¿Cómo funcionan los Sistemas Eléctricos Aislados?
composición de los Sistemas Eléctricos Aislados
En este artículo te explicamos el funcionamiento de los sistemas eléctricos aislados y sus ventajas. Antes de iniciar nos gustaría aclarar una duda muy frecuente que tienen cuando nos contactan por primera vez:
¿Cuál es la diferencia entre una tablero de aislamiento y un sistema eléctrico aislado?
No existe una diferencia porque no son cosas distintas, la respuesta es que los tableros de aislamiento para hospitales y quirófanos son una de las partes que componen al sistema eléctrico aislado el cual previene microdescargas eléctricas durante procedimientos invasivos en quirófanos que pueden ocasionar quemaduras o incluso hasta la muerte de los pacientes y personal médico.
¿Cómo funcionan los tableros de aislamiento?
La función de los tableros de aislamiento para hospitales, quirófanos y otras áreas críticas se basa en distribuir correctamente la energía eléctrica que se utiliza para alimentar todos los equipos electrómedicos.
Los tableros de aislamiento monitorean esta corriente para detectar cualquier fuga causada por fallas a tierra; Protegen a los pacientes y personal del hospital de recibir una descarga eléctrica al mismo tiempo que mantienen los equipos electromédicos encendidos.
¿Cómo funcionan los Sistemas Eléctricos Aislados?
Los sistemas eléctricos aislados se introdujeron por primera vez en el entorno hospitalario como un medio para reducir el riesgo de explosiones en los quirófanos y cualquier otra área donde se utilicen agentes anestésicos inflamables.
Si pensamos que en los hospitales ya no se utilizan gases inflamables, y por ello, los sistemas eléctricos aislados no ofrecen beneficios. ¡Esto es falso! Hoy en día, la medicina y el diagnóstico dependen cada vez más de los equipos médicos eléctricos para la preservar la vida de los pacientes hospitalizados. Año tras año se realizan más operaciones al coronarias, o se realiza hemodinamias, en donde la vida del paciente depende de la circulación artificial de la sangre; en unidades de cuidados intensivos, el equipo de soporte de vida estimulan y regula al corazón. Durante cirugías, médicos y enfermeras trabajan de pie en charcos de soluciones salinas, sangre, orina y otros fluidos conductores que reducen en gran medida la resistencia al paso de corriente eléctrica. Los sistemas eléctricos aislados reducen el riesgo de arcos eléctricos entre un conductor energizados y descargas a superficies metálicas expuestas y reduce el riesgo de descargas eléctricas o quemaduras por el paso de la corriente que fluye a través del cuerpo a tierra. Se pueden encontrar referencias a estos hechos en la norma NOM-001-SEDE, artículo 517, para Establecimientos de Atención Médica, NFPA 99, el Código eléctrico nacional NFPA 70, así como en el libro Blanco IEEE.
El propósito de este documento es explicar las ventajas que ofrecen los sistemas eléctricos aislados, como:
1. Riesgo de descarga reducida.
2. Continuidad del servicio.
3. La reducción de ruido eléctrico.
4. Advertencia anticipada de falla del equipo médico.
En Post Glover LifeLink estamos convencidos que los sistemas eléctricos aislados proporcionan una protección especial contra descargas eléctricas en “Áreas Húmedos” o cualquier otra área crítica donde no se puede tolerar la interrupción del suministro de energía.
1. PELIGRO DE CHOQUE REDUCIDO
A. Los sistemas de puesto a tierra
El diagrama 1 muestra un esquema de un sistema puesto a tierra convencional. El neutro del transformador está puesto a tierra, y si el conductor es el adecuado, proporcionará una conexión equipotencial entre los conductores de neutro y el de tierra. Como muestra el diagrama, normalmente esperaríamos 0 volts entre tierra a neutro, y 120 volts del conductor de línea a tierra o neutro.
Si asumimos que una persona tiene una resistencia corporal de 1000 Ohms y esta entra en contacto con el conductor energizado, podemos esperar el siguiente resultado, como se muestra en el circuito equivalente, Diagrama 2.
Una corriente de 120 miliamperes (mA) fluirán desde el conductor de línea, a través de la persona de 1000 ohms, y regresaría al neutro a través de la conexión a tierra de muy baja impedancia. Los 120mA podría resultar extremadamente peligroso para nuestra persona de 1000 Ohms.
NOTA: Si la persona tiene una resistencia eléctrica reducida, debido a la humedad excesiva o los catéteres internos en el cuerpo, podríamos esperar que fluya una corriente potencialmente letal. En este ejemplo, no se ha tomado en cuenta la capacitancia del sistema ya que su valor de impedancia es muchas veces mayor que el de la conexión a tierra neutro.
B. Sistemas Eléctricos Aislados
El diagrama 3 muestra la representación esquemática de un sistema eléctrico aislado. El sistema eléctrico aislado es un sistema en no existe la conexión neutro-tierra del transformador. En este ejemplo, examinaremos por qué la persona de 1,000 Ohms está protegida de los peligros de descargas eléctricas letales. Primero consideraremos la situación del sistema eléctrico aislado puro, sin equipo médico conectado, ya que el equipo médico conectado solo aumenta la capacitancia neta del sistema y la resistencia a las corrientes de fuga.
El diagrama 4 asume un típico sistema capacitivo balanceado igualmente distribuido donde la pequeña corriente de fuga, 50 microamperes, fluye desde L1, a través de C1, a través del suelo, y regresa a L2 a través de C2.
NOTA: En un sistema instalado correctamente, habrá una resistencia de fuga muy pequeña en paralelo con la capacitancia neta del sistema, pero este valor, al ser tan bajo, puede ignorarse para el propósito de este ejemplo.
Podemos medir la caída de tensión en la capacitancia del sistema usando un voltímetro de alta impedancia. En un sistema balanceado como se muestra, podemos esperar medir 60 Vac de cada línea a tierra. La corriente de fuga puede medirse en este momento conectando un ampérmetro con capacidad de lectura de miliampers o microamperes desde L1 o L2 a tierra.
NOTA: ¡Esto no se recomienda en un sistema conectado a tierra!
Ahora podemos examinar los parámetros de nuestro circuito más de cerca usando la Ley de Ohm y el Diagrama 5.
El valor de impedancia de C1 y C2 es de 1.2 × 106 Ohms, lo que da un valor de capacitancia de línea a tierra de:
Ahora podemos calcular qué sucede si nuestra persona de 1,000 Ohms entra en contacto con L1 o L2. Esta situación puede representarse mediante el circuito equivalente que se muestra en el Diagrama 6.
Ahora podemos calcular el voltaje que estará presente en nuestra persona de 1000 Ohmios. Primero calculamos la corriente de fuga total de L1 a L2.
C1 en paralelo con 1000 Ohms = 1.2 × 106 × 1000 = 999 Ohms
1201000
Podemos redondear este número a 1000 Ohms, lo que demuestra que la impedancia de la persona de hecho ha desviado completamente la capacitancia C1.
Ahora reduciremos nuestro circuito equivalente de la siguiente manera:
La corriente de fuga ahora es: 120 Vac = 100 microamperes
1201000
La persona de 1,000 Ohms que entró en contacto con L1 ha duplicado la corriente de fuga a 100 microamperes, aunque sigue siendo un nivel extremadamente bajo.
El voltaje en a través de la persona sería: 1000 x 120 = 0.1 Vac.
1201000
El voltaje a través de C2 sería 1.2 x 106 x 120 = 119.9 Vac
1201000
La corriente que circula a través de la persona de 1,000 Ohms sería:
120 Vac = 100 Microamperes
120100
Comparemos entonces los Sistemas: El convencional Puesto a Tierra contra el Sistema Eléctrico Aislado con la persona de 1000 Ohms en contacto con un conductor de línea.
V. Persona = Voltaje a través de la persona de 1000 Ohms
I. Persona = Corriente que fluye a través de la persona de 1000 Ohms.
Claramente, el Sistema Eléctrico Aislado ofrece una protección al paciente considerablemente mayor.
C. El Monitor de Aislamiento de Línea
El monitor de aislamiento de línea (MAL) es un dispositivo que monitorea continuamente la impedancia (resistencia y capacitancia) de todas las líneas (monofásica o trifásica) a tierra e indica qué corriente podría fluir a un paciente de resistencia corporal de 1000 ohmios, en caso de que el paciente entrará en contacto con un conductor de línea (es decir, equipo médico defectuoso).
Hacemos notar que la interpretación de la lectura del MAL: existen variables para determinar qué corriente podría fluir hacia el paciente:
1. El valor de 1000 ohmios puede variar entre menos de 100 ohmios y 20.000 ohmios según el estado del paciente (contenido de humedad, estado de los músculos, piel seca, etc.).
2. Las rutas de retorno de fuga paralelas también desviarán una parte de la corriente de fuga del paciente.
D. Conclusión
Hemos examinado cómo el sistema de eléctrico aislado ayuda a proteger al paciente de los peligros de descargas eléctricas. Hemos realizado cálculos de la manera más simple posible, de modo que con solo el conocimiento básico de la ley de Ohm es suficiente para comprender los conceptos del sistema.
Los principios no son muy diferentes fuera del quirófano.
Sólo la definición de “Espacios de procedimientos húmedos o mojados” está presente para recomendar que Sistema Eléctrico Aislado con tableros de aislamiento Post Glover LifeLink son la mejor solución, y solo en lo que respecta a la continuidad del suministro.
En las Unidades de Cuidados Intensivos (UCI) y las Unidades de Cuidados Coronarios (UCC) donde el paciente puede estar conectado a varios equipos de soporte de vida, los cuales contienen sus respectivas corrientes de fuga, tanto resistivas como capacitivas, aumentan en gran medida la posibilidad de que fluyan corrientes de fuga peligrosas. Nunca debemos descuidar el hecho de que la corriente de fuga en un sistema puesto a tierra, volverá a tierra a través del camino de menor impedancia, por ejemplo, la persona de 1000 Ohm.
El sistema de alimentación aislado no tiene esta conexión de baja impedancia. Tiene una ruta de retorno capacitiva / resistiva de alta impedancia. Esto proporciona una capa adicional de seguridad para proteger tanto a los operadores como al paciente.
2. CONTINUIDAD DEL SUMINISTRO
Probablemente el argumento mayor para la aplicación de eléctrico aislado donde la continuidad del suministro de energía es esencial.
El artículo 517-20 (a) de la NOM-001-SEDE- 2018
517-20. Ubicaciones con procedimientos en mojado.
a) Contactos y equipos fijos. Ubicaciones con procedimientos en mojado deben dotarse de protecciones especiales por uno de los medios siguientes:
(1) Sistema de distribución de energía que inherentemente limite a un bajo valor la posible corriente originada al presentarse la primera falla a tierra, sin desconectar el suministro de energía a los equipos médicos.
(2) Un sistema de distribución de energía, en el cual se debe instalar un dispositivo para que interrumpa la energía automáticamente a los equipos médicos en el caso de que la corriente de falla a tierra exceda de hecho un valor de 6 miliamperes.
Con sistema eléctrico aislados en una falla a tierra, el interruptor no se dispara, manteniendo la energía al equipo. Esto le da al personal del hospital la opción de qué hacer, ya que puede escoger al equipo de soporte de vida. Al mismo tiempo, durante el evento, el Monitor de Aislamiento de Línea generaría una alarma clara sobre la condición de falla para que se pueda tomar acción.
3. REDUCCIÓN DE RUIDO
Con el uso cada vez mayor de sistemas electrónicos sensibles en el entorno hospitalario ha creado una necesidad creciente de suministrar estos sistemas “limpios”, libre de ruido y transitorios. Muchos tipos de equipos de almacenamiento y monitoreo de datos pueden ser extremadamente sensibles a los transitorios de línea y al ruido de línea que está presente con frecuencia en los alimentadores de voltaje.
El sistema eléctrico aislado contiene un transformador de aislamiento blindado de alta calidad que proporciona un medio conveniente y eficaz para reducir en gran medida o incluso eliminar el ruido de línea a línea y de línea a tierra en los alimentadores de voltaje.
Muchos fabricantes de equipos sensibles al voltaje han reconocido el problema creado por los transitorios y el ruido en la línea de entrada de sus equipos y han proporcionado una medida de protección como parte integral de sus equipos. Sin embargo, esta protección puede no ser adecuada para alteraciones frecuentes o graves.
Aunque la razón principal para el diseño e instalación del sistema eléctrico aislada no fue para lograr esta reducción de ruido, sino para proporcionar un sistema de energía secundaria de baja fuga, debemos considerar las ventajas “integradas” de este sistema nuevamente al comparar el sistema eléctrico aislado con el convencional puesto a tierra.
4. ADVERTENCIA ANTICIPADA DE FALLA DEL EQUIPO MÉDICO
Se requiere que todo el equipo biomédico del hospital que pueda entrar en contacto con el paciente sea probado periódicamente para detectar corrientes de fuga. Como se mencionó anteriormente, muchos hospitales grandes pueden tener más de 10,000 equipos. Esto es difícil para el electricista / ingeniero biomédico del hospital o quien esté a cargo de las pruebas de equipos.
Como con todas las pruebas, los valores de fuga encontrados en el momento de la prueba fueron solo eso. Unos minutos, horas o incluso unos días después, el equipo puede haber estado expuesto a condiciones ambientales que causaron una mayor disminución de la integridad del aislamiento. El derrame de líquidos, el daño a los cables, el mal uso del equipo o simplemente el envejecimiento por calor debido al uso continuo son factores que pueden contribuir a la disminución del valor del aislamiento.
Cualquier ayuda que se pueda brindar para que el operador del equipo sepa que su dispositivo está en una condición correcta y segura es un beneficio tanto para el paciente como para el operador.
Los tableros de aislamiento Post Glover LifeLink tienen un monitor de aislamiento de línea (MAL) con memoria de eventos y alarmas de hasta 6 años. Este dispositivo monitorea continuamente todas las posibles rutas de fuga paralelas a tierra. El MAL monitorea todos los circuitos desde el transformador de aislamiento a través de disyuntores y módulos de energía y tierra y finalmente a cada pieza del equipo conectado.
Si un equipo defectuoso se conectara en cualquiera de los receptáculos del sistema eléctrico aislado, esto provocaría inmediatamente la alarma del MAL, una advertencia de que tal evento acababa de ocurrir.
El operador ahora puede optar por quitar el equipo o continuar utilizándolo, teniendo especial cuidado de que esto puede causar un peligro grave para el paciente o el operador debe entrar en contacto con el otro conductor de línea.
Si comparamos el mismo evento en un sistema conectado a tierra y usamos como ejemplo una falla de línea a tierra, entonces volvemos a nuestra situación colorida como se describe en la Sección2.
Cuando se energiza inicialmente, un equipo puede funcionar correctamente y estar en condiciones seguras. Sin embargo, durante el funcionamiento, pueden producirse fallos de funcionamiento debido a derrames de líquido o daños en el cable (el carro pasa sobre el cable de alimentación o el equipo se cae). En cualquier caso, el resultado sería el mismo. Ahora se ha reducido el nivel de seguridad eléctrica. Tales sucesos en un sistema de energía aislado, como se describió anteriormente, darían como resultado la alarma LIM y la emisión de una advertencia de peligro potencial de falla.
5. Conclusión
Los sistemas eléctricos aislados brindan muchas ventajas y niveles de protección sobre los sistemas convencionales con conexión a tierra. El sistema conectado a tierra es excelente cuando los operadores no calificados o las personas sin conocimientos eléctricos entran en contacto con el equipo diario. Su operación es simple y cualquier falla generalmente resulta en la desconexión del equipo o circuito, muy rápidamente en menos de 1 ciclo. Sin embargo, los sistemas de energía conectados a tierra son un asesino potencial si una persona conectada a tierra entra en contacto con un conductor de línea. ¿Cuántos de nosotros nunca hemos recibido alguna forma de descarga eléctrica?
Los tableros de aislamiento Post Glover LifeLink son la mejor solución para obtener energía confiable y segura, particularmente en el entorno hospitalario. La intención de este trabajo ha sido tratar de explicar a los tomadores de decisiones, en términos sencillos, algunos de los principales beneficios de tener energía aislada en sus instalaciones.
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