Как известно из [1; 2; 3], природные и инфраструктурные условия и факторы способны существенно влиять на надёжность и безопасность функционирования систем заземления работающих электроустановок. Это особенно важно для медицинских организаций, в которых используются особые помещения, классифицируемые в соответствии с [4] как помещения группы 2. Перечень таких помещений приведен в табл. 1.

Таблица 1

Название и предназначение медицинских помещений группы 2

В этих помещениях к используемым в них системах заземления предъявляются особые требования, так как их надёжное функционирование в основном является гарантией жизни пациентов и медицинского персонала этих помещений. В связи с этим в помещениях группы 2 используются системы заземления IT (Isolated terra).

Система IT — это система заземления, в которой нейтраль источника питания изолирована от земли или соединена с землёй через большое сопротивление. В такой системе открытые проводящие части электроустановки заземляются независимо от способа заземления нейтрали источника.

В системе IT все проводящие части медицинского оборудования, доступные для прикосновения, надёжно заземляются, что снижает риск поражения пациента или персонала при случайном контакте с токоведущими элементами. В случае первого замыкания фазы на землю в системе IT ток повреждения крайне мал и не вызывает отключения повреждённой цепи. Это позволяет продолжить работу электроустановки до планового устранения повреждения, что очень важно, например, для сохранения жизни тех пациентов, которые подключены к системам жизнеобеспечения (искусственное сердце, аппараты ИВЛ и т. п.).

Обязательным элементом системы IT в медицинских помещениях является устройство контроля изоляции [5]. Оно непрерывно отслеживает состояние изоляции сети и подаёт сигнал при снижении сопротивления изоляции ниже установленного значения (обычно 50 кОм). Это позволяет своевременно обнаруживать первичные нарушения изоляции и предотвращать аварийные ситуации. В операционных и реанимационных помещениях критически важно защитить пациента от микрошока — поражения электрическим током при приложении даже небольшой разницы потенциалов к сердечной мышце. Система IT минимизирует риск такого поражения за счёт использования надёжной изоляции нейтрали и заземления проводящих частей.

Рассмотрим приведенную на рис. 1 электрическую модель системы заземления [3].

Рис. 1. Электрическая модель системы заземления

В соответствии с классификацией ГОСТ Р МЭК 60050-195-2005 [6] эта модель состоит из двух основных классов заземлений:

 защитное. Общепринятая маркировка шин или проводников такого заземления — PE (protective earth);

 функциональное (информационное). Общепринятая маркировка шин или проводников такого заземления — FE (functional earth).

В этом же стандарте приведены следующие определения:

 защитное заземление (protective earthing, protective grounding) — заземление точки или точек системы, установки или оборудования в целях электробезопасности;

 функциональное заземление (functional earthing, functional grounding) — заземление точки или точек системы, установки или оборудования в целях, отличных от целей электробезопасности.

Таким образом, основным предназначением защитного заземления является надёжное обеспечение электробезопасности (защиты людей от поражения их электричеством), а функционального — надёжное обеспечение непосредственно работы самой электроустановки.

Из рис. 1 видно, что система заземления состоит из заземляющих электродов, соединенных между собой сплошной шиной, к которой приварена клемма заземления. К клемме подсоединены, к примеру, две шины (два проводника) заземления, к которым в различных местах подключено заземляемое оборудование. И если шины заземления или заземляющие проводники проходят близко один от другого, то между ними существует магнитная связь с коэффициентом взаимной индукции М . В свою очередь, участок проводника (шины) системы заземления имеет индуктивность L _nn , сопротивление R _nn и в нём наводится ЭДС помехи E _Пnn путём электромагнитной индукции. На разных участках шины заземления к ней подсоединено оборудование автоматики, которое поставляет в шину заземления ток помехи I _П21 , ... , I _П23 и ток цепей питания, возвращающийся к источнику питания по шине земли. На рис. 1 изображено также сопротивление между электродами R _Земли и ток помехи I _ПЗемли , протекающий по земле, например при ударах молнии или при коротком замыкании мощного оборудования на землю. Таким образом, как отмечается в [3], при частотах более 1 МГц возрастает роль индуктивного сопротивления цепи заземления, а также ёмкостной и индуктивной связи между её участками. При этом провода заземления начинают излучать электромагнитные волны и сами становятся источниками помех. В связи с этим для функционального заземления очень важен такой конструктивный подбор характеристик его элементов и общего их расположения в конструкции этого заземления, при котором минимизируется непосредственное влияние токов высокой частоты и низкой амплитуды появляющихся помех на работу используемого электрического оборудования. Тем самым обеспечивается электромагнитная совместимость этого оборудования.

Методы обеспечения надёжной работы функционального заземления практически не отличаются своей спецификой для каждого региона РФ и определяются требованиями вышеприведенных нормативных документов для этого класса заземления. Однако есть важные факторы: специфика геометрической конструкции зданий медицинских организаций на конкретной территории конкретного региона РФ (со своей металлической арматурой и вынужденной длиной функционально заземляющих проводников в этих зданиях); расположение этих зданий вблизи иных сооружений с электрическими установками, способными воспроизводить внешние помехи; посторонняя силовая кабельная сеть и т. д. Всё это относится к тем инфраструктурным факторам регионального характера, которые оказывают непосредственное влияние на качество функционирования функционального заземления конкретной медицинской организации региона и обуславливают по своей выраженной совокупности непосредственную специфику влияющих на это заземление региональных инфраструктурных условий. То же самое касается и реализации мер обеспечения надёжности и качества функционирования защитного заземления конкретной медицинской организации, расположенной на территории конкретного региона РФ.

Из рис. 1 видно, что заземлители защитного заземления, а также в ряде случаев соединяющая их металлосвязь (проводники) располагаются в земле. В связи с этим контур защитного заземления (в основном его заземлители, с учётом глубины их погружения в землю) постоянно подвержен влиянию физико-химических свойств участка почвы данной территории. Этот участок почвы характеризуется не только сопротивлением грунта своего типа, но и особенностями непосредственного воздействия климатических условий данного региона на физико-химические свойства грунта. Это в той или иной мере способствует активности влияния данных свойств на качество функционирования расположенных в земле элементов защитного заземления (заземлителей и их металлосвязи).

Таким образом, с одной стороны, в настоящее время в Российской Федерации создана и используется универсальная, стандартизированная, нормативно-правовая и методическая база, обеспечивающая основу проектирования и эксплуатации систем энергоснабжения, заземления и электробезопасности для различных промышленных, бытовых, хозяйственных и медицинских объектов каждого региона РФ.

С другой стороны, универсальность практического использования такой нормативно-правовой базы применительно к конкретному региону РФ требует дополнительного учёта специфики влияния природных и инфраструктурных факторов этого региона, поскольку к этой специфике известные методики нормативно-правовой базы не чувствительны.

В связи с этим природные и инфраструктурные условия региона были формализованы в соответствующие группы показателей, которые затем и были учтены в общепринятых методиках существующей нормативно-правовой базы. Это позволило создать усовершенствованную методику (в двух частях А и Б) комплексной оценки качества и надёжности функционирования систем заземления IT медицинских организаций в условиях влияния на них природно-инфраструктурных факторов конкретного региона (см. табл. 2).

Таблица 2

Часть А. Усовершенствованная методика комплексной оценки качества и надёжности функционирования систем заземления IT медицинских организаций с учётом влияния природно-инфраструктурных факторов конкретного региона

где:

R _КОРР — скорректированное значение измеренного сопротивления заземления, Ом;

R _{ИЗМ —} непосредственная величина измеренного сопротивления заземления, Ом;

К _ВЛ — коэффициент влажности;

К _ТЕМП — коэффициент температуры в зависимости от температуры воздуха (t _ВОЗД );

I _{УТ —} однократно измеренное по базовой методике значение сопротивления изоляции;

N _{АВАРИЙ ЗИМА} — количество аварий за зимний сезон;

N _{АВАРИЙ ЛЕТО} — количество аварий за летний сезон;

Т _ОБЩ — общее время наблюдения, ч;

N _ОТК — число отказов (количество раз за период);

MTBF — расчётное значение показателя надёжности электроснабжения с учётом износа кабельных сетей и климатических нагрузок, ч;

К _ТЕМП — температурный коэффициент;

износ — процент износа кабелей;

U _ПР — расчётное значение напряжения прикосновения, В;

I _З — ток замыкания, А;

R _ЗАЗЕМ — сопротивление заземляющего устройства, Ом;

U _ПОМЕХ — уровень помех, В;

U _НОМ — номинальное напряжение сети (220 В);

R _НОРМ — нормативное сопротивление заземления (4 Ом);

R _КОРР — скорректированное сопротивление заземления, Ом;

R _{ИЗОЛ НОРМ} — норма сопротивления изоляции (50 кОм);

R _{ИЗОЛ КОРР} — скорректированное сопротивление изоляции, Ом;

К _СЕЗОН — коэффициент сезонности;

MTBF _НОРМ — нормативный показатель надёжности, ч;

MTBF _КОРР — скорректированный показатель надёжности, ч;

К _МЕД — коэффициент влияния помех от медицинского оборудования;

Критерии оценки:

 I _ЭБ ≥ 0,9 — электробезопасность соответствует нормам;

 0,7 ≤ I _ЭБ < 0,9 — требуются профилактические меры;

 I _ЭБ < 0,7 — необходима срочная модернизация.

Часть Б. Модель расчёта экономической эффективности мероприятий

Основная суть методики заключается в следующем. Размер затрат от внедрения рекомендаций вычисляется по формуле:

, (1)

где З _СУМ — общие затраты, руб.;

З _ОБ — стоимость оборудования, руб.;

З _МОНТ — затраты на монтаж, руб.;

З _ЭКСПЛ — эксплуатационные расходы, руб.

Размер предотвращённого ущерба от внедрения рекомендаций вычисляется по формуле:

, (2)

где Y _ПРЕД — предотвращённый ущерб, руб/год;

Y _ДО — нанесенный ущерб (аварии, простои), руб/год;

Y _ПОСЛЕ — зафиксированный ущерб после внедрения рекомендаций, руб/год.

Срок окупаемости затрат (в годах) после внедрения рекомендаций вычисляется по формуле:

. (3)

Пример расчёта для условной больницы. Исходные данные:

З _ОБ = 300 тыс. руб. (устройства контроля изоляции УКИ-1, кабели, устройства защитного отключения);

З _МОНТ = 100 тыс. руб.;

З _ЭКСПЛ = 50 тыс. руб/год;

Y _ДО = 800 тыс. руб/год;

Y _ПОСЛЕ = 180 тыс. руб/год.

Для этих данных в соответствии с формулами (1), (2) и (3) получаем следующие значения общих затрат, предотвращённого ущерба и срока окупаемости:

;

Промежуточный вывод: реализованные мероприятия экономически целесообразны.

Таким образом, совокупность усовершенствованной методики комплексной оценки (часть А) и модели расчёта экономической эффективности мероприятий (часть Б) обеспечивает возможность количественно оценить влияние формализованных природно-инфраструктурных факторов региона на качество и надёжность функционирования систем заземления IT медицинских организаций.

Литература:

1. Карякин, Р. Н. Заземляющие устройства промышленных электроустановок / Р. Н. Карякин, В. И. Солнцев. — Москва : Энергоатомиздат, 1989. — 191 с.

2. Старикова, Е. Ю. Исследование коррозионной агрессивности почв / Е. Ю. Стариков, М. В. Зуев, В. С. Ягин // Химия и химическая технология: достижения и перспективы. Материалы VI Всероссийской конференции, Кемерово, 29–30 ноября 2022 г. — Кемерово : Кузбасский государственный университет имени Т. Ф. Горбачева, 2022. — С. 230–238.

3. Энциклопедия АСУ ТП, раздел 3.2 «Заземление» / Reallab.ru [Электронный ресурс]. — URL: https://www.reallab.ru/bookasutp/3-zashita-ot-pomeh/3-2-zazemlenie/ (дата обращения 27.04.2026).

4. ГОСТ Р 50571.28-2006 (МЭК 60364-7-710:2002). Электроустановки зданий. Часть 7-710. Требования к специальным электроустановкам. Электроустановки медицинских помещений [Текст] / Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. — Москва : Стандартинформ, 2007. — 21 с.

5. ГОСТ Р 50571.7.710-2023. Электроустановки низковольтные. Часть 7-710. Требования к специальным электроустановкам. Электроустановки медицинских помещений. — Москва : ФГБУ «РСТ», 2023.

6. ГОСТ Р МЭК 60050-195-2005. Заземление и защита от поражения электрическим током. Термины и определения. — Москва : Стандартинформ, 2006. — 24 с. — Текст: непосредственный.