INGEGNERIA CLINICA

Rischi connessi agli impianti elettrici

Ing. P. Balestra – Servizio di Ingegneria Clinica

I rischi elettrici e la loro prevenzione

In Italia avvengono circa 270 infortuni mortali all’anno (sul lavoro e domestici), dovuti ad elettrocuzione, cioè dovuti ad una scarica elettrica (quasi il doppio della media europea di decessi dovuti a infortuni elettrici per milione di residenti)

Quasi il 5% degli infortuni da elettricità ha esito mortale; questa percentuale è di 30 volte superiore a quella degli infortuni non elettrici.

Molti altri infortuni hanno origine elettrica, ma non figurano nelle statistiche tra quelli dovuti all’elettricità, perché vengono classificati in base all’agente che li ha provocati ad esempio:• cadute dall’alto (impalcature o scale) a seguito di azione eccitomotoria della corrente;

• schiacciamento perché un guasto del circuito elettrico, mal progettato e costruito, ha provocato l’azionamento improvviso di una apparecchiatura o di una macchina utensile;

• cause connesse alla mancanza di energia elettrica ed al successivo ripristino, dove non è prevista una adeguata alimentazione di sicurezza;

• esplosioni ed incendi la cui sorgente di innesco è di origine elettrica, nel nostro paese infatti il 10/15% degli incendi hanno origine dall’impianto elettrico o da apparecchi elettrici.

Effetti della corrente elettrica sul corpo umano

I meccanismi di funzionamento biologico del corpo umano sono governati da un'attività elettrica dell'ordine delle decine di mV. Una corrente elettrica proveniente dall'esterno, sommandosi alle piccole correnti fisiologiche interne, può alterare le funzioni vitali dell'organismo causando danni che possono anche essere irreversibili o addirittura letali.I principali effetti più frequenti e più importanti prodotti da una corrente elettrica che attraversa il corpo umano, sono quattro:1. tetanizzazione2. arresto della respirazione3. fibrillazione ventricolare4. ustioni

Il valore limite della corrente elettrica a 50 Hz che, attraversando un muscolo, ne provoca la tetanizzazione completa, è definita “corrente di non rilascio”. Questa definizione deriva dal fatto che uno degli incidenti elettrici più comuni è dovuto al contatto di una mano con un filo o un tubo metallico sottoposti a tensione. In questo caso, un passaggio di corrente tale da provocare la tetanizzazione dei muscoli dell’arto superiore, impedisce alla persona di staccare la mano dalla parte di tensione, ed il contatto elettrico si prolunga nel tempo con accresciuti rischi per l’infortunato.

Effetti della corrente elettrica sul corpo umano: tetanizzazione

Risposta meccanica di un muscolo a stimoli elettrici di diversa frequenza

Nella fibra muscolare l’insorgenza di un singolo potenziale di azione, sia per cause artificiali, sia per l’attività naturale delle terminazioni nervose preposte al movimento, provoca una breve contrazione della fibra, seguita da immediato rilasciamento

Se al primo impulso ne segue un secondo, prima che la fibra sia tornata ad uno stato di riposo meccanico, i due effetti si sommano, ed il muscolo presenta una contrazione più marcata

Risposta meccanica di un muscolo a stimoli elettrici di diversa frequenza

Se la frequenza di ripetizione degli stimoli supera un certo limite, il muscolo è portato ad una contrazione completa (tetano muscolare) ed in tale condizione permane finché non cessano gli stimoli

Risposta meccanica di un muscolo a stimoli elettrici di diversa frequenza

Il nodo seno-atriale è un generatore biologico di impulsi elettrici e comanda il ritmo cardiaco

Il nodo atrio -ventricolare dal quale si diparte il fascio di His conduce lo stimolo alle fasce muscolari dei ventricoli

Effetti sul cuore

Esiste un breve intervallo di tempo nel ciclo cardiaco nel quale il cuore è particolarmente vulnerabile dal punto di vista elettrico:

Periodo “T”

Se una corrente elettrica interferisce con questa fase del ciclo cardiaco è molto probabile che si inneschi il fenomeno della “FIBRILLAZIONE”

Effetti sul cuore

Effetti dipendenti dall’intensità di corrente alla frequenza di rete

a) contatto accidentale con una parte in tensione

b) circuito equivalente

GENERATORE DI TENSIONE 220Volt/50Hz

RESISTENZA

INTENSITA’ DI CORRENTE

Coinvolgimento dell’organismo

LINEA TESTA-ARTI Coinvolgimento dei centri nervosi cardiorespiratori

BRACCIO-BRACCIO Attraversamento del cuore

ARTO SUPERIORE-ARTO INFERIORE CONTROLATERALE

Attraversamento del cuore

ARTO SUPERIORE-ARTO INFERIORE OMOLATERALE E GAMBA-GAMBA

Solo lesioni locali

Curva relativa alla resistenza di un percorso mano-piede della corrente, in funzione della tensione di contatto

In caso di contatto esterno a livello cutaneo, assume una grande importanza la condizione di maggiore o minore umidità dell’epidermide stessa

Effetti dipendenti dall’intensità di corrente alla frequenza di rete

0,5 mA Soglia di percezione

0,5-10 mA Intervallo di massima corrente tollerabile (senza apprezzabili effetti fisiologici)

10-30 mA Tetanizzazione (contrazione muscolare)

30-75 mA Dolore. Probabile svenimento. Perdita delle forze. Danno meccanico. Le funzioni cardiache e respiratorie non vengono compromesse. Possibile fibrillazione

75 mA-1A Ampio intervallo di insorgenza della fibrillazione ventricolare. Il centro respiratorio non viene alterato apprezzabilmente.

1A ed oltre Contrazione del miocardio seguita dal normale ritmo cardiaco. Paralisi temporanea dell’attività respiratoria. Ustioni per effetto Joule se la densità di corrente è elevata.

Effetti di una corrente a 50 Hz per 1 secondo

Effetti di una corrente a 50 Hz in funzione dell’intensità e della durata

V= tensione di contatto

R = resistenza elettrica del corpo

I = corrente che attraversa il corpo(I = V/R) Legge di Ohm

t = tempo di permanenza della

corrente

l’individuo non ha alcuna reazione al passaggio di corrente

il passaggio della corrente non provoca abitualmente alcun effetto fisiopatologico per l’individuo

pericolo di fibrillazione poco probabile

pericolo di fibrillazione probabile

pericolo di fibrillazione molto probabile

Effetti di una corrente a 50 Hz in funzione dell’intensità e della durata

Soglie di percezione e tetanizzazione in funzione della frequenza

E’ possibile che due elettrodi applicati superficialmente al paziente presentino differenze di potenziale dell’ordine di alcuni volt. La conseguente elettrolisi dei sali contenuti nei liquidi fisiologici umani (soprattutto NaCl), seppure di lieve entità, può produrre nell’arco di alcune ore l’arrossamento o l’infiammazione della cute sottostante gli elettrodi. Queste irritazioni o ustioni, impropriamente dette elettriche, hanno in realtà una natura elettrochimica. Per questo fenomeno, il personale addetto alla cura dei pazienti dovrà porre attenzione nel verificare periodicamente le condizioni della pelle sotto gli elettrodi.

Effetti elettrochimici

Flusso della corrente da mano a piedi in caso di contatto della mano con un oggetto in tensione rispetto a terra

Elettrocuzione da macroshock

Percorso della corrente elettrica a 50Hz dovuta a deterioramento o rottura dell’isolamento tra gli avvolgimenti del trasformatore di alimentazione di un elettrocardiografo

Elettrocuzione da macroshock

Il cuore del paziente è a diretto contatto con un elettrodo o un catetere pieno di liquido conduttore, che crea un percorso conduttivo verso terra

Elettrocuzione da microshock

Macroschock e microshock

a) Nella persona in condizioni normali, solo una parte della corrente che fluisce nel corpo interessa la regione cardiaca;

b) Nel paziente cateterizzato tutta la corrente che entra nel corpo attraversa il cuore.

Tipologie di impianti in Ospedale

Impianto elettrico

Impianto gas medicali ed anestetici

Impianto idrico

Impianto di climatizzazione

Impianto rete telematica

Generalmente con il termine di impianto elettrico ci si riferisce a quell'insieme di apparecchiature elettriche, meccaniche e fisiche atte alla trasmissione e all'utilizzo di energia elettrica.

Impianto elettrico

Riferimento alla normativa nazionale e internazionale

La Legge 1° Marzo 1968, n. 186 pubblicata sulla G.U. n. 77 del 23 marzo 1968 afferma:“Disposizioni concernenti la produzione di materiali, apparecchiature, macchinari, installazioni e impianti elettrici ed elettronici.”

“art. 1 - Tutti i materiali, le apparecchiature, i macchinari, le installazioni e gli impianti elettrici ed elettronici devono essere realizzati e costruiti a regola d’arte”.

“art. 2 – I materiali, le apparecchiature, i macchinari, le installazioni e gli impianti elettrici ed elettronici realizzati secondo le norme del Comitato Elettrotecnico Italiano si considerano costruiti a regola d’arte”.

Le norme emanate in Italia dal CEI hanno un valore giuridico di “stato dell’arte”, cioè di modello da seguire per una corretta realizzazione, verifica e manutenzione dell’impianto. In caso di incidente il giudice può far ricorso a queste Norme per accertare se in quella determinata occasione erano state rispettate tutte le precauzioni o vi erano omissioni colpose.

Occorre che l’impianto sia stato realizzato a regola d’arte ovvero secondo le norme CEI (certificato di conformità in base alla L. 46/90).Le norme CEI di riferimento sono la CEI 64-8 e la CEI 64-4

Riferimento alla normativa nazionale e internazionale

SICUREZZAAPPARECCHIATURA ELETTROMEDICALE

SICUREZZAIMPIANTO ELETTRICO

SICUREZZAELETTRICA GENERALE

CLASSIFICAZIONE DEI LOCALI AD USO

MEDICO

Classificazione delle apparecchiature

Per i sistemi alimentati a bassa tensione, le norme consentono di ottenere la protezione contro i contatti indiretti mediante l’impiego di componenti in classe II. I componenti aventi tali caratteristiche non devono essere collegati all’impianto di terra.

TIPO B -- Parti applicate non in contatto diretto con l’utente

TIPO BF -- Parti applicate a diretto contatto con l'utente

TIPO CF -- Parti applicate a contatto con zone particolari (vicinanza del cuore)

CLASSIFICAZIONE DEI LOCALI AD USO MEDICO

Locale ad uso medico di GRUPPO:

Locali ad uso medico nei quali non si utilizzano apparecchiature elettromedicali con PARTI APPLICATE e ove la mancanza dell’alimentazione non comporta pericolo per la vita

Locali ad uso medico nei quali si utilizzano apparecchiature elettromedicali con PARTI APPLICATE esternamente o invasivamente nel corpo umano, ad eccezione della zona cardiaca e ove la mancanza dell’alimentazione non comporta pericolo per la vita

Locali ad uso medico nei quali si utilizzano apparecchiature elettromedicali con PARTI APPLICATE destinate ad essere utilizzate in interventi intracardiaci o in operazioni chirurgiche e a trattamenti vitali ove la mancanza dell’alimentazione può comportare pericolo per la vita

0

1

2

Sale massaggi

Infermerie delle fabbriche

Ambulatori dei medici di famiglia

Locale ad uso medico di gruppo 0

Camere di degenza

Studi dentistici

Locali di radiologia

Locali per fisioterapia

Locali per endoscopia

Sale di idroterapia

Centri estetici

Ambulatori

Pericolo di MACROSHOCK (mA):contatto diretto con una d.d.p. che non interessa a fondo il cuore

Locale ad uso medico di gruppo 1

Locali per chirurgia

Anestesia generale

Emodinamica

Esami angiografici

Rianimazione/Terapia intensiva

Unità coronariche

Neonati Prematuri

Sale risveglio

Pericolo di MICROSHOCK uA: corrente piccolissima (≤10uA) che arriva al miocardio direttamente o per mezzo di un catetere riempito di fluido conduttore

Locale ad uso medico di gruppo 2

CORTO CIRCUITO: • Surriscaldamento e incendio• Scintille ed esplosioni

I = V / R

Una corrente di cortocircuito molto elevata, per effetto Joule, può sviluppare un calore tale da dare luogo ad incendi di materiali infiammabili che si trovano a contatto con il tratto di linea surriscaldato (tappezzerie, rivestimenti di legno o materia plastica, tendaggi,ecc…)

Pericoli connessi agli impianti elettrici

FUSIBILE

interrompe il passaggio della corrente quando viene attraversato da una corrente maggiore di quella per cui è stato progettato

RAPIDO RITARDATO

La sostituzione dei fusibili deve sempre avvenire ad apparecchio spento e scollegato dalla rete elettrica

Limitatori di corrente

Interruttore magnetotermico

E’ un dispositivo che congloba normalmente in un unico oggetto fisico due circuiti di protezione (termico e magnetico) che agiscono, sempre al fine di interrompere l’erogazione della corrente, secondo due modalità di intervento distinte.

Interruttore magnetotermico

Fusibili ed interruttori magnetotermici intervengono sempre per correnti di valore decisamente superiore ai limiti di tollerabilità del corpo umano e servono soltanto a proteggere impianti ed apparecchiature. Nel caso in cui una persona venga in contatto con parti sotto tensione di impianti o apparecchi elettrici, la sua sicurezza e incolumità non sono in alcun caso garantite da questi dispositivi.

Interruttori differenzialiL’interruttore differenziale protegge le persone e gli strumenti dai pericoli derivanti dalle correnti che si stabiliscono verso terra in condizioni di guasto

Il sistema di protezione differenziale, valuta la differenza tra la corrente inviata all’utilizzatore e quella di ritorno da esso. Se tale valore supera una soglia prefissata (normalmente 30 mA) viene interrotto il passaggio di corrente verso il carico.

L’interruttore differenziale non garantisce un assoluto livello di sicurezza nel caso in cui una corrente differenziale tale da provocarne l’intervento (cioè uguale a 30 mA) si scarichi verso terra totalmente attraverso la persona, come avviene, per esempio, in caso di contatto diretto con un conduttore della rete o in assenza di collegamento a terra di uno strumento.

Interruttori differenziali

Curva dell’intervento di due interruttori differenziali e curva indicativa di pericolosità della corrente elettrica a 50 Hz. Il tempo di intervento di un interruttore differenziale è di qualche decina di ms. In tale intervallo possono fluire nel soggetto correnti ben maggiori di 30 mA con conseguente rischio di fibrillazione.

Esiste la possibilità tecnica di realizzare interruttori differenziali con I=10 mA ed anche meno, che garantirebbero sicurezza maggiore. Tuttavia il funzionamento di questi dispositivi risulta critico nella maggior parte degli impianti perché può essere sufficiente un breve transitorio differenziale, che si instaura all’istante dell’accensione di molte apparecchiature, per provocare l’intervento dell’interruttore, con disagi per gli utenti superiori ai benefici dell’accresciuto livello di protezione.La protezione del differenziale è notevole se abbinato ad un efficiente impianto di terra

Interruttori differenziali

Esempio di situazione in cui il telaio di B può assumere un potenziale elevato a causa di un guasto in A.

E’ utile sapere che l’esistenza di una linea protetta da interruttore automatico in parallelo ad una o più linee protette da interruttore differenziali vanifica in pratica il grado di sicurezza “attiva” garantito dai differenziali.

Interruttori differenziali

In questo esempio, infatti, un guasto a terra dell’utilizzatore A, con corrente Id = 2 Ampere, non viene avvertito dall’interruttore automatico da 10 Ampere; questo porta i telai metallici degli utilizzatori ad una tensione di contatto Vc = RT·Id = 100 V, benché il telaio di B sia protetto, in caso di suo guasto, per tensioni di contatto Vc = RT·∆I = 1,5 V.

Modalità di azione del pulsante di prova di un interruttore differenziale

E’utile infine sapere che tutti gli interruttori differenziali sono dotati di un pulsante di TEST, contrassegnato dalla lettera T. Il pulsante di prova garantisce soltanto l’efficienza elettrica e meccanica dell’interruttore differenziale mentre non fornisce alcuna garanzia per:• Lo scatto dell’interruttore a 30 mA• L’efficienza e la presenza dell’impianto di terra.

Interruttori differenziali

Interruttori differenziali

Per contatto indiretto si intende una situazione in cui una parte metallica accessibile al paziente e/o al personale viene a trovarsi, per guasto o per errore, ad un livello di tensione potenzialmente pericoloso.In questo caso una persona venuta accidentalmente in contatto con tale parte metallica può chiudere un circuito elettrico verso terra con conseguente passaggio attraverso la persona stessa di una corrente I.

Contatto indiretto

Anche in assenza di guasti, cortocircuiti interni, rottura di isolanti, ecc., esistono comunque correnti che fluiscono a terra, attraverso operatori o pazienti, tramite elettrodi, trasduttori o un contatto con il telaio metallico dello strumento. Queste correnti sono dette “correnti di dispersione” e non sono riducibili a zero in quanto non è fisicamente possibile ottenere un isolamento perfetto e capacità parassite nulle tra le parti di circuito collegate alla rete ed elettrodi, trasduttori o telaio.

Correnti di dispersione

Le correnti che fluiscono dal telaio dell’apparecchiatura verso terra per effetto del non perfetto isolamento sono sempre di entità molto modesta (attorno alle centinaia di µA per la maggior parte delle apparecchiature elettriche e alle decine di µA per gli strumenti adibiti ad uso medico realizzati con tecniche e accorgimenti particolari); tuttavia esse potrebbero risultare fonti di pericolosi microshock nel caso percorressero direttamente il cuore raggiungendolo, per esempio, attraverso un catetere o un elettrodo di stimolazione endocavitario.

Correnti di dispersione

Apparecchiatura

F

NT

Correnti di dispersione

Risulta quindi necessario (ma non sufficiente) creare un percorso a bassa resistenza atto a scaricare verso terra la maggior frazione possibile delle suddette correnti: tale percorso si realizza, come già detto, per mezzo di un corretto ed efficiente collegamento a terra del telaio dello strumento.

Il collegamento a terra del telaio metallico dello strumento viene assicurato dal cosiddetto “conduttore di protezione”; normalmente tale conduttore è inglobato nel cavo di alimentazione dell’apparecchio e si distingue dagli altri conduttori, che portano la tensione di rete, per la colorazione del suo involucro isolante che deve essere obbligatoriamente a strisce gialle e verdi.

Conduttore di protezione

Impianto di terraPer “impianto di terra” si intende l’insieme di conduttori elettrici che raggiungono le prese di terra disposte nei vari punti dell’edificio e la loro connessione con il terreno, tramite elementi metallici interrati detti “dispersori”. Scopo dell’impianto di terra è quello di creare un percorso a bassa resistenza che colleghi tutte le parti metalliche accessibili, in grado di assumere eventualmente un potenziale elettrico, al terreno, che si trova per definizione al potenziale elettrico zero.

Messa a terra

Collegamento elettrico a bassa resistenza, con conduttori metallici di grossa sezione e lunghezza non eccessiva, fra la terra e parti di un’apparecchiatura elettrica (telaio, contenitore metallico) o struttura metallica (letti, mobili, serramenti metallici)

Le Norme CEI per locali adibiti ad uso medico non impongono valori definiti per la resistenza verso terra dell’impianto, bensì richiedono che la massima tensione di contatto (esterno) in caso di guasto non superi il valore di 24V. Di conseguenza il massimo valore che può assumere la resistenza di terra è definito dalla relazione RT=24V/IT, dove IT è il valore della corrente verso terra, per cui si ha lo scatto dell’interruttore differenziale di protezione dell’impianto. Se IT è pari a 30 mA, una resistenza dell’impianto di terra RT pari a 24V/0.03A=800 ohm è sufficiente a garantire tensioni minori di 24V.

Resistenza di terra

Ripartizione della corrente I di nelle due resistenze Rp e RT.

L’intensità della corrente I attraverso la persona (equivalente dal punto di vista elettrico alla resistenza Rp) può essere drasticamente ridotta attraverso il collegamento a terra del telaio effettuato tramite un percorso a bassa resistenza Rt.La corrente I si divide in due rami con intensità I1 e I2. Se, ad esempio, Rt è 1000 volte più piccola della Rp, I1 sarà 1000 volte più piccola di I2 e la persona sarà percorsa da una corrente mille volte minore.

Efficienza del collegamento di terra

Collegamento a terra ideale e reale

Dal momento che la resistenza dei conduttori metallici di terra, dispersori compresi, è molto bassa (decimi di Ohm per centinaia di metri di conduttore di rame), ed altrettanto bassa è la resistenza del terreno, in virtù della sua sezione praticamente infinita, la quasi totalità della resistenza dell’impianto di terra viene ad essere localizzata nell’interfaccia dispersori-terreno. La bontà di un impianto di terra dipende quindi da un lato dall’area di contatto dei dispersori, dall’altro dalle condizioni del terreno, cioè dal tipo di materiale dall’umidità e dal contenuto di sali. Inoltre la qualità del contatto fra dispersori e terreno peggiora inevitabilmente con il passare del tempo, per il fatto che i dispersori subiscono un processo di ossidazione e corrosione. Risulta quindi indispensabile verificare periodicamente la resistenza effettiva dell'impianto di terra e, quando necessario, sostituire o rigenerare l’insieme dei dispersori.

Efficienza del collegamento di terra

Per “elettricità statica” si intende l’accumulo di cariche elettrostatiche sulle superfici esterne di oggetti conduttori. Nel momento in cui un corpo carico elettrostaticamente viene a trovarsi in prossimità di altri corpi conduttori a potenziale diverso, con l’interposizione di un mezzo isolante (tipicamente aria), possono crearsi differenze di potenziale anche molto elevate (decine di migliaia di Volt) e conseguenti scariche, con la formazione di scintille. Queste scintille risultano molto pericolose nel caso in cui il locale presenti un’alta concentrazione di gas anestetici infiammabili o sostanze esplosive. In alcuni casi si possono verificare piccole lesioni cutanee. Quasi sempre la persona interessata effettua un movimento brusco e incontrollato.

Elettricità statica

Per evitare la formazione di pericolose differenze di potenziale, che come si è detto, si formano fra due oggetti isolati fra di loro, si prescrive di collegare tutti gli oggetti metallici presenti in un certo ambiente ad un potenziale comune, rappresentato dal potenziale di terra. Si impedisce infine, in detti locali, l’uso di indumenti in fibre sintetiche che favoriscano la formazione di cariche elettrostatiche.

Nodo Equipotenziale

La Norma di sicurezza che impone il dimensionamento dell’impianto di protezione in maniera che la tensione di contatto non superi i 24V è sufficiente per i locali adibiti ad uso medico in cui si possono verificare contatti esterni, ma risulta assolutamente insufficiente in quelle aree in cui i pazienti possono presentare elementi conduttori di elettricità in diretto contatto con il cuore o i grossi vasi (camere operatorie, sale per cateterismo, terapia intensiva e rianimazione, impianto di pacemaker). In questo caso il limite di pericolosità per correnti alla frequenza di rete che attraversano il paziente scende a 10 microA.

Considerando la resistenza media interna del corpo umano pari a 500 ohm, qualunque differenza di potenziale superiore a V=10 microA * 500 ohm = 5 mV fra due punti che possono venire contemporaneamente a contatto con il paziente è da ritenersi fonte di pericolo per le aree suddette.A causa di queste specifiche decisamente più severe (0,005V invece di 24V) non è più sufficiente il semplice collegamento a terra di tutte le parti meccanicamente accessibili.

situazione di rischio di microshock conseguente alla non equipotenzialità di due strumenti

L’apparecchio K, fisicamente molto lontano dalla camera del paziente, ma connesso sulla stessa linea di terra, presenta un guasto verso terra con una corrente di dispersione di 2A; per effetto di questa corrente fra il telaio dello strumento A e quello dello strumento B si instaura una differenza di potenziale di 0,5V, dovuta alla resistenza piccola, ma non nulla, della linea di terra.Il paziente, collegato allo strumento B tramite il catetere conduttore, toccando anche lo strumento A si trova sottoposto alla ddp e può venire attraversato da una corrente di 1 mA, attraverso il cuore, con rischio di fibrillazione.

Nodo Equipotenziale

L’impianto è realizzato infatti per proteggere le persone da contatti esterni (per una corrente di guasto di 2A, i telai degli strumenti si portano al valore non pericoloso V= 2 · R= 2 V rispetto a terra) ma non è in grado di assicurare l’assoluta equipotenzialità di tutte le parti metalliche.

Nodo Equipotenziale

Nei locali ad alto rischio va adottata la configurazione che prevede l’uso del nodo equipotenziale (punto N). Al punto N, unico per ogni locale e per ogni paziente, se vi sono più posti letto nello stesso locale, devono collegarsi direttamente i conduttori di protezione relativi a tutti gli apparecchi e a tutte le parti metalliche che, anche in modo indiretto, possono venire a contatto con il paziente.

Nodo Equipotenziale

Il guasto dell’apparecchio K, posto sulla stessa linea di terra, porta ancora il nodo equipotenziale ad un valore di tensione diverso rispetto al potenziale di terra, però questo valore è lo stesso per tutte le parti metalliche con cui può venire a contatto il paziente

N

Se tutti gli apparecchi accessibili al paziente sono collegati al nodo equipotenziale, il guasto a terra di un qualsiasi altro apparecchio, collegato allo stesso impianto di terra, non costituisce pericolo per il paziente

Nodo Equipotenziale

Nodo Equipotenziale

Nodo Equipotenziale

Trasformatore di isolamento

Nei locali ad alto rischio elettrico, oltre alla già citata condizione di equipotenzialità, occorre garantire altre due condizioni in apparente contrasto tra di loro:

• La normale protezione contro i guasti verso terra delle apparecchiature presenti nel locale, fonti di possibili macroshock per pazienti ed operatori.

• La continuità della fornitura di energia elettrica ad un’apparecchiatura, da cui può dipendere la sopravvivenza del paziente, in caso di guasto verso terra dell’apparecchiatura stessa.

In prima analisi può apparire opportuno inserire nell’impianto elettrico della sala operatoria un sensibile interruttore differenziale. In caso di dispersione di corrente verso terra, l’interruttore scatta evitando possibili macroshock. Questo intervento potrebbe però lasciare senza alimentazione apparecchiature essenziali alla sopravvivenza del paziente; oltretutto, l’interruttore differenziale non consente il ripristino della corrente fino a che non sia stato rimosso dalla linea lo strumento causa di dispersione . Tenendo conto che nella sala operatoria possono essere contemporaneamente in funzione molti apparecchi elettrici, è evidente che l’operazione di ricerca non si presenta particolarmente semplice.

Trasformatore di isolamento

A questo problema si ovvia con l’impiego del trasformatore di isolamento, il quale consente di rispettare entrambe le condizioni citate in precedenza. Come è noto, in un trasformatore è possibile il trasferimento di energia elettrica fra ingresso ed uscita, ma questo passaggio non avviene tramite fili conduttori bensì, per effetto di accoppiamento elettromagnetico, fra due bobine isolate elettricamente tra di loro.

Trasformatore di isolamento

La tensione di 220 V fornita dalla cabina Enel è sempre riferita in qualche punto a terra (in questo caso tramite il collegamento di resistenza RT). Un ipotetico percorso diretto verso terra A provoca quindi una corrente IA = 220V/RT. A valle del trasformatore di isolamento, invece, un altrettanto ipotetico collegamento diretto a terra B non provoca in teoria alcuna corrente verso terra, perché la tensione di 220 V all’uscita del trasformatore non è riferita a terra. In pratica l’isolamento fra i due avvolgimenti del trasformatore non è perfetto, esiste sempre un modesto accoppiamento capacitivo, reso peraltro minimo dallo schermo collegato a terra e posto fra primario e secondario, che provoca una corre Ic. Nel caso reale è quindi Ib = Ic. Le norme di realizzazione dei trasformatori di isolamento impongono che la corrente Ic non superi mai il valore di 1 mA.

Trasformatore di isolamento

Trasformatore di isolamento

Il trasformatore d’isolamento, separando il circuito di alimentazione degli apparecchi accessibili al paziente dal resto della rete, migliora le condizioni di condizioni di sicurezza.

Trasformatore di isolamento

Nei locali ad alto rischio elettrico, l’abbinamento del trasformatore di isolamento con il nodo equipotenziale dell’impianto di terra assicura un livello alto di sicurezza sia per quanto riguarda pericoli di shock elettrico sia per la continuità di erogazione dell’energia.

Trasformatore di isolamento e nodo equipotenziale

Se per guasto, o per errore di impiego, una di queste apparecchiature collega a terra uno dei due capi del trasformatore di isolamento, l’impianto, da isolato che era, diventa nuovamente riferito a terra, senza con ciò provocare alcun immediato pericolo, né interruzioni nell’erogazione dell’energia. Questa condizione anomala deve però essere segnalata al personale di sala, affinché questo sappia che un secondo guasto o errore porterebbe ad una condizione di pericolo, e perché provveda a far individuare e correggere al più presto la causa di tale segnalazione.

Dispositivo di controllo dell’isolamento

Viene pertanto installato sulle linee isolate un sistema di misura della resistenza verso terra, il quale segnala qualunque difetto di isolamento che faccia scendere la resistenza verso terra al di sotto di una soglia prefissata (non inferiore a 50 kohm secondo le Norme).

L’apparecchio di misura si trova normalmente nello stesso armadio dove è contenuto il trasformatore di isolamento, non è accessibile al personale di sala e viene regolato e controllato periodicamente dal personale tecnico addetto agli impianti.

Nei locali serviti da trasformatore di isolamento è invece presente un pannello a muro.

Dispositivo di controllo dell’isolamento

Si tratta spesso di un semplice segnalatore ottico e acustico, attivato dal misuratore di isolamento quando la resistenza di isolamento scende sotto il limiti prefissato. Sul pannello sono presenti anche un pulsante per tacitare l’allarme acustico ed un pulsante di test, che provoca una perdita temporanea di isolamento con successivo intervento del sistema di allarme, e che deve essere periodicamente utilizzato dal personale di sala per verificare l’efficienza del sistema di allarme stesso.

Dispositivo di controllo dell’isolamento

Un intervento di questo dispositivo di allarme deve quindi essere inteso come una segnalazione di potenziale, anche se non immediato, pericolo. In tale condizione non bisogna premere il pulsante di test. Il personale medico e paramedico, in presenza di detta segnalazione, potrà tacitare l’allarme, come è possibile fare, e portare a termine l’eventuale attività chirurgica. Al termine dovrà però segnalare prontamente l’accaduto al personale tecnico perché questo possa intervenire tempestivamente ed individuare il guasto prima che possa divenire fonte di pericolo. A questo proposito esistono pericolose interpretazioni della segnalazione di allarme da parte del personale medico e infermieristico: alcuni infatti ritengono trattarsi di una segnalazione di sovraccarico sulle linee di alimentazione della camera e quindi agiscono nel senso di spegnere alcune delle apparecchiature presenti nel locale per diminuire l’assorbimento di energia.Se viene spenta l’apparecchiatura responsabile dell’allarme è possibile che l’allarme non suoni più, però il problema rimane e verrà di nuovo segnalato quando l’apparecchiatura verrà riaccesa.

Dispositivo di controllo dell’isolamento

Prese, spine e adattatoriQuesti componenti elettrici, di costo e di tecnologia irrisori, costituiscono normalmente una continua fonte di problemi e pericoli nell’ambiente ospedaliero. La situazione ideale è auspicabile in un unico modello di prese per la distribuzione della energia elettrica e di conseguenza la presenza su tutte le apparecchiature elettriche di un tipo di spina unificato.Purtroppo gli ospedali vengono normalmente costruiti, ampliati o ammodernati in tempi successivi e a volte ciascun blocco o reparto risulta dotato di un proprio impianto con prese elettriche diverse da quelle dei reparti vicini. Inoltre le apparecchiature, secondo il Paese di provenienza, possono essere dotate delle spine prescritte dalle rispettive norme di sicurezza (spine tedesche, francesi e inglesi). Di conseguenza ogni reparto ospedaliero risulta dotato di un’infinita varietà di cavi adattatori, la maggior parte dei quali autocostruiti. Ciascuno di questi adattatori costituisce una fonte di pericolo potenziale per il paziente ed il personale, perché la mancanza o la rottura del conduttore di protezione non viene normalmente notata dalle persone che di tali adattatori fanno uso, né l’apparecchio del resto dà segni di cattivo funzionamento se mancante della connessione a terra.

In ogni caso, l’adozione di cavi di prolunga o adattatori deve sempre considerarsi una soluzione provvisoria, poiché le norme per la sicurezza dei locali adibiti ad uso medico vietano in modo esplicito l’uso permanente di tali connessioni. Pertanto, il personale medico e paramedico, in presenza di simili soluzioni “ di ripiego”, dovrà richiedere all’Ufficio Tecnico o al Servizio di Ingegneria Clinica l’intervento di personale specializzato per la realizzazione di una connessione unica fra ogni strumento e la sua presa a muro dell’impianto. Si sconsiglia invece di prendere iniziative personali e artigianali, le quali, pur essendo spesso funzionali (la sostituzione o la riparazione di una presa o di un cavo non è affatto difficile e in qualche modo funziona sempre), possono dar luogo a pericolosi errori tecnici sia nella realizzazione che nell’uso di materiale scadente.

Prese, spine e adattatori

Un’ulteriore possibilità di pericolo risiede nella qualità costruttiva delle prese e delle spine: le spine di basso costo, ormai fuori norma, sono realizzate in modo che un’eventuale disinserzione “a strappo”, cioè tirando il cavo, può prevedere il distacco di uno dei due terminali.

Prese, spine e adattatori

Prese multiple e prolunghe

Un’altra fonte di possibile pericolo per il personale e per l’impianto è costituito dalle prese multiple: esse possono essere prive, per costruzione o per rottura, del collegamento di terra, costituendo così un pericolo per le persone e possono permettere inoltre di collegare ad una presa un carico eccessivo rispetto alla sua possibilità di erogazione, provocando il surriscaldamento della presa stessa e il sovraccarico dell’impianto.

Prese multiple e prolunghe

Una rottura del conduttore di protezione non viene normalmente notata dagli utilizzatori, né gli apparecchi collegati danno segni di cattivo funzionamento se mancante della connessione a terra.

Se il filo che si interrompe nella prolunga è quello di terra, l’apparecchio continua a funzionare ma in condizioni di potenziale pericolo, ovvero privo del collegamento di terra.

Prese, spine e adattatori

Classe Tempo di commutazione

Classe 0 (di continuità, no break)

Alimentazione disponibile senza interruzioni

Classe 0,15 (interruzione brevissima)

Alimentazione disponibile entro 0,15 s

Classe 0,5 (interruzione breve)

Alimentazione disponibile in un tempo compreso tra 0,15 e 0,5 s

Classe 15 (interruzione media)

Alimentazione disponibile in un tempo compreso tra 0,5 e 15 s

Classe > 15 (interruzione lunga)

Alimentazione disponibile in un tempo superiore a 15 s

Alimentazione di sicurezzaNei locali adibiti ad uso medico e nei locali chirurgici è necessario garantire la continuità di esercizio mediante una sorgente di energia autonoma, che permetta l’esecuzione di funzioni indispensabili e di operazioni chirurgiche non interrompibili anche in assenza della normale alimentazione elettrica. Le alimentazioni di sicurezza sono classificate come segue dalle Norme CEI 64/8 sez. 710

La norma richiede per i locali di terapia intensiva, sale operatorie, locali per esami emodinamici, ecc., almeno l’alimentazione di sicurezza ad interruzione breve (classe 0,5) per apparecchi d’illuminazione ed apparecchi elettromedicali con funzioni di supporto vitale: l’orientamento di progettazione è di avere disponibile un alimentazione di sicurezza in classe 0 mediante gruppi di continuità. L’alimentazione di sicurezza in classe 0,5 deve avere autonomia di almeno 3 h; questa durata può essere ridotta ad 1 h se può essere commutata su un'altra sorgente di sicurezza, ad esempio il gruppo elettrogeno. Per gli ambienti meno critici è sufficiente l’alimentazione di sicurezza ad interruzione media (classe 15). Questa normalmente è attuata con i gruppi elettrogeni e deve avere un’autonomia di almeno 24 h.

Alimentazione di sicurezza