Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Ряд специальных электропотребителей в непрерывных и сложных ТП можно назвать также «ответственными», поскольку для них непозволителен даже кратковременный перерыв в электроснабжении. Системы бесперебойного питания (СБЭП), как разновидность специальных СЭП, появились в 70-х годах 20-го столетия, что было обусловлено возросшими требованиями к качеству питающего напряжения и развитием. Бесперебойность и высокое качество питающего напряжения являются необходимым условием нормальной работы разнообразных потребителей электроэнергии.

1. Актуальность темы

Апробация методики выбора источника бесперебойного питания и аккумуляторной батареи для электрического щита операционной медицинского учреждения.Выбор среди вариантов схемы электроснабжения с резервированием элетроприемников особой группы.

2. Цель и задачи исследования

Целью работы являеться применение схемы питания электроприемников 1 категории особой группы с учетом требования IEK 60 364-710 2001

3. Общие сведения. Категории надежности электроснабжения

В соответствии с характером ущерба, который может быть нанесён предприятию из-за перерывов в энергоснабжении, все потребители, согласно правилам устройства электроустановок (ПУЭ), делятся на три, а фактически на четыре категории.

I категория: электроприёмники, нарушение электроснабжения, которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб предприятию, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, угрозу для безопасности государства, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.

Электроприёмники I-й категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания. Перерыв в питании допускается на время включения резервного источника питания.

I категория, особая группа: электроприемники, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров. Для учреждений здравоохранения см. ГОСТ Р 50571.28 п. 710.556 «Обеспечение безопасности».

Для электроснабжения особой группы электроприемников первой категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания. В качестве третьего независимого источника питания для особой группы электроприемников и в качестве второго независимого источника питания для остальных электроприемников первой категории могут быть использованы местные электростанции, электростанции энергосистем (в частности, шины генераторного напряжения), предназначенные для этих целей агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т.п.

II категория: электроприёмники, нарушение электроснабжения которых связанно с массовым недоотпуском продукции, простоем рабочих, механизмов и промышленного транспорта. Электроприёмники снабжаются по двум независимым линиям, перерыв допускается на время, необходимое для включения резервного питания дежурным персоналом или выездной оперативной бригадой.

III категория: все остальные электроприёмники. Перерыв в электроснабжении не вызывает значительного ущерба. Продолжительность перерыва определяется необходимым временем на замену вышедшего из строя электрооборудования, но не более суток. Согласно IEC 60364-7-710.2001 в зависимости от вида медицинских процедур, проводимых в помещениях, предусмотрена их следующая классификация:

•Гр 0 - медпомещения, где не используются электроприборы;

•Гр 1- мед. помещения, где электроприборы используются, но авария силового питания не может привести к гибели или серьезному ущербу для жизни пациента;

•Гр 2 - помещения, где первичная неисправность в цепи питания не должна приводить к отказу аппаратуры жизнеобеспечения.

К помещениям Гр2 относятся: операционные, помещения интенсивной терапии, анестезионные, комнаты подготовки к операции, комнаты послеоперационного восстановления, искусственного сердца и помещения с грудными детьми.

Для питания электроприборов в помещениях медицинских учреждений Группы 2 с целью обеспечения максимальной электробезопасности предписывается использование разделительных трансформаторов с системой контроля изоляции сети (режим изолированной нейтрали или IT сеть).Основным способом получения IT-сети является применение разделительного трансформатора (рис. 3.1).

Нагрузка подключается к силовым выходам трансформатора, а корпус прибора к заземляющей шине для предотвращения накопления статического заряда.

В случае применения трехфазного трансформатора выходное напряжение может быть как 220/380 В 50 Гц, так и трехфазное 220 В 50 Гц без использования нейтрали, где однофазная нагрузка подключается к линейному напряжению.

Применение разделительных трансформаторов с системами контроля изоляции требует достаточно больших затрат, однако имеет ряд преимуществ:

  1. Повышенная надежность. Первичный пробой (фаза - корпус) в отличие от TN-S сетей не приводит к аварии.

    При отсутствии устройства контроля изоляции данная ситуация может пройти незамеченной, поэтому для сетей с изолированной нейтралью обязательным является применение реле контроля изоляции (РКИ), обеспечивающего непрерывный контроль за состоянием изоляции выходной обмотки трансформатора и распределительной сети.

  2. Повышенная безопасность. Одновременное касание заземленного, неизолированного элемента конструкции и любого из силовых выходов разделительного трансформатора является безопасным. В реальных сетях токи утечки составляют микроамперы, что значительно меньше уровня токов безопасности и не представляет угрозы.

  3. Разделительный трансформатор является фильтром помех и защитой от импульсных, грозовых перенапряжений, что обеспечивает более надежную работу подключенной аппаратуры. Это свойство часто используется для обеспечения надежной работы цифровой аппаратуры на предприятиях в условиях высокого уровня помех от работы оборудования.

  4. Пожаробезопасность, т.к. при пробое изоляции сила тока повреждения ничтожно мала и опасности возгорания практически нет, что немаловажно в помещениях с горючими материалами и медицинскими газами.

  5. Удобство техобслуживания, т.к. неисправность обнаруживает система контроля изоляции, температуры и тока.

В результате, высокая надежность, электробезопасность и помехозащищенность IT-сетей определила их использование в нефтехимической отрасли, на шахтах, на транспорте и в медицине.

Для сетей питания медицинского оборудования принят пороговый уровень сопротивления изоляции IT-сети в 50 кОм, что соответствует току утечки 4,4 мА.

В медицинских помещениях Гр2 система IT должна использоваться для цепей, питающих медицинское электрооборудование, которое служит для поддержания жизненных функций пациента и проведения операции. Для каждой группы комнат со схожими функциями необходима как минимум одна система IT, причем каждая IT-сеть должна питаться от отдельного источника.

Разделительный трансформатор для медицинских IT сетей

Рисунок 1– Разделительный трансформатор для медицинских IT сетей

4. Принципы организации питания медицинской аппаратуры. Источники бесперебойного питания (ИБП) для гарантированного электропитания

В медицинских помещениях ИБП нужны для восстановления питания оборудования при повреждении основного питания. Если на одном или нескольких линейных проводниках главного распределительного устройства напряжение понизится более чем на 10% относительно номинального, должна автоматически включиться система аварийного электроснабжения. В зависимости от скорости переключения на ИБП и времени поддержания нормальной работы оборудования, системы гарантированного электроснабжения делятся на 4 группы:

  1. Время переключения менее 0,5 секунд. ИБП должен обеспечить в течение не менее 3 часов освещение операционных столов и других важных объектов.

  2. Время переключения менее 15 секунд. ИБП должен обеспечить работу в течение 24 часов (время может быть уменьшено до 3 часов, если специфика учреждения позволяет за этот период закончить процедуры и провести эвакуацию):

    •аварийного освещения;

    •лифтов для передвижения пожарных расчетов;

    •вентиляционных систем для удаления дыма;

    •медицинского оборудования для подачи газа;

    •систем пожарной сигнализации и пожаротушения.

  3. Время переключения более 15 секунд. ИБП должен обеспечить работу в течение минимум 24 часов:

    •стерилизационного оборудования;

    •технических служб эксплуатации здания, в т.ч. вентиляцию и кондиционирование воздуха, отопление, мусороудаление;

    •холодильного оборудования;

    •оборудования для приготовления пищи;

    •устройств для зарядки аккумуляторов.

  4. Время переключения на аварийное освещение не более 15 с. ИБП должны обеспечивать освещение:

    •маршрутов эвакуации;

    •указателей выхода;

    •помещений, в которых расположены аварийные электрогенераторы и распредустройства основной и аварийной электросетей;

    •помещений для экстренных процедур и помещений Гр1 (в каждом из них по крайней мере один светильник должен быть подключен к аварийной сети);

    •помещений Гр2 (в каждом из них не менее 50% светильников должны быть подключены к аварийной сети).

Вариант организации медицинской IT-сети для питания операционной

Рисунок 2 – Вариант организации медицинской IT-сети для питания операционной

5.Выбор схемы электроснабжения городской больницы №1

Рассмотрим особенности существующей схемы электроснабжения ГБ №1 (городская больница №1). В ней для обеспечения бесперебойного питания предусматривается дизель-генераторная установка, которая в случае аварии может взять всю нагрузку на себя и работать автономно 200 часов. Но т.к. для автоматического ввода резерва (дизель-генератора) используются контакторы и время приема нагрузки автоматизированным дизель- генератором с первой попытки из состояния горячего резерва составляет 10- 20 сек, то в одной из операционной или нескольких могут происходить операции.

В это время может погаснуть свет над операционным столом, отключиться медицинское электрооборудование, например, искусственная вентиляция легких, искусственная почка, искусственное кровообращение и др. При потере питания на данных жизненноважных аппаратах, существует угроза жизни больного.

В случае аварийной ситуации в самом операционном блоке существующая система электроснабжения ненадежна т.к. если произойдет короткое замыкание в главном щите операционного блока, электрических щитках расположенных на этажах, также расположенных в самих операционных, то говорить о бесперебойном питании бесполезно, т. к. для того, чтобы найти место аварии и устранить неисправность требуются время, которое составляет от нескольких минут до нескольких часов.

Также короткие замыкания , обрывы могут произойти в ответвительных коробках освещения, розетках, выключателях.

Поэтому для предотвращения трагических последствий данную схему электроснабжения необходимо перевести на электроснабжение по 1-й особой группе.

Так как в хирургических операционных недопустимо даже кратковременного отключения, предлагается оснастить каждую операционную отдельным агрегатом гарантированного питания для обеспечения более надежного электроснабжения, так как в случае аварии вероятность, что операционная останется без электроэнергии сводится к минимуму.

Электроснабжение операционного блока осуществляется по первой категории электроснабжения от двух независимых источников питания -трансформаторной подстанции Городской Больницы №1 ТП- 8 с АВР между питающими линиями. Также в схему электроснабжения операционного блока входит дизельная электроустановка, резервирующая всю нагрузку операционного блока. Переключения происходят между контактарами фидера сети и фидера генератора.

Схема электроснабжения операционного блока и панели управления ДЭУ

Рисунок 3 – Схема электроснабжения операционного блока и панели управления ДЭУ (анимация: 8 кадров, повторяется всегда,91 килобайт)

Вариант №1. Использование локального ИБП обеспечивает 1-ю категорию, особую группу и непрерывное (класс 0) электроснабжение. Время работы источника бесперебойного питания определяется временем запуска ДГУ или по согласованию с заказчиком временем окончания операции. Благодаря наличию встроенного АВР в шкафу медицинского разделительного трансформатора необходимости в сервисном BYPASS нет. Приоритет – работа трансформатора от линии с ИБП (рис.4).

Вариант №2. Применяется при условии, что установленная медицинская аппаратура имеет встроенные аккумуляторы, включая систему хирургических светильников.

Вариант №3. Установка централизованного источника бесперебойного питания может оказаться более оправданным по следующим причинам:

Стоимость одного мощного ИБП оказывается ниже нескольких локальных, особенно с учетом коэффициента одновременности.

Централизованный ИБП устанавливается в выделенном помещении с необходимой системой вентиляции и отношение службы эксплуатации к мощному источнику более «трепетное» и внимательное, что, несомненно, сказывается на надежности работы централизованного ИБП.

Варианты резервирования электроприемников особой группа I категории

Рисунок 4 – Варианты резервирования электроприемников «особой» группа I категории

6.Выбор аккумуляторных батарей

Метод расчета при постоянной мощности потребления

Задано: Суммарная мощность потребления 1800 Вт*час и время необходимой непрерывной работы от аккумуляторов- 1час.

Выбирается тип источника бесперебойного питания (ИБП) в зависимости от суммарной мощности потребления (коэффициент запаса по мощности для 0,8).

Выбираем ИБП по мощности. Необходимая мощность 1,8 кВт (из каталога powercom.ua/ru/products/item/120/) выбираем многофункциональный ИБП класса On-Line с двойным преобразованием энергии VGD-3000 RM - 2U- ИБП (рис. 9.8) высокого качества электроснабжения (мощность 3000 ВА/2100 Вт). ИБП серии Vanguard предназначены для защиты серверов, рабочих станций, коммуникационного оборудования (маршрутизаторов, коммутаторов, телефонных станций и т.п.), приборов автоматики, наблюдения и контроля, медицинской аппаратуры и другой нагрузки, требующей высокого качества электроснабжения. Возможность раздельного управления сегментами нагрузки позволяет осуществлять поэтапное отключение нагрузок при пропадании входного напряжения используя энергию аккумуляторных батарей наиболее эффективно.

Модельный ряд ИБП серии Vanguard позволяет защищать как отдельно стоящие устройства мощностью от 700 ВА (небольшой сервер), так и средние и мощные вычислительные или коммуникационные системы целиком, потребление которых не превышает 3000 ВА.

Напряжение аккумуляторной батареи в ИБП 12 Вольт, количество аккумуляторов - 6 штук, емкость каждой батареи 9 А/ч.

Определяем необходимую емкость батареи: Получаем 187,5 (Ач)

Определяем необходимое количество энергии:Получаем 2250 (ВА/ч)

Определяем запас энергии аккумуляторных батарей, встроенных в ИБП:Получаем 648(ВА/ч)

Определяем сколько количества энергии необходимо добавить к встроенным в ИБП аккумуляторным батареям:Получаем 1602 (ВА/ч)

Исходя из данных выбираем аккумуляторные батареи Yuasa NP24-12I. Напряжение на батарее 12 В. Емкость аккумуляторной батареи 24 А/ч.

Аккумуляторная батарея Yuasa NP24-12I герметичная необслуживаемая свинцово- кислотная батарея общего применения со сроком службы 6 лет.

Определяем количество энергии одной батареи:Получаем 288 (ВА/ч)

Находим необходимое количество аккумуляторных батарей:Получаем 6 (шт.)

Определяем, какое количество энергии будет обеспечивать 6 аккумуляторных батарей Yuasa NP24-12I:Получаем 1728 (ВА/ч)

Определяем какое количество энергии будет обеспечивать агрегат гарантированного питания:Получаем 2376 (ВА/ч)

Сравниваем полученные данные с расчетными:Получаем 2250< 2376 (ВА/ч)

Выбор аккумуляторов произведен правильно.

Список источников

  1. Технический регламент «О безопасности при нарушениях электроснабжения». Проект. Версия 2. Москва 2006. Интернет-ресурс http://www.vniie.ru.
  2. Портной М.Г., Рабинович Р.С. Управление энергосистемами для обеспечения устойчивости. М.: Энергия, 1978. 352 с.
  3. Гарганеев А.Г. Особенности проектирования медицинских систем беспере-бойного электропитания на базе статических преобразователей напряжения // Пробле-мы современной радиоэлектроники и систем управления: Материалы Всероссийской научно-практической конференции, посв. 40-летию Томского государственного уни-верситета систем управления и радиоэлектроники. Томск, 2–4 октября, 2002 г.: В 2 т. Т 2. С. 14–16.
  4. Гарганеев А.Г. Применение систем бесперебойного электропитания в экстренной медицине // Известия ТПУ, 2005. №6. C.166–171.
  5. Уильямс Т., Армстронг К.. ЭМС для систем и установок. М.: Издательский Дом «Технологии», 2004. 508 с.
  6. Источники вторичного электропитания / В.А. Головацкий, Г.Н. Гулякович, Ю.И. Конев и др.; Под ред. Ю.И. Конева. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1990. 280 с.
  7. Вайлов А.М., Эйгель Ф.И.. Определение параметров схемы замещения аккумуляторной батареи // Электротехническая промышленность. Сер. Химические и физические источники тока. 1984. Вып. 3 (96). С. 12–13.