Для чего нужен ибп для мрт

Обновлено: 06.07.2024

Медицина и здравоохранение, занимающиеся сохранением и поддержанием жизни, здоровья, трудоспособности и долголетия населения, являются важнейшими сферами человеческой деятельности.

Практически вся современная медицинская аппаратура, в том числе - цифровые операционные, рентгеновские установки, томографы, ангиографы, аппараты УЗИ - крайне чувствительна к качеству питающего напряжения. Эти устройства имеют высокую стоимость, в небольших городах они установлены не в каждой больнице, порой такое оборудование имеется в единственном экземпляре на несколько населённых пунктов.

Прерывание или сбой рабочего цикла, некорректное завершение работы, вызываемые некачественным электропитанием устройств, могут привести к причинению вреда здоровью пациента, поломке аппарата, его простою и последующему дорогостоящему ремонту.

Все устройства, обеспечивающие цифровизацию медицинских услуг – ведение электронных очередей, электронные истории болезней пациентов, создание и хранение электронных баз данных исследований – также требуют качественного надежного питания.

ИБП ДЛЯ АНГИОГРАФА

Ангиограф – рентгеновский аппарат для изучения сосудов и сосудистой системы, с его помощью можно выявить патологии сосудистой системы на ранних стадиях. Работа генератора рентгеновской трубки ангиографа обуславливает почти 20-кратное изменение потребляемой мощности длительностью 10-40 миллисекунд, и такие скачкообразные изменения потребления происходят до 12 раз за секунду.

Такая нагрузка является очень неудобной для ИБП. Правильный выбор мощности ИБП и наличие выходного трансформатора увеличивают шансы на устойчивую совместную работу ИБП и ангиографа и длительный безотказный срок службы оборудования.

ИБП ДЛЯ ТОМОГРАФА

Подобно ангиографу, рентгеновские аппараты, аппараты КТ и МРТ имеют сильно изменяющийся профиль потребления электрического тока и ограниченный диапазон допустимого напряжения питания. К примеру, типичный КТ характеризуется средней потребляемой мощностью 20 кВА, при этом максимальная мощность может составлять до 90 кВА в промежутке времени от нескольких миллисекунд до 10-20 секунд. В течение этого времени напряжение не должно изменяться более чем на 6% от номинального значения. Как видно из этого примера, КТ имеет сильно меняющуюся характеристику потребляемой мощности и, как и ангиограф, требует осознанного и ответственного выбора ИБП.

ИБП ДЛЯ УЗИ

Аппараты УЗИ не имеют такого динамического характера потребления тока, как ангиограф, КТ, МРТ и другие устройства. Тем не менее, они требовательны к качеству питающего напряжения и особо чувствительны к наличию высокочастотных помех.

Данные требования распространяются на все аппараты компьютерной томографии, включая такие модели, как: Toshiba Aquilion, Siemens Somatom, GE BrightSpeed и LightSpeed, а также Philips серии Brilliance и иных линеек. Частично они подходят и для аппаратов МРТ.

Импеданс

Для многих медицинских сканеров требуется электропитание с очень низким импедансом, чтобы обеспечить четкое изображение. Если импеданс не соответствует требованиям, указанным производителем сканера, изображение может быть искажено, что негативно скажется на точности диагностики.

Система электропитания должна быть спроектирована и установлена таким образом, чтобы обеспечить низкий уровень импеданса, поэтому ИБП должен иметь специальную низкоимпедансную конструкцию, соответствующую требованиям.

Пусковые токи

ИБП, которые подходят для серверов и центров обработки данных, НЕ ПОДХОДЯТ для систем диагностической визуализации: таких как МРТ, КТ или рентгеновские аппараты.

Аппараты КТ требуют высоких пусковых токов, которые могут в 3-4 раза превышать номинальную нагрузку. В течение этого времени напряжение должно оставаться в пределах 5-6% от номинального значения сетевого напряжения. Хотя электроустановки не всегда нужно модернизировать с учетом пусковых токов, системы ИБП должен быть правильно рассчитан. В противном случае, ИБП не сможет обеспечить критически важное резервирование и может преждевременно выйти из строя.

Именно по этой причине подбор ИБП для аппарата КТ должен осуществляться квалифицированным специалистом на основе опыта и технической документации.

Потребление электроэнергии

Аппараты КТ потребляют электроэнергию динамически, что создает уникальные требования к оборудованию для защиты электропитания. В режиме ожидания аппараты КТ не потребляют много энергии (обычно от 5 до 20 кВА), но во время сканирования максимальная потребляемая мощность может достигать 200 кВА в течение 10-50 миллисекунд. Такие резкие скачки тока могут вызвать отключение электроэнергии или повредить оборудование, если не используется правильно подобранный ИБП.

Как упоминалось выше, медицинским учреждениям необходима система ИБП, способная выдерживать неравномерную нагрузку при работе оборудования для компьютерной томографии. В технических характеристиках продукции от поставщиков могут быть указаны только характеристики системы в стандартных режимах работы, поэтому необходимо уточнить способность ИБП справляться с перегрузками и ступенчатыми нагрузками без перехода на байпас. К таким ИБП относятся медицинские модели ЭНТЕЛ серий MPX-L и HPX-L.

Параллельные конфигурации и резервирование

В конфигурации с параллельным резервированием два или более ИБП подключаются параллельно, так что в случае отказа одного из них, другой будет питать критическую нагрузку. Эта простая конфигурация, которая обеспечивает высокую надежность, но имеет более высокую начальную стоимость, чем конфигурация N+1.

В свою очередь, система уровня N+1 сконфигурирована так, что при пиковых нагрузках всегда остается один резервный блок ИБП, который остается в режиме ожидания и не требуется для текущего питания нагрузки. Если один из других блоков выходит из строя или отключается от сети для обслуживания, нагрузка от этого ИБП переключается на резервный.

Например, если общая прогнозируемая нагрузка для оборудования больницы составляет 1000 кВт, система ИБП может быть спроектирована с пятью модулями мощностью 300 кВт. Четыре основных модуля способны поддерживать полную нагрузку с некоторым запасом мощности, а пятый модуль обеспечивает резервирование для каждого из четырех основных модулей.

Такая конфигурация упрощает масштабирование, так как для увеличения нагрузки можно добавить дополнительный блок мощностью 300 кВт, который будет поддерживать основную систему электропитания, не жертвуя при этом резервированием.

Кроме того, система может быть спроектирована с двумя и более резервными блоками.

Эффективность ИБП

Энергоэффективность ИБП — это соотношение между выходной активной мощностью и входной активной мощностью системы. Системы ИБП с низким КПД не только сами тратят электроэнергию, но и выделяют тепло, что может потребовать установки больших специализированных систем охлаждения, которые, в свою очередь, будут потреблять еще больше энергии. Это выливается в высокие затраты на электроэнергию и невозможность эффективной работы ИБП в ограниченном пространстве технических помещений. Многие медицинские учреждения до сих пор используют неэффективные тиристорные ИБП, выпущенные в 1990-х и 2000-х годах.

ИБП с высоким КПД может обеспечить значительную экономию средств в течение всего срока службы. Например, при сравнении двух систем ИБП с нагрузкой 400 кВт, если одна работает с КПД 92%, а другая - с КПД 98%, то устройство с более низким КПД будет генерировать дополнительные потери в размере 322 МВтч/год по сравнению с устройством с более высоким КПД. При среднем сроке службы в 10 лет это составит 3220 МВтч – миллионы рублей расходов.

ИБП имеют несколько режимов работы, что позволяет им оптимизировать использование энергии в зависимости от текущих потребностей. По сути, система включает в себя три топологии ИБП в одном устройстве с интеллектуальным управлением, обеспечивающим возможность переключения между режимами работы в зависимости от качества поступающей электроэнергии и изменений в критичности.

В режиме управления максимальной мощностью система работает как ИБП с двойным преобразованием, обеспечивая наивысший уровень кондиционирования электроэнергии, защищая нагрузку от всех типов электрических помех, но за счет энергии, необходимой для преобразования энергии внутри ИБП. Даже в этом режиме эффективность может превышать 95%. В режиме максимального энергосбережения система определяет, когда необходимость в кондиционировании питания отсутствует, и позволяет потоку энергии проходить байпас, что позволяет достичь КПД до 99 процентов. Третий режим - высокоэффективный с кондиционированием питания. В этом режиме ИБП использует топологию сетевого взаимодействия, а инвертор ИБП выполняет функцию активного фильтра, компенсируя только основные помехи. В этом режиме типичный КПД составляет от 96 до 98 процентов.

Еще одной возможностью для энергосбережения является «интеллектуальное» параллельное резервирование для оптимизации эффективности резервированной системы при низких нагрузках. Если общее введенное количество силовых блоков не требуется для питания выходной нагрузки, система управления ИБП определяет количество силовых блоков, необходимых, при сохранении резервирования, для поддержки фактической нагрузки — и выводит неиспользуемый блок из работы. Как только подтверждается увеличение нагрузки, неработающие силовые блоки вновь запускаются в работу.

Например, используя пример конфигурации N+1, представленный ранее, если нагрузка на четыре основных модуля ИБП упадет ниже 600 кВт, один модуль может быть автоматически переведен в режим ожидания, пока нагрузка не вернется к нормальному уровню.

Аккумуляторные батареи

Необходимо уделить особое внимание качеству аккумуляторных батарей. Дешевые модели с заявленным сроком службы до 10 лет и скромными даже на бумаге разрядными характеристиками использовать не стоит. Для нормального функционирования, аккумуляторы необходимо содержать при температуре окружающей среды 25 градусов цельсия, поэтому кабинеты или стеллажи с ними должны размещаться в специальных кондиционируемых и хорошо проветриваемых помещениях. Кроме того, батареи необходимо обслуживать ежеквартально и заменять каждые четыре-восемь лет. Хотя такое профилактическое обслуживание гарантирует работоспособность батарей, человеческий фактор является основной причиной отказов на объекте.

Расчет стоимости установки

При расчете ИБП учитывается ряд факторов, включая первоначальную стоимость и установку, потери энергии в зависимости от эффективности и требований к охлаждению, стоимость обслуживания и ремонта, а также стоимости замены батарей. Немаловажно принять в расчёт то, что для установки и эксплуатации аппаратов КТ может потребоваться полная модернизация существующей системы электроснабжения – в том случае, если она устарела морально и физически, подвержена частым сбоям или «блэкаутам». Как правило, существующее оборудование демонтируется полностью, что влечет за собой существенные траты.

Томограф, как и любое другое высокоточное диагностическое электрооборудование, крайне чувствителен к качеству питающей сети. Сбой рабочего цикла устройства или его некорректное отключение, вызванное некачественным электропитанием, может навредить здоровью пациента и привести к поломке самого прибора. Поговорим в нашей статье о том, какие модели ИБП необходимо использовать для того, чтобы обеспечить бесперебойное и качественное электроснабжение такой критически важной нагрузки, как томограф.

Содержание

Особенности электропитания томографов

Сегодня в медицинских организациях применяется множество видов и типов томографов, которые позволяют проводить диагностику практически любых частей тела пациента. В зависимости от метода фотографирования внутреннего строения человека встречаются:

компьютерные томографы (КТ), которые, по сути, представляют собой усовершенствованные рентгены, позволяющие получать рентгеновские изображения внутренних органов человека под различными углами;
магнитно-резонансные томографы (МРТ), использующие в своей работе принцип ядерного магнитного резонанса, который позволяет получать детальные изображения внутренних органов и тканей человека.

Томографы являются сложными электротехническими устройствами, состоящими не только из электронных частей, но и подвижных механизмов. В зависимости от их вида потребляемая мощность приборов может составлять более 1 кВт (у однофазных портативных передвижных КТ) и более 20 кВт (у трехфазных стационарных приборов).

Маломощные мобильные компьютерные томографы, рассчитанные на использование в передвижных медицинских пунктах, часто комплектуются встроенными аккумуляторами и способны работать в довольно широком диапазоне входного напряжения переменного тока – 90-260 В.

Стационарные томографы, которые устанавливаются в медицинских организациях, в основном представляют собой трехфазные электроприборы. Для их подключения требуется 5-проводная сеть 380/400 В: три питающие фазы, защитный и нулевой провод. Для подключения томографа к трехфазной сети отводится отдельная линия: от вводного распределительного устройства проводится кабель с сечением, соответствующим максимальной потребляемой мощности подключаемого оборудования.

Важно отметить, что модели стационарных томографов отличаются сильно изменяющимся профилем потребления мощности и электрического тока. Например, у компьютерного томографа с номинальной потребляемой мощностью 30 кВА при работе в разных режимах ее значение может увеличиваться до 90 кВА. Кроме того, такие модели обладают ограниченным диапазоном допустимого напряжения питания. Как правило, устройства нормально функционируют при колебании сетевого напряжения не более ±10% и частоте питающей сети 50±3 Гц.

Резкие скачки сетевого напряжения часто приводят к выходу из строя электроники томографа, а если происходит внезапное отключение электричества, то повышается риск необратимых механических повреждений всего аппарата.

Поэтому для стационарных томографов крайне важно устанавливать защиту от некачественного сетевого напряжения и создавать надежную резервную систему электропитания особенно в тех местах, где отключения электричества бывают нередко. Одним из вариантов создания такой системы электропитания является установка ИБП топологии онлайн.

Требования к ИБП для томографов

К ИБП, которые используются в медицинской сфере, в том числе и для томографов, предъявляют повышенные требования. Рассмотрим основные из них:

Требование	Описание
Обеспечение качественного электроснабжения	Отклонения сетевого напряжения от нормы и искажение его формы негативно сказывается на работе любых высокоточных диагностических электроприборов, в том числе и томографов. Поэтому модели ИБП должны обеспечивать электропитание такой нагрузки напряжением высокого качества и идеальной синусоидальной формы.
Мгновенный перевод питания на аккумуляторы	При пропадании электроэнергии в сети переход ИБП на аккумуляторы должен быть мгновенным, иначе перебой в питании, пусть даже кратковременный, может вызвать необратимые последствия в работе томографа.
Большой запас мощности и перегрузочная способность	Во время работы томографа его потребляемая мощность может скачкообразно изменяться несколько раз в секунду. Не каждая модель источника бесперебойного питания сможет справится с нагрузкой, имеющей динамические характеристики потребляемой мощности. Если устройство подобрано неверно, при перегрузке ИБП может постоянно переключаться на байпас, а при работе от аккумуляторов – вовсе отключаться. В связи с этим ИБП обязан обладать высокой перегрузочной способностью, которая позволяет ему функционировать при перегрузке в 150% не менее одной минуты, и иметь достаточный запас мощности, чтобы нормально работать при повышенной потребляемой мощности ответственной нагрузки.
Наличие защитных фильтров	Модели ИБП должны иметь фильтры, защищающие устройство от высокочастотных сетевых и электромагнитных помех, а также импульсных перенапряжений, которые могут возникать при работе медицинского оборудования.
Возможность дистанционного мониторинга работы	Как правило, медицинские учреждения и организации имеют централизованную систему мониторинга и контроля работы инженерных систем, включая системы электропитания критически важных нагрузок. Поэтому, кроме светодиодной индикации и ЖК-дисплея, для ИБП не будет лишним функционал по дистанционному мониторингу его работы, который позволит непрерывно и оперативного отправлять информацию о состоянии устройства (параметрах напряжения, уровне нагрузки, работе аккумуляторных батарей и др.) оператору диспетчерской.
Необходимое время автономии	Для обеспечения автономной работы на необходимый период времени такого мощного медицинского оборудования, как томограф, потребуются модели ИБП с возможностью подключения аккумуляторных батарей большой ёмкости.

ИБП топологии on-line для томографов

Для обеспечения резервного питания диагностического медицинского оборудования в основном используются только модели однофазных и трехфазных ИБП топологии on-line. Данные устройства не только выполняют гарантированное бесперебойное энергоснабжение диагностического медицинского оборудования в случае отключения энергоснабжения, но и выравнивание параметров входной сети до требуемых значений.

Принцип работы on-line ИБП основывается на двойном преобразовании электрического тока, за счет чего обеспечивается:

Обратите внимание!
Такая особенность работы источника бесперебойного питания позволяет сохранить установленный срок службы его аккумуляторов, так как переключение питания нагрузки на работу от батарей выполняется в редких случаях: только при полном отключении электроэнергии или при сильных просадках и скачках напряжения.

Кроме вышеперечисленных преимуществ, многим моделям on-line ИБП свойственны следующие особенности:

Высокая перегрузочная способность (150% в течение 1 минуты) как в режиме on-line, так и в автономном режиме, что особенно важно при работе с электродвигателями.
Многоуровневая электронная система защиты от высокочастотных сетевых помех и импульсных перенапряжений, перегрузки, КЗ, перегрева, переходных процессов при коммутации и нелинейных искажений, а также «глубокого» разряда батарей (после устранения аварии ИБП автоматически перезапускает свою работу).
Широкий функционал по мониторингу аккумуляторов. На дисплее ИБП можно увидеть напряжение, рабочий ток, ёмкость, оставшееся время автономии, температуру и другие параметры батарей.
Система самодиагностики, позволяющая ИБП при запуске и в разных режимах автоматически выполнять проверку своей работоспособности.
Полная совместимость при работе с большинством современных бензиновых и дизельных генераторных установок.
Два вида байпаса: электронный – для автоматического перевода электропитания на сеть в случае перегрузки или выхода ИБП из строя, и ручной – для выполнения техобслуживания или ремонта ИБП без прерывания электропитания критической нагрузки.

Модели on-line ИБП обладают высокой надежностью, стабильностью характеристик и энергоэффективностью, а также имеют простую и удобную эксплуатацию.

Перед специалистами компании Ток была поставлена задача: предложить бюджетное, но надёжное решение проблемы стабильного и бесперебойного электропитания компьютерного томографа Toshiba Aquilion 16 TSX-101A в одной из новых клиник Ставрополя. Как удалось выяснить, отключения электричества бывают нередко, к тому же ТП достаточно старая, а следовательно ожидаются проблемы с нестабильным напряжением.

По словам инженеров сервисного центра Toshiba резкие скачки напряжения могут привести к выходу электроники томографа из строя, а резкое обесточивание гентри во время работы делает вероятным необратимые механические повреждения всего аппарата.

В результате предварительного диагностического выезда на объект, изучения документации Toshiba и диалога с поставщиком КТ было спроектировано оптимальное решение по мощности и необходимому времени автономной работы в рамках заданного бюджета на весь проект.

Наша монтажная бригада работала параллельно с инженерами, которые инсталлировали сам томограф:

Прокладка силовых линий входа и выхода ИБП.

Для удобства подключения томографа и мониторинга режима ИБП был собран и смонтирован силовой щит КТ с автоматом ABB Tmax на 160А. На дверь щита мы вынесли индикаторы наличия напряжения по фазам, а также индикаторы работы источника бесперебойного питания от аккумуляторов (в случае пропадания внешней сети) и низкого остатка заряда АКБ:

Щит КТ с индикацией

Для подключения томографа Toshiba к электросети нашего типа 380/400В необходим трансформатор, который подключается без нейтрали, но нагрузка по фазам сбалансированная:

Расчетная максимальная электрическая мощность потребления КТ находится в границах 100кВт:

Мощность компьютерного томографа

В соответствии с этими данными и по согласованию с сервисной службой Toshiba мы подобрали бестрансформаторный трехфазный ИБП on-line типа полной мощностью 120кВа (108кВт). Бесперебойник имеет модульную архитектуру, что позволяет повысить надежность всей системы резервного питания:

ИБП on-line типа East 90120 II на 120кВа

В процессе испытаний замеры показали ожидаемое потребление КТ в районе 20кВт. На такой нагрузке наш аккумуляторный банк в составе 32 шт Delta HRL 12-120 сможет обеспечить время автономной работы более 1 часа:

UPS с аккумуляторами

Нормальный режим работы

Кнопка EPO (Emergency Power Off)

Читайте также: