병원전기설비의 감전원인과 대책

[새벽하늘]

 
김 성 기
<전기안전시험연구원 안전기준부장>
 

Ⅰ. 서 론

 산업 기술의 진보는 산업 설비를 첨단화, 전문화로 발전시켜 우리 생활 전반에 편리함을 추구하도록 하고 있다. 이러한 산업 기술 발달은 의료분야에서도 괄목할 만한 발전을 이루어 최근 인공 장기 등 첨단 의료기기의 개발에 의한 의료 설비의 첨단화, 의료정보의 전산화 및 네트워크화 등 병원의 인텔리젠트화가 구축되어 가고 있어 환자의 병원에 대한 신뢰와 이용도 증가하고 있다.

 그러나 이러한 첨단 시설도 설치시 안전에 대한 충분한 고려가 되어 있지 않다면 사고 위험은 잠재하고 언젠가 환자에게 치명적인 위험을 주게 될 것이다. 현대사회의 고령화 추세와 문명 생활로 인한 성인병 등으로 환자의 병원 이용 빈도가 증가하게 의료기기에 접촉할 기회도 많게 된다. 특히 수술 중인 환자는 의료기기가 직접 피부에 접촉하거나 신체 깊숙이 삽입되므로써 의료기기간의 발생하는 미세한 전위차에서도 감전쇼크사를 당할 우려가 많으며, 또한 전기적 충격에 자신의 의사 표현이나 저항할 능력이 없으므로 감전에 더욱 치명적이라 할 수 있다.

 이러한 위험을 예방하기 위하여 병원 의료기기의 시설은 일반 설비보다 엄격한 시공으로 안전성과 신뢰성이 요구되어야 하나 현행의 "전기설비 기술기준"에는 병원 전기 설비에 관한 시설 규정이 없으므로 환자의 안전이 크게 우려된다.

 본고에서는 병원의 환자가 수술이나 진료 중에 어떠한 전기적 위험이 있는지를 설명하고 그에 대한 대책으로 병원의 전기설비의 접지방식 지침을 제정하여 소개하기로 한다.

 지침의 제정은 NEC등의 외국의 규정을 조사·비교하여 지침초안을 작성하였으며 또 국내병원 현장의 설비 실태를 조사하여 지침내용의 객관성과 현실성을 확보하였다. 또한 전문성을 확보하기 위하여 관계전문가의 자문을 받아 한국전기안전공사의 단체규격인 "전지 않전기술지침"으로 제정하게 되었다.

Ⅱ. 병원의 감전위험 실태

 1. 환자의 감전위험

  의료기기가 누전 등 이상이 없는 정상적인 상태에서도 수술이나 진료 중인 환자에 감전의 위험이 있다. 그 이유는 정상적인 전기

 기기의 외함 간에는 미세한 전위차가 존재하여 이 전쥐차가 수술·진료시 신체에 접촉되어 환자의 신체내부에 전류를 흐르게 하기

 때문이다.

  이러한 전위차나 전류는 의사나 간호사에게 아무렇지 않지만 환자에게는 치명적인 위험을 일으킬 수 있어서 환자는 항상 감전위험

 에 노출되어 있다. <그림 1>은 감전위험의 사례를 설명한 것이다.

 

                                    <그림 1 피검사자 감전 쇼크 사고>

  <그림1>은 타실의 전기기기 고장에 의한 누설전류로 수술실의 피검사자가 감전쇼크를 당한 사고이며 사고 원인은 떨어져 있는 방

 의 냉동기에서 발생된 누설전류 1A가 접지선을 타고 A점, B점을 통하여 접지극으로 흐르면서, A, B점 사이에 전선 저항에 의한 강

 하를 발생시킨다. 이 전압에 의하여 B점→환자 침대→환자 피부로 전류가 흐르게 되어 이 때 감전 전류는 신체 저항을 1[㏀]이라

 할 때 50[㎂](50[㎷]÷1,000[Ω])가 카테터를 통해 신체에 흐르게 되어 피검사자가 감전된 사고이다.

  <그림2>는 간호사가 전기 혈압계와 배드 프레임을 우연히 접촉하여 환자가 감전 사망한 사고이며 사고 원인은 전동식 베드 프레임

 의 접지선이 단선되어 배드 프레임에는 모터의 정전 용량에 의해 대전되고 있었으며 그림과 같이 간호사 배드 프레임과 혈압계를

 동시 에 접촉함으로서 프레임에 대전된 전위가 간호사 신체→전기 혈압계→카테터→심실대→심실벽→심실 외의 환자 체내→심전계

 모니터 접지선→접지극으로 전류를 흐르게 하면서 마이크로쇼크사를 당한 사례이다.

 

        <그림 2 심장에 삽입한 카테터에 전류가 흘러 환자 사망>

 2. 환자의 전기적 안전 한계 비교

  앞에서 수술 중인 환자는 정상인과 달리 아무 미약한 전류에도 감전되는 위험한 사례를 보았다. <표1>은 수술중인 환자와 정상인

 과 감전위험 한계를 비교·설명하였다.

<표1 전기적 안전한계 비교>

구    분	정상인(1)	수술환자(2)	비 고
전    압	27.8[V]	10[㎷]	(1)미국화재보험협회시험소(UL) 실험결과 (2)마이크로쇼크 예방 목표치
전    류	7.8[㎃]	10[㎂]
인체저항	3,560[Ω]	1,000[Ω]

  정상인의 안전 한계값은 UL(미국화재보험협회시험소)에서 시험한 결과값이며 수술환자의 안전 한계값은 마이크로쇼크 예방목표치

 를 설정한 값이다. 도표에서와 같이 수술 환자의 감전사고 한계 전류값은 10[㎂]로 정상인에 비하여 약 780배의 미약한 전류값에

 도 감전될 수 있는 위험이 내재함을 알 수 있다.

 3. 마이크로쇼크 위험

  마이크로쇼크는 병원에서 수술 중인 환자에게 일어나는 감전 사고로서 수십[㎂]에서도 심실 세동을 일으킬 수 있는 전격으로 전류

 경료는 <그림 3>과 같이 카테터→심강내전극→심장 심근→신체일부→도전성 부분을 통하여 접지로 흐른다.

  발생원인은 의료기기의 누설전류 또는 접지계통에 흐르는 누설전류에 유도되거나, 두 점의 기기 외함에서 발생된 전위차에 의하여

 발생하며 대책으로는 누설전류와 전위차가 발생되지 않도록 등전위접지를 시공하여야 한다. <그림 4>는 두 가지 외함에서 발생하는

 전위차에 의해 수술중인 환자에게 흐르는 전류를 나타낸 것이다.

  환자는 의료기기 A와 B로 시술 중이며 이 의료기기 외함은 ⓐ와 ⓑ점에 각각 접지되어 있으며, 두 접지점 ⓐ와 ⓑ간에 10[㎷]의

 전위가 발생되었을 때 인체에 흐르는 전류는 도체 저항이 1[㏀]일 때 10[㎂]가 흐르며 이 전류의 대소에 따라 환자에게 치명적인

 결과를 초래시킬 수 있으므로 이 전류를 감소시키기 위해서는 기기접지 ⓐ와 ⓑ를 동일 접지점에서 접지하여 전위를 0으로 만든다.

 이것을 등전위접지라 한다.

 

             <그림 3 전류 경로>

 

    <그림 4 전위차에 의한 누설전류 흐름도>

 4. 매크로쇼크 위험

  매크로쇼크는 산업 현장에서 일어나는 감전현상을 말하는 것으로 보통 수십[㎃]에서 심실제동을 일으키는 전격으로 전류 경로는

 <그림 5>와 같이 체표면과 체표면 즉 의료기기에서 팔→신체 내부→팔→도전성 부분을 통하여 접지로 흐른다.

  발생원인은 누전 상태에 있는 의료기기의 접촉에 의하여 발생된다.

  <그림 6>에서 보면 전기기기 고장점에서 누전이 될 경우 의료기기 외함에 충전되었다가 사람이 외함에 접촉하므로서 인체를 통하

 여 접지로 흐르게 된다. 이 때 메크로쇼크를 느끼게 된다.

 

                      <그림 5 전류 경로>

 

            <그림 6 접지 미시설시 누설전류 흐름도>

 

             <그림 7 접지 시설시 누설전류 흐름도>

  이에 대한 대책은 기기 외함에 접지를 시공하면 <그림 7>과 같이 매크로쇼크로부터 보호된다. 이것을 보호접지라고 한다.

 5. 정전용량에 의한 감전위험

  모든 전기기기는 전로와 외함간에 절연 임피던스로 결합된 회로로 구성되며 고저항성을 가지고 있는 절연임피던스를 통하여 미체

 한 전류가 흐르게 된다. <그림 8>은 정상 상태의 의료기기 외함에 사람이 접촉했을 때 전류 흐름도를 나타낸 그림이며 <그림 9>는

 등가회로이다.

 

                            <그림 8 전류 흐름도>

 

                   <그림 9 누설전류 등가도>

  등가회로의 인체에 흐르는 전류 I2 = Ig ×10/(10+1,000)로서 는 전체 누설전류에 비하여 약 1/100배 전류가 흐르게 된다.

  그러나 접지 시설이 없는 경우 누설전류는 <그림 11>과 같이 수술 중인 환자의 신체에 모두 흐르게 되어 마이크로쇼크로 생명의

 위협을 받게 된다. <그림 10, 11>은 접지시공의 효과를 비교한 그림으로 <그림 10>은 의료기기 전로와 외함사이에 대전된 전위가

 접지를 통하여 흐르기 떄문에 환자에게 위험이 없으나 <그림 11>은 접지선이 단선되어 카테터와 심장을 통하여 전류가 흐르기 때문

 에 환자에게 마이크로쇼크 위험을 주게 된다.

 

                            <그림 10 접지가 시설된 경우>

 

                                   <그림 11 접지가 파손된 경우>

 6. 정전에 의한 환자의 위험

  병원에서 인공심폐장치, 인공호흡기 등 신체기능 대행장치에 의해 생명을 유지하는 환자와 수술 중인 환자가 있게 된다. 이 때

 예기치 않았던 정전이 발생할 때는 모든 기능이 정지됨으로서 환자 생명의 위험이 따르게 된다.

  계통 사고에 의한 전체 정전은 비상전원장치로 대체하면 위험 상황을 모면할 수 있으나 누전 등에 의한 국부 정전은 그 원인을 찾

 지 않으면 재송전을 할 수 없기 떄문에 위험도가 더 클 수 있다.

  그래서 수술실 등의 중요한 장소는 누전되어도 의료 행위를 지속할 수 있도록 비접지 배선방식으로 전원을 공급하여 누설전류량을

 극소화하고 또 누전차단기의 사용도 금하고 있다.

Ⅲ. 병원전기설비의 접지방식 지침

 우리나라 모든 전기 설비의 시설 기준이 되는 "전기설비 기술기준"은 20여년전에 제정되었기 때문에 현대화된 설비에 적용하기에는 많은 문제점이 있다. 예를 들면 신자재, 신공법 등의 현대화 설비가 산업 현장에서 시공·운용되고 있으나 전기설비 기술기준에는 이를 적용할 규정이 없는 경우가 많다.

 본 고의 "병원전기설비의 접지방식 지침"은 이러한 배경에서 제정하게 되었으며 전술한 바와 같이 병원에서 환자의 전기적 위험을 예방하기 위한 대책들을 본 지침에서 다루었다. 본 지침은 총 7장 24절로 구성되었으며 이 중 중요한 내용들을 소개하고자 한다.

                                       <표2 접지방식의 적용>
 

 1. 적용범위

  이 지침은 의료기기 사용시 안전을 확보하기 위하여 병원, 진료소 등에 설치되어 있는 의료용 접지방식, 비접지 배선 방식에 대하

 여 적용한다.

 2. 적용기준

  병원, 진료소 등에 시설된 전기 설비에는 각 의료실의 사용 목적, 의료기기의 용도에 따라 보호접지, 등전위접지 및 비접지 배선

 방식에 의한 설비를 하여야 한다.

  각 의료실에 적용하는 접지방식 및 비접지 배선 방식은 다음 <표2>에 따라 시설하여야 한다.

 3. 의료용 접지방식

 [보호접지]

  매크로쇼크를 예방하기 위하여 의료기기 외함(노출된 금속제 부분)에 시설하는 접지방식으로 본 지침에서 각 의료실에 보호접지

 시설을 위한 의료용 배선기구의 설치를 의무화했다.

 ○의료기기를 사용하는 의료실에서 보호접지를 위하여 의료용 접지센터, 의료용 콘센트, 접지단자 등의 의료용 배선기구를 시설하

   여야 한다. [그림 12]는 접지방식 계통도를 나타낸 것이다.

                            <그림 12 접지방식 계통도>

 [등전위 접지]

  마이크로쇼크를 예방하기 위하여 시설하는 접지방식으로 본 지침에서는 환자의 접촉 가능 범위내 모든 도전성 부분에 등전위접지

 시설을 의무화했다.

 ○등전위접지 범위 및 시설

 - 환자가 직접, 간접적으로 접촉할 우려가 있는 범위는 환자가 점유한 장소로부터 수평방향 2.5[m], 바닥 높이 2.3[m]의 범위에

   있는 고정설비의 노출 도전성 부분 및 계통의 도전성 부분을 의료용 접지센터에 각각 직접 접속한다.

 - 표면적이 0.02[㎡]이하의 계통 외 도전성 부분은 등전위접지 대상에서 제외시켜도 좋다.

 - 이동용 의료기기의 등전위접지를 위하여 의료용 콘덴서 외에 의료용 접지단자를 시설하여야 한다.

 ○등전위접지선의 전기 저항 및 전위차

 - 등전위접지를 한 도전성 부분과 의료용 접지센터 사이의 전기 저항은 무부하 전압이 6[V]이하인 교류 전원에 의해 10~25[A]의

   전류를 흐르게 하고 전압 강하법으로 측정했을 때 0.1[Ω]이하이어야 한다.

 - 이러한 결선은 0.1[Ω]을 초과해서는 안되며 콘센트 접지와 도전성 물체표면들 사이의 전위차를 10[㎷]를 초과해서는 안된다.

 4. 비접지 배선방식

  의료실에서 누전시 누설전류를 최소화하고 이로 인한 정전을 예방하기 위하여 절연 변압기를 사용하는 방식으로서 본 지침에서는

 지락시에는 전원을 지속적으로 공급할 수 있는 비접지 배선방식을 채택하고 또 미세한 누설전류에서도 경보할 수 있는 누전감시장

 치의 설치는 의무화하였다.

 ○절연 변압기의 시설

 - 전원에 절연변압기를 사용하고 그 2차측 전로는 접지시키지 않는다.

 - 절연 변압기의 정격 용량은 7.5[㎸A]를 초과하지 않아야 한다. 단, 절연변압기의 정격 용량은 의료실내의 단독으로 공급하는 변

   압기에 한한다.

 - 2차측 전로의 정격 전압은 300[V]이하, 단상 2선식으로 한다.

 - 1차 권선에는 2차 권선, 철심, 쉴드 및 금속재 용기에 대해 SKC 0805에 규정하는 2종 절연 또는 강화 절연은 실시한 것이어야

   한다.

 - 절연 변압기 1차측 전로에는 누전차단기를 시설하여서는 안된다.

 ○절연 감시 장치의 시설

 - 비접지식 전로의 전원측에는 절연감시 장치를 시설하여야 한다. 설치 장소는 간호사실 등 상시 감시가 용이한 장소에 시설하여야

   한다.

 - 전로의 대지 임피던스를 계측, 감시하는 방식이어야 한다.

 - 사고시에 이상을 알리기 위하여 표시등과 음향에 의한 경보 장치의 작동을 중단시키기 위한 스위치 등을 설치하여서는 안된다.

   다만 음향에 의한 경보만을 정지시키기 위한 스위치는 설치하여도 좋다.

 - 경보 장치는 비접지식 전로의 어느 한쪽 선을 낮은 임피던스의 도체로 대지에 접속된 경우에 흐르는 지락 전류의 값이 5[㎃](

   또는 2[㎃])가 되었을 때 작동하는 것이어야 한다.

Ⅳ. 결 론

 의료기술의 급속적인 진보로 인공장기 및 카테터 등을 환자 신체 내부에 삽입하여 시술하는 경향이 많아지고 있으며 이에 따라 환자는 감전위험에 노출되는 기회가 증가하고 있는 만큼 병원의 접지설비는 일반 접지설비와 달리 설계에서부터 시공·운용까지 엄격한 시공 기준에 의해서 관리되어야 한다는 취지에서 본 지침을 제정하게 되었다.

 향후 본 지침의 중요 내용을 발췌하여 전기설비 기술기준에 반영, 규정화하여 환자의 감전 사고를 예방하도록 할 계획이다.