HyTEPS deed onderzoek naar immuniteit en emissies om de veiligheid van patiënten en de betrouwbare werking van medische apparatuur te borgen.
Het Amphia ziekenhuis is het grootste ziekenhuis van Brabant, met 550 bedden, ruim 340 specialisten, 4500 medewerkers en 340 vrijwilligers. Zoals alle ziekenhuizen maakt het Amphia gebruik van apparatuur die aan strenge noemen moeten voldoen. Deze vereist een zeer hoge kwaliteit van netvoeding voor een betrouwbare en veilige werking.
Wanneer medische apparatuur defect raakt als gevolg van een slechte Power Quality, kunnen de gevolgen aanzienlijk zijn, vooral wanneer het gaat om apparatuur die is bedoeld om patiënten in leven te houden of kritieke functies te bewaken. Problemen kunnen uiteenlopende oorzaken hebben: denk aan aarding, transformatoren, netwerkverbindingen, of interferentie. Power Quality, immuniteits- en prestatietests en het waarborgen van de naleving van normen zijn essentieel bij het voorkomen van dit soort problemen. Controle en rapportage zijn hierbij van zeer groot belang.
Preventieve maatregelen
Amphia wilde graag zeker weten dat de harmonische vervorming – THDu – in de installatie binnen de perken zou blijven omdat deze een effect kan hebben op alle apparaten die op de installatie zijn aangesloten. Deze kunnen uitvallen, niet naar behoren werken, of een minder lange levensduur hebben.
Amphia vroeg HyTEPS om te onderzoeken tegen welk niveau van harmonischen en spanningsdips een aantal medische apparaten immuun was. Ook wilden ze weten of de harmonischen die apparaten terug in de installatie injecteren (emissie) voldeden aan de internationale IEC 60601 standaard voor medische apparatuur. Er werden verschillende medische apparaten getest volgens de limieten die zijn gespecificeerd in de normen IEC 60601 en EN 50160, met betrekking tot spanningsdips, harmonische immuniteit en emissie, en ook supraharmonische stroomemissies. Ook werd de totale harmonische vervorming in de spanning (THDu) onderzocht. Hierdoor kon het ziekenhuis preventieve maatregelen nemen en geselecteerde apparaten upgraden.
Om elk PQ-fenomeen te simuleren is een programmeerbare 1.5 kVA spanningsbron gebruikt. Deze kan elke mogelijke golfvorm in het circuit injecteren. De spanningsdips zijn getest aan de hand van de testlevels zoals gedefinieerd in IEC 60601. De harmonische emissie is getest door een perfecte 230 V sinus van 50 Hz te injecteren en vervolgens de harmonische stroom te meten. Vervolgens is deze vergeleken met de limieten van de medische standaard. De harmonische immuniteit met betrekking tot de vervuiling in het ziekenhuis is gemeten door gedurende een week de THDu te meten en deze vervolgens te injecteren. De geïnjecteerde THDu bevat het daadwerkelijke spectrum van aanwezige THDu in het ziekenhuis
Ook is er getest op spanningsdips, die kunnen worden veroorzaakt door het starten van grotere machines, of door kortsluitingen in de installatie. Spanningsdips die een voorgeschreven ‘veilige’ norm overschrijden kunnen leiden tot het uitvallen van apparatuur.
De resultaten
Er werd in een gecontroleerde omgeving bevestigd dat bepaalde apparaten niet immuun waren tegen een bepaald THDu-niveau, of niet goed voldeden aan de medische standaard voor spanningsdips. De THDu-grenswaarde van de apparatuur bevestigde dat de relatief hoge harmonische vervorming in het ziekenhuis daadwerkelijk problemen oplevert. Het optimaliseren van de stroomkwaliteit in de elektrische installatie was in dit geval van vitaal belang. Ook hier bleek dat het installeren van permanente PQ-filters een bewezen ideale methode is om PQ-risico’s op te lossen. Het ziekenhuis onderzoekt dan ook de mogelijkheid om het net te versterken door het installeren van een derde DRUPS – een dynamische UPS met geïntegreerde dieselmotor.
Permanent Power Quality bewaken
Een algemeen advies aan ziekenhuizen is om permanent de Power Quality in de installatie te monitoren, waardoor eventuele problemen in een heel vroeg stadium gesignaleerd en onderzocht kunnen worden. Tijdens een ziekenhuisbezoek hebben mensen geen idee van de hoeveelheid personeel en werkzaamheden die achter de schermen aanwezig zijn om de zorg van patiënten te garanderen. Hier komen verschillende partijen, zoals HyTEPS, bij kijken. Daarom was het voor mij een mooie ervaring om bewijs te leveren voor het feit dat de Power Quality in de installatie van het ziekenhuis direct effect heeft op de werking van de apparaten.
Medische apparaten onderzocht op immuniteit ten aanzien van Power Quality
- Modulaire patiëntmonitor, die het elektrocardiografisch (ECG) signaal van de patiënt meet
- Een luchtbevochtigingsapparaat, die de luchtvochtigheid van voor de patiënt bestemde lucht boven de 90% houdt.
- Een medisch echografie-apparaat
Onderzochte parameters
Spanningsdips
Een spanningsverlaging van 1% tot 90% van de nominale spanning, waarbij de duur van de verlaging minder dan 1 minuut bedraagt. Als de duur langer is dan 1 minuut, wordt de verlaging geclassificeerd als ‘onderspanning’. Spanningsdips worden veroorzaakt door een grote stroom die door een geleider loopt. Deze stroom kan het gevolg zijn van kortsluiting, het opstarten van grote motoren en daarmee gepaard gaande inschakelstromen, of overbelasting.
Harmonische vervuiling
Harmonischen zijn veelvouden van de fundamentele frequentie (50 Hz). Deze hogere frequenties, veroorzaakt door niet-lineaire belastingen, worden toegevoegd aan de fundamentele frequentie, waardoor harmonische vervorming ontstaat. Harmonischen kunnen negatieve gevolgen hebben, zoals overbelasting van de nulleider, verlaging van de vermogensfactor door het toegenomen harmonische vermogen, het creëren van extra rotorwikkelingsstromen en daardoor hogere verliezen in een motor, maar ook overbelasting van een condensator.
Normen voor immuniteit en emissies
- EN 50160 definieert de grenzen van de kwaliteit van de spanning die op het aansluitpunt (Point of Connection, POC) van het net staat. Deze norm definieert het maximale aantal harmonischen in de spanning.
- IEC 61000-4-11 beschrijft de procedure voor immuniteitstests met betrekking tot spanningsdips.
- IEC 61000-3-2 beschrijft emissienormen met betrekking tot harmonischen.
- Hierin worden grenzen van harmonischen in de stroom gedefinieerd als minder dan 16 A per fase die in het net wordt geïnjecteerd.
- Voor hoogfrequente stroomemissies (>2 kHz) bestaan er normen, maar deze hebben hun beperkingen.
- Voor frequenties boven 150 kHz bestaan er verschillende normen, zoals CISPR-15 en IEC 61000-3-8.
- Limieten tussen 2 kHz en 150 kHz zijn slecht gedefinieerd en nog in ontwikkeling.