک خازنی متناسب با مصرف بسیار اهمیت دارد).
چاه ارت مناسب: وجود چاه یا چاه های ارت مناسب و ارت کشی برای کلیه تجهیزات به صورت استاندارد (به دلیل مسائل ایمنی فنی و حفاظت های لازم حیاتی برای بیماران و پرسنل مراکز درمانی و لزوم حذف نویزهای ناخواسته ، ایجاد ارت مناسب جزء ضروریات کلیه مراکز درمانی و تشخیصی است که توضیحات آن در ادامه آمده است).
توزیع مطلوب: تأمین برق مناسب ، در پای کار (محل مصرف) با استفاده از شبکه توزیع استاندارد شامل سیم کشی و کابل بندی و اتصالات مناسب (سیم کشی مراکز درمانی از نوع 5 سیمه شامل ارت ، نول و فازهای R ، T و S است که نول و ارت بر خلاف مراکز صنعتی در هیچ جایی از تابلوهای اصلی و فرعی به هم اتصال داده نشده اند).

الزامات برق بیمارستانی به شرح زیر می باشند:
- اتصال زمین (ارت)
- برق اضطراری (دیزل ژنراتور)
- برق سالم (استابلایزر)
- برق پشتیبان (UPS)
- ایزولاسیون (ترانس ایزوله)
در این مقاله به مورد اول یعنی اتصال زمین (اِرت) خواهیم پرداخت.

اتصال زمین (ارت)
وجود ارت در مراکز درمانی جزء الزامات اساسی است. استانداردی که در این خصوص وجود دارد به دلیل تماس و ارتباط الکتریکی تجهیزات پزشکی با بدن بیماران کاملاً با استاندارد مراکز صنعتی تفاوت دارد.
وجود ارت مناسب و اتصال به زمین بدنه تجهیزات در مراکز درمانی علاوه بر حفاظت الکتریکی پرسنل و بیماران و مراجعان در مقابل جریان های نشتی ، پارازیت ها و نویزهای ناشی از خود بیمار ، تخت ها و تجهیزات اطراف بیمار را نیز که از طریق امواج الکترومغناطیسی موجود در فضا (موبایل ، تلوزیون و ...) القاء می شوند ، از بین می برد.
شمای دو نمونه از چاه ارت در شکل زیر نشان داده شده است.

الزامات مربوط به ارت
با توجه به مقاومت مخصوص زمین ، عمق چاه از حداقل 2 متر تا 8 متر و قطر آن حدود 80 سانتیمتر یا کمتر می تواند باشد. در زمین هایی که با توجه به نوع خاک دارای مقاومت مخصوص کمتری است ، مانند خاک های کشاورزی و رسی ، عمق مورد نیاز برای حفاری کمتر بوده و در زمین های شنی و سنگلاخی که دارای مقاومت مخصوص بالاتری است ، نیاز به حفر چاه با عمق بیشتر است. برای اندازه گیری مقاومت مخصوص خاک از دستگاه های خاص استفاده می شود. در صورتی که تا عمق 2-4 متر به رطوبت نرسیدیم و احتمال بدهیم در عمق بیشتر از 6 متر به رطوبت نخواهیم رسید ، نیازی نیست چاه را بیشتر از 6 متر حفر کنیم. محدوده مقاومت مخصوص چند نوع خاک در جدول زیر نوشته شده است.

کلیه بخش های درمانی ، تشخیصی و کلیه قسمت هایی که دارای تجهیزات پزشکی هستند ، باید مجهز به سیستم ارت باشند.
تعداد چاه ارت می بایست متناسب با حجم تجهیزات مرکز درمانی (میزان آمپر مصرفی) باشد. (دستگاه های پرمصرف مانند آنژیوگرافی بایستی دارای چاه ارت مستقل در نزدیکی تابلوی اصلی توزیع برق خودش باشد.)
چاه ارت را باید در جاهایی که پایین ترین سطح را داشته و احتمال دسترسی به رطوبت حتی الامکان در عمق کمتری وجود داشته باشد ، حفر کرد.
محل چاه ارت اصلی مرکز بایستی در نزدیکی محل تابلوی اصلی توزیع برق آن باشد. نباید چاه ارت با چاه نول (چاه ویژه نول) یکی باشند و بایستی به صورت مستقل طراحی و ساخته شوند. مراکزی که دارای انشعاب 20 کیلو ولت و پست برق هستند ، دارای چاه نول نیز می باشند.
نباید در تابلوی برق بیمارستان سیم نول و ارت به هم متصل شوند. این موضوع غیر استاندارد است و در صورت وجود بایستی اصلاح شود. در ادامه به چرایی این امر پرداخته شده است.
محل اتصالات سیم ارت باید به روشی ، هر چند وقت یکبار بازدید و مقاومت سیم زمین اندازه گیری شود.
بدنه فلزی کلیه تجهیزات اعم از الکتریکی یا غیر الکتریکی که فاقد دو شاخه ارت دار یا به طور کلی فاقد ارت است ، باید به طریق مناسب به سیم ارت متصل شود. مخصوصاً در اتاق های عمل و بخش هایی که دارای سیستم های صوتی و تصویری (اکو ، مانیتور و ...) هستند ، رعایت این نکته ضروری است.

تولید برق در سراسر جهان غالباً توسط نیروهای مکانیکی ای که باعث گردش ژنراتور مولد برق می شوند ، صورت می گیرد. این انرژی ها در نیروگاه های حرارتی ، حرارتی سیکل ترکیبی ، گازی ، هسته ای ، آبی ، بادی ، زباله سوز و غیره تبدیل به نیرو برای ایجاد گردش در ژنراتور می شوند. ژنراتورِ تمام نیروگاه های ذکر شده از نوع سه فاز است که با شبکه سراسری برق سنکرون است. ولتاژ خروجی ژنراتورهای نیروگاهی بین 6 تا 11 کیلو ولت بین هر دو فاز بوده و سه فاز T ، S و R از آن خارج می شود. در خروجی توسط چندین مرحله پست فشار قوی از ترانس های مثلث به مثلث استفاده می شود تا به 400 کیلو ولت (ولتاژ انتقال شبکه سراسری برق) افزایش یافته و سپس در نزدیکی شهرها یا کارخانجات طی چندین مرحله تا 63 کیلو ولت و در داخل شهرها به 20 کیلو ولت کاهش می یابد. در تمام این مراحلِ انتقال ، فقط سه سیم انتقال می یابد که همان سه فاز هستند و سیم نول اصلاً وجود ندارد.
این ولتاژ سپس توسط کابل های 20 کیلو ولت یا تیرهای سیمانی خطوط انتقال شهری به پست های تبدیل انتقال داده شده و در آنجا به 380 ولت یا 400 ولت بین هر دو فاز کاهش می یابد. باید افزود که ثانویه این ترانس ها (20KV/400V) بر خلاف سایر ترانس ها در شبکه توزیع برق ، از نوع ستاره است و سر وسط ستاره از طریق چاه نول ایجاد شده در پست برق زمین می شود و سیم نول را ایجاد می کند. مصرف کننده های خانگی و کوچک از حالت تکفاز (یکی از فازها و نول) استفاده می کنند که ولتاژ بین هر فاز تا فاز بعدی 400 ولت و ولتاژ بین هر فاز تا نول 230 ولت (یا طبق استاندارد کشورمان 220 ولت) خواهد بود.
سیم نول از طریق چاهی که دقیقاً مشابه چاه ارت است ، زمین می شود ولی از محل پست تا محل مصرف کننده ، با حرکت از بالای تیرهای سیمانی یا داخل کابل ها کلیه امواج الکترومغناطیسی ناشی از فرستنده های رادیویی ، تلویزیونی ، بی سیم ، موبایل و ... را جذب می کند و تبدیل به سیمی مملو از انواع نویزها می شود و هر چند از نظر حفاظتی در مقابل ولتاژهای زیاد ممکن است قابل قبول باشد ولی برای زمین کردن نویزهای ناشی از امواج الکترومغناطیسی که روی بدنه تجهیزات یا بدن بیمار ایجاد شده است ، به هیچ عنوان کارایی ندارد و حتی اتصال آن به دستگاه ها مقدار بیشتری پارازیت را وارد دستگاه می کند.
از آنجا که سیم نول مملو از انواع امواج الکترومغناطیسی و پارازیت ها است ، به منظور جلوگیری از وارد شدن نویز به دستگاه ها و سیستم های پزشکی از طریق سیم نول ، طبق استاندارد بایستی سیم نول و ارت از هم جدا باشند.

تست ساده سیم ارت پریزهای مراکز درمانی
برای تست سیم ارت می توان از یک لامپ 150W یا 200W ، یک سرپیچ که به آن دو سیم نیم متری اتصال دارد ، یک ولت متر و یک فازمتر استفاده کرد.
به این صورت که ابتدا با کمک فازمتر ، فازِ پریز ارت دارِ موردنظر پیدا می شود و یک سر سیم های متصل به سرپیچ لامپ به فاز و سر دیگر به نول متصل می شود. ولت متر هم باید با لامپ موازی باشد. در این حالت لامپ روشن می شود و ولت متر هم عددی حدود 220V را نشان می دهد. این عدد یادداشت می شود ، در این حالت بدون اینکه سیم فاز خارج شود ، فقط سیم نول خارج می شود ، لامپ خاموش می شود و ولت متر عدد صفر را نشان می دهد. حالا سیمی که قبلاً داخل نول بود ، به زبانه فلزی ارت که روی پریز برق قرار دارد ، متصل می شود. در این حالت باید مجدداً لامپ روشن شود و نور آن مشابه حالت اول و ولتاژ نشان داده شده برابر ولتاژ قبلی باشد. یعنی ولتاژ بین فاز و نول در حالت روشن بودن لامپ ، برابر ولتاژ فاز و ارت در حالت روشن بودن لامپ باشد.
این تست باید برای تک تک پریزها به صورت دوره ای انجام شود. وجود خطا در این تست نشانه وجود اشکال در سیم ارت یا وجود مقاومت در آن است که در هر صورت باید برای اصلاح آن اقدامات لازم صورت پذیرد.  

به طور کلی می توان گفت در سیستم اتصال زمین تأسیسات برق بیمارستان ، علاوه بر این که عملکرد درست تأسیسات الکتریکی و حفاظت در برابر اتصال اتفاقی برق بر روی بدنه فلزی دستگاه ها و وسایل برقی بر اثر بروز اشکالات فنی مطرح است ، نشت جریان برق از تجهیزات و لوازم برقی سالم که در مجاورت بیماران مورد استفاده قرار می گیرد نیز ممکن است برای بیمار مخاطره آمیز باشد. به همین دلیل به منظور حفاظت از افراد در برابر شوک حاصله از این نوع جریان ها ، باید یک سیستم اتصال زمین قابل اطمینان پیش بینی شود و بدنه فلزی کلیه وسایل و دستگاه های برقی ثابت و سیار به آن متصل شود.

منبع: ماهنامه مهندسی پزشکی

کلمات کلیدی: biomedical engineering ، مهندسی پزشکی ، آشنایی با مهندسی پزشکی ، معرفی مهندسی پزشکی ، مهندسی پزشکی گرایش بالینی ، مهندسی پزشکی گرایش بیومکانیک ، مهندسی پزشکی گرایش بیوالکتریک ، مهندسی پزشکی گرایش بیومتریال (بیومواد) ، مهندسی پزشکی ایران ، مهندسی پزشکی دانشگاه پیام نور ، پایگاه آموزشی و اطلاع رسانی مهندسی پزشکی ، اخبار و تازه های مهندسی پزشکی ، مقالات مهندسی پزشکی ، آموزش مهندسی پزشکی ، دانلود کتاب های مهندسی پزشکی ، دانلود جزوه های مهندسی پزشکی ، دانلود نمونه سوالات امتحانی مهندسی پزشکی ، اتصال زمین ، ارت ، تجهیزات الکتریکی ، الزامات برقی بيمارستان و مراکز درمانی ؛ اتصال زمين (اِرت)