Technikerarbeit von Daniel Fritze - zur Startseite von www.oszimt.de
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Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit Simulationsmodell zur Darstellung der elektrischen Sicherheit im Krankenhaus Technikerarbeit für den staatlich geprüften Techniker Fachrichtung Medizintechnik vorgelegt beim: Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Berlin Betreute Dozenten: vorgelegt von: Herrn Peter Müller Herrn Hans-Joachim Pieper Daniel Fritze eingereicht am: 05. Mai 2009 Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit Inhaltsverzeichnis 1 Einführung………………………………………….. 7 2 Pflichtenheft…………………………...……………. 8 2.1 Ziel………………………………………………………………. 8 2.2 Produktbeschreibung………………………………………….. 8 2.3 Simulationsvarianten………………………………………….. 8 2.4 Zeitplan…………………………………………………………. 9 2.5 Hersteller………………………………………………………... 10 3 Zweckbestimmung……………………………........ 10 4 Sicherheitshinweise……………………………...… 11 5 Netzarten…………………………………………….. 12 6 Klassifizierung von medizinisch genutzten Räumen…………………………………. 14 7 Kennzeichnung von Steckdosen…………………. 15 8 Unterbrechungsfreie Stromversorgung…………. 16 9 Ableitströme………………………………………… 16 9.1 Vermeidung von Ableitströmen……………………………… 19 9.1.1 Schutzklasse 1………………………………………….. 19 9.1.2 Schutzklasse 2………………………………………….. 19 9.1.3 Schutzklasse 3………………………………………….. 19 9.2 Symbole der Schutzklassen…………………………………… 19 -2- Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 10 Wirkungsbereich von Körperströmen……………20 11 Zusätzlicher Potentialausgleich (ZPA)………… 21 12 Der Fehlerstromschutzschalter…………………… 23 12.1 Funktionsweise……………………………………………….… 23 12.2 FI-Schutzschalter im Fehlerfall………………………………... 24 12.3 Funktionsbeschreibung der Prüftaste………………………... 25 13 Was ist ein Körper?.................................................... 26 14 Was ist ein Körperschluss?...................................... 26 15 Der Isolationswächter……………………………... 27 15.1 Funktionswächter – Allgemein………………………………. 27 15.2 Funktionsweise des Isolationswächters…………………….. 27 16 Aufgabe des Trenntransformators………………. 28 17 Funktion des Schutzleiters……………………….. 29 18 Produktbeschreibung……………………………… 31 19 Simulationsbeschreibung…………………………. 32 19.1 Vorwort…………………………………………………………. 32 19.2 Inbetriebnahme………………………………………………… 32 19.3 Aufbau der Simulationstafel…………………………………. 33 19.4 Die Simulationsphasen……………………………………….. 33 19.4.1 Körperschluss mit hochohmigem Schutzleiter im TN-S-Netz……………………………. 33 -3- Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 19.4.2 Körperschluss mit hochohmigem Schutzleiter im TN-S-Netz……………..……………… 34 19.4.3 Körperschluss mit voll funktionstüchtigem Schutzleiter im TN-S-Netz……………………………. 34 19.4.4 Körperschluss mit voll funktionstüchtigem Schutzleiter im TN-S-Netz mit zusätzlicher Absicherung durch Fehlerstromschutzschalter…….. 35 19.4.5 Körperschluss mit voll funktionstüchtigem Schutzleiter im TN-S-Netz mit zusätzlicher Absicherung durch Fehlerstromschutzschalter…….. 36 19.4.6 Erster Fehlerfall im IT-Netz…………………………… 36 19.4.7 Zweiter Fehlerfall Im IT- Netz………………………… 37 19.5 20 Schlussfolgerung……………………………………………….. 38 Schaltungen…………………………………………. 39 20.1 Vernetzung der Steckdosen…………………………………… 39 20.2 Erster Simulationsversuch……………………………………. 40 20.3 Vernetzung der Simulationen 1 bis 5………………………… 41 20.4 Vernetzung der Simulationen 6 und 7……………………….. 42 20.5 Schaltungsbeschreibung………………………………………. 43 20.5.1 Schaltung 1……………………………………………… 43 20.5.2 Schaltung 3……………………………………………… 43 20.5.3 Schaltung 4……………………………………………… 44 21 Mögliche Gefahrenquellen…………………..…… 45 21.1 Gefährdung durch elektrische Energie……………………… 45 21.2 Gefährdung durch mechanische Energie…………………… 45 -4- Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 21.3 Gefährdung durch falsche Anwendung…………………..… 45 21.4 Gefährdung durch falsche Messleitungen…………………. 21.5 Gefährdung durch Funktionsstörung………………………. 46 46 22 Risikoeinschätzung………………………………… 46 23 Reinigung……………………………………………. 49 24 Abkürzungsverzeichnis…………………………… 49 25 Quellen……………………………………………… 50 26 Selbständigkeitserklärung……………………….. 51 Tabellenverzeichnis Tabelle 1 Bedeutung der Netzarten, erster Buchstabe…………. 12 Tabelle 2 Bedeutung der Netzarten, zweiter Buchstabe………. 12 Tabelle3 Klassifizierung von medizinisch genutzten Räumen……………………………………... 14 Tabelle 4 Arten von Ableitströmen……………………………… 16 Tabelle 5 Schutzgrad……………………………………………… 17 Tabelle 6 Zulässige Höchstwerte von Ableitströmen…………. 18 Tabelle 7 Ermittlung des Schweregrades……………………….. 47 Tabelle 8 Ermittlung der Wahrscheinlichkeit…………………... 47 Tabelle 9 Abkürzungsverzeichnis……………………………….. 49 Tabelle 10 Quellen………………………………………………….. 50 -5- Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit Abbildungsverzeichnis Abbildung 1 TN-S-System…………………………………………….. 13 Abbildung 2 IT – System……………………………………………… 13 Abbildung 3 Einspeisung der Steckdosen………………………….. 15 Abbildung 4 Schutzklassen…………………………………………… 19 Abbildung 5 Wirkungsbereich von Köperströmen………………… 20 Abbildung 6 Potentialausgleichkabel……………………………….. 22 Abbildung 7 Potentialausgleichschiene…………………………….. 22 Abbildung 8 FI-Schutzschalter im Fehlerfall……………………….. 24 Abbildung 9 Prüftaste des FI-Schutzschalters……………………… 25 Abbildung 10 Darstellung eines Körperschlusses………………….. 26 Abbildung 11 Simulationsmodell im Gesamtüberblick……………. 31 Schaltungsverzeichnis Schaltung 1 Vernetzung der Steckdosen…………………………… 39 Schaltung 2 Erster Simulationsversuch…………………………….. 40 Schaltung 3 Vernetzung der Simulationen 1 bis 5………………… 41 Schaltung 4 Vernetzung der Simulationen 6 und 7………………. 42 -6- Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 1 Einführung Zur Anerkenntnis eines staatlich geprüften Technikers, gehört die Planung, Beschaffung, Organisation sowie die Durchführung einer Technikerarbeit. Nach einem ausführlichen Gespräch mit Herrn Pieper, ehemaliger Leiter der Medizintechnik der Charité Berlin und freiberuflicher Dozent am OSZIMT, fand sich für mich schnell ein geeignetes Thema für meine Technikerarbeit. Durch die relativ große Spanne im Bereich der Zugangsvoraussetzungen für die Ausbildung zum staatlich geprüften Medizintechniker, sind viele der Studierenden, mit der elektrischen Sicherheit im Krankenhaus, nur mäßig vertraut. Daher kamen wir schnell zum Entschluss, die optische Darstellung, anhand eines Modells mit praxisbezogenen Simulationsfehlern, zu errichten. Mein Ziel war es, ein Modell zu erschaffen, welches leicht verständlich die Realisierung der elektrischen Sicherheit im Operationssaal darstellt. Simulierte Szenarien sollen den Betrachter zeigen, wie es ermöglicht wird, trotz eines elektrischen Fehlers (Körperschluss), in Räumen der Anwendungsgruppe 2, weiter arbeiten zu können. Im nachfolgenden Text möchte ich u.a. auf die Schutzarten, Schutzklassen, Wirkung des elektrischen Stromes sowie den Netzarten im Krankenhaus und natürlich auf mein Simulationsmodell eingehen. -7- Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 2 Pflichtenheft 2.1 Ziel Mein Ziel ist es, dem angehenden Medizintechniker mit der elektrischen Sicherheit im Krankenhaus vertraut zu machen. 2.2. Produktbeschreibung Bei diesem Produkt handelt es sich um ein Simulationsmodell zur Darstellung der elektrischen Sicherheit im Krankenhaus. Es können verschiedene Szenarien simuliert werden. Insbesondere können 2 Körperschlussfehler im dargestellten IT-Netz simuliert werden, wobei eine Abschaltung der Anlage im ersten Fehlerfall nicht erfolgen soll, sondern erst im Zweiten. Durch eine optische Darstellung soll es für den Anwender besser nachvollziehbar sein, in welcher Art und Weise der Fehlerstromkreis geschlossen wird. 2.3 Simulationsvarianten - Körperschluss im TN-S-Netz mit Hochohmigen Schutzleiterwiderstand - Körperschluss im TN-S-Netz mit voll funktionstüchtigem Schutzleiter - Körperschluss im TN-S-Netz mit Fehlerstromschutzschalter - 1. Körperschluss im IT-Netz (1. Fehlerfall) - 2. Körperschluss im IT-Netz (2. Fehlerfall) -8- Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 2.4 Zeitplan 1. Meilenstein: 30. November 2008 - Darstellung des Bauvorhabens in einer Zeichnung (Skizze) - Erstellung eines Stromlaufplanes - Kostenaufwandserrechnung und Finanzierung sicherstellen 2. Meilenstein: 15. Dezember 2008 - Organisation der Materialien 3. Meilenstein: 28. Februar 2009 - Bau und Prüfung der beschriebenen Anlage 4. Meilenstein: 31. März 2009 - eventuell auftretende Fehler beseitigen und Bauvorhaben optimieren 5. Meilenstein: 30 April 2009 - Dokumentation der Techniker Arbeit (ca. 30 – 60 DIN A4 Seiten) - Einleitung - Allgemeinwissen zur elektrischen Sicherheit - Beschreibung der Anlage - Stromlaufplan - Umgang mit der Anlage (Gebrauchsanweisung) - Risikobewertung - Schlusssatz -9- Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 6. Meilenstein: 05. Mai 2009 - Abgabe der Dokumentation 7. Meilenstein: 28. & 29. Mai 2009 - Präsentation und Verteidigung der Techniker Arbeit 2.5 Hersteller Die Darstellung der elektrischen Sicherheit im Krankenhaus auf einer Simulationstafel ist eine Einzelarbeit und wird von Daniel Fritze, Studierender der FM 71, des OSZIMT – Berlin durchgeführt. 3 Zweckbestimmung Die primäre Aufgabe des Simulationsmodells ist es, die Wichtigkeit eines völlig intakten Schutzleiters darzustellen. Insbesondere soll der Fehlerstromkreis eines Körperschlusses im zweiten Fehlerfall eines IT-Netzes dargestellt werden. Desweiteren werden diverse gefährliche oder nicht gefährliche Berührungsspannungen im TN-S-Netz, ohne und mit Fehlerstromschutzschalter dargestellt. - 10 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 4 Sicherheitshinweise Der Umgang mit diesem Produkt erfordert der Beachtung der gültigen VDE-Vorschriften, insbesondere der VDE 0100 und der VDE 0550/0551. • Vor Öffnen der Unterverteilung oder der Rückwand des Simulationsmodells ist stets der Netzstecker zu ziehen. • Die Sicherheitsmessleitungen und Gerätekabel sind vor der Benutzung stets auf Isolationsfehler oder Bruchstellen zu untersuchen. Bei Feststellen eines Fehlers in der Zuleitung muss das Modell unverzüglich aus dem Betrieb genommen werden, bis die defekte Leitung ausgewechselt worden ist. • Alle Verdrahtungsarbeiten innerhalb der „Geräte 1 bis 3“ dürfen nur mit den berührungssicheren Sicherheitsmessleitungen ausgeführt werden. • Für eventuell auftretende Bedien- und Anschlussfehler und daraus entstehende Schäden wird keinerlei Haftung übernommen. - 11 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 5 Netzarten Im Krankenhaus, insbesondere im Operationssaal muss eine ständige Netzsicherheit gegeben sein, d.h. während einer Operation darf es nicht zum Stromausfall kommen. Um dies zu gewährleisten, bedarf es der Installation einer besonderen Netzart. Während in den normal genutzten Räumen (z.B. Patientenzimmer) überwiegend ein TN-S Netz zur Stromversorgung eingesetzt wird, wird im Operationssaal die Stromversorgung durch ein ITNetz realisiert. Bedeutung der Netzarten: Erster Buchstabe Bedeutung T direkte Erdung des Transformators I Isolierung aller aktiven Teile gegenüber Erde Tabelle 1: Bedeutung der Netzarten, erster Buchstabe Zweiter Buchstabe T N Bedeutung Körper direkt geerdet, unabhängig von der bestehenden Erdung der Stromquelle Körper direkt mit dem Erder des Transformators verbunden Tabelle 2: Bedeutung der Netzarten, zweiter Buchstabe - 12 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit Zusammenfassend beschrieben bedeutet dies: In einem TN-S-Netz sind separate Neutral- und Schutzleiter vom Transformator bis zu den Verbrauchsmitteln geführt. Der Sternpunkt des einspeisenden Transformators ist geerdet. Abbildung 1: TN-S-System Die leitfähigen Gehäuse der Betriebsmittel sind in einem IT-Netz geerdet, der Sternpunkt des einspeisenden Transformators jedoch nicht. Abbildung 2: IT – System - 13 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 6 Klassifizierung von medizinisch genutzten Räumen Da es aus Kostengründen nicht realisierbar und auch nicht von Nöten ist, im gesamten Krankenhaus auf die maximale Sicherheit zu setzen, d.h. dass gesamte Krankenhaus mit einem IT-System und Sicherheitsstromversorgung auszustatten, werden die Räumlichkeiten des Krankenhauses in Gruppen eingeteilt. Gruppe 0 1 2 Raumart Räume in denen keine elektrischen Geräte am Patienten eingesetzt werden. Räume in denen sich angewandte elektrische Geräte am Patienten abschalten dürfen. Räume in denen medizinisch genutzte Geräte für lebenserhaltene Maßnahmen amPatienten hängen. Es darf nicht abgeschaltet werden. Beispiele Bedingungen - Sanitärraum - Warteraum TN-S Netz; Schutz durch Abschaltung - Röntgenraum - EKG-AufnahmeRaum TN-S Netz; Schutz durch Abschaltung; zusätzlicher Potentialausgleich (PA) - OP-Saal - Herzkatheterr. - Aufwachraum - ITS-Bereich IT-Netz mit Isolationsüberwachung; zusätzlicher PA; Sicherheitsstromversorgung: < 0,5s für OP Leuchten < 15s für medizinische Geräte Tabelle 3: Klassifizierung von medizinisch genutzten Räumen - 14 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 7 Kennzeichnung von Steckdosen Damit es für den Anwender ersichtlich ist, wo welches Netz-System zur Verfügung steht, sind die Steckdosen im Krankenhaus farblich gekennzeichnet. Räume der Anwendungsgruppe 2 müssen neben den neutral gekennzeichneten Steckdosen (meist weiß) zusätzlich über grün und rot gekennzeichnete Steckdosen verfügen. Beide farbig gekennzeichneten Steckdosen verfügen über eine eigene Sicherheitsstromversorgung welche mit Hilfe des IT-Netzes realisiert wird. Die rot gekennzeichneten Steckdosen werden zusätzlich über eine USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung) betrieben. z.B. Diesel-Generator Zentrales Netz TN-S-Netz IT-Netz USV IT-Netz Steckdose Steckdose Abbildung 3: Einspeisung der Steckdosen - 15 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 8 Unterbrechungsfreie Stromversorgung …bedeutet, dass wenn es zum Ausfall der zentralen Stromversorgung kommt, es in Räumen der Anwendungsgruppe 2 erforderlich ist, innerhalb weniger Sekunden die Stromversorgung wieder herzustellen. Dies geschieht in der Regel durch einen mit Diesel betriebenen Generator. Da dieser jedoch einige Zeit benötigt, um Betriebsbereit zu sein, ist es erforderlich, diese ausfallende Zeit mit Hilfe von Akkumulatoren zu überbrücken. Diese Akkus befinden sich im System der USV und liefern während der oben genannten Zeitbrücke, die benötigte Stromversorgung. Bei den grünen Steckdosen genügt eine „Umschaltzeit“ von 15 Sekunden, dies ist die Zeit die der Generator benötigt, bis er Betriebsbereit ist. (siehe Tabelle. „Klassifizierung von medizinisch genutzten Räumen“). 9 Ableitströme Zunächst mal gibt es verschiedene Arten von Ableitströmen: Art Strom fließt von → nach Erdableitstrom Schutzleiter zur Erde Gehäuseableitstrom Gehäuse zur Erde Patientenableitstrom Anwendungsteil (z.B. Elektrode) zur Erde Tabell 4: Arten von Ableitströmen Der Unterschied zwischen Gehäuse- und Patientenableitstrom besteht darin, dass am Anwendungsteil des Patienten (z.B. Elektrode) der Ableitstrom gemessen wird. - 16 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit Desweiteren hängen die zulässigen Werte der Ableitströme vom Schutzgrad des Medizinproduktes ab: Zeichen Bezeichnung B (body) Beschreibung Anwendungsteil ist geerdet BF (body floating) Isoliertes Anwendungsteil CF (cardiac floting) Isoliertes Anwendungsteil CF (cardiac floting) Isoliertes Anwendungsteil und Defibrillator geschützt Tabelle 5: Schutzgrad Das Fließen hoher Ableitströme über den menschlichen Körper, lassen sich durch das Anbringen eines Potentialausgleiches verhindern. - 17 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit Die Grenzwerte der verschiedenen Ableitströme sind von der Normalsituation (N.C.) und der des 1. Fehlerfalles (S.F.C.) abhängig. Dabei wird auch zwischen Gleich und Wechselstrom unterschieden. Die Werte des Gleichstromes müssen durch ihrer ionisierenden Wirkung bedeutend geringer sein, als die des Wechselstromes. Entgegen dürfen die Ableitströme bei hohen Frequenzen (> 1000 Hz) nahezu vernachlässigt werden. Dies hängt mit der Reaktionszeit der Körperzellen zusammen. Ableitstrom Erdableitstrom Gehäuseableistrom Patientenableistrom Patientenableitstrom Normalsituation (N.C.) AC DC 0,5 mA 1.Fehlerfall AC 0,1 mA 0,1 mA 0,01 mA 1 mA B; BF; CF 0,5 mA B; BF; CF 0,5 mA 0,01 mA 0,05 - 18 - B und BF mA 0,05 mA Tabelle 6: Zulässige Höchstwerte von Ableitströmen Schutzgrad DC CF Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 9.1 Vermeidung von Ableitströmen 9.1.1 Schutzklasse I – Schutz durch Schutzleiter • Die Ableitströme fließen über den Schutzleiter zum Sternpunkt des Netzes. 9.1.2 Schutzklasse II – Schutz durch doppelte Isolierung • Die Ableitströme werden durch die meist doppelte Isolation gering gehalten. 9.1.3 Schutzklasse III – Schutz durch Schutzkleinspannung • Die Ableitströme werden durch die kleine Spannung gering gehalten. Zusätzlich werden in Räumen der Anwendungsgruppe 2 alle medizinischen Geräte, unabhängig von der Schutzklasse, mit einem zusätzlichen Potentialausgleich verbunden. 9.2 Symbole der Schutzklassen Schutzklasse I Schutzklasse II Abbildung 4 : Schutzklassen - 19 - Schutzklasse III Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 10 Wirkungsbereich von Körperströmen Abbildung 5: Wirkungsbereich von Köperströmen Normalerweise keine Einwirkungen wahrnehmbar Normalerweise keine schädigenden Einwirkungen Muskelverkrampfungen, Herzrhythmusstörungen sind möglich Gefahr des Herzkammerflimmerns möglich - 20 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 11 Zusätzlicher Potentialausgleich (ZPA) „Normalerweise existieren konstruktionsbedingt nur sehr kleine Berührungsspannungen auf berührbaren Geräteteilen, die bei Berührung zu Geräteableitströmen werden. Im Fehlerfall können größere Geräteableitströme in Form von Fehlerströmen auftreten. Im ersten Fehlerfall können diese Fehlerströme zu hohen Berührungsspannungen führen, wenn kein zusätzlicher Potenzialausgleich vorhanden ist. Der zusätzliche Potenzialausgleich stellt also eine vorbeugende Maßnahme dar, Patient, Anwender und Dritte vor Berührungsspannungen zu schützen, die durch Spannungspotenziale zwischen berührbaren leitfähigen Teilen sowie ortsveränderlichen mobilen Geräten entstehen können.“ Zur bereits oben genannten Begrenzung der Ableitströme ist für Räume der Anwendergruppe 2 neben dem Hauptpotentialausgleich der Gebäudeinstallation ein zusätzlicher Potentialausgleich (ZPA) erforderlich. In jedem Raum der Gruppe 2 ist daher eine vom Hauptpotentialausgleich getrennte Potentialausgleichschiene anzubringen. Jedes medizinisch elektrische Gerät muss über ein spezielles grün-gelbes Potentialausgleichkabel an diesen ZPA angeschlossen werden, denn dadurch wird realisiert, dass an allen Geräten die sich in unmittelbarer Patientenumgebung (1,5 m) befinden, gleiches Potential herrscht. Ableitströme werden demnach minimiert und fließen zur zusätzlichen Potentialausgleichschiene. Außerdem übernimmt der ZPA für den Fall der Unterbrechung eines Geräteschutzleiters die Aufgaben des „normalen“ Schutzleiters, d.h. dass diese Redundanz erwünscht ist. In den zusätzlichen Potenzialausgleich müssen einbezogen werden: - 21 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit • alle gleichzeitig berührbaren Körper ortsfester Betriebsmittel • alle vorhandenen Schutzleiter • alle fremden leitfähigen Teile, z. B. Wasserleitungen, Metallwände, Metallträger usw. Abbildung 6: Potentialausgleichkabel Abbildung 7: Potentialausgleichschiene - 22 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 12 Der Fehlerstromschutzschalter Allgemein gesagt bietet der Fehlerstromschutzschalter (FI) keinen Schutz gegen direktes Berühren, Kurzschluss bzw. Überlast. Er schaltet bei Überschreiten einer Differenzstromstärke, die im Krankenhaus mit 30 mA vorgeschrieben sind, allpolig ab. Differenzströme treten beim Fließen eines Fehlerstromes auf. Einfach gesagt, vergleicht er die Höhe des ankommenden mit dem des zurückfließenden Stromes, wobei die Differenz Null betragen muss. 12.1 Funktionsweise • 2 Spulen werden an einem Eisenkern in einer entgegen gesetzten Richtung betrieben. • Der magnetische Fluss hebt sich gegenseitig auf. • Fließt Strom gegen die Erde ( z.B. über den Schutzleiter) ab, so ist die Summe der beiden magnetischen Flüsse ungleich 0. • An einer 3. Spule, die sich im selben Eisenkernring befindet, wird eine Induktionsspannung induziert. • Auf Grund der Stromdifferenz wird der abgeschalten. • Die Auslösezeit darf keine 20 ms überschreiten. - 23 - Stromkreis allpolig Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 12.2 FI-Schutzschalter im Fehlerfall Abbildung 8: FI-Schutzschalter im Fehlerfall Die Summe der beiden magnetischen Flüsse ist ungleich Null. Da der Strom nicht über den Neutralleiter, also über den FI-Schutzschalter fließt, sondern bedingt durch den Körperschluss zur Erde bzw. zum Schutzleiter. Wichtig! Fehlerstromschutzschalter bieten keinen Schutz gegen Stromschlag, wenn eine Person auf einer isolierenden Unterlage beide Netzspannungsleitungen (L und N) berührt, da hier (aus „Sicht" des FI-Schutzschalters) kein Fehlerstrom auftritt. Aus diesem Grund ist es so wichtig, im OP auf den zusätzlichen Potentialausgleich nicht zu verzichten! Schaltet der FI – Schutzschalter ab, ist das lediglich ein Hinweis auf seine korrekte Funktion und nicht darauf, dass die Geräte in diesem Stromkreis richtig angeschlossen und geerdet sind. - 24 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 12.3 Funktionsbeschreibung der Prüftaste Abbildung 9: Prüftaste des FI-Schutzschalters Durch Drücken der Taste wird eine abgehende Phase über einen Widerstand mit dem Neutralleiter vor dem Fehlerstromschutzschalter verbunden und so gewollt ein Fehlerstrom erzeugt, der die Auslösestromstärke von 30 mA übersteigt. - 25 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 13 Was ist ein Körper? Unter einem Körper versteht man ein berührbares, leitfähiges Teil eines elektrischen Betriebsmittels, das im Normalfall nicht unter Spannung steht, im Fehlerfall jedoch unter Spannung stehen kann. Ein leitfähiges Teil, das im Fehlerfall nur über andere Körper unter Spannung stehen kann, wird nicht als Körper bezeichnet. 14 Was ist ein Körperschluss? Ein Körperschluss ist eine leitende Verbindung zwischen Gehäuse des Gerätes und einem unter Spannung stehenden Leiter oder Teil des Geräts aufgrund eines Isolationsfehlers. Abbildung 10: Darstellung eines Körperschlusses - 26 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 15 Der Isolationswächter 15.1 Funktionswächter - Allgemein Isolationswächter werden zum frühzeitigen Erkennen von Isolationsfehlern in Räumen der Gruppe 2 eingesetzt. Durch die Überwachung des Netzes wird ein Fehler frühzeitig erkannt. Ein Abschalten im ersten Fehlerfall muss nicht erfolgen, da er sich im Krankenhaus im Bereich des IT-Netzes befindet und im besagten Fehler noch keine Gefahr für Patient, Arzt und Dritte besteht. Eine Abschaltung des Stromnetzes hätte unter Umständen folgenschwere Auswirkungen für den Patienten, wenn dieser an lebenserhaltende Gerätschaften hängt. 15.2 Funktionsweise des Isolationswächters Ein Isolationswächter misst ständig den Isolationswiderstand zwischen aktivem Leiter und der Erde. Beim unterschreiten eines bestimmten Widerstandes gibt dieser optischen und akustischen Alarm. Das heißt, der Widerstand muss Hochohmig sein. Beim Auftreten des ersten Fehlers wird die Sicherheit des IT-Netzes verringert. Je niederohmiger der Isolationswiderstand ist, desto mehr gleicht das isolierte einem geerdeten TNNetz. Daher sind die besten Bedingungen für das IT-Netz ein kleines überschaubares Netz, also nur in Räumen der Anwendungsgruppe 2. - 27 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 16 Aufgabe des Trenntransformators Durch ihn wird der Stromkreis galvanisch vom einspeisenden TN-Netz getrennt und somit sekundärseitig nicht geerdet. Einer der beiden Leiter auf der Sekundärseite kann also gefahrlos berührt werden. Außerdem ist durch diese Potentialtrennung eine Begrenzung der Ableitströme aller angeschlossenen Geräte möglich. Ein Gerät, das einen ersten Fehler aufweist, stellt somit bei intaktem Schutzleiter oder intakter Isolierung des Endgeräts noch keine unmittelbare Gefährdung des Patienten, des Arztes oder Dritten dar. Allerdings wird hierdurch die Schutzwirkung des Trenntransformators aufgehoben, weshalb ein solcher Fehler angezeigt werden muss (Isolationswächter). In einem „normalen“ Stromnetz würde ein FI-Schutzschalter eine Abschaltung des Stromnetzes im Falle eines Isolationsfehlers auslösen. Da es sich hier aber um ein ausfallsicheres Netz handelt, ist die Installation eines FI-Schutzschalters in IT-Netzen nicht gestattet. - 28 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 17 Funktion des Schutzleiters Der Schutzleiter dient im elektrischen Stromkreis lediglich der Sicherheit, er ist kein Leiter, über den im Normalbetrieb ein elektrischer Strom fließt. Die Aufgabe des Schutzleiters ist es, im elektrischen System, Mensch und Tier vor gefährlichen Berührungsspannungen zu schützen. Über ihn soll im Fehlerfall, beispielsweise eines Körperschlusses, der Fehlerstrom abgeführt werden. Der Schutzleiterwiderstand darf einen Wert von 0,3 Ω (Gerät + Netzleitung) nicht überschreiten. Zum Fall eines Fehlerstromkreises gehört noch eine zweite, sehr wichtige Komponente – die Schleifenimpedanz. Sie ist ausschlaggebend für die Einhaltung der geforderten Abschaltzeit. Diese wiederum kann nur eingehalten werden, wenn im Fehlerfall ein hoher Abschaltstrom fließt. Die Abschaltzeit im 230 Volt-Netz beträgt 0,4 s. Beispielrechnung Es soll ein medizinisches Gerät betrieben werden. Dieses ist an einer 230 V Steckdose angeschlossen, welche wiederum mit einem Leitungsschutzschalter B 16A abgesichert ist. Wie groß darf die maximale Schleifenimpedanz (Zmax) sein? geg.: 230 V AC; B 16A Leitungsschutzschalter (IN) ges.: Schleifenimpedanz (Zmax) Lsg.: Abschaltstrom: IA = 5 IN IA = 5 16 A IA = 80 A - 29 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit Schleifenimpedanz: Zmax = Antwort: Zmax = 2,9 Ω Die Schleifenimpedanz darf 2,9 Ω nicht überschreiten. Wie weit darf das medizinische Gerät max. von der Unterverteilung entfernt sein, wenn die Schleifenimpedanz eingehalten werden soll? Als elektrische Leitung dient 1,5 Kupfer (Cu). geg.: Spezifischer elektrischer Widerstand: Leitungsquerschnitt: A = 1,5 Schleifenimpedanz: Zmax = 2,9 Ω = 0,0175 mm2 m-1 ges.: Länge der Leitung Lsg.: l= l= l = 124 m Antwort: Die Länge, inklusive Gerätestecker dürfen 124 m nicht überschreiten, so dass im Fall eines Fehlerstromes die Schutzeinrichtung zum Tragen kommt. - 30 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 18 Produktbeschreibung Auf einer milchig wirkenden 100 cm x 70 cm großen Plexiglasplatte befindet sich der gesamte Simulationsaufbau. Auf ihr befindet sich der Hauptschalter, die zwei Netz-Arten, Steckdosen, aufgezeichnete Gerätschaften sowie der optisch wirkende Fehlerstromkreis. Nicht zu vergessen ist die Unterverteilung, in der sich die Absicherung - Leitungsschutzschalter, Fehlerstromschutzschalter und diverse Relais und Zeitrelais zur Realisierung der Simulationsvarianten befindet. Im Rückteil der Tafel befindet sich der Trenntransformator zur Realisierung des IT-Netzes sowie die Verkabelung und Verdrahtung der einzelnen Komponenten. Abbildung 11: Simulationsmodell im Gesamtüberblick - 31 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 19 Simulationsbeschreibung 19.1 Vorwort Aus Sicherheitsgründen besitzt dieses Simulationsmodell einen Hauptschalter (S1) der auch als Notschalter zu sehen ist. Zu jeder Zeit kann dieser SchalterS1 betätigt werden. Bei Betätigung während einer Simulationsphase, wird die gesamte Anlage vom Netz getrennt, so dass keine Gefahr für den Anwender besteht. Auch wenn für längere Zeit keine Simulation durchgeführt wird, beispielsweise während einer Schulpause, sollte die Anlage immer über den Schalter-S1 außer Betrieb genommen werden, da in der Anlage befindliche Transformatoren unnötig Wärme, also Energie aufnehmen. 19.2 Inbetriebnahme Die Simulationstafel sollte so auf einen Tisch platziert werden, dass der Anwender und auch das beschulte Publikum eine gute Sicht auf die Tafel hat. Dabei ist zu beachten, dass die Tafel gegen Umfallen gesichert sein muss. Zur Vorsorge, befinden sich Gumminoppen an den Füßen. Die Simulationstafel sollte mit dem Netzkabel stets über einen seperaten Trenntransformator betrieben werden. So entgeht man der Gefahr, dass während einer Fehlersimulation der hausinterne Fehlerstromschutzschalter anspringt und das Klassenzimmer oder gar einen ganzen Gebäudekomplex außer Strom setzt. - 32 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 19.3 Aufbau der Simulationstafel Im oberen Teil sind die Netzarten mit einem unterbrochenen Schutzleiter dargestellt. Alle auf der Tafel befindlichen Steckdosen sind mit einem 1 Ampere Leitungsschutzschalter abgesichert. Eine der zwei Einzelstehenden Steckdosen ist zusätzlich noch über einen Fehlerstromschutzschalter abgesichert. Beide Steckdosen werden über ein TNS-Netz eingespeist. Im linken Teil befindet sich das IT-Netz. An diesem sind 3 Steckdosen angeschlossen (auch über die 1 Ampere-Steckdose abgesichert). Im unteren Teil befinden sich 3 Geräte der Schutzklasse I, welche ihre Funktionsbereitschaft durch das leuchten der Lampen signalisieren. Außerdem können Sie auf gleicher Höhe wie die Geräte ein „Strichmännchen“ namens Maxi entdecken, welches mit einer roten und einer grünen Leuchte ausgestattet ist. 19.4 Die Simulationsphasen Die Simulationstafel wird über den Hauptschalter in Betrieb genommen. Der Schalter leuchtet. 19.4.1 Körperschluss mit hochohmigem Schutzleiter im TN-S-Netz 1. Gerät 1 an Steckdose „ohne FI“ einstecken! Gerät 1 leuchtet. 2. Schutzleiter mit Hilfe der grün/gelben Messleitung von P1 zu P3 verbinden! - 33 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 3. Den Leitungsschutzschalter F1 in oberer Stellung versetzen. 4. Blaue Sicherheitsmessleitung von N1 zu PE1 einstecken! 5. Den Kurzschlussschalter in Richtung N betätigen! Reaktion: Maxi leuchtet grün; Gerät 1 bleibt in Betrieb Folge: Es ist kein Potentialunterschied zwischen N und PE. Maxi ist nicht in Gefahr. 19.4.2 Körperschluss mit hochohmigem Schutzleiter im TN-S-Netz 1. Alle Messleitungen entfernen! 2. Gerät 1 an Steckdose „ohne FI“ einstecken. Gerät 1 leuchtet. 3. Schutzleiter mit Hilfe der grün/gelben Messleitung von P1 zu P3 verbinden! 4. Den Leitungsschutzschalter F1 in oberer Stellung versetzen. 5. Schwarze Sicherheitsmessleitung von L1 zu PE1 einstecken! 6. Den Kurzschlussschalter in Richtung L betätigen! Reaktion: Maxi leuchtet dunkelrot auf. Sicherung F1 fällt ab. Folge: Durch den hochohmigen Schutzleiterwiderstand ist Maxi einer großen Gefahr ausgesetzt. Im Schlimmsten Fall fließt der Fehlerstrom ungehindert über den menschlichen Körper zur Erde, ohne dass die Sicherung reagiert. Lebensgefahr! 19.4.3 Körperschluss mit voll funktionstüchtigem Schutzleiter im TN-S-Netz 1. Alle Messleitungen entfernen! 2. Gerät 1 an Steckdose „ohne FI“ einstecken! Gerät 1 leuchtet. - 34 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 3. Schutzleiter mit Hilfe der grün/gelben Messleitung von P2 zu P3 verbinden! 4. Den Leitungsschutzschalter F1 in oberer Stellung versetzen. 5. Schwarze Sicherheitsmessleitung von L1 zu PE1 einstecken! 6. Den Kurzschlussschalter in Richtung L betätigen! Reaktion: Maxi leuchtet rot auf. Sicherung F1 fällt ab. Folge: Der Schutzleiter erfüllt den nach DIN vorgeschriebenen Schleifenwiderstand, so dass dessen Funktion voll gegeben ist. Maxi ist zwar einer Gefahr ausgesetzt, jedoch fällt die Sicherung F1 nach Erreichen des Auslösestromes (10 fache des Nennstromes) ab. 19.4.4 Körperschluss mit voll funktionstüchtigem Schutzleiter im TN-S-Netz mit zusätzlicher Absicherung durch Fehlerstromschutzschalter 1. Alle Messleitungen entfernen! 2. Gerät 1 an Steckdose „mit FI“ einstecken! Gerät 1 leuchtet. 3. Schutzleiter mit Hilfe der grün/gelben Messleitung von P2 zu P3 verbinden! 4. Leitungsschutzschalter F1 einschalten! 5. Blaue Sicherheitsmessleitung von N1 zu PE1 einstecken! 6. Den Kurzschlussschalter in Richtung N betätigen! Reaktion: Maxi leuchtet grün; FI-Schutzschalter schaltet ab Folge: Maxi ist keiner Gefahr ausgesetzt. Der Fehlerstromschutzschalter erkennt, dass die Summe der hin- und rückfließenden Ströme ungleich Null ist. Da der Strom nicht über den Neutralleiter, also über den FI-Schutzschalter fließt, sondern bedingt durch den Körperschluss direkt zur Erde. - 35 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 19.4.5 Körperschluss mit voll funktionstüchtigem Schutzleiter im TN-S-Netz mit zusätzlicher Absicherung durch Fehlerstromschutzschalter 1. Alle Messleitungen entfernen! 2. Gerät 1 an Steckdose „mit FI“ einstecken! Gerät 1 leuchtet. 3. Schutzleiter mit Hilfe der grün/gelben Messleitung von P2 zu P3 verbinden! 4. Leitungsschutzschalter F1 einschalten! 5. Schwarze Sicherheitsmessleitung von L1 zu PE1 einstecken! 6. Den Kurzschlussschalter in Richtung L betätigen! Reaktion: Maxi leuchtet grün; FI-Schutzschalter schaltet ab; F1 löst aus Folge: Bedingt durch die Auslösezeit des FI-Schutzschalters von 20 ms ist Maxi keiner Gefahr ausgesetzt. 19.4.6 Erster Fehlerfall im IT-Netz 1. Alle Messleitungen entfernen! 2. Gerät 2 an grüne Steckdose anschließen! Gerät 2 leuchtet. 3. Schutzleiter mit Hilfe der grün/gelben Messleitung von P2 zu P3 verbinden! 4. Leitungsschutzschalter F1 einschalten! 5. Blaue Sicherheitsmessleitung von L2 zu PE2 einstecken! Reaktion: Gerät 2 leuchtet weiterhin; Isolationswächter gibt Meldung ab Folge: Trotz des bestehenden Körperschlusses kann das Gerät 2 weiter betrieben werden. Es besteht keine Gefahr für den Anwender. - 36 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 19.4.7 Zweiter Fehlerfall Im IT- Netz 1. Erster Fehlerfall muss bestehen bleiben! 2. Achtung: Der Schutzleiter ist simulationsbedingt in der Zuleitung zum Gerät 3 unterbrochen! 3. Gerät 3 an grüne Steckdose anschließen! Gerät 3 leuchtet. 4. Schwarze Sicherheitsmessleitung von L3 zu PE3 einstecken! Reaktion: Trotz des zweiten Fehlers bleibt Gerät 2 und 3 in Betrieb. Folge: Durch die Unterbrechung des Schutzleiters an Gerät 3 besteht kein geschlossener Fehlerstromkreis, so dass die Sicherung F1 in Betrieb bleibt. 5. Leuchtmittel mit den zwei Messleitungen an ZPA1 und ZPA2 anschließen! Reaktion: Lampe leuchtet Folge: Dadurch, dass der Schutzleiter in der Zuleitung zum Gerät 3 unterbrochen ist, der Geräteinterne Schutzleiter jedoch eine Verbindung mit dem Potentialausgleichbolzen Potentialausgleichbolzen der eingeht, Geräte 2 liegt und 3 zwischen eine den gefährliche Berührungsspannung von 230 Volt. 6. Lampe wieder entfernen und durch eine grün/gelbe Sicherheitsmessleitung ersetzen! Reaktion: Fehlerstromkreis ist geschlossen zeitverzögert reagiert die Sicherung F1. - 37 - und wird angezeigt; Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit Folge: Der unterbrochene Schutzleiter am Gerät 3 wird durch den zusätzlichen Potentialausgleich überbrückt. Somit entsteht ein geschlossener Fehlerstromkreis, welcher nicht zulässig ist, so dass die Sicherung F1 anspringt und die gesamte Anlage außer Betrieb setzt. 19.5 Schlussfolgerung Allein dieses Bespiel zeigt, wie wichtig ein völlig intakter Schutzleiter ist. Ein Gerät, das einen ersten Fehler aufweist, stellt bei intaktem Schutzleiter oder intakter Isolierung des Endgeräts noch keine unmittelbare Gefährdung des Patienten, Arztes oder Dritter dar. Allerdings wird hierdurch die Schutzwirkung des Trenntransformators aufgehoben, weshalb ein solcher Fehler angezeigt werden muss (Isolationswächter). In einem „normalen“ Stromnetz würde ein FI-Schutzschalter eine Abschaltung des Stromnetzes im Falle eines Isolationsfehlers auslösen – da es sich hier aber um ein ausfallsicheres Netz handelt, ist die Installation eines FI-Schalters in IT-Netzen untersagt. - 38 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 20 Schaltungen 20.1 Vernetzung der Steckdosen Schaltung 1: Vernetzung der Steckdosen - 39 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 20.2 Erster Simulationsversuch Bei meiner ersten Schaltung versuchte ich die Simulationen 1, 4 und 5 zu realisieren. Ich entworf zunächst einen Schaltungsplan, nach dem die 3 Simulationsphasen theoretisch zu realisieren währen. Die Praxis bewies mir jedoch etwas anderes. Die zwei Relais im SP3 und 4 störten sich gegenseitig. Meine Idee war es das entweder K2 oder K3 in Abhängigkeit davon angesteuert werden, ob eine Verbindung von L1 zu PE1 oder eine Verbindung von N1 zu PE1 besteht. Dieses Problem löste ich, indem ich einen „Kurzschlussschalter S2“ einsetzte, der entweder K2 oder K3 ansteuert (siehe Schaltung 3). Schaltung 2: Erster Simulationsversuch - 40 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 20.3 Vernetzung der Simulationen 1 bis 5 Schaltung 3: Vernetzung der Simulationen 1 bis 5 - 41 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 20.4 Vernetzung der Simulationen 6 und 7 Schaltung 4: Vernetzung der Simulationen 6 und 7 - 42 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 20.5 Schaltungsbeschreibung 20.5.1 Schaltung 1 Elektroinstallation wie sie durchaus im Krankenhaus realisiert wird. • SD1 ist die Steckdose welche über den Sicherungsautomaten F2 abgesichert ist. • SD2 ist zusätzlich über den Fehlerstromschutzschalter F3 abgesichert. • SD3 – 5 sind die Steckdosen die sich in Räumen der Anwendungsgruppe 2 befinden. Sie werden über einen Trenntransformator „Tr1“ eingespeist. Abgesichert sind auch diese über den Sicherungsautomaten F2. • Der Transformator 2 ist für Schutzkleinspannung zuständig. Er wird für diverse Bauteile zur Realisierung der Simulationsphasen benötigt. • Der Hauptschalter S1 schaltet die gesamte Anlage allpolig ab. 20.5.2 Schaltung 3 Die Schaltung 3 ist die Realisierung der Körperströme im TN-S-Netz. • Abhängig davon, ob der Gerätestecker des „ersten Gerätes“ in der Steckdose „ohne FI“ oder „mit FI“ gesteckt ist, wird K1 im SP1 oder K2 im SP2 angesteuert. • Im SP 3 und 4 werden die verschiedenen Körperschlüsse gesteckt, welche mit dem „Kurzschlussschalter S2“ realisiert werden. K3 oder K4 wird angesteuert. • K5 im SP6 ist durch den zeitverzögerten Schließer im SP11 verantwortlich für den Kurzschluss zwischen Phase und Neutralleiter. - 43 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit • R2 im SP7 ist ein Lastwiderstand, der dass Auslösen des FISchutzschalters herbeiführt, wenn eine Verbindung zwischen Neutralund Schutzleiter besteht. • H1 im SP8 leuchtet grün wenn für die Simulationsfigur „Maxi“ keine Gefahr besteht. • H2 im SP9 leuchtet entweder hell- oder dunkelrot in Abhängigkeit davon, ob die Schutzleiterverbindung von P3 zu P1 oder von P3 zu P2 besteht. Dunkelrot signalisiert der Simulationsfigur „Maxi“, dass sie einer großen Gefahr ausgesetzt ist, wenn eine schlechte Schutzleiterverbindung zu den Geräten besteht. Hellrot bedeutet keine große Gefahr, da die Schutzfunktionen voll aktiv sind. 20.5.3 Schaltung 4 In der Schaltung 4 geht es um die Simulation der 2 Fehlerfälle im IT-Netz. • Eine Brücke zwischen L2 im SP1 und PE2 im SP3 simuliert den 1. Fehlerfall • Durch die Brücke zwischen ZPA1 im SP2 und ZPA2 im SP4 zieht das Relais K6 in SP4 an und der Schließer von K6 in SP5 bewirkt, dass der Fehlerstromkreis durch Leuchtdioden angezeigt wird. • K7 im SP6 wird durch den Schließer im SP5 an Spannung gebracht und betätigt nach Ablauf einer eingestellten Zeit den Schließer im SP7, welcher dass Auslösen von F2 bewirkt. - 44 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 21 Mögliche Gefahrenquellen 21.1 Gefährdung durch elektrische Energie Eine direkte Gefährdung durch elektrische Energie ist nicht gegeben, da alle Bauelemente Berührungssicher sind. Zur Verdrahtung der Simulationsszenarien sind ausschließlich die in der Funktionsbeschreibung genannten Sicherheitsmessleitungen zu verwenden. Um dennoch Gefahren abzuwenden, wurden Leitungsschutzschalter (B10 und C1) sowie ein Fehlerstromschutzschalter (25 A, IN = 30 mA) eingesetzt. Das Eindringen von Wasser sollte unbedingt vermieden werden, da die Anlage lediglich den Schutzgrad IP 22 aufweist. Auch eine Gefährdung durch EMV (Elektro-Magnetische-Verträglichkeit) ist nicht gegeben, da die Anlage die Richtlinien nach EMVG (EG-Richtlinie 89/336/EWG) einhält. 21.2 Gefährdung durch mechanische Energie Um durch ein Umkippen des Modells einen eventuellen Schaden abzuwenden, befinden sich an der Hinterseite zwei Standfüße. 21.3 Gefährdung durch falsche Anwendung Vor der Anwendung muss mindestens die Kurzgebrauchsanleitung ausreichend studiert werden. Sollte dennoch eine Durchführung einer Simulation in der falschen Reihenfolge erfolgen, besteht keine Gefahr für den Anwender, sondern die Simulation wird nicht das geforderte Ergebnis liefern. - 45 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 21.4 Gefährdung durch falsche Messleitungen Die Durchführung der Simulationen muss unbedingt mit denen im Lieferumfang enthaltenen Sicherheitsmessleitungen erfolgen. Diese besitzen einen Berührungsschutz. Bei Verwendung falscher Messleitungen kann es zu gefährlichen Berührungsspannungen kommen. 21.5 Gefährdung durch Funktionsstörung Eine Gefährdung durch Funktionsstörung kann bei sachgerechter Anwendung ausgeschlossen werden. Bei Auftreten einer Funktionsstörung sind alle Messleitungen zu entfernen, der Netzstecker muss vom Netz getrennt werden und der Stand der Kippschalter der Leitungsschutzschalter bzw. des Fehlerstromschutzschalters muss geprüft werden. Diese müssen sich in oberer Stellung befinden. Sind die beschriebenen Maßnahmen durchzogen worden, wird mit der ausgewählten Simulation von vorn begonnen. 22 Risikoeinschätzung Die Risikoeinschätzung setzt sich aus zwei Faktoren zusammen, die beide vom Hersteller abgewogen werden müssen. Zum Einen besteht sie aus dem Schweregrad der Gefahren, die vom Produkt ausgehen können und zum Anderen aus der Wahrscheinlichkeit mit der diese erstgenannte Gefährdung auftreten kann. - 46 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit Die Berechnung des Risikos sieht wie folgt aus: Risiko = Schweregrad Wahrscheinlichkeit Aus dieser Berechnung ergeben sich folgende kategorische Ergebnisse: Risikowert: 1 – 6 acceptable (ACC) 7 – 11 as low as reasonable practicable (ALARP) 12 – 24 not acceptable (NACC) Schweregrad 1 vernachlässigbar, keine oder geringe Gefahr einer Verletzung 2 marginal, Gefahr einer Verletzung 3 kritisch, Gefahr einer schweren oder tödlichen Verletzung 4 katastrophal, mehrfache Gefahr einer schweren oder tödlichen Verletzung Tabelle 7: Ermittlung des Schweregrades Wahrscheinlichkeit (Fälle pro Jahr und Gerät) 1 äußerst selten < 10-6 2 Unwahrscheinlich 10-4 – 10-6 3 Selten 10-3 – 10-4 4 Gelegentlich 10-1 – 10-2 5 Wahrscheinlich 6 Häufig 1 – 10-1 >1 Tabelle 8: Ermittlung der Wahrscheinlichkeit - 47 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit Beim Sorgfältigen studieren der Gebrauchsanleitung, welches zur Benutzung dieses Simulationsmodells unbedingt erforderlich ist und bei sachgerechter Anwendung und Verwendung der im Lieferumfang enthaltenen Sicherheitsmessleitungen, kann es nach meiner Einschätzung zu keiner Gefährdung des Anwenders kommen. Daher vergebe ich den Schweregrad 1 (vernachlässigbar, keine oder geringe Gefahr einer Verletzung). Darauf bezogen, dass es dieses Simulationsmodell nur in einmaliger Ausführung gibt und sich an ihr, ausschließlich Studierende unter Aufsicht eines erfahrenen Dozenten versuchen, vergebe ich für die Wahrscheinlichkeit einer potentiellen ausgesetzten Gefahr den Wert 1. Risiko = Schweregrad Risiko = 1 Wahrscheinlichkeit 1=1 Risikowert = 1 → acceptable (ACC) - 48 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 23 Reinigung Die Reinigung des Simulationsmodells erfolgt mit einem fuselfreien Tuch, das leicht mit warmen Wasser und einer standart Reinigungslösung angefeuchtet ist. Auf keinen Fall sollten Desinfektionsmittel verwendet werden, da sich sonst die Beschichtung der Multiplexplatte löst. 24 Abkürzungsverzeichnis Abkürzung Beschreibung FI Fehlerstromschutzschalter ZPA Zusätzlicher Potentialausgleich AC Wechselstrom DC Gleichstrom B Body BF body floating CF cardiac floating SP Stromlaufplan N Neutralleiter L Phase PE Schutzleiter Tabelle 9: Abkürzungsverzeichnis - 49 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 25 Quellen Quelle Zugriffszeit http://www.rts.unihannover.de/images/5/50/Versuch1Grundlagen_1.4.pdf http://www.ambb.de/autoren/gaertner/ZPA/ZPA.htm http://www.hawhamburg.de/fileadmin/user_upload/FakLS/8LABORE/Inten sivstation/Elektroinstallation.pdf http://www.dke.de/VDE/ 09.01.2009 09.01.2009 10.01.2009 21.02.2009 http://www.ambb.de/autoren/gaertner/ZPA/ZPA.htm 09.04.2009 http://www.vis.bayern.de/technik/fachinformationen/praeventio n/sicherheitstechnik/pic/fi-schaltbild.jpg http://www.wokaelektronik.de/wokacms/pages/de/produkte/isolationsFCberwach ung.php 09.04.2009 Tabelle 10: Quellen - 50 - 10.04.2009 Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit 26 Selbständigkeitserklärung Ich versichere hiermit, dass diese Abschlussarbeit mit dem Thema: Elektrische Sicherheit im Krankenhaus, selbständig verfasst und keine anderen, als die angegebenen Quellen benutzt wurden. - 51 - Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik Elektrische Sicherheit Ort, Datum Unterschrift - 52 -
