Факултет за електротехника и информациски технологии - ФЕИТ, Универзитет Св. Кирил и Методиј, Скопје, Република Македонија

Transcript

1 6. СОВЕТУВАЊЕ Охрид, 4-6 октомври 2009 Вилма Миновска МЕПСО, Скопје, Република Македонија Крсте Најденковски Христина Спасевска Маргарита Гиновска Факултет за електротехника и информациски технологии - ФЕИТ, Универзитет Св. Кирил и Методиј, Скопје, Република Македонија ПОСТАПКА ЗА ИСПИТУВАЊЕ НА ИЗОЛАЦИОНИ МАСЛА ВО ВИСОКОНАПОНСКИОТ СИСТЕМ НА МЕДИЦИНСКИТЕ РЕНТГЕН АПАРАТИ КУСА СОДРЖИНА Правилната работа и одржување на високонапонскиот систем кај медицинските рентген апарати, како и другите енергетски уреди е директно поврзана со квалитетот на маслобариерната изолација. Проверката на квалитетот на изолационото високонапонско масло е една од основните компоненти што треба да обезбедат зголемување на степенот на сигурност во работата на високонапонскиот систем на рентгенската цевка и стандарден режим на работа на рентгенскиот апарат. Неопходноста од воспоставување редовна проверка на квалитетот на изолационите високонапонски масла се јавува поради губењето на примарните особини на маслата во тек на нивната експлоатација, пред сè поради општото стареење на маслото и како резултат на појава на различни типови локални грешки. Систематското контролирање на квалитетот на изолационите високонапонски масла што се користат кај рентген апаратите треба да содржи систем од мерки за испитување на карактеристичните особини на маслата и определена програма за испитување. За таа цел е воспоставена стандардна процедура во вид на Протокол за испитување на изолационите високонапонски масла што се користат кај медицинските рентген апарати. Протоколот е базиран на извршените испитувања на каратеристиките на три примероци изолациони високонапонски масла со следните методи: физичко-хемиска анализа. гаснохроматографска анализа и испитување на концентрацијата на полихлорирани бифенили (PCB). Резултатите од анализите даваат заклучоци во вид на мерки и препораки за временската динамика на контрола на квалитетот на маслата што се користат во високонапонскиот систем кај медицинските рендген апарати, процедурите за контрола на квалитетот на маслата согласно европските стандарди, како и начините за безбедно и еколошко отстранување на истите. Клучни зборови: изолациони масла, високонапонски систем, рентген апарат D1-6R 1/8

2 MAKO CIGRE 2009 D1-6R 2/8 1 ВОВЕД Особено важен елемент во одржувањето и сервисирањето на медицинските рендген апарати е редовното сервисирање на високонапонскиот систем што служи за напојување и контрола на работата на рендгенската цевка. Правилната работа и одржување на овој високонапонски систем, како и другите енергетски уреди е директно поврзана со квалитетот на маслобариерната изолација. Проверката на квалитетот на изолационото високонапонско масло е една од основните компоненти што треба да обезбедат зголемување на степенот на сигурност во работата на високонапонскиот систем на рендгенската цевка и стандарден режим на работа на рендгенскиот апарат. Неопходноста од воспоставување редовна проверка на квалитетот на изолационите високонапонски масла се јавува поради губењето на примарните особини на маслата во тек на нивната експлоатација, пред сè поради општото стареење на маслото и како резултат на појава на различни типови локални грешки. На тој начин може да дојде до намалување на пробојниот напон на маслото и да доведе до сериозни оштетувања на високонапонскиот систем и рендген апаратот во целина. Систематското контролирање на квалитетот на изолационите високонапонски масла што се користат кај рендген апаратите треба да содржи систем од мерки за испитување на карактеристичните особини на маслата и определена програма за испитување. Тоа претставува база на Протоколот за испитување на изолационите високонапонски масла што се користат кај медицинските рендген апарати. 2 ВИСОКОНАПОНСКИ СИСТЕМ КАЈ МЕДИЦИНСКИТЕ РЕНТГЕН АПАРАТИ Високонапонскиот систем ја напојува рендгенската цевка со определени вредности на електрична енергија, при што овозможува создавање на рендгенски зраци со соодветен интензитет и време на експозиција. Тој се состои од три главни, меѓусебно поврзани електрични кола (сл.1): 1. електрично коло поврзано со катодното влакно што ја обезбедува потребната енергија за загревање на влакното и овозможува термоелектронска емисија, 2. високонапонско електрично коло со чија помош се забрзуваат избиените електрони од катодата кон анодата каде што се создавааат рендгенските зраци и 3. временско коло што го контролира времетраењето на процесот на создавање на рендгенските зраци (автоматска контрола на експозицијата). Слика 1 Шема на високонапонски систем и рендгенска цевка Како изолаторски медиум во повеќето високонапонски системи кај медицинските рендген апарати се користи изолационо високонапонско масло, што игра улога на изолатор и го спречува искрењето меѓу електронските кола во системот. Тоа значи дека стандардниот режим на работа на високонапонскиот систем, што е неопходен предуслов за правилната работа на рендгенската цевка, е поврзан со квалитетот на маслото во кое тој е потопен. Исто така,

3 MAKO CIGRE 2009 D1-6R 3/8 изолационото високонапонско масло во зависност од времето на неговата експлоатација ги губи своите стандардни својства, што предизвикува појава на грешки кај внатрешната изолација на високонапонскиот систем и промена на неговите електрични карактеристики. Поради тоа, постои потреба од употреба на соодветни механизми и препораки за начинот на испитување на квалитетот на маслото од аспект на неговите електрични и физичко-хемијски својства, согласно постоечките законски нормативи и стандарди. Од друга страна, поради високотемпературниот режим на работа на високонапонскиот систем, изолационото високонапонско масло истовремено се користи и како медиум за ладење. Испусниот отвор на куќиштето од високонапонскиот систем овозможува постојано испарување на составните компоненти на маслото. При услови на намален квалитет на маслото во текот на неговата експлоатација, може да настане загадување на работната средина во која се наоѓа медицинскиот рендген апарат. Тоа доведува до консумирање на отровни и канцерогени гасови, како од страна на медицинскиот персонал што ја извршува постапката на снимање, така и од страна на пациентите. Поради тоа се наметнува потребата од испитување на квалитетот на маслото од аспект на загадување на животната средина и делегирање механизми и препораки за негова анализа, согласно законските нормативи и стандарди. Досега во Република Македонија не се правени таков тип анализи за контрола на квалитетот на изолационите високонапонски масла што се користат кај медицинските рендген апарати и не постоеше стандардна постапка за редовно испитување. Затоа во овој труд е дефинирана постапката за испитување на маслата во високонапонскиот систем на рентген апаратите. 3. ПОСТАПКА ЗА ИСПИТУВАЊЕ НА ИЗОЛАЦИОНИТЕ ВИСОКОНАПОНСКИ МАСЛА Причини за воспоставување на една ваква постапка се следните: - постоечката законска регулатива што има обврзувачки карактер во однос на контролата на квалитетот на изолационите високонапонски масла. Имено, според пропишаните европски стандарди потребно е да се врши редовна контрола на електричните и физичко-хемиските параметри на маслата. - квалитетот на изолационото високонапонско масло утврден во зависност од времето на неговата експлоатација е поврзан со стандардниот режим на работа на високонапонскиот систем. Тоа е непоходен предуслов за нормално функционирање на рендгенската цевка. - секоја мануелна постапка при сервисирање и поправка на високонапонскиот систем отвора простор за загадување на маслото, по што следува неопходна проверка на неговиот квалитет. - поради високотемпературниот режим на работа на високонапонскиот систем изолационото високонапонско масло едновремено се користи како електрична изолација и како медиум за ладење. Тоа побарува испитување на квалитетот на маслото од аспект на загадување на животната средина. Постапката за испитување на изолационите високонапонски масла што се користат кај медицинските рендген апарати ги содржи следните механизми и препораки за начинот на испитување на квалитетот на маслото: - определување група на електрични параметри и физичко-хемиски анализи за испитување на квалитетот на маслата, согласно законските нормативи и стандарди во Република Македонија, - поставување временска динамика за извршување на анализите во постапката, - спроведување на постапката во реални услови и нејзино тестирање на рендген апарати во определен број медицински центри, со цел поставување на корелација помеѓу квалитетот на маслата и нивната експлоатација.

4 MAKO CIGRE 2009 D1-6R 4/8 - подобрување на квалитетот на живеење од аспект на хуманизација на трудот и заштита на човековата околина, како и подобрување на постојната технолошка инфраструктура во областа на медицинската радиолошка дијагностика. Табела 1. Спецификација на карактеристиките за изолациони високонапонски масла Карактеристики Тест метод Гранични вредности Временска динамика Кинематичка вискозност Функционалност IEC 60296, ISO 3104 < 12 mm 2 /s Точка на стврднување IEC < - 40 C Густина ISO 3675 <0,895 g/cm 3 Присуство на вода IEC Напон на пробој (Диелектрична цврстина) Фактор на диелектрични загуби Импулсен напон на пробој Стабилност Неутрализационен број IEC < 30 kv IEC <0,001 на 90 C IEC 60156, IEC IEC 60296/82 <145 kv < 0,01 mg KOH/g После полнење, потоа на 3 месеци. Потоа на 12 месеци. После полнење, потоа на 12 месеци. Потоа на 2 години. После полнење на 12 месеци. Потоа на 6 години. После полнење, потоа на 12 месеци. Потоа на 2 години. На 6 години. Површински напон ISO 6295 > 40 mn/m На 6 години. Присуство фурфуралдехиди Изглед Боја и изглед Tалог и седимент Стабилност оксидација на на Присуство на гасови во маслото Склоност гасификација ЗЕВ Точка на палење за IEC IEC A, B, C IEC 60567, IEC IEC A IEC ISO 2719 < 135 C Присуство на PCB IEC < 0,1 Карактеристиките на изолационите материјали што се користат кај високонапонските системи, општо земено се доста различни и многу зависат од технологијата на производството и структурата на материјалот. Токму затоа се јавува потреба од стандардизација на процедурата за нивно испитување според конкретната примена во даден тип на високонапонски системи, како што е случајот со високонапонските системи во медицинските рендген апарати. Со развојот на една ваква постапка се овозможува стандардизација во постапката и мерењата за

5 MAKO CIGRE 2009 D1-6R 5/8 испитување на изолационите високонапонски масла што се користат кај медицинските рендген апарати. Со тоа се избегнуваат варијабилните резултати во определувањето на квалитетот на изолационите масла и се изврши естимација на степенот на доверливост во текот на експлоатацијата. Врз основа на горенаведените потреби и цели е изработена концепцијата на постапката, која се базира на спроведување четири основни групи мерења за определување на карактеристиките на изолационите масла. Со тоа може да се определи фактичката состојба на квалитетот на маслата што се користат кај медицинските рендген апарати преку добиените податоци од мерењата на следните групи карактеристики: 1. Функционалност; 2. Стабилност; 3. Изглед; 4. Здравствено и еколошко влијание (ЗЕВ). 4. РЕЗУЛТАТИ И ДИСКУСИЈА Извршено е испитување на каратеристиките на три примероци изолациони високонапонски масла за воспоставување стандардна процедура и постапка за анализа. Двата примероци се користено масло, а третиот е ново изолационо масло. На користените масла е направена физичко-хемиска анализа, гаснохроматографска анализа и испитување на концентрацијата на полихлорирани бифенили (PCB). На новото, неупотребувано масло е направена само физичкохемиска анализа, според препораките од стандардите. Од анализите, спроведени во постапката произлегуваат заклучоци за доверливоста на работење на високонапонскиот систем. Физичко-хемиската анализа на новото масло (Примерок 3) покажува дека маслото со кое на почеток се полни високонапонскиот систем кај медицинските рендген апарати е со потребниот квалитет и одговара на меѓународните стандарди (IEC и IEC ). Анализите на пробите од изолационите високонапонски масла од високонапонскиот систем кај медицинските рендген апарати кои подолг временски период се во употреба (Примерок 1 и Примерок 2) покажаа процес на стареење. Кај Примерокот 1 маслото е се уште во употреблива состојба, бидејќи диелектричната цврстина (181 kv/cm) е на долната дозволена граница. Тоа може да предизвика проблеми во безбедното работење на апаратите. Вредноста за неутрализациониот број (0,048 mgkoh/g масло) покажува дека е започнат процес на стареење на маслото и ако не се направи негова замена ќе предизвика стареење на целулозната изолација на трансформаторот вграден во склоп на високонапонскиот систем. За овој систем се препорачува промена на изолационото масло во наредниот временски период со забелешка дека тоа е чуствителен процес што треба да се направи со посебно внимание. Поради малата количина на масло во апаратот економски не е исплатливо да се врши негово прочистување и регенерација. Кај Примерокот 2 состојбата со изолациониот систем е уште поалармантна. Маслото е во неупотреблива состојба (факторот на диелектрични загуби tg δ на 90 о С изнесува , диелектрична цврстина 61 kv/cm). Кај овој високонапонски систем не може едноствно да се препорача промена на маслото без дополнителни испитувања на цврстата изолација и целокупната состојба на апаратот. Концентрацијата на гасовите во изолационите масла определени со гаснохроматографска анализа и на двата примерока користено масло е во дозволените граници, предвидени според меѓународниот стандард IEC 60599:1999. Добрите гаснохроматографски резултати посочуваат дека високонапонските системи од кои се земени примероците работеле во нормален работен режим без појава на прегревања и парцијални празнења во изолациониот систем. Табела 2. Спецификација на карактеристиките за трите испитувани примероци на изолационо високонапонско масло Карактеристики Стандард Примерок 1 Примерок 2 Примерок 3 Гранични вредности

6 MAKO CIGRE 2009 D1-6R 6/8 Функционални Вискозност на 40 C (mm 2 /s) Густина на 20 C (kg/m 3 ) Напон на пробој (kv) Фактор на диелектрични загуби на 90 C Стабилност Неутрализационен број (mg KOH/g) Површински напон (mn/m) Изглед Боја и изглед IEC ,18 11,23 9,828 < 12 ISO ,900 0,860 0,860 < 0,895 IEC ,25 15,25 62,5 < 30 IEC , , < 10-3 IEC 60296/82 0,048 0,106 0,024 < 0,01 ISO > 40 Жолто, транспарентно Портокалово, транспарентно Талог и седимент none none none EHS Точка на палење ( C) Присуство на PCB (mg/kg) Портокалово, транспарентно IEC ,5 150,5 148 < 135 IEC ,073 0,093 0,093 да не се детектира Табела 3. Спецификација на карактеристиките за двата испитувани примероци употребувани масла со гасхроматографска анализа. Вкупно гас Водород Метан Етан Етилен Ацетилен Пропан ml/l H2 CH4 C 2 H 6 C2H4 C2H2 C3H ,8 0,3 0, ,2 38 Вкупно гас Пропилен Јаг. моноксид Јаг. диоксид. Кислород Азот ml/l C3H6 CO CO2 O2 N Секогаш постои опсаност од појава на PCB во новите трансформаторски масла преку мешање со прерафинирани масла или преку загадување со користени масла. Во таков случај неопходно е концентрацијата на PCB во ваквите смеси да се измери. Исто така оваа концентрација треба да се измери прецизно и кај маслата што се испуштаат како индустриски отпад. Во многу земји, маслата кои содржат PCB се класифицирани како ризичен отпад и се користат специјални методи за нивно уништување. Според стандардот IEC граничната вредност за присуство на PCB во маслата изнесува 0,01 mg/g.

7 MAKO CIGRE 2009 D1-6R 7/8 Испитувањето на концентрацијата на полихлорираните бифенили (PCB) се изврши со помош на течнохроматографска анализа (HPLC-анализа). Добиените вредности за концентрациите на PCB во пробите изнесуваат од 0,073 и 0,093 ppm, соодветно за Примерок 1 и Примерок 2. Може да се заклучи дека тие вредности се во дозволените граници, согласно законските регулативи во Република Македонија, но постои потреба за исклучително внимание согласно Европските регулативи водород H2 метан CH4 етан C2H6 етилен C2H4 ацетилен C2H2 Примерок 2 Примерок 1 Слика 2 Резултати од гасхроматографската анализа на испитуваните масла од примерок 1 и примерок 2 Tреба да се нагласи дека PCB се соединенија кои спаѓаат во групата на перзистентни органски загадувачи (POPs) за кои Република Македонија во мај 2001 година ја потпиша Стокхолмската Конвенција. Со тоа Република Македонија се приклучи кон меѓународната акција за нивна контрола, редукција и елиминација и се заложи за спроведување на мерките за заштита на животната средина од овие хемикалии во даден временски рок. Тоа значи дека опремата во Република Македонија што содржи PCB треба да се замени најдоцна до 2025 година и да се уништи на еколошки соодветен начин најдоцна до 2028 година. 5. ЗАКЛУЧОК Доверливото работење на високонапонскиот систем кај медицинските рендген апарати кои користат високонапонски масла како изолационен систем, во голем дел зависи од карактеристиките и состојбата во која се наоѓа маслото. Промените на физичко-хемиските карактеристики на маслото, со текот на користењето на високонапонскиот систем, не го покажуваат само стареењето на маслото туку и промените на структурата на конструктивните делови на високонапонскиот систем. Постапката за испитување на изолациони високонапонски масла што се користат кај медицинските рендген апарати овозможува: - сеопфатна анализа при испитување на квалитетот на изолационите високонапонски масла, согласно законските нормативи и стандарди, - олеснување на редовното одржување и сервисирање на високонапонските системи кај медицинските рендген апарати,

8 MAKO CIGRE 2009 D1-6R 8/8 - зголемување на доверливоста на работата на високонапонскиот систем и рендгенската цевка преку редовна контрола на квалитетот на изолационото високонапонско масло, - подобрување на квалитетот на живеење од аспект на хуманизација на трудот и заштита на човековата околина, како и подобрување на постојната технолошка инфраструктура во областа на медицинската радиолошка дијагностика. Според постапката за испитување на изолационите високонапонски масла што се користат кај медицинските рендген апарати, во која се согледани резултатите од истражувањата на трите примероци масло, ново и користено, се препорачува во следните неколку години да се размислува за безбедно и еколошко отстранување на изолационото масло во високонапонскиот систем кај медицинските рендген апарати. Постојаното испарување на составните компоненти на маслото, при услови на намален квалитет во текот на неговата експлоатација, може да придонесат за загадување на работната средина во која се наоѓа медицинскиот рендген апарат. Тоа доведува до консумирање на отровни и канцерогени гасови, како од страна на медицинскиот персонал што ја извршува постапката на снимање, така и од страна на пациентите. 6. ЛИТЕРАТУРА IEC 60156, Insulating liquids Determination of the breakdown voltage at power frequency Test method IEC 60247, Measurement of relative permittivity, dielectric dissipation factor and d.c. resistivity of insulating liquids IEC 60296, Fluids for electrotechnical applications - Unused mineral insulating oils for transformers and switchgear. IEC 60567, Oil - filed electrical equipment - Sampling of gases and of oil for analysis of free and dissolved gases - Guidance IEC 60599, Mineral oil - impregnated electrical equipment in service - Guide to the interpretation of dissolved and free gases analysis IEC 60628, Gasing of insulating liquids under electrical stress and ionization IEC 60814, Insulating liquids Oil-impregnated paper and pressboard Determination of water by automatic coulometric Karl Fischer titration IEC 60897, Methods for the determination of the lightning impulse breakdown voltage of insulating liquids IEC 61198, Mineral insulating oils Methods for the determination of 2-furfural and related compounds IEC 61619, Insulating liquids Contamination by polychlorinated biphenyls (PCBs) Method of determination by capillary column gas chromatography ISO 2719, Determination of flash point Pensky-Martens closed cup method ISO 3104, Petroleum products Transparent and opaque liquids Determination of kinematic viscosity and calculation of dynamic viscosity ISO 3675, Crude petroleum and liquid petroleum products Laboratory determination of density Hydrometer method ISO 6295, Petroleum products Mineral oils Determination of interfacial tension of oi against water Ring method NYNAS