TRANSFORMADOR DE AISLACIÓN DE USO HOSPITALARIO

Los  transformadores  de  aislación  de  uso  médico  para  redes  IT,  son máquinas  estáticas  destinadas  a  proveer  alimentación  de  energía  en instalaciones eléctricas de red aislada para salas del grupo 2 en locales de uso médico,

GENERALIDADES

Los  transformadores  de  aislación  de  uso  médico  para  redes  IT,  son máquinas  estáticas  destinadas  a  proveer  alimentación  de  energía  en instalaciones eléctricas de red aislada para salas del grupo 2 en locales de uso médico, cumpliendo normas técnicas internacionales aplicables, como la IEC61558-2-15  y reglamentaciones vigentes en la República Argentina,  tales como AEA90364 – Sección 710.

Los requisitos de la mencionada Sección 710 tienen en cuenta las probabilidades de riesgos para las personas y en especial para los pacientes, que puedan ocasionar las corrientes eléctricas de fuga al pasa por el organismo. Define tres tipos de salas de medicina humana y dental de acuerdo a su utilización y las clasifica en: salas del grupo 0, 1, 2a y 2b.

Los transformadores de aislación deben estar diseñados para satisfacer los requisitos relacionados a las salas del grupo 2 (a y b), ya que en éstas es condición indispensable la instalación de una red aislada IT, a fin de lograr un suministro eléctrico seguro a los equipos electro médicos para intervenciones quirúrgicas y medidas vitales.

Una red aislada previene la ocurrencia del macroshock al personal médico y  asegura  la  continuidad  del  servicio  eléctrico  frente  a  la  denominada primera falla. Además permite prevenir junto a otras medidas complementarias;  como  la  supervisión  permanente  por  medio  de  un monitor  de  aislación  y  la  instalación  de  una  estructura  equipotencial,  la ocurrencia del microshock  en los pacientes.

La referida reglamentación 710 de la AEA, determina el uso de transformadores monofásicos y de aislación seca debido a su menor riesgo de  incendio,  contaminación  y  mayor  confiabilidad  para  la  prestación  del servicio  y  define  un  acotado  rango  de  potencias  que  va  desde  3.15kVA hasta  8kVA,  siendo  de  5kVA  la  potencia  preferida  para  las  Unidades  de Terapia Intensiva y Quirófanos. Transformadores de potencia menor a 3.15kVA no son aconsejables debido al elevado valor de su impedancia de cortocircuito que impedirá la  actuación  segura  de  los  interruptores  termomagnéticos  colocados  aguas  abajo  del transformador.  Transformadores  de  potencias  mayores  a  8kVA  no  son  aconsejables debido a la elevada capacidad distribuida que tendrá tanto el propio transformador como así también la instalación, ó sea el cableado de la red IT.

La  referida  normativa  solo  admite  el  uso  de  transformadores  trifásicos cuando los mismos alimentan exclusivamente a consumidores trifásicos y limita la relación de tensiones del mismo de manera tal de asegurarse que en  ninguna  condición  falla,  aparezcan  en  el  lado  secundario  tensiones  de fase superiores a 230Vca.

TRANSFORMADORES DE AISLACIÓN DE USO MÉDICO

Los  transformadores  de  aislación  para  uso  médico  deben  cumplir  con  las especificaciones técnicas definidas en las normativas anteriormente citadas  y  éstas  serán  de  carácter  obligatorio.  Sin  embargo  existen  otras, que  a  pesar  de  no  estar  específicamente  indicadas,  son  indispensables para  que  el  transformador  cumpla  con  las  condiciones  de  prestación requeridas para las salas del Grupo 2.

Las principales características técnicas que deben cumplir estos

transformadores son:

1. Tipo: monofásicos de aislación seca.

2. Rango de potencias: de 3.15kVA a 8kVA.

3. Relación: 1:1 con tensión nominal máxima de 230Vca.

4. Corriente de vacío: menor al 3% de la corriente nominal (Inom).

5. Corriente de conexión: menor a 12 veces la corriente nominal.

6. Tensión de cortocircuito: menor al 3% de la tensión nominal.

7. Clase térmica: aislación clase H.

8. Nivel de aislación: 3kVca.

9. Rigidez dieléctrica, mayor a 500 MOhms.

10. Corriente de fuga a tierra: menor a 0.1mA.

11. Nivel de ruido: menor a 40dB a 30cm de distancia y a potencia nominal.

12. Pantalla electrostática entre primario y secundario.

13. Conexión para monitoreo de fuga, a mitad del bobinado secundario y a borne aislado.

14. Sensor de temperatura: de tipo PTC ó PT100.

15. Elevada capacidad de sobrecarga.

Los requisitos listados pueden ser alcanzados si se adoptan criterios muy cuidados y selectivos en todos los procesos de diseño y fabricación, tales como: diseños verificados y validados, severos controles en los materiales usados  en  su  construcción,  procesos  controlados  y  documentados  en  su fabricación y ensayos finales registrados para la verificación del cumplimiento  de  los  requisitos  definidos  por  las  normas  de  aplicación.  Es evidente  que  solo  aquellas  empresas  que  operen  bajo  procedimientos documentados  y  certificados  por  un  Sistema  de  Gestión  de  la  Calidad según ISO 9001, podrán alcanzar las metas citadas.

Para  lograr  las  características  técnicas  mencionadas  en  la  fabricación  de  estos transformadores, se deberán tener en cuenta al menos los siguientes  aspectos  durante  el  proyecto,  cálculo  y  fabricación  de  los  mismos: Núcleo de elevada calidad y bajas pérdidas Un núcleo construido con chapa de Fe-Si de grano orientado M4,  preferentemente  con  corte  step-lap,  garantiza  baja  corriente  de  vacío  y  disminuye  de  manera  significativa  las  pérdidas  en  el  mismo.  La  primer  característica  es  necesaria  para  cumplir  con  el  requisito  de  un  valor  inferior al 3% de la Inom y la segunda, posibilitará disminuir significativamente la sobre elevación de temperatura en el núcleo.

Bajas pérdidas específicas en el núcleo junto a la elección de una adecuada inducción magnética de trabajo y correcto diseño en la geometría de los bobinados, permite alcanzar el requisito de una corriente de  inserción  inferior  a  12  veces  la  Inom.  “Este  requisito  es  indispensable  para  evitar la actuación intempestiva de las protecciones magnéticas aguas arriba del transformador, durante la conexión del mismo a la red”.

Las curvas mostradas en la Fig.1, muestran oscilogramas de las corrientes de  inserción  de  un  transformador  de  5kVA  a  dos  columnas  obtenidas  durante un ensayo según lo indicado el punto 13.3 de la IEC61558-2-15, “El  transformador  en  vacío  se  alimenta  a  la  tensión  primaria  asignada.  La  tensión  de alimentación se conecta y desconecta un total de 20 veces a intervalos de aproximadamente 10 s”. 

El valor de la corriente de inserción del transformador (Iinserción) será igual al  máximo  valor  cresta  registrado.  El  oscilograma  (c)  corresponde  al  mayor valor registrado durante el ensayo, 320 Apico, valor que corresponde a una corriente de inserción de 10.4 veces la nominal. 

Figura 1: 

Valores máximos registrados entre 20 disparos. Escalas: vertical 100Apico/div,  horizontal: 5ms/div

Geometría y densidad de corriente en los bobinados El  mayor  rendimiento  del  núcleo  magnético  permite  definir  los  bobinados  con  un  número  de  espiras  reducido.  Esto  es  importante  a  la  hora  de  cumplir con el requisito de una tensión de cortocircuito Ucc no superior al 3%  de  la  U nom.  El  valor  de  la  Ucc  referida  a  la  tensión  nominal  del  transformador  es  en  términos  porcentuales,  numéricamente  igual  a  la  impedancia de cortocircuito Zcc, por lo que ésta deberá ser inferior al 3%.

Para lograr cumplir con este requisito es necesario proyectar los bobinados con un número de espiras reducido y una densidad de corriente suficientemente baja de modo tal de  disminuir la componente resistiva de la  Zcc,  además,  se  debe  optimizar  la  geometría  de  los  bobinados  de  manera tal de reducir la componente inductiva de la Zcc.  

Ucc= Inom x Zcc   R cc: Componente resistiva

Zcc= Rcc+jXcc   X cc: Componente inductiva

El diseño del transformador debe garantizar muy bajas capacidades distribuidas entre los bobinados primario y secundario, y entre el bobinado secundario  y  el  cuerpo  del  transformador  (núcleo  mas  amarres  metálicos  conectados  a  tierra)  para  que,  junto  a  la  utilización  de  aislaciones  de  elevada  resistividad  dieléctrica,  resulte  en  una  corriente  de  fuga  a  tierra  máxima no superior al límite de 0.1mA definido por la norma. 

Gran capacidad de sobrecarga

Los transformadores analizados deben tener una gran capacidad de sobrecarga  aún  durante  prolongados  lapsos  de  tiempo,  “característica  ésta  muy  importante  en  redes  IT  para  salas  del  Grupo  2,  ya  que  en  todo  momento  se  debe priorizar  y  garantizar  la  continuidad  prestación  del  servicio  de  energía  eléctrica  aún  en  condiciones anómalas”. 

Curvas de calentamiento

Para  lograr  este  objetivo  el  transformador  deberá  estar  construido  con aislaciones  clase  H  y  proyectado  con  una  “muy  baja  sobre  elevación  térmica  para  condiciones  normales”,  de  manera  tal  que  en  condición  de  sobrecarga, las temperaturas alcanzadas por los bobinados no superen las máximas  admitidas  para  la  clase  térmica  citada,  “125ºC  de  sobre  elevación  térmica sobre un ambiente de 40ºC según la IEC61558”. 

Lograr este objetivo lleva a “disponer el transformador sobre un núcleo a dos  columnas  e  incorporar  canales  de  ventilación  entre  bobinados  para  aumentar  la  superficie  de  disipación  térmica  del  mismo”,  mientras  que  la  elección de un número de espiras reducido y baja densidad de corriente en los bobinados, disminuye la potencia disipada por el conjunto logrando de este modo reducir la sobre elevación térmica.

DT: sobre elevación térmica en ºC

DT = Pdis / Kdis  Sdis                                       

Pdis: potencia disipada en W                                                                                        

 Sdis: superficie de disipación en m2

Kdis: constante térmica del conjunto 

Las curvas de la Fig.2, muestran el calentamiento de un transformador de 5kVA  a  dos  columnas,  para  distintas  condiciones  de  carga  (a  potencia  nominal  y  con  un  30  y  50%  de  sobrecarga).  Es  de  notar  que  a  potencia  nominal  el  transformador  ensayado  presenta  una  DT  de  63ºC,  y  que  aún  con un 50% de sobre carga, la máxima sobre elevación térmica alcanzada por los bobinados es de 116ºC, valor que no sobrepasa el límite de 125ºC definido por la norma IEC para la clase H.  

Figura 2: 

Curvas de calentamiento de un transformador de 5KVA, relación 230/230Vca, a dos columnas.

Las temperaturas del eje Y representan las sobre elevaciones térmicas alcanzadas en régimen.

Proceso de fabricación controlado

El  proceso  de  fabricación  de  estos  transformadores  debe  contemplar  un  cuidadoso  armado  de  su  parte  activa  (núcleo  +  bobinas),  como  así  también la impregnación del conjunto con barnices clase H y su posterior horneado  en  condiciones  controladas  para  el  óptimo  secado  y  curado  del  mismo. Esto permite garantizar el cumplimiento de los requisitos de baja rumorosidad  (menor  a  40dB)  y  elevada  rigidez  dieléctrica  (mayor  a 3kVca).  El  uso  de  prensayugos  de  sujeción  aislados  y  con  tratamiento anticorrosivo, bornes de carril con conexión a tornillo, bulón para toma de tierra con aterrado del núcleo y marcado según Norma, define un transformador adecuado para su utilización en locales de uso médico.  

CONCLUSIONES

Los transformadores de aislación de uso médico son indispensables para la prevención  de  accidentes  ocasionados  por  la  posibilidad  de  ocurrencia  de  fugas y fallas a tierra en las instalaciones eléctricas de las salas del Grupo 2. 

La elección de un transformador que no cumpla los requisitos de seguridad y  funcionamiento  antes  analizados  incrementará  las  posibilidades  de  falla  en  las  instalaciones  y  por  lo  tanto,  se  verificará  un  empobrecimiento  en  materia de seguridad brindado por el establecimiento a sus pacientes y al personal médico.

Se  recomienda  entonces  el  uso  de  transformadores  de  aislamiento  de  probada calidad y eficiencia, ensayados y protocolizados con la rigurosidad definida  en  las  normativas  nacionales  e  internacionales  aplicables  y  con  respaldo técnico verificable.

Fuente: servelec.com.ar

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