شنبه, 04 مهر 1394 ساعت 12:18

الزامات برق بيمارستان - برق پشتيبان (UPS)

نوشته شده توسط
این مورد را ارزیابی کنید
(0 رای‌ها)

UPS دستگاهي الکترونيکي است که به منظور تامين پيوسته انرژي براي دستگاه هاي مصرف کننده که به اختلالات موجود در شبکه و قطع برق حساس بوده و به دليل ضرورت و حساسيت هاي بالا، جزو تجهيزات حياتي مجموعه هاي کامپيوتري، مخابراتي، کنترل و ابزار دقيق، آزمايشگاهي و بيمارستاني اند، استفاده مي شود. کاهش يا افزايش ناگهاني ولتاژ، تغيير فرکانس، انواع اعوجاج لحظه اي يا دايم، نمونه هايي از مشکلات ايجاد شده بر روي شبکه هاي برق شهري است. 

دستگاه هاي الکترونيکي پيشرفته و حساس ( نظير سيستم هاي کامپيوتري، تجهيزات مخابراتي و تجهيزات پزشکي ) با توجه به کاربرد هاي ويژه و حساسي که دارند نيازمند تجهيزات ضروري مانند UPS بوده تا ولتاژ و فرکانس ثابت و قابل اطمينان را تامين کنند.
در کشور هاي پيشرفته عليرغم عدم قطع برق شهر، دستگاه UPS از وسايل ضروري کامپيوترها محسوب مي شود. به عنوان مثال در صورت وجود کوچک ترين اغتشاش در برق شهر بخش کنترل کامپيوتر، با توليد يک پالس موجب خاموش و روشن شدن مجدد (Restart) کامپيوتر مي شود. لذا با اين عمل اطلاعاتي که در حافظه RAM سيستم وجود دارد، از بين رفته و زيان هاي جبران ناپذيري به کاربر وارد شده و حاصل کار کاربر در چند لحظه از بين ميرود. 
در مورد ساير سيستم هاي حساس نظير دستگاه هاي مخابراتي و تجهيزات پزشکي نيز با قطع يا تغيير مشخصات منبع تغذيه، هماهنگي بخش هاي مختلف دستگاه بهم خورده و بر اثر قطع و وصل هاي متوالي، علاوه بر صدماتي که به قطعات دستگاه وارد مي شود، عملکرد کل سيستم با اختلال مواجه مي شود. با توجه به مطالب فوق، نياز به وجود دستگاهي که بتواند جايگزين مناسبي براي برق شهر در مواقع اضطراري شده و با حذف اختلالات شبکه، تغذيه مدارات حساس را بر عهده گيرد، نمايان مي شود.
براي درک اهميت UPS ها، به بررسي اختلالات رايج در برق شهر ميپردازيم.

EHSAN_DERAKHSHANNIYA173_1.jpg

اعوجاج هارمونيکي: به اغتشاش هاي پريوديک و شبه سينوسي ولتاژ منبع و يا به جرياني كه بارهاي غير خطي از منبع ميكشد، گويند. 
اين اختلالات باعث افزايش نامناسب جريان مي شوند و اين افزايش اثر خود را در دماهاي بالا نشان داده و باعث خرابي اجزاي تشكيل دهنده و افزايش حرارت دستگاه مي شوند. 
حالت گذرا هنگام سوئيچينگ: به تغييرات ناخواسته و لحظه اي فرکانس از يک مقدار تعيين شده گفته مي شود.

EHSAN_DERAKHSHANNIYA173_2.jpg

نويز الکتريکي: نويز در واقع تغييرات نامنظم و کاملا اتفاقي ولتاژ است. تداخل الکترومغناطيس (EMI) و يا تداخل ناشي از فرکانس هاي راديوئي (RFI) از انواع نويز است.
نويز الکتريکي در اثر مشکلات كابل، کابلکشي و مجاورت با تجهيزات فركانس راديويي، القاي امواج روي خطوط انتقال، كاركرد ترانسفورمرها، ژنراتورها و دستگاه هاي صنعتي به وجود ميآيد. نويزها باعث سوء كاركرد و بروز خطا در برنامه هاي اجرايي و فايل هاي اطلاعاتي مي شود. به طور كلي نويز الكتريكي مي تواند فقط باعث اشكالات نرم افزاري (مانند Hang نمودن كامپيوتر) و در نتيجه از دست رفتن اطلاعات شده ولي موجب آسيب هاي سخت افزاري نمي شود. 

نوسانات فرکانسي : به تغيير فركانس شكل موج ورودي اطلاق ميشود.
اين اختلال معمولا در مواردي ديده ميشود كه منبع توليد انرژي براي تغذيه دستگاه ها، ژنراتور باشد. 
نوسانات فرکانسي باعث برش ولتاژ وكاهش دقت دستگاه هاي حساس آزمايشگاهي، مخابراتي ، تجهيزات پزشكي و. . . و به هم خوردن همزماني (Synchronize) در برخي دستگاه ها مي شود .

افزايش لحظه اي ولتاژ : عبارتست از افزايش لحظه اي دامنه ولتاژ كه براي چند سيكل پياپي ادامه دارد.
اين اختلال معمولا به دليل به يکباره خاموش شدن دستگاه هاي توان بالا و يا پرمصرف به وجود مي آيد. همچنين اتصال كوتاه و عدم توجه به سايز مناسب كابل هاي برق نيز از عوامل ايجاد آن است. 
اين اختلال باعث وارد آمدن فشار به دستگاه هاي حساس شده و در طول زمان سبب خرابي آنها مي شود. همچنين مي تواند باعث بروز خطا در داده هاي ديجيتال شود. 

افت لحظه اي ولتاژ: به كاهش كوتاه مدت ولتاژ برق اطلاق شده که تقريبا 85% از کل اختلالات موجود در برق شهر را شامل مي شود.
اين امر ناشي از سوئيچ كردن يك بار با توان بالا مانند دستگاه هاي تهويه هوا يا راه انداختن موتورهاي الكتريكي، تاسيسات حرارتي و برودتي و يا بروز اتصال كوتاه در مناطق اطراف است. همچنين عدم دقت در انتخاب سايز مناسب كابل هاي برق استفاده شده در ساختمان و تغييرات شبكه در زمان اوج مصرف به خصوص در فصل گرما از ديگر عوامل ايجاد اين اختلال است.
اسپايک: (Spike) عبارتست از افزايش بسيار زياد لحظه اي ولتاژ.
ضربات ناشي از رعد و برق و يا عواملي که باعث سقوط خطوط انتقال برق مي شوند، باعث بروز اين اختلال ميشوند. مانند: طوفان ، تصادفات و ... 

ولتاژ ضعيف: عبارتست از ضعيف شدن ولتاژ براي مدت زمان طولاني. اين اختلال زماني ايجاد ميشود كه منبع اصلي توليد برق ، قدرت تامين توان مورد نياز شبكه (بار مصرفي ) را ندارد، به همين دليل شركت برق ، ولتاژ شبكه سراسري را كاهش مي دهد. در يك بار مصرفي با توان ثابت، كاهش ولتاژ شبكه سبب افزايش جريان بار خواهد شد كه اين افزايش جريان به نوبه خود مي تواند سبب كاهش طول عمر قطعات به كار رفته در دستگاه مصرفي شود.كاهش ولتاژ بيش از يك دقيقه ميتواند موجب عملكرد نادرست تجهيزات شود. مثلا در يك موتور القايي، اين كاهش ميتواند منجر به بالا رفتن تلفات حرارتي و يا تغيير سرعت (دور موتور) شود.

 قطعي برق: به قطع کامل برق براي مدتي طولاني تر از يک دقيقه اطلاق شده كه در هنگام وقوع آن، منبع برق كاملا از كار مي افتد.
اين وضعيت ممكن است در اثر بروز اشكال در خطوط نيرو مانند قطع كليد ها، فيوزها و يا حوادثي نظير طوفان همراه با رعد و برق و يا ساير شرايط ايجاد شود.

شکل موج هاي اختلالاتي که به آن ها اشاره شد در شکل يک آمده است.

 اساس كار UPS 
اساساً قسمت هاي اصلي UPS ها به شرح ذيل است : 
 يكسوساز (شارژر باتري)
باتري
مبدل DC به AC (اينورتر)
صرفنظر از تكنولوژي ساخت UPS که در ادامه به آن پرداخته شده است، چند ويژگي مهم در تمامي يو پي اس ها مشترک است. همه آنها داراي باتري است و تا زماني که برق شهر قابل استفاده است انرژي را در باتري ها ذخيره مي کنند و پس از قطع برق شهر انرژي باتري را به جريان متناوب (AC) تبديل مي کنند. بنابراين تمام سيستم ها بايد داراي شارژ باتري و مدار اينورتر باشند. قسمت هاي مذكور و تركيبي از مبدل ها، رله ها، ساير تجهيزات الكترونيكي، مجموعه اي را براي حفظ و نگهداري پيوستگي توان بار در حالتي كه اختلالي در توان ورودي پيش آيد، تشكيل مي دهند. در ادامه شرح عملكردي اجزاي مذكور در انواع UPS ها بيان شده است. 
انواع تكنولوژي ساخت UPS
UPS ها به لحاظ توپولوژي و تكنولوژي ساخت به انواع گوناگوني تقسيم مي شوند كه به برخي از آن ها در ادامه اشاره مي شود: 
 Standby (Off line) : در اين نوع دستگاه ها، مادامي كه برق شهر برقرار باشد، بار مصرفي از برق شبكه تغذيه و همزمان عمل شارژ باتري هاي UPS انجام مي شود. برق ورودي پس از ورود به دستگاه از طريق سوئيچ تبديل (Transfer Switch) به بار مصرفي مي رسد. در زمان قطع برق ورودي، اينورتر وظيفه توليد برق سينوسي از انرژي ذخيره شده در باتري را برعهده دارد. زمان سوئيچ اين دستگاه ها حتي گاهي تا حدود يك الي دو ثانيه نيز مي رسد. در اين تكنولوژي، توان خروجي از كيفيت چندان مناسبي برخوردار نيست، فركانس و شكل موج خروجي در زمان قطع برق ثابت و سينوسي نيست و عموماً در توان هاي پايين توليد مي شود. شكل زير اساس عملكرد اين نوع UPS را نشان مي دهد. 

شکل2) چگونگي عملکرد يو پي اسِ Standby (Off line)

علاوه بر معايب ذكر شده متأسفانه در اين نوع UPS ها عمدتاً از باتري هاي اسيدي خشك كه مناسب ترين براي اين كار است، استفاده نمي شود. اين موضوع يعني استفاده از باتري هاي اسيدي معمولي باعث مستهلك شدن باتري ها به خصوص در جاهايي كه زمان قطع برق ممكن است در برخي فصول سال با فاصلة زماني طولاني اتفاق بيافتد خواهد شد كه نتيجة اين پيشامد كاهش زمان تأمين برق و افزايش هزينه ها بابت تعويض باتري و سركشي و نگهداري از اين سيستم خواهد بود. با توضيحات فوق استفاده از اين وسيله براي تجهيزات پزشكي توصيه نمي شود. 
Ferro Resonance: در اين تكنولوژي از ترانسفورمري با طراحي و عملكردي خاص به نام فرو رزونانت استفاده شده كه با به اشباع رفتن هسته ترانس، ولتاژ تثبيت شده اي در خروجي فراهم مي شود. در شرايط عادي، اينورتر قطع بوده و توان از منبع AC ورودي به سيم پيچ اوليه ترانس منتقل شده و از ثانويه ترانس، توان خروجي با رگولاسيون مناسب به بار مصرفي انتقال مي يابد. در زمان قطع برق شهر، اينورتر شروع به كار كرده و با استفاده از انرژي ذخيره شده در باتري و ترانسفورمر، توان مورد نياز را تأمين مي كند. ايزولاسيون بسيار خوبي توسط اين ترانسفورمر ايجاد مي شود و از به كار بردن هرگونه تجهيزات جهت فيلتر نمودن مناسب تر است. 

شکل3) چگونگيِ عملکرد يو پي اسِ Ferro Resonance

بنابراين فيلتراسيون مناسب و قابليت اطمينان بالا از نقاط قوت اين تكنولوژي است. در برخي از انواع اين دستگاه ها زمان تأخير صفر ثانيه است كه به همين دليل جزو UPS هاي Online محسوب مي شود كه با توجه به نوع تكنولوژي اين نوع UPS استفاده از نوع بدون تأخير آن براي بارهاي سلفي و موتوري توصيه مي شود. 

Line Interactive: در اين تكنولوژي، اينورتر همواره روشن و به خروجي UPS متصل است. در حالت عملكرد عادي، وظيفه شارژ باتري ها را به عهده داشته و در هنگام قطع برق، پيوستگي توان خروجي از اينورتر و انرژي ذخيره شده در باتري ها تأمين مي شود. شكل زير نحوه عملكرد اين UPS را نشان مي دهد. زمان سوئيچ شدن در اين سيستم خيلي كوتاه و براي برخي تجهيزات غير محسوس تلقي مي شود. 
با توجه به كوتاه بودن زمان سوئيچ (در حدود 2 الي 4 ميلي ثانيه) و در نظر گرفتن مباحث اقتصادي، استفاده از آن در تجهيزاتي مانند مركز تلفن، روشنايي، توليد حرارت، كامپيوتر و مواردي از اين دست كه از حساسيت بالايي بر خوردار نيستند مناسب است. 

On-Line Double conversion: اين نوع UPS يكي از جديد ترين و پيشرفته ترين تجهيزات موجود براي پشتيباني برق است. در اين دستگاه، ابتدا توان AC ورودي توسط يكسوساز به DC با ولتاژ مناسب به منظور شارژ باتري ها تبديل مي شود و سپس اين سطح ولتاژ توسط اينورتر به ولتاژ AC سينوسي و مطلوب تبديل مي شود. با اين تكنيك، بدون توجه به فركانس يا ولتاژ يا نوسانات موجود در برق شهر ، UPS ، ولتاژ خروجي را همواره از طريق سطح DC داخلي اش مي سازد و يك ولتاژ 220 V سينوسي و پايدار ( از نظر فركانس و ولتاژ ) را با تولرانس قابل قبول توليد و در خروجي ايجاد مي كند. 
انرژي برق شهر در اين سيستم فقط براي ايجاد سطح DC و شارژ باتري ها استفاده مي شود. به اين ترتيب، مشكلاتي از قبيل قطع و وصل برق، نوسانات برق و ساير تغييرات در برق شهر اصلاً ربطي به خروجي ندارد و خروجي تقريباً تميز، يكنواخت و سينوسي است. درواقع در اين تكنولوژي تأخيري بابت سوئيچينگ (Transfer Time) نخواهيم داشت و مصرف كننده اصلاً متوجه قطع برق ، كاهش يا افزايش فركانس يا ولتاژ برق شهر و شوك هاي الكتريكي روي شبكة برق نخواهد شد. نوع جديد تري از اين نوع UPS ها با نام Delta Conversion نيز وجود دارد كه از تكنيك برتري به منظور افزايش طول عمر باتري ها استفاده نموده است. به طور خلاصه در اين تكنيك از دو سري مبدل دو طرفه و ارتباط ترانسي بين آنها و باتري استفاده شده است، به طوري كه در خيلي از موارد دو بار تبديل كردن ولتاژ برق شهر بدون جريان كشيدن از باتري عمل ايزوله کردن بار و ساير مزيت ها را مي دهد.

پارامترهاي اصلي جهت خريد دستگاه UPS 
تکنولوژي ساخت : که به آن پرداخته شد.
 :THD (Total Harmonic Distortion) بارهايي که از منابع تغذيه سوئيچينگ استفاده مي کنند، به دليل ايجاد اعوجاج در شبکه باعث داغ شدن سيم نول و به تبع آن باعث بروز گرما در سيستم برق مي شوند. بنابراين در جاهايي که تعداد منابع تغذيه سوئيچينگ زياد دارند بهتراست از UPS اي استفاده شود که THD جريان ورودي پايين مثلا 10% داشته باشد. البته اين را نيز نبايد فراموش کرد در جايي که ژنراتور نيز وجود دارد استفاده از UPS با THD پايين ضروري است. 
 زمان سوئيچ : فاصله زماني بين سوئيچ از برق شهربه باتري و بالعکس.
 زمان پشتيباني : مدت زمان مورد نياز براي پشتيباني از باتري در زمان قطع برق شهر، اين زمان بستگي به آمپر ساعت باتري داشته و با کم و زياد شدن آمپر ساعت باتري کم و زياد مي شود. فقط يو پي اس بايد قابليت شارژ باتري را درکمترين زمان ممکن (حدودا بين 4 تا 8 ساعت) داشته باشد. بعضي يو پي اس ها محدوديت جريان شارژ دارد.
نويز شنيداري: زماني که دستگاه روشن است، صداي ناشي از فن يا ترانس دستگاه ميزان نويزي را ايجاد مي کند، استفاده از يو پي اس با کمترين نويز در ادارات و بيمارستان ها و مکان هايي که نيازمند کمترين صدا هستند ضروري است.
استحکام و قابليت اطمينان: استحکام و قابليت اطمينان زياد در برابر شرايط آب و هوايي و شرايط سخت و بحراني (اضافه بارهاي لحظه اي) از مهم ترين پارامترهاي انتخاب يو پي اس است.
UPS Management Software: يکي از معيار هاي مهم جهت خريد UPS، بررسي بحث مديريت آن توسط نرم افزار مرتبط با UPS است. مانيتورينگ و کنترلينگ UPS حتي به صورت Remote مکانيزم Auto Saving فايل ها در زمان هاي بحراني، کاربرپسند بودن و پشتيباني آن از سيستم عامل هاي مختلف از جمله مهمترين ويژگي هاي يک نرم افزار مديريت UPS است. 

با عنايت به انواع تکنولوژي ساخت UPS و پارمترهايي که دربالا گفته شد، استفاده از نوع On-Line Double conversion يا Delta Conversion جهت پشتيباني برق براي دستگاه هاي حساس و سرمايه اي در مراكز درماني، تنها گزينه هاي مورد قبول است.

موارد استفاده UPS 
تجهيزات درماني كه قطع برق منجر به قطع فرآيند درمان حياتي و يا ايجاد صدمات جدي براي بيمار، كاربر و ساير افراد مي شود. 
 تجهيزات تشخيصي كه قطع برق باعث از دست دادن نمونه يا اختلال جدي در روند درماني وابسته به آن تجهيزات مي شود مانند اتوآنالايزرها.
 كليه تجهيزات پزشكي حساسي كه قطع برق موجب خرابي و يا بروز مشكل در خود آن تجهيزات يا لوازم جانبي آنها مي شود مانند MRI .
لازم به ذکر است که چنانچه تجهيزاتي داراي باتري داخلي باشند، نيازي به استفاده از UPS نخواهند داشت ولي وجود استابلايزر مورد قبول براي اين تجهيزات لازم است. همچنين، UPS هاي ON-LINE علاوه بر تأمين پيوسته انرژي، به دليل توليد ولتاژ خروجي از يك سطح DC، در عمل كار يك استابلايزر با كيفيت عالي را نيز انجام مي دهد. 
نكات ويژه در اتصال UPS ها و استابلايزرهاي تك فاز به برق شهر 
اتصال UPS ها و استابلايزرها به برق شهر، داراي يك نكتة ظريف و مهم است كه عدم رعايت آن باعث ايجاد صدمه و اعلام خطا توسط دستگاه هاي حساس و به خصوص دستگاه هاي آزمايشگاهي مي شود. نكته در اين است كه دو شاخه برق ورودي دستگاه هاي UPS و استابلايزرها را نمي توان از هر طرف كه راحت تر بود به برق شهر وصل نمود. بنابراين رعايت نكات زير الزامي است : 
 بايد هنگام اتصال دوشاخه UPS ها و استابلايزرها به پريز برق شهر، فاز و نول در جاي درست خود باشند. معمولاً روي دو شاخه اين دستگاه ها يك ضربدر يا علامت وجود دارد كه سيم فاز را از سيم نول مشخص مي كند. بنابراين بايد ابتدا با فازمتر ورودي مربوط به فاز پريز برق شهر را مشخص کرد و سپس دو شاخه برق دستگاه UPS يا استابلايزر را با توجه به علامت هاي روي دو شاخه، وارد آن کرد. رعايت اين موضوع به دليل امكان جبران سازي برق است كه فقط در مسير سيمِ فاز صورت مي پذيرد. يعني دستگاه، عمليات جبران کردن برق را روي يكي از سيم هاي ورودي اش كه روي دوشاخه آن علامتي زده شده است، انجام مي دهد و سيم ديگر فقط از ورودي به خروجي منتقل مي شود. حالا اگر اشتباهاً جبران سازي روي سيم فاز برق شهر صورت نگيرد و نول جبران سازي شود، به مفهوم اين است كه ولتاژ سيم نول كه همواره نسبت به سيم زمين ( سيم اِرت) صفر ولت است، بر اثر اين جبران سازي، مقداري تفاوت مي يابد و با يك اختلاف جدي بين نول كه اشتباهاً ولتاژ آن تغيير يافته است و اِرت كه ولتاژ آن صفر است مواجه مي شويم و خطاي اِرت ظاهر مي شود (كه در واقع به اين صورت نيست). از طرفي جبران سازي روي سيم نول، يعني ايجاد ولتاژ در سيمي كه بايد هميشه ولتاژ آن با بدن ما هم پتانسيل باشد كه اين موضوع نيز از نظر ايمني، امري غير اصولي و خطرناك تلقي مي شود. بنابراين رعايت اين نكته هم از نظر ايمني و هم از نظر كاركرد دستگاه مهم است. 
بايد از عدم اتصال تجهيزات و وسايل اضافي به خروجي UPS يا استابلايزر مطمئن شد. 
توان دستگاه هاي UPS و استابلايزر محدود است و معمولاً متناسب با دستگاه يا دستگاه هايي كه بايد از آن تغذيه شوند انتخاب مي شود و اگر توان آن براي پريزهاي کلِ بخش در نظر گرفته شده باشد، امكان دارد كه با اضافه نمودن يك سيستم جديد كه از قبل پيش بيني نشده است، دستگاه UPS صدمه ببيند يا حداقل باعث قطع خروجي و خاموش شدن كليه دستگاه ها و ايجاد آلارم Over Load يا اضافه بار شود. بنابر اين بايد به روشي پريزهاي متصل به خروجي UPS، علامت گذاري شوند. يك پيشنهاد ساده و اطمينان بخش، اين است كه يك مسير برق مجزا، از خروجي UPS يا استابلايزر، براي كليه دستگاه هايي كه قرار است به خروجي آن متصل شوند، كشيده شود و پريزهاي برق اين سيم كشي را، نوعي از پريزهاي سه خانه ( مشابه به پريزهاي مربوط به كولرهاي گازي) در نظر گرفت، تا امكان ورود دوشاخه هاي معمولي به آن وجود نداشته باشد. اين كار مستلزم آن است كه دوشاخه دستگاه هايي كه بايد از UPS تغذيه شوند با سه شاخه هاي مخصوص اين نوع پريزها تعويض شوند. به اين ترتيب نه امكان اتصال دستگاه هاي حساس و گران قيمت به پريزهاي برق شهر وجود دارد و نه امكان اتصال دستگاه هاي تعريف نشده به خروجي UPS يا استابلايزر بخش. اكثر اين سه شاخه ها داراي فيوز داخلي نيزاست كه با در نظر گرفتن فيوز مناسب براي آنها مي توان حفاظت از دستگاه را نيز با كمك آن انجام داد. شکل 5 زير نمونه اي از اين سه شاخه ها و پريزها را نشان مي دهد.

منبع : ماهنامه مهندسی پزشکی

خواندن 3225 دفعه آخرین ویرایش در دوشنبه, 04 آبان 1394 ساعت 09:52
برای ارسال نظر وارد سایت شوید