Normen und Vorschriften
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Elektrotechnik
Aus ZSV wird BSV - Normentwurf für die Batteriegestützte Stromversorgung medizinisch genutzter Bereiche
ep11/2007, 4 Seiten
Notwendigkeit einer neuen Norm Die DIN VDE 0107 [2] hatte sich als Leitfaden für Fragen zur Stromversorgung im Krankenhaus und in ambulanten Einrichtungen über Jahrzehnte bewährt. Als „Vollnorm“ umfasste sie sowohl Anforderungen zur Errichtung der Niederspannungsanlage als auch an die einzusetzenden Geräte und Systeme. Im Zuge der klaren Strukturierung der Normen musste auch diese Vorschrift weichen. Der Teil zur Errichtung wurde 2002 mit Erscheinen der DIN VDE 0100-710 [3] herausgelöst, überarbeitet und abgegrenzt zu elektrischen Geräten und Systemen. Formal ersetzt DIN VDE 0100-710 die DIN VDE 0107, praktisch allerdings nicht in vollem Umfang. Wesentliche Anforderungen an eine Sicherheitsstromversorgung sowie an eine Zusätzliche Sicherheitsstromversorgung ZSV (alte Begriffe aus der DIN VDE 0107) konnten dort wegen der Eingliederung in die Reihe VDE 0100, also die „Errichternormen“, nicht genormt werden. Zwar bemühte man sich - auch wieder im aktuell vorliegenden Entwurf von Juni 2004 [4] -, einige wichtige Grundanforderungen mit unterzubringen, aber das war nur stark eingeschränkt möglich. Die letztlich seitdem verbliebene Lücke schließt jetzt nach einigen Jahren endlich der Norm-Entwurf E DIN VDE 0558-507. 1.1 Normativer Lückenschluss Die Zahl der Krankenhäuser in Deutschland sinkt zwar kontinuierlich seit vielen Jahren, aber in den verbleibenden Häusern muss neben der Medizintechnik die Stromversorgung, und hier insbesondere auch die Sicherheitsstromversorgung, in regelmäßigen, langfristigen Abständen erneuert, ergänzt und dem Stand der Technik angepasst werden. Daneben wachsen Zahl und Umfang ambulant durchgeführter medizinischer Leistungen, für die selbstverständlich die gleichen Anforderungen an die Sicherheit für Patienten und Personal gelten wie im Krankenhaus. Der Bedarf für die Normung von Sicherheitsstromversorgungssystemen ist deshalb groß und hat neben der Nachfrage vom Markt auch formale Gründe. Leider sind einige Jahre bis zu diesem Lückenschluss vergangen, in denen man sich praktisch mit der Fortschreibung der alten Normenanforderungen aus DIN VDE 0107 beholfen hat. Das war und ist praktikabel, weil sich diese Norm über viele Jahre bewährt hatte. Der Stand der Technik entwickelt sich jedoch kontinuierlich weiter. Zudem haben Erfahrungen in der Anwendung und Ausführung der Vorschrift inzwischen zu Trends und Modifikationen am Markt geführt, deren normative Umsetzung geboten ist. Ein alter Norm-Entwurf von 1996 zum „Geräteteil“, der bereits als E DIN VDE 0558-507 erschien, konnte dafür nicht herangezogen werden, da dieser heute nicht mehr zeitgemäß ist und zudem das erste Entwurfsstadium nie verließ. 1.2 USV-Systeme Dem aufmerksamen Beobachter des Marktes dürfte allerdings auch nicht entgangen sein, dass die angesprochene Normungslücke in den vergangenen Jahren zum vermehrten Einsatz von USV-Anlagen für die Wechselspannungs-Versorgung medizinisch genutzter Bereiche geführt hat. Eine typische USV-Anlage, die beispielsweise für die Anwendung zur Datensicherung in Rechenzentren entwickelt wurde, erfüllt in aller Regel nicht die zusätzlichen Anforderungen, die für die sichere Versorgung medizinisch genutzter Bereiche gelten. Das kann ein Sicherheitsrisiko sein. Der Norm-Entwurf lässt deshalb zwar grundsätzlich USV-Systeme zur Speisung der medizinischen elektrischen Geräte zu, fordert aber zweierlei: Die USV muss den aktuellen europäischen USV-Normen entsprechen und darüber hinaus so modifiziert sein, dass sie alle in der BSV-Norm genannten Anforderungen erfüllt. Die Unterschiede zwischen einer Standard-USV und einer BSV sind gravierend. 1.3 Leitlinien des Norm-Entwurfs Der Normentwurf wurde von einem mit Fachleuten aus praktisch allen mit der Kranken- Elektropraktiker, Berlin 61 (2007) 11 1005 Normen und Vorschriften Aus ZSV wird BSV Normentwurf für die Batteriegestützte Stromversorgung medizinisch genutzter Bereiche B. Jänsch, Berlin Im Oktober 2007 ist der Öffentlichkeit ein Norm-Entwurf mit der Nomenklatur E DIN VDE 0558-507 (VDE 0558-507) [1] zur Prüfung und Stellungnahme vorgelegt worden. Diese Norm behandelt Batteriegestützte zentrale Stromversorgungssysteme (BSV) für Sicherheitszwecke zur Versorgung medizinisch genutzter Bereiche. Autor Dipl.-Ing. Björn Jänsch ist Leiter Marketing und Export bei der Kaufel Gmb H & Co. KG, Berlin, und leitete den zuständigen Normungs-Arbeitskreis. hausstromversorgung beschäftigten Bereichen besetzten Arbeitskreis erarbeitet. Eingeflossen sind aktuelle Anforderungen und Marktentwicklungen. Repräsentiert und berücksichtigt wurden die Belange von der Planung über die Errichtung bis zum Betreiben von Stromversorgungssystemen in medizinisch genutzten Bereichen, ergänzt durch umfangreiche Hersteller-Erfahrungen auf der Geräte- und Batterieseite. Die Leitlinie bildeten dabei die Schutzziele der DIN VDE 0100-710, das Sicherstellen der Sicherheit für Patienten und das medizinische Personal, da E DIN VDE 0558-507 eine Norm zur netzunabhängigen Energieversorgung innerhalb der Infrastruktur einer elektrischen Anlage in medizinisch genutzten Bereichen ist, also innerhalb des von DIN VDE 0100-710 gebildeten Rahmens. Batteriegestützte zentrale Stromversorgungssysteme Im Norm-Entwurf beschrieben sind Anforderungen an Stromversorgungssysteme, die an die Niederspannungsversorgung angeschlossen werden, eine Ausgangswechsel- oder -gleichspannung liefern und die Akkumulatoren als Stromquelle für Sicherheitszwecke verwenden. Es werden keine Anforderungen an Batterien und andere Komponenten festgelegt, die integraler Bestandteil von medizinischen elektrischen Geräten sind. Der Norm-Entwurf führt eine neue Bezeichnung ein: BSV - für Batteriegestützte zentrale Stromversorgungssysteme. Da unabhängig vom Netzaufbau und den Errichtungsanforderungen eine eigenständige Sicherheitsstromversorgung genormt wird, die nicht zwangsweise zusätzlich zu einer anderen Sicherheitsstromversorgung eingesetzt wird, verbietet sich die weitere Verwendung des Begriffs ZSV, da diese bisherige Bezeichnung für Zusätzliche Sicherheitsstromversorgung steht. Für den Anwender gilt es jetzt, die alten Bezeichnungen BEV, ZSV, BSS durch nunmehr BSV zu ersetzen. BSV sind dafür vorgesehen, bei Ausfall oder Störung der allgemeinen Stromversorgung OP-Leuchten und vergleichbare Leuchten sowie medizinische elektrische Geräte für eine begrenzte Zeit zu versorgen. Diese netzunabhängige Versorgung kann aus verschiedenen Gründen notwendig sein, einerseits weil die medizinischen elektrischen Geräte bei Ausfall der allgemeinen Versorgung während einer Untersuchung oder Behandlung · eine Gefahr für den Patienten verursachen, · eine für den Patienten mit Belastungen verbundene Wiederholung von Untersuchungen oder Behandlungen erfordern oder · nicht wiederbeschaffbare Untersuchungsergebnisse verlieren. Andererseits können BSV aber auch zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit dienen, indem Untersuchungs- oder Behandlungswiederholungen in Folge eines Ausfalls medizinischer elektrischer Geräte vermieden werden. Darüber hinaus können BSV auch zur Verbesserung der Qualität der Stromversorgung eingesetzt werden, wenn für den sicheren Gerätebetrieb zum Beispiel besondere, spezifizierte Spannungs- oder Frequenzwerte eingehalten werden müssen. Ein weiterer praktischer Anwendungsgrund für eine BSV kann auch die mögliche kürzere Unterbrechungszeit sein im Vergleich zu anderen Sicherheitsstromversorgungen, beispielsweise einem Dieselaggregat. Diese ist unterschiedlich je nach Art der BSV. Bei einer für Dauer- oder Bereitschaftsparallelbetrieb ausgeführten BSV ist die Unterbrechungszeit sogar gleich Null. BSV im Umschaltbetrieb haben üblicherweise eine Unterbrechungszeit von max. 0,5 s. Auch die Erhöhung der Versorgungssicherheit durch eine BSV als zusätzliche Sicherheitsstromversorgung, beispielsweise wieder neben einem Dieselaggregat, ist ein möglicher Beweggrund für deren Einsatz. Die Batterien als BSV-Bestandteil spielen dabei als zusätzliche Stromquelle für Sicherheitszwecke eine große Rolle. Speziell im ambulanten medizinischen Bereich wird erwartet, dass man häufig eine batteriegestützte BSV als einzige Sicherheitsstromversorgung einsetzen wird, weil diese verhältnismäßig platzsparend und kostengünstig untergebracht werden kann. Die Existenz einer Norm für eine für ambulantes Operieren einsetzbare Sicherheitsstromversorgung (BSV) wird hoffentlich dazu beitragen, die bisher vielfach anzutreffenden, unsicheren, zum Teil sogar riskanten Lösungen in Arztpraxen, Ärztehäusern und Polikliniken zurückzudrängen. Struktureller Aufbau des Norm-Entwurfs Der strukturelle Aufbau dieses Entwurfs ist dem der benachbarten Norm DIN EN 50171 (VDE 0558-508) [5] sehr ähnlich. Auch inhaltlich gibt es Ähnlichkeiten zu den in [5] genannten Anforderungen an zentrale Stromversorgungssysteme für die Sicherheitsbeleuchtung und andere Sicherheitseinrichtungen, aber auch große Unterschiede. Deshalb war es erforderlich, eine eigenständige Norm zu generieren. Dennoch erleichtert der Aufbau des Norm-Entwurfs all denen die Arbeit, die sowohl mit Sicherheitsbeleuchtung als auch mit Sicherheitsstromversorgung im Krankenhaus zu tun haben. 3.1. Klassifikation Die neue Norm klassifiziert BSV nach Wechselspannungs- und Gleichspannungsausgang. Die verschiedenen Arten von BSV werden anhand von Prinzipschaltbildern gezeigt. BSV mit Gleichspannungsausgang werden in der Regel für die Stromversorgung von OP-Leuchten und vergleichbaren Leuchten eingesetzt. Weitere Unterscheidungskriterien sind die Betriebsart (Dauer-, Umschalt- und Bereitschaftsparallelbetrieb) sowie das Vorhandensein einer Umgehung (Bilder bis ). Elektropraktiker, Berlin 61 (2007) 11 1006 FÜR DIE PRAXIS Normen und Vorschriften ATSD Wechselspannungseingang Wechselspannungsausgang Batterieladeeinrichtung und Stromversorgung (Gleichrichter) Batterie Wechselrichter Transformator BSV mit Wechselspannungsausgang, Dauerbetrieb, mit Umgehung ATSD Wechselspannungseingang Wechselspannungsausgang Batterieladeeinrichtung Batterie Wechselrichter Transformator BSV mit Wechselspannungsausgang, Umschaltbetrieb 3.2. Betriebsbedingungen und Anforderungen Im Abschnitt „Betriebsbedingungen und Anforderungen“ werden die üblichen Betriebsbedingungen, für die BSV geeignet sein müssen, und allgemeine Anforderungen an BSV genannt. Neu ist darüber hinaus eine zusätzliche Auflistung von Anforderungen, die durch den Anwender festzulegen sind und dem BSV-Hersteller angegeben werden müssen. Das bietet einerseits Freiraum für verantwortungsbewusste, projektspezifische, bedarfsgerechte Lösungen. Die Auflistung wesentlicher, notwendigerweise zu klärender und zu vereinbarender Punkte erleichtert andererseits dem Planenden das Konzipieren, Spezifizieren und Ausschreiben wirklich individueller, projektbezogener Anforderungen. Dem Anbieter wird so durch einen präzisen Anforderungskatalog - in der Regel in Form eines Leistungsverzeichnisses - ermöglicht, ein geeignetes, angepasstes Stromversorgungssystem zu kalkulieren und anzubieten. Mehrkosten durch Nachträge für die Anpassung der zunächst häufig angebotenen Standardlösungen an die üblicherweise bisher erst zu einem späteren Zeitpunkt geklärten, detaillierten technischen Anforderungen können so künftig vermieden werden. Auch der aus preislichen Gründen bisher gelegentlich erfolgende „notgedrungene“ Einsatz eher ungeeigneter, unpassender Lösungen mit einer daraus resultierenden geringeren Sicherheit kann leichter verhindert werden. Festgeschrieben werden müssen laut Norm-Entwurf künftig neben den üblichen Kenngrößen beispielsweise auch folgende Anforderungen an die BSV (Auszug): · Verbraucherleistung, Belastungsstöße und Kurzschlussanforderungen. Dadurch kann Selektivität im nachgeschalteten Verteilungsnetz sichergestellt werden, wenn das Verteilungsnetz, die Schutzeinrichtungen und das BSV-Kurzschlussverhalten aufeinander abgestimmt sind. · Art der Weiterleitung der Betriebs- und Störungsanzeigen. Der Norm-Entwurf definiert an anderer Stelle, welche Meldungen grundsätzlich von der BSV bereitgestellt werden müssen. Hier geht es um deren externe Anzeige und ob diese z. B. als potentialfreie Kontakte oder über einen Busum-Elektropraktiker, Berlin 61 (2007) 11 1007 Wechselspannungseingang Batterie Wandler Batterieladeeinrichtung und Stromversorgung (Gleichrichter) CSD CSD Wandler Gleichspannungsausgang Gleichspannungsausgang BSV mit Gleichspannungsausgang, Bereitschaftsparallelbetrieb ATSD Wechselspannungseingang Gleichspannungsausgang Batterieladeeinrichtung und Stromversorgung (Gleichrichter) Batterie Transformator Gleichrichter CSD ATSD Gleichspannungsausgang Wandler CSD Wandler BSV mit Gleichspannungsausgang, Bereitschaftsparallelbetrieb, mit Umgehung setzer in der BSV zur Verfügung stehen müssen. 3.3 Konstruktion Im Abschnitt „Konstruktion“ werden die Anforderungen an die einzelnen BSV-Komponenten und deren Zusammenwirken beschrieben. Besonderes Augenmerk wird dabei den kritischen, wichtigen Bauteilen gewidmet. Aus diesem umfangreichen Abschnitt sind hier nachfolgend nur einige wenige, prägnante Anforderungen aufgeführt. Beispielsweise wird für Batterieladeeinrichtungen und Gleichrichter der maximal zulässige überlagerte Wechselstrom genannt, um so den nachteiligen Einfluss auf die Batterie-Lebensdauer zu begrenzen. Der Aufbau eines selektiven Verteilungsnetzes im medizinisch genutzten Bereich, das im ungünstigsten Fall nicht aus der Eingangsstromversorgung sondern nur durch den Wechselrichter gespeist wird, erfordert eine spezielle Ausführung und Ausstattung des Wechselrichters für den Kurzschlussfall. Diese Anforderungen beschreibt u. a. der Abschnitt „Zentrale Wechselrichter“. So muss für den Wechselrichter ein Strom-/Spannungsdiagramm in Abhängigkeit vom Schleifenwiderstand des nachgeschalteten Verteilungsnetzes ausgewiesen werden. Aus der Forderung, dass der BSV- bzw. Wechselrichter-Bemessungsausgangsstrom mindestens 10-mal so groß wie die Summe der Leerlaufströme aller angeschalteten Transformatoren im IT-System sein muss, resultiert eine BSV- bzw. Wechselrichter-Mindestleistung, bei der das nachgeschaltete Verteilungsnetz ohne Verbraucherlast (Leerlauf) nicht zur BSV-Überlastung führt. Diese Anforderung ist notwendig, weil in der Praxis Fälle angetroffen wurden, in denen bei Annahme eines kleinen Gleichzeitigkeitsfaktors eine extreme Vielzahl von Transformatoren an die BSV angeschlossen wurden. Zu den genannten Mindestanforderungen an Batterien für den Einsatz in BSV gehört zum Beispiel eine nachgewiesene Lebensdauer von 12 Jahren bei 20 °C Umgebungstemperatur. So soll der Anwender vor einem erhöhten Sicherheitsrisiko durch Batterien minderer Qualität, mit möglichen frühzeitigen oder unvorhersehbaren Ausfällen, geschützt werden. Die Möglichkeit der Anwendung verschlossener Blei-Akkumulatoren wird so erheblich eingeschränkt bzw. für die Mehrzahl der derzeit üblicherweise angebotenen Typen nahezu ausgeschlossen. 3.4 Versorgung von OP-Leuchten Ein separater Abschnitt widmet sich den BSV zur Versorgung von Operationsleuchten. Die große Vielfalt unterschiedlicher OP-Leuchten erfordert entsprechend angepasste BSV-Lösungen. Hier sei nur die Forderung des Norm-Entwurfs erwähnt, dass die BSV-Ausgangsleistung unter Berücksichtigung des Spannungsfalls auf der Leitung zwischen BSV und OP-Leuchten bemessen sein muss. Dieser notwendige Leistungsaufschlag wird in der Praxis bisher recht selten berücksichtigt, was zur Überlastung von Gerät und Batterie führen kann. 3.5 Erstprüfungen Im letzten Abschnitt des Norm-Entwurfs werden die erforderlichen BSV-Erstprüfungen sowohl vor der Inbetriebnahme als auch nach Änderungen oder Reparaturen vor der Wiederinbetriebnahme genannt. Für den Fall, dass es keine für BSV zutreffenden örtlichen oder nationalen Vorschriften zu wiederkehrenden Prüfungen gibt oder geben wird, empfiehlt die Norm entsprechende Prüfungen und deren Intervall. Fazit Zuletzt wurde in Fachkreisen viel über fehlende normative Anforderungen an Stromversorgungssysteme für den medizinischen Bereich geklagt. Mit dem neuen Norm-Entwurf werden jetzt Rahmenvorschriften vorgelegt und zur Diskussion gestellt, die keine starren, eng definierten oder detailgenauen Lösungen vorgeben. Den notwendigerweise verbleibenden fachlichen Diskussionen und Abstimmungen zwischen Planer, Ausführendem und Betreiber wird damit eine solide inhaltliche Grundlage gegeben. Man kann davon ausgehen, dass ein Stromversorgungskonzept im Krankenhaus und im ambulanten Bereich, das als Ergebnis einer solchen fachlichen Auseinandersetzung entsteht, dem konkreten Bedarf entspricht und allemal praxisgerechter und vor allem sicherer ist, als die unkritische Übernahme fest vorgegebener Lösungen. Der Norm-Entwurf wird diese Diskussion jetzt sicher in Gang setzen. Literatur [1] E DIN VDE 0558-507 (VDE 0558-507):2007-10 Batteriegestützte zentrale Stromversorgungssysteme (BSV) für Sicherheitszwecke zur Versorgung medizinisch genutzter Bereiche. [2] DIN VDE 0107 (VDE 0107):1994-10 Starkstromanlagen in Krankenhäusern und medizinisch genutzten Räumen außerhalb von Krankenhäusern (zurückgezogen). [3] DIN VDE 0100-710 (VDE 0100 Teil 710):2002-11 Errichten von Niederspannungsanlagen: Anforderungen für Betriebsstätten, Räume und Anlagen besonderer Art - Medizinisch genutzte Räume. [4] E DIN VDE 0100-710 (VDE 0100 Teil 710):2004-06 Errichten von Niederspannungsanlagen: Anforderungen für Betriebsstätten, Räume und Anlagen besonderer Art - Medizinisch genutzte Räume. [5] DIN EN 50171 (VDE 0558-508):2001-11 Zentrale Stromversorgungssysteme. Elektropraktiker, Berlin 61 (2007) 11 1008 FÜR DIE PRAXIS Normen und Vorschriften ATSD Wechselspannungseingang Gleichspannungsausgang Batterieladeeinrichtung Batterie Wandler Transformator Gleichrichter CSD ATSD Gleichspannungsausgang Wandler CSD BSV mit Gleichspannungsausgang, Umschaltbetrieb NORMENAUSZÜGE Auszüge aus DIN-VDE-Normen sind für die angemeldete limitierte Auflage wiedergegeben mit Genehmigung 042.002 des DIN und des VDE. Für weitere Wiedergaben oder Auflagen ist eine gesonderte Genehmigung erforderlich. Maßgebend für das Anwenden der Normen sind deren Fassungen mit dem neuesten Ausgabedatum, die bei der VDE Verlag Gmb H, Bismarckstr. 33, 10625 Berlin und der Beuth Verlag Gmb H, Burggrafenstr. 6, 10787 Berlin erhältlich sind.
Autor
- B. Jänsch
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