Obecnie, wraz z szybkim rozwojem nauki i technologii oraz ciągłym podnoszeniem poziomu medycyny, towarzyszy temu również wprowadzanie na dużą skalę różnego rodzaju zaawansowanego sprzętu medycznego, który wytwarza w tych placówkach medycznych dużą liczbę harmonicznych, co przynosi poważne szkody do bezpieczeństwa elektrycznego i normalnej pracy sprzętu medycznego.Kluczowym urządzeniem rozwiązującym ten problem stało się aktywne urządzenie filtrujące.
1.1 Sprzęt medyczny
W sprzęcie medycznym występuje duża liczba elementów energoelektronicznych, które podczas pracy będą wytwarzać dużą liczbę harmonicznych, powodując zanieczyszczenie.Bardziej powszechnym sprzętem jest MRI (przyrząd do rezonansu magnetycznego jądrowego), tomografia komputerowa, aparat rentgenowski, DSA (aparat do kontrastowania układu sercowo-naczyniowego) i tak dalej.Wśród nich impuls RF i zmienne pole magnetyczne są generowane podczas operacji MRI w celu wytworzenia jądrowego rezonansu magnetycznego, a zarówno impuls RF, jak i zmienne pole magnetyczne będą powodować zanieczyszczenie harmoniczne.Mostek prostowniczy prostownika wysokiego napięcia w aparacie rentgenowskim będzie wytwarzał duże harmoniczne podczas pracy, a aparat rentgenowski jest obciążeniem przejściowym, napięcie może osiągnąć dziesiątki tysięcy woltów, a pierwotna strona transformator zwiększy chwilowe obciążenie z 60 do 70 kW, co również zwiększy falę harmoniczną sieci.
1.2 Sprzęt elektryczny
Sprzęt wentylacyjny w szpitalach, taki jak klimatyzatory, wentylatory itp., oraz sprzęt oświetleniowy, taki jak lampy fluorescencyjne, będą wytwarzać dużą liczbę harmonicznych.Aby oszczędzać energię, większość szpitali korzysta z wentylatorów i klimatyzatorów z konwersją częstotliwości.Przetwornica częstotliwości jest bardzo ważnym źródłem harmonicznych, jej całkowity współczynnik zniekształceń harmonicznych prądu THD-i sięga ponad 33%, będzie wytwarzać dużą liczbę 5, 7 harmonicznych zanieczyszczeń sieci energetycznej.W sprzęcie oświetleniowym szpitala znajduje się duża liczba świetlówek, które również wytwarzają dużą liczbę prądów harmonicznych.Kiedy wiele świetlówek jest podłączonych do trójfazowego, czteroprzewodowego obciążenia, w środkowej linii będzie płynął duży prąd trzeciej harmonicznej.
1.3 Sprzęt komunikacyjny
Obecnie w szpitalach zarządzana jest sieć komputerowa, co oznacza, że liczba komputerów, sprzętu do monitoringu wizyjnego i audio jest duża, a są to typowe źródła harmonicznych.Dodatkowo serwer przechowujący dane w systemie zarządzania siecią komputerową musi być wyposażony w zasilanie awaryjne typu UPS.UPS najpierw prostuje zasilanie sieciowe na prąd stały, którego część jest magazynowana w akumulatorze, a druga część jest przekształcana na regulowaną moc prądu przemiennego za pośrednictwem falownika w celu zasilania odbiorników.Gdy zacisk sieciowy jest zasilany, akumulator dostarcza energię do falownika, aby kontynuować pracę i zapewnić normalną pracę obciążenia.Wiemy też, że prostownik i falownik będą wykorzystywać technologię IGBT i PWM, więc UPS będzie wytwarzał w pracy dużo prądu o zawartości 3, 5, 7 harmonicznych.
2. Szkodliwość harmonicznych w sprzęcie medycznym
Z powyższego opisu wynika, że w systemie dystrybucyjnym szpitala znajduje się wiele źródeł harmonicznych, które będą wytwarzać dużą liczbę harmonicznych (najwięcej 3, 5, 7 harmonicznych) i poważnie zanieczyszczają sieć energetyczną, powodując problemy z jakością energii, takie jak nadmiar harmonicznych i przeciążenie harmonicznych neutralnych.Problemy te mogą mieć wpływ na korzystanie ze sprzętu medycznego.
2.1 Szkodliwość harmonicznych w sprzęcie do pozyskiwania obrazu
Ze względu na wpływ harmonicznych personel medyczny często doświadcza awarii sprzętu.Błędy te mogą powodować błędy danych, zamazane obrazy, utratę informacji i inne problemy lub uszkodzić elementy płytki drukowanej, w wyniku czego sprzęt medyczny nie będzie mógł normalnie pracować.W szczególności, gdy na niektóre urządzenia obrazujące wpływają harmoniczne, wewnętrzne komponenty elektroniczne mogą rejestrować wahania i zmieniać sygnał wyjściowy, co prowadzi do nakładania się deformacji lub niejednoznaczności obrazu przebiegu, co łatwo jest spowodować błędną diagnozę.
2.2 Szkodliwość harmonicznych w instrumentach leczniczych i pielęgnacyjnych
W leczeniu wykorzystuje się wiele instrumentów elektronicznych, a instrumenty chirurgiczne są najbardziej uszkadzane przez harmoniczne.Leczenie chirurgiczne oznacza leczenie laserem, falą elektromagnetyczną o wysokiej częstotliwości, promieniowaniem, mikrofalami, ultradźwiękami itp. samodzielnie lub w połączeniu z tradycyjną chirurgią.Powiązany sprzęt podlega zakłóceniom harmonicznym, sygnał wyjściowy będzie zawierał zakłócenia lub bezpośrednio wzmacniał sygnał harmoniczny, powodując silną stymulację elektryczną pacjentów, a podczas leczenia niektórych ważnych części występują poważne zagrożenia bezpieczeństwa.Instrumenty pielęgniarskie takie jak wentylatory, rozruszniki serca, monitory EKG itp. są ściśle związane z życiem opiekunów, a sygnał niektórych instrumentów jest bardzo słaby, co może prowadzić do nieprawidłowego zbierania informacji lub nawet nie działać pod wpływem harmonicznych zakłócenia, powodując ciężkie straty dla pacjentów i szpitali.
3. Środki kontroli harmonicznych
W zależności od przyczyn występowania harmonicznych, środki leczenia można z grubsza podzielić na trzy rodzaje: zmniejszenie impedancji systemu, ograniczenie źródła harmonicznych i zainstalowanie urządzenia filtrującego.
3.1 Zmniejsz impedancję systemu
Aby osiągnąć cel polegający na zmniejszeniu impedancji systemu, konieczne jest zmniejszenie odległości elektrycznej pomiędzy nieliniowym sprzętem elektrycznym a źródłem zasilania, innymi słowy, poprawa poziomu napięcia zasilania.Na przykład głównym wyposażeniem huty stali jest elektryczny piec łukowy, który pierwotnie wykorzystywał zasilanie 35 kV i został odpowiednio skonfigurowany jako specjalne zasilanie liniowe 35 kV w dwóch podstacjach 110 kV, a składowa harmoniczna była wyższa na szynie zbiorczej 35 kV.Po zastosowaniu odległości zaledwie 4 km podstacji 220 KV skonfigurowano 5 specjalnych linii zasilania 35 KV, harmoniczne w autobusie znacznie się poprawiły, poza tym w zakładzie zastosowano również generator synchroniczny o większej mocy, dzięki czemu odległość elektryczna tych nieliniowych obciążenia znacznie zmniejszone, tak że instalacja wygenerowała redukcję harmonicznych.Metoda ta wiąże się z największą inwestycją, musi być skoordynowana z planowaniem rozwoju sieci elektroenergetycznej i nadaje się do projektów przemysłowych na dużą skalę, a szpitale wymagają nieprzerwanego, ciągłego zasilania, zwykle zasilanego przez dwie lub więcej podstacji, więc ta metoda nie jest metodą priorytet.
3.2 Ograniczanie źródeł harmonicznych
Metoda ta wymaga zmiany konfiguracji źródeł harmonicznych, ograniczenia trybu pracy polegającego na generowaniu harmonicznych w dużych ilościach i skupienia się na wykorzystaniu urządzeń o komplementarności harmonicznych w celu wzajemnego znoszenia się.Częstotliwość charakterystycznych harmonicznych zwiększa się poprzez zwiększenie liczby faz przetwornicy, a wartość skuteczna prądu harmonicznego jest znacznie zmniejszona.Metoda ta wymaga zmiany układu obwodu sprzętu i koordynacji użycia instrumentów, co wiąże się z dużymi ograniczeniami.Szpital może nieznacznie dostosować się do swojej sytuacji, co może w pewnym stopniu zmniejszyć ilość harmonicznych.
3.3 Instalacja urządzenia filtrującego
Obecnie istnieją dwa powszechnie stosowane urządzenia filtrujące AC: pasywne urządzenie filtrujące iaktywne urządzenie filtrujące (APF).Pasywne urządzenie filtrujące, znane również jako urządzenie filtrujące LC, wykorzystuje zasadę rezonansu LC do sztucznego utworzenia szeregowej gałęzi rezonansowej w celu zapewnienia kanału o bardzo niskiej impedancji dla określonej liczby odfiltrowanych harmonicznych, tak aby nie były one wstrzykiwane do sieci energetycznej.Pasywne urządzenie filtrujące ma prostą konstrukcję i oczywisty efekt absorpcji harmonicznych, ale jest ograniczone do harmonicznych częstotliwości własnej, a charakterystyki kompensacji mają duży wpływ na impedancję sieci (przy określonej częstotliwości impedancja sieci i LC urządzenie filtrujące może mieć rezonans równoległy lub rezonans szeregowy).Aktywne urządzenie filtrujące (APF) to nowy typ urządzenia energoelektronicznego, które służy do dynamicznego tłumienia harmonicznych i kompensacji mocy biernej.Może zbierać i analizować sygnał prądowy obciążenia w czasie rzeczywistym, oddzielać każdą harmoniczną i moc bierną oraz sterować wyjściem konwertera za pomocą prądu harmonicznego i biernego o równej amplitudzie oraz prądu kompensacji wstecznej przez sterownik w celu kompensacji prądu harmonicznego w obciążeniu, aby osiągnąć cel kontroli harmonicznych.Aktywny filtrUrządzenie ma zalety śledzenia w czasie rzeczywistym, szybkiej reakcji, kompleksowej kompensacji (jednoczesna kompensacja mocy biernej i 2 ~ 31 harmonicznych).
4 Specyficzne zastosowanie aktywnego urządzenia filtrującego APF w placówkach medycznych
Wraz z ciągłą poprawą poziomu życia ludzi i przyspieszeniem starzenia się społeczeństwa, zapotrzebowanie na usługi medyczne stale rośnie, a branża usług medycznych wchodzi w okres szybkiego wzrostu, a najważniejszy i najważniejszy przedstawiciel branży medycznej jest szpital.Ze względu na szczególną wartość społeczną i znaczenie szpitala pilne jest rozwiązanie problemu jakości energii.
4.1 Wybór APF
Korzyści z kontroli harmonicznych to przede wszystkim zapewnienie bezpieczeństwa osobistego pacjentów i personelu medycznego, czyli ograniczenie lub wyeliminowanie niekorzystnego wpływu kontroli harmonicznych na system dystrybucyjny, zapewnienie normalnej pracy transformatorów i instrumentów medycznych ;Po drugie, bezpośrednio odzwierciedla korzyści ekonomiczne, to znaczy zapewnia normalne działanie systemu kompensacji pojemności niskiego napięcia, odgrywa należną mu rolę, zmniejsza zawartość harmonicznych w sieci elektroenergetycznej i poprawia współczynnik mocy, zmniejsza straty mocy biernej i przedłużyć żywotność sprzętu.
Szkodliwość harmonicznych w przemyśle medycznym jest bardzo duża. Duża liczba harmonicznych będzie miała wpływ na działanie i użycie precyzyjnych instrumentów, a w poważnych przypadkach może zagrozić bezpieczeństwu osobistemu;Zwiększy to również straty mocy w linii i ciepło przewodnika, zmniejszy wydajność i żywotność sprzętu, dlatego znaczenie kontroli harmonicznych jest oczywiste.Poprzez instalacjęaktywny filtrurządzenia można dobrze osiągnąć cel kontroli harmonicznych, aby zapewnić bezpieczeństwo ludzi i sprzętu.W perspektywie krótkoterminowej kontrola harmonicznych wymaga inwestycji kapitałowych na wczesnym etapie;Jednak z długoterminowego punktu widzenia rozwoju APFaktywne urządzenie filtrującejest wygodny w utrzymaniu w późniejszym okresie i można go używać w czasie rzeczywistym, a korzyści ekonomiczne, jakie niesie ze sobą kontrola harmonicznych oraz korzyści społeczne związane z oczyszczaniem sieci elektroenergetycznej, są również oczywiste.
Czas publikacji: 30 czerwca 2023 r