Appunti di sicurezza elettrica

8/8/2019 Appunti di sicurezza elettrica

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Strumentazione Biomedica Appunti di Sicurezza Elettrica

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GianLuca DeMichelis

Appunti di

Sicurezza Elettricadal Corso di Strumentazione Biomedica

del professor R. Merletti

Seconda Legge di Sodd

Prima o poi, la peggiore combinazione possibile

di circostanze destinata a prodursi.

Corollario

Un sistema deve essere sempre concepito in modo da resistere alla

peggiore combinazione possibile di circostanze


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Effetti fisiologici della corrente elettrica

Gli effetti della corrente sul corpo umano si dividono indue grossi gruppi:

Eccitazione neuromuscolare:

il passaggio di corrente innesca un potenziale dazione nelle cellule eccitabili del corpo. Questo pu

causare contrazioni muscolari, sensazioni dolorose, spasmi. Se la corrente applicata sul cuore

leccitazione non sincrona rispetto al battito cardiaco delle reti neurali del cuore (le maggiori delle

quali sono il nodo seno-atriale e il nodo atrio-ventricolare) pu generare fibrillazione.

Effetti indotti da corrente alternata sinusoidale attraverso il tronco per la durata di un secondo:

Intensit di corrente effetti1 mA Soglia di percezione

5 - 10 mA Intervallo di massima corrente tollerabile senza

effetti fisiologici

10 - 20 mA Si pu lasciare la parte in tensione senza

contrazione apprezzabile dei muscoli

50 mA Dolore, probabile svenimento, perdita delle forze,

danno meccanico, le funzioni cardiache e

respiratorie non vengono compromesse, possibile

fibrillazione

100 mA - 2 A Ampio intervallo di insorgenza della fibrillazioneventricolare, il centro respiratorio non viene

alterato apprezzabilmente

6 A ed oltre Contrazione sostenuta del miocardio seguita dal

normale ritmo cardiaco, paralisi temporanea

dellattivit respiratoria, ustioni per effetto Joule

se la densit di corrente elevata

(Kouwenhoven e coll. 1957; Daltziel, 1959)

Linnesco del potenziale dazione sulle cellule eccitabili avviene per correnti che vanno dalla

continua sino a qualche decina di kHz. Oltre questa frequenza la corrente passa senza causare uno

scambio di ioni attraverso la membrana delle cellule, il passaggio di corrente non quindi avvertitodirettamente.

Effetto termico:

leffetto Joule, presente a tutte le frequenze ma utilizzato clinicamente con correnti intense e

frequenze superiori ai 300 kHz (elettrobisturi). In pratica il passaggio di corrente scalda il

conduttore.

Osserviamo che nei pressi di un elettrodo piccolo la densit di corrente sar grande, e quindi sar

grande la dissipazione termica; al contrario su un elettrodo grande, dove la densit di corrente

bassa, leffetto termico sar trascurabile.


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Dispositivi di protezione per gli impianti

elettrici

Fusibile:

un apparecchio inserito in un circuito tra la linea di alimentazione ed il carico; costituito

essenzialmente da un tratto di circuito di materiale e sezione tali da far passare facilmente lintensit

di corrente normale; viceversa per intensit superiori leffetto Joule produce la fusione del circuito e

quindi linterruzione dello stesso.

Interruttore magneto-termico:

un dispositivo che contiene, al suo interno due dispositivi di protezione diversi e complementari:linterruttore magnetico, costituito da un rel, interviene rapidamente (tempi nellordine dei

centesimi di secondo) nel momento in cui si crea un cortocircuito diretto, e linterruttore termico

che interviene in tempi maggiori (qualche secondo) per valori di corrente superiori ad una data

soglia.


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Dispositivi di protezione delle persone

Quinto Corollario alla Legge di Murphy

I cretini sono sempre pi ingegnosi delle precauzioni che

si prendono per impedirgli di nuocere.

Negli impianti elettrici

Impianto di terra:

linsieme dei conduttori che raggiungono le prese di terra disposte nelledificio e la loro

connessione con il terreno tramite dispersori.

Limpianto di terra richiede assolutamente verifiche periodiche della sua efficienza. Deve essere

tenuto un registro di tali verifiche.In ambito ospedaliero le norme CEI impongono che la massima tensione in caso di contatto esterno

non superi i 24 Volt. Osserviamo che questa limitazione non assolutamente sufficiente a garantire

la sicurezza in caso di elettrodi applicati al cuore o su grossi vasi.

Interruttore differenziale:

un dispositivo che sente la corrente su entrambi i conduttori; se la differenza tra queste due

correnti supera una certa soglia (tipicamente 30 mA), allora apre il circuito. La protezione assoluta

nel caso di contatto indiretto e se c un buon impianto di terra; non efficace nella prevenzione deimicroshock.


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Nodo equipotenziale:

Esso riduce il rischio di microshock.

Nella figura seguente analizziamo il comportamento della rete nel caso di un guasto: c unavaria

in un apparecchio di potenza, che scarica a terra una grossa corrente (es. 5A). La corrente fluisce

nellimpianto di terra, attraversando una unit di terapia intensiva. Qui si forma un partitore, condue resistenze in parallelo: apparecchio A + paziente + apparecchio B, e resistenza del tratto di

impianto tra apparecchio A e apparecchio B. Il problema evidenziato che le prese di terra dei due

apparecchi non sono allo stesso potenziale.


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Trasformatore disolamento:

nelle aree ad alto rischio occorre garantire, oltre alla presenza del nodo equipotenziale, altre due

condizioni: 1) La protezione contro i guasti verso terra degli strumenti elettronici presenti nel locale,

e: 2) La continuit della fornitura di energia alle apparecchiature dalle quali dipende la vita del

paziente. Osserviamo che linterruttore differenziale viola la seconda condizione. Solo iltrasformatore disolamento consente il soddisfacimento di entrambe.

Esso riduce il rischio di macroshock per contatti diretti o indiretti con la linea isolata.

La corrente di dispersione Ia si chiude a terra, risalendo attraverso Rt; la corrente Ib, invece, non si

pu chiudere, a meno che vi siano capacit parassite Cp che facciano passare corrente Ic dal primario

al secondario.

Si osservi inoltre che il trasformatore disolamento non riduce di per s il rischio di microshock


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Esempio di impianto in sala di terapia intensiva: dal funzionamento delle apparecchiature

dipende la vita dei pazienti. Occorre un trasformatore disolamento, con relativo Monitor, e il nodo

equipotenziale.


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Monitor disolamento:

il trasformatore disolamento deve sempre disporre di un monitor disolamento che attiva un

allarme ottico e acustico in caso di perdita di isolamento della linea.

Alimentazione

Secondo le norme CEI 64 - 4 le alimentazioni autonome sono cos classificate:

Alimentazione di sicurezzatempo di intervento: 0,5 sautonomia : almeno 3 orefunziona con accumulatorialimenta scialitica, eventualmente altro

Alimentazione di emergenzatempo di intervento < 15 stensione e frequenza pari a quelle di retefunziona con generatori dieselalimenta sempre sale operatorie, di rianimazione e terapia intensiva


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Negli strumenti

Norme generali per la sicurezza

Collegamento a terra del telaio e di tutte le parti metalliche che possono essere collegate a terrasenza alterazioni funzionali.

Utilizzo di fusibili e di interruttori di rete doppi (su entrambi i conduttori), di trasformatori dialimentazione di buona qualit

Isolamento delle parti applicate al paziente e non collegabili a terra Manutenzione e uso corretti degli strumenti

Isolamento e messa a terra

Il criterio principale per prevenire i rischi dei elettrocuzione accidentale consiste nella messa a terra

di tutte le parti metalliche di uno strumento che possono venire a contatto con il personale o con il

paziente:

Conduttore di protezione con resistenza inferiore a 0,1 (al nodo equipotenziale) Isolamento ottico o elettromagnetico del circuito paziente - a questo proposito si vedano gli

schemi nellAppendice

Doppio isolamento di sicurezza

Strumentazione di Sala Operatoria

Apparecchi di monitoraggio non invasivi (ECG, EEG, termometri, ecc..) Apparecchi di monitoraggio invasivi (Misuratori di pressione con cateteri, cateteri per iniezione

di mezzi radio-opachi o farmaci, elettrodi endocavitari di stimolazione cardiaca o di prelievo di

ECG, ecc..)

Defibrillatori Elettrobisturi Letti con motori elettrici Letti metallici collegati a terraLuso simultaneo di pi apparecchiature sullo stesso paziente o il contatto, stabilito da un operatore,

tra un apparecchio e il paziente, possono dare origine a situazioni di rischio elettrico.


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Rischi derivanti dallimpiego dellelettrobisturi

Ustioni, a causa della scarsa pulizia della piastra Ustioni in corrispondenza di elettrodi ECG o di punti di contatto del paziente con parti

metalliche messe a terra Formazione di scintille con pericolo di esplosioni, nel caso che lo strumento venga attivato prima

di stabilire il contatto con il tessuto (prevenzione: uso di interruttori antideflagranti)

Nel caso di elettrobisturi con circuito di uscita isolato, c il rischio di ustioni dipendenti dallacapacit parassita della piastra verso massa.

Rischi nellutilizzo di defibrillatori

Luso del defibrillatore su un paziente cui siano collegate apparecchiature di monitoraggio o pace-maker, pu danneggiare tali strumenti se essi non sono appositamente protetti. In

appendice, riportiamo il simbolo delle apparecchiature CF protette.

Se le impugnature del defibrillatore non sono perfettamente isolate, c il rischio di ustioni ofibrillazione per loperatore.

Rischio di ustioni per il paziente ( elettrodi sporchi, presenza di disinfettanti infiammabili sullacute..)

Rischio di esplosioni, nel caso fossero presenti gas infiammabili (etere..)

Rischi nellutilizzo di elettrostimolatori

Rischio di fibrillazione cardiaca se interessata la zona toracica Nel caso di stimolatori multicanale, c il rischio di fibrillazione o elettrocuzione, a causa di

scarso isolamento tra i canali.


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Appendice

terminologia

Correnti di dispersione

I1 = corrente di dispersione verso terra

I2 = corrente di dispersione sullinvolucro

I3 = corrente di dispersione sul paziente

Classificazione degli strumenti elettromedicali

tipologia corrente verso terra corrente sullinvolucro corrente sul paziente

tipo H 750 A

tipo B 500 A 100 A 100 A

tipo BF 500 A 100 A 100 Atipo CF 500 A 10 A 10 A


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Simbolo sulle apparecchiature di tipo H

Simbolo sulle apparecchiature di tipo B

Simbolo sulle apparecchiature di tipo BF

Simbolo sulle apparecchiature di tipo CF


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Simbolo sulle apparecchiature di tipo CF protette

Macroshock:

si verifica quando un uomo ha un contatto con una parte in tensione, chiudendo il circuito verso

terra o in altro modo.

Possiamo distinguere i seguenti casi:

Contatto diretto = contatto con una parte normalmente in tensione (es. metto un chiodo nellapresa di corrente). La presenza di un interruttore differenziale protegge parzialmente loperatore:linterruttore differenziale limita la durata (e non lintensit) della corrente che attraversa il

soggetto in contatto diretto. La protezione nel caso di contatto diretto con un polo della rete

assicurata solo dalla presenza del trasformatore disolamento. Osserviamo che se loperatore

tocca i due poli della rete non pu essere protetto in nessun modo!

Contatto indiretto = contatto con una parte accidentalmente in tensione (es. c un guasto nellalavatrice, e linvolucro va in tensione). In questo caso la prevenzione pi efficace consiste nella

presenza contemporanea di interruttore differenziale e impianto di terra efficiente.

Il contatto indiretto spesso dovuto alla mancanza di manutenzione preventiva, e si verifica

soprattutto quando il telaio metallico dello strumento assume un potenziale diverso da quello di

terra.

Microshock:

distinguiamo due casi di rischio:

Un apparecchio collegato al cuore o a grossi vasi, vi fa affluire una corrente di dispersione che sichiude a terra attraverso altri strumenti o contatti diretti tra paziente e oggetti a terra

Altri apparecchi, anche collegati sulla cute tramite elettrodi, fanno affluire una corrente che sichiude a terra attraverso lelettrodo o il catetere interno.

Il microshock estremamente pericoloso, perch molto difficile identificare le situazioni dirischio, essendo coinvolte correnti molto basse (per la fibrillazione bastano 50 A), al di sotto della

soglia di percezione (circa 1 mA sulla cute).

Molte configurazioni di rischio possono essere evitate utilizzando solo strumenti con uscita isolata

appartenenti alla classe CF.


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Isolamento elettromagnetico:

riduce fortemente il rischio di microshock; allinterno dello strumento c una barriera

disolamento, in modo che gli elettrodi applicati al paziente siano completamente flottanti. I dati

vengono comunicati attraverso un altro accoppiamento elettromagnetico.

Isolamento ottico:

lalimentazione della parte applicata al paziente flottante, ma i dati tornano attraverso un led ed un

sensore di luce. Rispetto allisolamento elettromagnetico, questo tipo di trasmissione offre una

maggiore banda, ed anche una minor complessit realizzativa.


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Sommario

EFFETTI FISIOLOGICI DELLA CORRENTE ELETTRICA...................................................................................2

GLI EFFETTI DELLA CORRENTE SUL CORPO UMANO SI DIVIDONO IN DUE GROSSI GRUPPI:..................................................2

Eccitazione neuromuscolare:.....................................................................................................................................2

Effetto termico: ..........................................................................................................................................................2

DISPOSITIVI DI PROTEZIONE PER GLI IMPIANTI ELETTRICI .......................................................................3

Fusibile:......................................................................................................................................................................3

Interruttore magneto-termico: ...................................................................................................................................3

DISPOSITIVI DI PROTEZIONE DELLE PERSONE .................................................................................................4

NEGLI IMPIANTI ELETTRICI ...............................................................................................................................................4

Impianto di terra: .......................................................................................................................................................4

Interruttore differenziale: ..........................................................................................................................................4

Nodo equipotenziale:..................................................................................................................................................5Trasformatore disolamento: .....................................................................................................................................6

Monitor disolamento: ...............................................................................................................................................8

Alimentazione.............................................................................................................................................................8

NEGLI STRUMENTI............................................................................................................................................................9

Norme generali per la sicurezza ................................................................................................................................9

Isolamento e messa a terra ........................................................................................................................................9

Strumentazione di Sala Operatoria ...........................................................................................................................9

Rischi derivanti dallimpiego dellelettrobisturi......................................................................................................10

Rischi nellutilizzo di defibrillatori..........................................................................................................................10

Rischi nellutilizzo di elettrostimolatori...................................................................................................................10

APPENDICE ......................................................... ............................................................. .............................................11

TERMINOLOGIA ..............................................................................................................................................................11

Macroshock:.............................................................................................................................................................13

Microshock:..............................................................................................................................................................13

Isolamento elettromagnetico: ..................................................................................................................................14

Isolamento ottico:.....................................................................................................................................................14

SOMMARIO ......................................................... .............................................................. ............................................15

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