La sicurezza degli impianti elettrici nei locali ad uso medico
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5.2 Alimentazione dei circuiti tramite separazione elettrica

L'egualizzazione dei potenziali associata all'impiego dell'alimentazione per separazione elettrica dei circuiti consente di raggiungere un buon livello di sicurezza anche in caso di guasto verso terra. Le correnti di primo guasto, essendo il sistema poco esteso e isolato da terra, sono prevalentemente di tipo capacitivo e quindi di valore così modesto (ordine dei milliampere) da rendere trascurabili le cadute di tensione sui conduttori di protezione, tali comunque da garantire sia la continuità del servizio sia la sicurezza del paziente (In queste condizioni, viste le piccolissime correnti in gioco, l'egualizzazione dei potenziali parrebbe del tutto superflua se non fosse per l'efficacia che tale sistema presenta nel limitare le cadute di tensione sul conduttore di protezione fino al nodo equipotenziale e nel garantire l'efficienza del sistema equipotenziale anche se si dovesse verificare l'interruzione del collegamento del nodo dall'impianto di dispersione generale). Il primo guasto deve però essere rimosso al più presto perché un secondo guasto a terra su di un altro apparecchio determinerebbe un corto circuito che, richiudendosi sul secondario del trasformatore (la potenza nominale può variare da 0,5 a 10 kVA), provocherebbe correnti piuttosto elevate e tensioni di contatto, dell'ordine di parecchie decine di volt, pericolose per il paziente. Per questo motivo le Norme prescrivono un controllo continuo della resistenza di isolamento verso terra del circuito secondario di alimentazione da attuarsi tramite un dispositivo, con caratteristiche ben definite, in grado di avvisare del pericolo mediante un segnale ottico non disinseribile e un segnale acustico tacitabile. Il personale in servizio, avvisato, dovrà concludere il più celermente possibile le operazioni in sala e riparare il guasto prima di iniziare di nuovo la normale attività. Per meglio chiarire quanto esposto, di seguito si esaminano alcune soluzioni circuitali in relazione alla protezione dalle correnti di dispersione verso terra. Con riferimento alla figura 5.3 il paziente isolato da terra all'interno di un sistema senza egualizzazione del potenziale è a contatto con un apparecchio guasto alimentato da un trasformatore di isolamento che protegge contro i contatti indiretti per mezzo di un sistema di separazione elettrica. L'eventuale assenza del collegamento al sistema di protezione dell'apparecchio soggetto a guasto, ad esempio a causa dell'interruzione del conduttore di protezione, determina il passaggio di una corrente sul paziente. Tale corrente, proveniente dal secondo apparecchio perfettamente efficiente e collegato al circuito di protezione, può raggiungere verso terra, come indicato dalle Norme, in condizioni di normale funzionamento, valori di 500 microampere pericolosi per il paziente.

Fig. 5.3 - Sistema di protezione contro i contatti indiretti mediante separazione elettrica dei circuiti con trasformatore di isolamento. L'interruzione del collegamento di un apparecchio al sistema di protezione crea una situazione pericolosa per il paziente che può essere attraversato dalla corrente di dispersione a terra in condizioni di normale funzionamento, fino a 500 microampere, del secondo apparecchio

Anche con gli apparecchi sani e il circuito alimentato tramite trasformatore d'isolamento, l'interruzione del conduttore di protezione comporta dei rischi per il paziente. In fig. 5.4 è rappresentata la situazione di un paziente a contatto con la massa di un apparecchio elettromedicale con il conduttore di protezione interrotto e un punto qualunque connesso al nodo equipotenziale. L'alimentazione dell'apparecchio è separata dalla rete e presenta verso terra le impedenze di isolamento mentre l'apparecchio le impedenze di isolamentoverso massa. Il paziente si trova inserito nella diagonale del ponte costituito dalle impedenze (fig. 5.5). Se il ponte è in equilibrio il paziente è al sicuro ma se, come normalmente avviene, il ponte è squilibrato il paziente è attraversato da una corrente IB che vale:

Fig. 5.4 - In mancanza di simmetria verso terra dei circuiti con l'interruzione del conduttore di protezione il paziente si trova inserito nella diagonale del ponte costituito dalle impedenze di isolamento del circuito di alimentazione e dalle impedenze degli apparecchi elettromedicali.

Fig. 5.5 - Mancanza di simmetria verso terra - Circuito equivalente

Applicando il teorema di Thévenin tra i punti A e B si ottiene:

semplificando:

Cortocircuitando il generatore, in questo caso rappresentato dal secondario del trasformatore, si ricava l'impedenza equivalente del circuito:

Quando si ha

il ponte è in equilibrio,

è uguale a zero e la situazione è di massima sicurezza. In pratica si può raggiunge la situazione di equilibrio rendendo  e

. Questo non è sempre di facile realizzazione soprattutto per quanto riguarda le impedenze dei singoli apparecchi elettromedicali perché anche un solo apparecchio non perfettamente simmetrico potrebbe vanificare ogni sforzo in tal senso. Molto più semplice e importante è invece agire sull'isolamento verso terra del sistema e nello stesso tempo predisponendo un nodo equipotenziale e accertando periodicamente l'efficienza del collegamento del conduttore di protezione degli apparecchi al nodo stesso.
Se si suppone in caso di guasto franco a terra una corrente Id verso terra non superiore a 2mA la fase integra deve presentare verso terra una capacità che non deve essere superiore a:

La capacità di un apparecchio elettromedicale in concomitanza di guasto a terra può presentare valori molto più grandi. Assumendo come esempio un valore di capacità verso terra di 100 nanofarad il paziente può essere sottoposto ad una tensione di contatto, supponendo di contenere la resistenza complessiva sui collegamenti di protezione al di sotto di 0,4 ohm, di:

Una tensione di contatto così modesta non provoca particolari problemi al paziente, si ha infatti:

La corrente di dispersione sul paziente non è pericolosa, il sistema di separazione elettrica dei circuiti assolve egregiamente ai suoi doveri di protezione. La protezione è garantita anche in caso di interruzione di uno dei conduttori di alimentazione essendo le correnti verso terra molto piccole, sicuramente inferiori a quelle di un guasto verso terra (fig. 5.6).

continua...