Определение мощности источника бесперебойного питания (ИБП) для медицинского диагностического оборудования

В связи с динамическим характером потребляемого тока диагностическими системами (такими как магнитно-резонансная томография (МРТ), компьютеризованный томография (КТ), а также Рентгеновские установки), к ИБП предъявляются дополнительные специфические требования. При выборе ИБП для защиты электроснабжения таких систем они должны быть корректным образом подобраны и проверены, чтобы обеспечивать специфические требования нагрузки. Не все ИБП способны поддерживать данные типы нагрузки и простое завышение мощности не гарантирует правильную работу системы.

 Зачем ИБП нужен диагностическому медицинскому оборудованию?

Диагностическое оборудование исторически подключалось непосредственно к городской сети, практически без использования специальных устройств для защиты линии электропитания. Изменения начались в конце 1970-х годов, с появлением компьютеризованных томографических систем (КТ сканеры). Были зарегистрированы многочисленные отказы, проявлявшиеся случайно и их природа не была понятна. Исследования показали, что некачественные изображения и отказы оборудования вызывались сбоями в электроснабжении. Первоначально для защиты линии питания от помех применялись устройства защиты от перенапряжений (УЗИП). Это дало некоторый положительный эффект, но проблему полностью не решило. В конце 80-х годов стали применять стабилизаторы напряжения и изолирующие трансформаторы с целью уменьшить влияние некачественного электропитания на работу диагностического оборудования.

 В то же время, параллельно с проблемами электроснабжения компьютерных томографов начали применяться другие типы диагностических систем. Магнитно-резонансные томографы также требовали стабильного электропитания для надёжной работы и получения качественных изображений. Для оборудования МРТ также стали применять УЗИП, стабилизаторы и трансформаторы. В конце 80-х и начале 90-х годов это оборудование стали стандартно включать в состав распределительных электрических щитов, к которым подключалось медицинское оборудование.

Следующим логичным шагом стало включение в состав систем электропитания ИБП. Сейчас практически любые системы медицинской визуализации (КТ, МРТ, УЗИ, рентгенография, позитронно-эмиссионная томография – ПЭТ) являются кандидатами на применение ИБП.

 Выбор ИБП

Применение рентгеновских аппаратов, КТ, МРТ связано с проблемой определения мощности ИБП для данного вида нагрузки. Каждая из этих систем имеет сильно меняющийся профиль потребления электрического тока и ограниченный диапазон напряжения. Как пример, типичный КТ имеет характеризуется средней потребляемой мощностью 20 кВА, при этом максимальная мощность составляет 90 кВА в течение времени от нескольких миллисекунд до 10-20 секунд. В течение этого промежутка времени напряжение не должно изменяться более чем на 6% от номинального значения. Как видно из этого примера, КТ имеет сильно меняющуюся характеристику потребляемой мощности, однако другие медицинские системы визуализации превосходят КТ по этому параметру. Рентгеновский аппарат для сосудистой диагностики (ангиограф) имеет генератор рентгеновской трубки мощностью около 100 кВт, который требует около 170 кВА на входе. В среднем такая система потребляет очень малую мощность, 5…10 кВА. Изменение потребляемой мощности происходит за 10-40 миллисекунд, и скачкообразные изменения потребления происходят до 12 раз за секунду. Такая нагрузка является очень неудобной для ИБП.

 Для правильного выбора ИБП информация о характере потребления КТ, рентгеновского или МРТ оборудования должна быть определена и предоставлена экспертам компании – поставщика ИБП. Ниже приведён список критически важных характеристик, необходимых для выбора ИБП:

1. непрерывная (средняя) потребляемая мощность

2. мгновенная или же максимальная потребляемая мощность

3. цикл времени изменения нагрузки

а. длительность периода максимального потребления

б. частота повторения периодов максимального потребления

4. требования по стабильности напряжения

5. подробности о типе выпрямителя системы питания оборудования визуализации, который является нагрузкой для ИБП

Не все диагностические системы визуализации характеризуются динамическим потреблением. Системы ядерной медицины, ПЭТ, УЗИ, а также информационные компьютерные системы потребляют при работе не сильно меняющееся количество энергии. Хотя и для таких систем можно указать пару предостережений:

1. УЗИ системы ультразвук очень чувствительный к радиочастотным помехам. Эти помехи могут быть как наведёнными, так и кондуктивными. Основным источником помех является инвертор ИБП.

2. Камеры систем ядерной медицины могут быть установлены в подвесе, который приводится в движение электромоторами, характеризующимися значительными пусковыми токами в начале движения привода. По этой причине ИБП может потребоваться большей мощности, нежели величина средней потребляемой мощности такой системы при сканировании.

Проверка корректности выбора ИБП

Если было принято решение о тестировании выбранной модели ИБП при работе с диагностическим оборудованием, такие испытания должны производиться в контролируемых условиях. Предпочтительным местом проведения тестов является испытательная зона производителя. Это позволяет регистрировать большое число параметров и обеспечивает участие квалифицированного персонала в испытаниях.

Программа испытаний должна быть разработана заранее и согласована с заинтересованными сторонами.

После завершения испытаний в лаборатории может потребоваться повторение тестов на объекте. При этом проверяется не только функционирование ИБП, но и выполнение требований по транспортировке, подключению и вводу в эксплуатацию оборудования.

Некоторые ошибки при выборе ИБП

• "Если диагностическая система имеет номинальную мощность 20 кВА, достаточно установить ИБП 20 кВА." Неправильно, номинальная мощность систем визуализации не учитывает величины пиковой мощности при выполнении процедуры сканирования.
• «Большая нагрузка является «кратковременной», поэтому ИБП можно взять меньшей мощности». Неправильно, диагностические системы визуализации имеют жёсткие ограничения по отклонениям напряжения. Если ИБП имеет недостаточную мощность, напряжение на его выходе будет изменяться сильнее, чем допускает нагрузка, что приведёт к искажениям изображений, ошибкам и отказам системы.
• "Если диагностическое оборудование имеет мощность 60 кВА, достаточно взять ИБП вдвое большей мощности, это решит проблему со стабилизацией напряжения». Неправильно, определяющим выбор фактором является способность инвертора ИБП справиться с динамическим изменением величины нагрузки. Удвоение или же утроение мощности ИБП может не обеспечить требуемых характеристик стабильности напряжения на его выходе.

Заключение

• Определение мощности ИБП для диагностического медицинского оборудования требует больше чем просто взгляда на идентификационную табличку с основными характеристиками.
• Специалисты компании-поставщика ИБП должны быть привлечены к выбору ИБП для конкретного медицинского комплекса.
• Диагностическое оборудование визуализации, такое как МРТ, КТ или рентгеновский комплекс, имеют сильно изменяющиеся, динамические характеристики потребляемой мощности.
• Тестирование выбранного ИБП с нагрузкой является лучшим способом проверки работоспособности системы. Его желательно проводить с привлечением инженерного состава компании – поставщика ИБП.
• Различные типы ИБП реагируют по-разному на динамическое изменение потребляемого тока при работе диагностических систем.
• ИБП, хорошо зарекомендовавшие себя при работе в дата-центрах могут не обеспечить качественное и надёжное электропитание для специфических нагрузок медицинских систем визуализации (МРТ, КТ или рентгеновских установок).

См. также статью ИБП для медицины, в которой подробно рассмотрены медицинские применения ИБП