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Nucleo de Ingeniería Biomédica

Seguridad Eléctrica

núcleo de ingeniería biomédicafacultades de ingeniería y medicina

universidad de la república


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Seguridad

• Nuevas tecnologías• Nuevos riesgos• Cubrir en hospitales:

– Usuarios– Personal– Entorno– Instalación – Equipamiento


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• En los años 20 y 30 el número de incendios y explosiones en los quirófanos crecieron

• Categorías:– Corriente eléctrica producida por fuentes como equipamiento,

instalación.– Electricidad estática (75%)

• En 1959, el “National Electrical Code” estableció la utilización de una distribución eléctrica aislada donde se usaban gases combustibles.

• Las principales causas son la instalación y fallas en el equipamiento• Estos accidentes son de tres tipos:

– Fuego– Quemadura– Descarga eléctrica (“shock”)

Antecedentes en el mundo


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• Contactos eléctricos directos– Contacto con partes activas de la instalación.

• Contactos eléctricos indirectos– Contacto con partes que habitualmente no tienen tensión.

• Como consecuencia de una tensión de defecto– Defecto de aislamiento entre dos masas, una masa y un

elemento conductor, entre masas y tierra.• Como consecuencia de una tensión de contacto

– Cuando se aplica una tensión a alguna parte del cuerpo.

Causas de accidentes eléctricos


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Efectos de la corriente eléctrica sobre los tejidos

• La circulación de corriente eléctrica por el cuerpo humano puede producir los siguientes efectos en los tejidos:

– Estimulación eléctrica de tejidos excitables– Calentamiento (efecto Joule), quemaduras– Fenómenos electroquímicos

Fuente: IEC60479


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Factores que influyen en el valor de la corriente IEC 60479-1

• Tensión de contacto• Resistencia de la piel y condiciones de

humedad de la piel• Frecuencia de la corriente• Trayecto de la corriente por el cuerpo• Condiciones del contacto: presión y área• Condiciones fisiológicas de la persona

Ih = Uc / Zh(Uc)


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Ih = Uc / Zc(Uc)


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Tensión de contacto y la impedancia del cuerpo humano

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

25 50 75 100 125 220 700 1000 2000

Volts (@50Hz)

Ohm

s

Series1 Series2 Series3La siguiente gráfica muestra la impedancia total del cuerpo humano en función de la tensión de contacto.

Para un trayecto mano a mano o mano a pie

Superficie de contacto normales de 50 a 100 cm2

f= 50Hz

Fuente: IEC 60479-1

Serie 1: P95

Serie 2: P50

Serie 3: P25


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Ih = Uc / Zc(Uc)


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Resistencia de la piel y condiciones de humedad

• Características:– La mayor parte de la resistencia de la piel se

encuentra en la parte exterior de la epidermis– Para 1 cm2 la resistencia puede ser entre 15kohm y

1Mohm.– Si la removemos o la humedecemos se llega a 1% de

su valor– La resistencia de la piel interna es de varios cientos

de ohms


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Ih = Uc / Zc(Uc)


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Frecuencia de la corrienteIEC 60479-1

Ic

Rp ent

R int

Rp sal

Cp ent Cp sal

Ic

Rp. ent; Cp. ent: Resistencia y capacidad de la piel (punto de entrada)

Rint : Resistencia interior del cuerpo humano

Rp. sal; Cp. sal: Resistencia y capacidad de la piel (punto de salida)


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Zp ent R int Zp sal

( )21 wCR+

R=Z

pp

pp

Al aumentar la frecuencia disminuye la Z, quedando Rint


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65065065067567512002000

65065067582582514751000

675675825100012252000500

725775900117514252300400

7508501050135016752675300

82510001350165021253250200

95013251725220027254375100

10501350187526253250532550

1000V220V100V50V25V10VFrecuencia(Hz)

Tensión de contacto (Voltios)

Resistencia mano a mano en ohms


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Ih = Uc / Zc(Uc)


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Influencia según trayecto por el organismo


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Ih = Uc / Zc(Uc)


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Efectos fisiológicos de la corriente (mano a mano)

• Límite de percepción (Threshold of perception)La mínima corriente que un individuo puede detectarRango entre 0.5 a 10 mAMuy variable entre hombres y mujeres

Para niveles de superiores de corriente, los nervios y musculos pueden excitarse y provocar contracciones, ocasionando una pérdida del control motor.

l Let-go currentRango entre 10 a 70 mAContracciones involuntarias de los músculosMáximo valor de corriente al cual el individuo puede retirarse del stímulo

voluntariamente.


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• Para corrientes entre 18 y 22 mA aparecen contracciones involuntarias de los músculos respiratorios, provocando situaciones de afixia.

• Para corrientes mayores a 75 mA, pueden dar origen a pérdidas de sincronismo de las diferentes fibras que constituyen el músculo cardíaco. Una vez que se desincroniza, el proceso no se detiene hasta que no se le aplique un “reset”

• Para corrientes de varios amperes se presenta contracción miocardial sostenidal Quemaduras

P. Art. mmHgPeríodo vulnerable, comienzo de la onda T.


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webster


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Frecuencia vs corriente de let-go

Peligro:

50Hz


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Macroshocks y microshocks

• Puntos de entrada

Limite = 10 uALimite = 10 mA

Rango de corrientes que producen fibrilación: 80 a 600 uA


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La corriente aplicada externamente se distribuye en el volumen del paciente

La porción que pasa por el corazón depende del camino:

• mano – mano (o pierna): ~ 1 / 1000• mano – catéter: hasta 100%• catéter – catéter: hasta 100%


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• Las técnicas de cirugía “bypasean” la resistencia del cuerpo del paciente a menudo la colocación de electrodos, catéteres

• Las cirugías de tórax son las más riesgosas.• El paciente en estado de sedación,

anestesiados• Los niños son los más expuestos ya que por su

baja masa corporal tienen menor resistencia.

Macroshock y microshock: Ambientes hospitalarios


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Macroshocks:• Lo visto anteriormenteMicroshocks:• Corrientes de fuga: corrientes generadas por

capacitancia entre dos conductores a diferente potencial• Pequeñas diferencias de potencial entre superficies

conductoras• Caminos conductivos hacia el corazón

– Electrodos de ECG intracardiacos– Catéteres “salinos”: presión, muestras– Bisturís

• Diferencias de potencial entre tierras


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Corrientes de fuga (leakage currents)


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Cicuito equivalente


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Minimizando los riesgos

• Distribución eléctrica

• Diseño del equipos


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• Distribución eléctrica– Distribución IT– Tierras– Aislación

• Diseño del equipo


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Distribución eléctrica IT

I: aislación del neutroT: conexión de las masas a tierra

Son instalaciones donde el neutro del sistema esta aislado de tierra o conectado a tierra a través de una alta impedancia (1 a 2 Mohm).

Utilización:• Alto riesgo de contacto e indirecto• Permanencia del servicio


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Distribución eléctrica TT

I=VLN/(Ra+Rb+Rd) donde Rd resistencia de contacto

Rb >> Resistencia del humano

Ra << VLN/Idiff

Ra Rb


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Distribución eléctrica TI

cpa

CPA: Control Permanente de aislamiento

CfT=0,3 uF/km para 500 mts

XcfT= 1/3CfTw ~ 7080 ohms

Ud

CfT


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Distribución eléctrica: medidas a tomar• Utilización de transformadores de aislación por quirófano

– Aislación de fuentes– Disminución de las corrientes de fuga– Eliminan modo común en la línea– Eliminación de ruido en la líneaMonitor de aislamiento + monitor de sobretención

l Utilizar interruptores diferenciales (en circuitos no protegidos por el trafo) de alta sensibilidad.

l Tener presente la electricidad electrostática


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Distribución eléctrica


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Distribución eléctrica

• Todas las superficies conductoras deben estar a menos de (NFPA: National Fire Proteccion Asociation) :– 500 mV en UCIntermedios– 40 mV en CTIntensivos

• El reglamento de UTE prevé (Cap. 10 RBT):– Suministro trifásico con conductor de protección– Todas las masas de los equipos deben conectarse a

través de un conductor de protección a un embarrado común de puesta a tierra

– La Z entre el embarrado común y las conexiones a masa o a los contactos de tierra de las bases no deberá exceder los 0.2 ohms


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Distribución eléctrica: medidas

Según el Cap. X del RBT:La diferencia de potencial entre las partes metálicas accesibles y la barra de equipotencialidad no deberá exceder de 10 mV eficaces en condiciones normales.Unir mediante embarrado común todos los elementos conductores.


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Cap. X RBT


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• Distribución eléctrica

• Diseño del equipo– Amplificadores aislados– Norma IEC60601


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Amplificadores de aislación

• No existe continuidad ohmica entre la entrada y la salida

• Proveen señal, fuente y tierra aislada• Ópticos, transformadores y capacitores• Características

– Alta aislamiento ohmica entre entrada y salida– Alto IMRR (isolation mode rejection ratio)– Alto CMRR– Ganancia por lo gral = 1


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Viso

Viso: potencial que puede existir entre la entrada común y la salida común del orden de 10KV


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