Di seguito sono rappresentate le condizioni circuitali che più comunemente possono determinare il pericolo di microshock tralasciando per il momento i sistemi di protezione idonei a rimuovere tali rischi. Per semplicità si considera per ora il solo sistema TT, trascurando momentaneamente i sistemi TN e IT perché, come vedremo, un’efficace protezione delle persone potrà essere ottenuta solo mediante separazione elettrica, rendendo quindi indipendente il circuito di alimentazione dal circuito separato.

Apparecchio di classe I alimentato direttamente dalla rete

Nel circuito di fig. 4.1 un apparecchio di classe I è alimentato direttamente dalla rete. Un efficiente collegamento a terra disperde una corrente Id di 1000 microampere, limite ammesso dalle norme al primo guasto per apparecchi elettromedicali di tipo B, BF e CF (tab 2.1). La corrente IB che fluisce nel paziente, ipotizzando una resistenza del paziente RB di 300 ohm e una resistenza RPE di 0,2 ohm fino al nodo di terra, vale:

UT = Id x RPE = 1000 x 100-6 x 0,2 = 0,2 x 10-3V

RB resistenza del paziente
IB corrente nel paziente
REn resistenza del neutro
RE resistenza dell’impianto di terra di protezione
RPE resistenza del PE fino al nodo di terra
Id corrente di dispersione verso terra dell’apparecchio
UT tensione di contatto

Non sussistono condizioni di pericolo a meno che non si verifichi l’interruzione del conduttore di protezione. In questo caso, se il paziente è collegato a terra mediante un altro apparecchio, si determina una situazione di grave pericolo. Nel circuito di fig. 4.2 un apparecchio di classe I è alimentato direttamente dalla rete ma il conduttore di protezione PE è interrotto. L’apparecchio possiede un involucro conduttore e le sue parti attive presentano un’impedenza di isolamento verso massa (in questo caso si può parlare anche di impedenza di dispersione verso massa), rappresentata dai parametri Rd e Cd, molto elevata. In queste condizioni la corrente di dispersione che in presenza di PE efficiente è sul paziente piuttosto modesta, ora può raggiungere il valore massimo di 1000 microampere stabilito dalle norme in caso di primo guasto. Il rischio aumenta notevolmente, coinvolgendo anche il personale di servizio, se si verifica un vero e proprio guasto verso terra.

Il paziente può essere in pericolo anche in presenza del collegamento a terra dell’apparecchio. In fig. 4.3 è rappresentato un paziente a contatto con due apparecchi collegati a due linee montanti diverse con i conduttori di protezione che fanno capo allo stesso impianto di terra. Un guasto a terra dell’apparecchio U1 eleva il potenziale dell’apparecchio U2 rispetto U3 creando un grave pericolo per il paziente. Ipotizzando una corrente verso terra di 5 A, una resistenza del conduttore di protezione RPE1 di 0,2 ohm tra gli apparecchi U1 e U2 si stabilisce una tensione di 1V . Se la resistenza del corpo vale 300 ohm il paziente potrebbe essere attraversato da una pericolosa corrente del valore di 3333 microampere.
Apparecchio di classe II direttamente alimentato dalla rete

Gli apparecchi di classe II hanno normalmente l’involucro isolante e non devono essere collegati a terra. L’involucro presenta un’impedenza di dispersione che in fig. 4.4. (Un apparecchio di classe II alimentato direttamente dalla rete può essere fonte di pericolo per il paziente. L’elevato valore dell’impedenza dovuto a Re e Ce che di fatto esiste tra le parti attive e la terra non influenza il circuito verso terra formato dall’impedenza di dispersione dell’involucro e dal paziente che può essere percorso da una corrente di dispersione di primo guasto che per gli apparecchi di tipo B, BF e CF può raggiungere sull’involucro i 500 microampere) è rappresentata dai parametri Rd e Cd .

In figura sono rappresentati anche i parametri dell’impedenza che esiste fra le parti attive e la terra che non influenzano le considerazioni che seguono. L’apparecchio è perfettamente integro ma il paziente può essere percorso da una corrente che, come stabiliscono le Norme per gli apparecchi di tipo B, BF e CF può valere 100 microampere quando l’apparecchio è in uso o 500 microampere in condizioni di primo guasto. Come ben si può capire il pericolo è piuttosto grave.

Fig.4.1: Non sussistono condizioni di pericolo per un apparecchio elettromedicale di classe I in condizioni di primo guasto alimentato direttamente dalla rete e collegato al circuito di protezione

Fig.4.2: Un apparecchio di classe I collegato alla rete col conduttore di protezione interrotto può creare pericolo di microshock per il paziente e di macroshock,per il paziente e per l’operatore

Fig.4.3: Il paziente può essere in pericolo con l’impianto perfettamente efficiente.Un guasto su U1 può stabilire una tensione pericolosa per il paziente che tocchi contemporaneamenteamente U2 e U3

Fig.4.4: Un apparecchio di classe II alimentato direttamente dalla rete può essere fonte di pericolo per il paziente.

Apparecchio con parte applicata collegato direttamente alla rete

Nel circuito di figura 4.5 (Un apparecchio con parti applicate alimentato direttamente dalla rete elettrica munito di regolare collegamento a terra determina una corrente di dispersione sul paziente di valore inaccettabile. L’apparecchio è di tipo CF e sul paziente secondo i limiti stabiliti dalle Norme può fluire una corrente di 10 o di 50 microampere rispettivamente in condizioni di uso normale o di primo guasto) un paziente sottoposto a cure mediante apparecchiatura con parti applicate può essere attraversato da tutta la corrente di dispersione sulla parte essendo la resistenza equivalente del circuito sul paziente molto più piccola rispetto a quella dell’impedenza Ze di dispersione verso terra dell’apparecchio.

Secondo i limiti stabiliti dalle Norme il paziente potrebbe essere percorso, per apparecchi di tipo CF, da una corrente di 10 microampere in condizioni di normale funzionamento e di 50 microampre in condizioni di primo guasto. In condizioni di primo guasto la corrente di dispersione sulla parte applicata potrebbe pregiudicare la sicurezza del paziente

Fig.4.5: Un apparecchio con parti applicate alimentato direttamente dalla rete elettrica con regolare collegamento a terra determina una corrente di dispersione sul paziente di valore inaccettabile

Nei locali di gruppo 2 la Norma richiede per tutti gli apparecchi che possono entrare nella zona paziente, ad esclusione degli apparecchi per radiografie e di quelli con potenza superiore a 5 kVA, un sistema elettrico isolato da terra con le masse collegate a terra denominato sistema IT-Medicale (fig. 7.1).

É un sistema IT particolare che prevede l’impiego di un trasformatore di isolamento (da non confondere nemmeno col modo di protezione per separazione elettrica dove non si richiede un controllore dell’isolamento e la messa a terra delle masse è addirittura vietata), appunto di tipo Medicale (fig. 7.2), un’estensione dei circuiti limitata e un controllore permanente dell’isolamento di adeguate caratteristiche.

Si assicura quindi un’ottima continuità nel servizio perché la corrente di primo guasto, dipendendo dalle sole capacità verso terra e quindi dall’estensione dell’impianto, è molto bassa e non determina l’intervento delle protezioni. Un secondo guasto a terra deve però essere evitato per non provocare disservizi e compromettere, viste le elevate correnti di guasto, la sicurezza delle persone. Per questo si rende indispensabile l’impiego di un dispositivo che controlli costantemente lo stato d’isolamento dell’impianto. Se il trasformatore medicale alimenta un solo apparecchio il dispositivo di controllo dell’isolamento può essere omesso, indipendentemente dalla lunghezza del circuito. Di seguito sono indicati i requisiti che devono possedere rispettivamente il trasformatore medicale e il controllore dell’isolamento.

Trasformatore d’isolamento (Norma IEC 61558-2-15)

  • potenza in uscita An compresa tra 0,5 e 10 kVA;
  • una tensione al secondario Un2 non superiore a 250 V
  • se l’alimentazione deve essere trifase per lo scopo deve essere utilizzato un trasformatore distinto con tensione nominale secondaria Un2 non superiore a 250 V ;
  • corrente verso terra dell’avvolgimento secondario non superiore a 0,5 mA;
  • corrente di dispersione sull’involucro non superiore a 0,5 mA (norma 64-8 art. 710.512.1.1);
  • valore di picco della corrente di magnetizzazione non superiore a 12 volte il valore di picco della corrente primaria nominale ;
  • targa di identificazione col simbolo di figura 7.2.
  • è consigliabile l’uso di dispositivi per il controllo del sovraccarico e della sovratemperatura.

Controllore dell’isolamento (Norma CEI EN 61557-8)

  • impedenza interna di almeno 100 kohm;
  • tensione di prova non superiore a 25 V c.c.;
  • corrente di prova non superiore, anche in condizioni di guasto, a 1 mA c.c.;
  • indicazione che deve attivarsi quando la resistenza di isolamento scenda al di sotto di 50 kohm. Deve essere presente un dispositivo di controllo per verificare che la caratteristica sia mantenuta nel tempo;
  • il dispositivo di controllo non deve essere disinseribile e deve segnalare, otticamente ed acusticamente quando il livello di isolamento scende al di sotto dei 50 kohm. Una segnalazione a luce verde indicherà un funzionamento regolare e una gialla il raggiungimento del valore minimo stabilito per la resistenza di isolamento. Non deve essere possibile spegnere o staccare la segnalazione luminosa (deve spegnersi quando l’anomalia è stata eliminata e sono state ripristinate le normali condizioni di funzionamento) mentre può essere tacitata quella acustica.

Caratteristiche dei circuiti

I circuiti del sistema IT-M devono essere separati dagli altri circuiti. Deve essere garantita una separazione di protezione mediante un isolamento doppio o rinforzato oppure tramite uno schermo metallico collegato a terra.

I conduttori possono essere sia unipolari sia multipolari (l’impiego dei cavi multipolari era richiesto espressamente dalla vecchia Norma ed era giustificato dall’esigenza di eguagliare le capacità verso terra ma, come già sottolineato al paragrafo 5.2, la ricerca della simmetria del circuito verso terra può essere vanificata dagli apparecchi elettromedicali per i quali dalla Norma non è richiesta).

I circuiti con conduttori unipolari dovranno essere posati in tubi separati mentre quelli con cavi multipolari potranno essere posati negli stessi tubi ma in tutti e due i casi i collegamenti dovranno essere eseguiti in cassette di derivazione e scatole separate. Le prese a spina alimentate da trasformatore d’isolamento e quelle alimentate direttamente dalla rete non devono essere intercambiabili.

L’egualizzazione dei potenziali

Egualizzare i potenziali significa porre, per quanto possibile, le masse allo stesso potenziale tra loro e verso le masse estranee. É un accorgimento che permette nei locali con pericolo di microschock di limitare notevolmente le differenze di potenziale che si stabiliscono in occasione di un guasto, e di ridurre al minimo le correnti pericolose che possono attraversare il paziente. Si realizza approntando un nodo equipotenziale (fig. 7.3) al quale fanno capo sia i conduttori di protezione (PE) delle masse sia i collegamenti equipotenziali supplementari (EQS) alle masse estranee.

  1. Identificazione di ciascun conduttore mediante targhette.
  2. Non è ammesso il collegamento contemporaneo di più conduttori su di un unico morsetto.

Il collegamento al nodo può essere però limitato a tutte le masse e masse estranee che si trovano all’interno della zona paziente ad esclusione quindi di tutte le masse estranee e di tutte le masse degli apparecchi fissi poste fuori.
Le masse poste fuori dalla zona paziente devono comunque essere collegate a terra, ma non necessariamente al nodo equipotenziale. I conduttori di protezione delle prese a spina devono invece essere collegate al nodo perché potrebbero alimentare apparecchi utilizzati nella zona paziente.
La resistenza dei conduttori equipotenziali e di protezione, compresa la resistenza delle connessioni, deve essere inferiore a 0,2 ohm. Conduttori da 6 mm2 di lunghezza inferiore a 50 m e connessioni eseguite a regola d’arte rispondono a tali requisiti, richiesti solo per i locali del gruppo 2 e non per i locali del gruppo 1 e 0 (fig. 7.4).

Una parte metallica non facente parte dell’impianto elettrico è da considerare una massa estranea (fig. 7.5) se presenta resistenza verso terra inferiore a 0,5 Mohm (nei locali del gruppo uno dove non c’è pericolo di microshock sono da considerare masse estranee solo quelle che presentano verso terra una resistenza inferiore a 200 ohm). Questo valore si stabilisce considerando come non pericolosa una corrente di 50 microampere (corrente di dispersione ammessa sugli involucri degli apparecchi elettromedicali in condizioni di primo guasto):

Dove RB è la resistenza del paziente e REB la resistenza del paziente verso terra.

Gli elementi metallici provenienti dall’esterno, o comuni ad altri ambienti che entrano nel locale, come ad esempio le tubazioni metalliche dell’acqua calda e fredda, del gas, dell’aria condizionata, le finestre metalliche comuni a più locali, ecc… devono essere collegate al nodo equipotenziale.

É sufficiente collegare le parti metalliche all’ingresso nel locale senza ulteriori collegamenti a valle (ad esempio è inutile cavallottare il telaio della finestra metallica con l’anta della stessa). Il nodo equipotenziale deve essere posizionato nei pressi del locale ma non necessariamente all’interno del locale, è il caso di locali attigui per i quali il nodo può essere unico se installato in posizione intermedia. Il nodo deve essere facilmente accessibile e deve essere possibile individuare (l’identificazione può essere ottenuta mediante targhette o numerazione riportata su di una legenda applicata in posizione visibile, ad esempio sul retro del coperchio della cassetta ) e scollegare singolarmente (non è ammesso il collegamento contemporaneo di più conduttori su di un unico morsetto) ciascun conduttore (fig.7.3). A valle del nodo è ammesso un solo nodo intermedio (subnodo) tra ogni massa o massa estranea ma, se si rispetta tale prescrizione, è ammesso avere nello stesso locale più nodi intermedi (fig. 7.6 e fig. 7.7).

La regola vale anche per l’entra e esci dalle prese che è ammissibile soltanto per due prese poiché altrimenti si formerebbero più nodi intermedi in serie (fig. 7.8).

Con un morsetto a compressione si costituisce un solo subnodo e si risponde pienamente alle disposizioni normative (fig. 7.9).

Il nodo equipotenziale deve essere collegato al collettore generale di terra dell’edificio oppure a quello di tutta l’unità immobiliare. Questa soluzione può essere particolarmente appropriata, in presenza di più locali ad uso medico, quando sono necessari più nodi equipotenziali. A tale collettore devono essere collegati i conduttori dei vari nodi e i conduttori di protezione degli ambienti normali come ad esempio corridoi, sale d’attesa, rispostigli, ecc..

Il conduttore equipotenziale che collega le masse estranee al nodo deve avere una sezione minima di 6 mm2 se di rame mentre il conduttore di protezione che collega le masse al nodo segue le regole della norma generale impianti e, normalmente, deve avere una sezione pari a quella del conduttore di fase. In genere, essendo i conduttori di protezione di sezione inferiore, è sufficiente un conduttore di 6 mm2. Il collegamento al collettore dell’unità immobiliare o al collettore generale dell’immobile deve essere effettuato con un conduttore di sezione almeno uguale alla sezione più elevata tra i conduttori che fanno capo al nodo stesso. In fig. 7.10 è riportato un esempio di impianto di alimentazione e di egualizzazione dei potenziali in una sala chirurgica. Nello schema sono evidenziati il nodo equipotenziale, al quale fanno capo tutti i collegamenti equipotenziali supplementari e i conduttori di protezione delle masse, e l’alimentazione degli apparecchi elettromedicali mediante sistema IT-M.
Gli apparecchi fissi di potenza superiore a 5 kVA e l’apparecchio radiologico sono alimentati direttamente dalla rete e protetti con relè differenziale con Idn non superiore a 30 mA.

Sono ammessi sistemi di protezione a bassissima tensione di sicurezza sia SELV sia PELV adottando per i locali del gruppo 1 e 2 i seguenti provvedimenti:

  • La tensione nominale non deve essere superiore a 25 V in corrente alternata e a 60 V in corrente continua
  • Le masse dei componenti elettrici installati nella zona paziente o che possono entrare in tale zona devono essere collegati al nodo equipotenziale
Gruppo di appartenenza del locale Esempi di locali appartenenti al gruppo Valore limite della resistenza delle masse estranee Necessità del nodo e ammissibilità del Subnodo Sistema IT-M (eccetto gli apparecchi RX o di potenza superiore a 5 kVA e per gli apparecchi fissi fuori dalla zona paziente) Collegamenti equipotenziali
supplementari
Interruttore differenziale
Tipo A o B
con Idn inferiore a 30 mA
0 Ambulatorio medico senza apparecchi con parti applicate 200
OHM
NO NO Non
Necessari
Non indispensabile
1 Ambulatorio medico con apparecchi con parti applicate, camera di degenza, locale per esami di fisiopatologia, per idroterapia, per radiologia, per terapia fisica, sala parto 200
OHM
SI NO SI Per prese fino a 32 A
2 Locale chirurgico, ambulatorio chirurgico, locale per sorveglianza o terapia intensiva, locale per anestesia, locale per esame agiografico, sala per cateterismo cardiaco 0,5
MEGA
OHM
SI SI SI Per tutti i circuiti non alimentati dal sistema IT-M

Fig.7.1: Sistema IT-M

Fig.7.2: Simbolo del trasformatore d’isolamento medicale

Fig.7.3: Il nodo equipotenziale

Fig.7.4: I conduttori di protezione ed equipotenziali devono avere una resistenza, compresa la resistenza delle connessioni, inferiore a 0,2 ohm

Fig.7.5: Nei locali del gruppo 2 una parte metallica e da considerare massa estranea se presenta verso terra una resistenza inferiore a 0,5 Mohm

Fig.7.6: É ammesso un solo subnodo tra ogni massa o massa estranea. Se tale regola è soddisfatta sono ammessi nello stesso locale più nodi intermedi.

Fig.7.7: Non è ammesso un secondo nodo intermedio tra ogni massa o massa estranea.

Fig.7.8: Non è ammesso l’entra ed esci su più di due prese perché altrimenti si formerebbe più di un subnodo

Fig.7.9: Con un connettore a compressione è possibile collegare più prese perché si forma un solo subnodo

Fig.7.10: Impianto di alimentazione ed egualizzazione dei potenziali in una sala chirurgica