Ableitstrom in medizinischen Geräten

Medizinische elektrische Geräte können auch bei einwandfreiem Betrieb eine Gefahr für den Patienten darstellen. Das liegt daran, dass jedes elektrische Gerät einen Leckstrom erzeugt. Erfahren Sie, wie die richtige Konstruktion die Sicherheit der Patienten gewährleistet.

Elektrische Geräte, die in der Nähe des Patienten betrieben werden, können auch bei einwandfreiem Betrieb eine Gefahr für den Patienten darstellen. Das liegt daran, dass jedes elektrische Gerät eine leakage current. Der Leckstrom besteht aus jeglichem Strom, einschließlich kapazitiv gekoppeltem Strom, der nicht dazu bestimmt ist, einem Patienten zugeführt zu werden, der aber von freiliegenden Metallteilen eines Geräts zur Erde oder zu anderen zugänglichen Teilen eines Geräts fließen kann.

Normalerweise wird dieser Strom über den Schutzleiter im Netzkabel um den Patienten herum abgeleitet. Wenn dieser Strom jedoch ansteigt, kann er zu einer Gefahr für den Patienten werden.

Isolierte Systeme werden heute in vielen Bereichen zum Schutz vor elektrischen Schlägen eingesetzt, unter anderem:

• Intensivstationen (ICUs)
• Koronarstationen (CCUs)
• Notaufnahmen
• spezielle Verfahrensräume
• Herz-Kreislauf-Laboratorien
• Dialysegeräte
• verschiedene feuchte Standorte

Ohne ordnungsgemäße Erdung können Ableitströme Werte von 1.000 μA erreichen, bevor das Problem wahrgenommen wird. Ein Patient kann bereits durch einen Ableitstrom von 10 bis 180 μA verletzt werden. Auch Herzkammerflimmern kann durch diesen Leckstrom ausgelöst werden.

Ableitstrom ist der Strom, der vom Wechsel- oder Gleichstromkreis eines Geräts zum Gehäuse oder zur Erde fließt und entweder vom Eingang oder vom Ausgang stammen kann. Wenn das Gerät nicht ordnungsgemäß geerdet ist, fließt der Strom über andere Wege, z. B. über den menschlichen Körper. Dies kann auch passieren, wenn die Erdung ineffizient ist oder absichtlich oder unabsichtlich unterbrochen wird.

Ableitströme sind unwillkürliche Ströme, die fließen, wenn ein Betriebsmittel oder ein elektrisches medizinisches Gerät in normalem, fehlerfreiem Zustand arbeitet. Daher sind Ableitströme keine Fehlerströme. Fehlerströme treten nur im Falle eines Fehlers auf (z. B. bei defekter Isolierung). Ableitströme können von spannungsführenden Teilen über die intakte Isolierung zur Schutzerde oder von einem spannungsführenden Teil über die Isolierung zu einem anderen spannungsführenden Teil fließen.

Leckströme sind immer vorhanden, da es keine Isolierung gibt, die den Wirkungsgrad von 100% erreicht. Die Leckströme setzen sich aus ohmschen und kapazitiven Leckströmen zusammen. Der ohmsche Ableitstrom wird durch den Verlustwiderstand der Isoliermaterialien erzeugt. Ein kapazitiver Ableitstrom entsteht zwangsläufig, wenn zwei elektrisch leitende Oberflächen oder Leiter durch eine Isolierung getrennt sind.

In der Praxis können die ohmschen Anteile aufgrund ihrer geringen Größe normalerweise vernachlässigt werden. Der kapazitive Ableitstrom spielt jedoch eine wichtige Rolle bei der Prüfung der elektrischen Sicherheit von Betriebsmitteln und medizinischen Geräten.

Die Menge des fließenden Stroms hängt davon ab:

• die Spannung auf dem Leiter
• der kapazitive Blindwiderstand zwischen dem Leiter und der Erde
• der Widerstand zwischen dem Leiter und der Erde

Für medizinische elektrische Geräte werden verschiedene Ableitströme definiert, je nachdem, welchen Weg die Ströme nehmen.

Ableitstrom-Klassifizierungen

Erdableitstrom - Ableitstrom fließt im Erdleiter eines schutzgeerdeten Geräts. Solange die Verbindung zur Erde geschlossen bleibt, ist eine Person, die mit dem Metallgehäuse des Geräts in Berührung kommt, sicher. Öffnet sich jedoch die Verbindung zur Erde, wird die Impedanz zur Erde durch die Person sehr viel geringer, was zu einer Stromschlaggefahr führt.

Wegen dieser potenziellen Gefahr muss die Impedanz zwischen dem Netzteil des Transformators und dem Gehäuse sehr hoch sein, damit die Gefahr eines elektrischen Schlags auch im Falle eines Fehlers im Erdungskreis minimiert wird.

Ableitstrom des Gehäuses - Gehäuseableitstrom fließt von einem freiliegenden leitenden Teil des Gehäuses über einen anderen Leiter als den normalen Erdungsleiter zur Erde.

In der Regel werden große Anstrengungen unternommen, um jeden leitenden Punkt im Gehäuse zu erden. Aus diesem Grund wird die Prüfung in der Regel an Punkten des Gehäuses durchgeführt, die nicht für eine Schutzerdung vorgesehen sind, um die unwahrscheinliche Möglichkeit eines Fehlers abzudecken.

Patientenableitung Strom - Der Patientenableitstrom ist der Ableitstrom, der durch einen Patienten fließt, der mit einem oder mehreren Anwendungsteilen verbunden ist. Er kann entweder von den angewandten Teilen über den Patienten zur Erde oder von einer externen Quelle mit hohem Potenzial über den Patienten und die angewandten Teile zur Erde fließen. Die folgenden Abbildungen veranschaulichen die beiden Szenarien.

Patientenhilfsstrom - Der Patientenhilfsstrom ist der Strom, der normalerweise zwischen den Teilen des angewandten Teils durch den Patienten fließt und der keine physiologische Wirkung haben soll.

Medizinische Geräte, die in direktem Körperkontakt mit Patienten stehen, müssen ihren Ableitstrom auf die niedrigsten vorgeschriebenen Werte begrenzen. Gemäß IEC 60601-1 sind die Ableitstromgrenzwerte in der nachstehenden Tabelle aufgeführt.

NC = Normalbedingungen SFC : Einzelfehlerbedingungen

Ableitstrom-Normen

Heute sind die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) und Underwriters Laboratories (UL) die beiden wichtigsten Regulierungsbehörden, die Mindestsicherheitsstandards für Elektronikprodukte, einschließlich medizinischer Transformatoren, festlegen und veröffentlichen.

UL ist die offizielle Aufsichtsbehörde für die Vereinigten Staaten, da sie von der Occupational Safety and Health Administration (OSHA) beauftragt wurde, alle elektronischen Geräte zu prüfen und zu zertifizieren. Die IEC ist das Normungsgremium in Europa und arbeitet eng mit den nationalen Labors der einzelnen Länder zusammen. UL 60601-1 ist eine Norm, die mit IEC 60601-1 harmonisiert wurde.

Die Norm UL 60601-1, die die ursprüngliche Norm UL 544 ersetzt hat, legt die maximal zulässigen Ableitstromwerte fest, die je nach Geräteklasse und je nachdem, ob sich das Gerät in einem Patientenbereich wie einem Untersuchungs-, Übernachtungs- oder OP-Raum befindet, unterschiedlich sind. Der größte zulässige Ableitstrom beträgt 500 Mikroampere (µA) für Geräte der Klasse I, die sich nicht im Bereich der Patientenversorgung befinden; mit zunehmender Geräteklasse nimmt dieser Wert stetig ab. Die IEC 60601 folgt sehr ähnlichen Richtlinien. Bitte beachten Sie, dass diese Normen die Leistung des fertigen medizinischen Geräts spezifizieren; sie geben keine Einschränkungen für den Transformator an. Ein Transformator mit geringem Leckstrom kann jedoch die Erfüllung der Leckstromanforderungen für ein fertiges Gerät erheblich vereinfachen.

Anforderungen an Kriech- und Luftstrecken

Kriechstrecke - der kürzeste Abstand entlang der Oberfläche des Isoliermaterials zwischen zwei leitenden Teilen.

Freigabe - Kürzester Weg in der Luft zwischen zwei leitenden Teilen.

Zwischen nicht isolierten spannungsführenden Primärteilen mit unterschiedlichem Potenzial, nicht isolierten spannungsführenden Primärteilen und Teilen mit unisoliertem Metall, nicht isolierten spannungsführenden Sekundärteilen und Teilen mit unisoliertem Metall sowie nicht isolierten spannungsführenden Primärteilen und nicht isolierten Sekundärteilen müssen die unten angegebenen Mindestabstände durch die Luft und über die Oberfläche eingehalten werden. Die Abstände gelten für Spulen, Kreuzungsleitungen, Spleiße, nicht isolierte Leitungsdrähte und jede Windung der Primärwicklung zu jeder Windung der Sekundärwicklung. Die Abstände gelten nicht für die Abstände von Windung zu Windung einer Spule.

Im Anschluss an diesen Beitrag finden Sie einen Überblick über Verwendung von Transformatoren zur elektrischen Isolierung in medizinischen Geräten

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