IT供电系统在医疗建筑行业中的应用———IT供电系统在医疗建筑行

［编辑简介］：阐述了医用IT供电系统，IT隔离变压器功能性接地系统。介绍了IT系统绝缘监测功能的扩展：医用隔离电源，IT系统隔离变压器温度检测，IT系统接地故障定位检测，以及绝缘监测、各类检测的中央监控系统。［摘要］：阐述了医用IT供电系统，IT隔离变压器功能性接地系统。介绍了IT系统绝缘监测功能的扩展：医用隔离电源，IT系统隔离变压器温度检测，IT系统接地故障定位检测，以及绝缘监测、各类检测的中央监控系统。［关键词］：IT系统　绝缘监测　过负荷检测　隔离变压器温度检测　1　概述医院因其工作的特殊性，医疗建筑也因此成为功能、结构想对复杂的民用建筑。医院的供配电方式与其他民用建筑有较大区别，尤其在医院的特殊环境里，漏电流对病人构成了潜在的危险，因此对电气安全设计提出了特殊而且严格的要求。尤其是那些生命攸关的场所，如外科手术室、重症监护室等地均需安装医用IT供电系统（IT指不接地供电系统，此系统俗称医用隔离电源)，其目的就是为了保证对该场所内的医疗电器提供一个安全可靠的电源，以确保病人的安全。我国现有的医院供配电系统，大多是上世纪八十年代左右的设计，设计思路已经跟不上国际发展的趋势，并存在设备和供电线路老化等诸多问题。2005年北京供电公司和市卫生局曾对全市医疗单位的用电安全进行了大检查，结果发现存在不少安全隐患。工作人员素质不高，工作时间睡觉、离岗，配电系统不完善，应急预案可行性不强等问题普遍存在。很多在手术过程中出现漏电问题导致病患死亡或瘫痪的事件发生，事实上对于收治重症病人、做大手术的大医院来说，配电室、手术室、急症室、重症救治中心都是要害部门，医院应该有预见意外风险的危机意识。天灾不可逆，人祸本可防。“海恩法则”认为：每一起严重事故的背后，必然有２９次轻微事故和３００次未遂先兆，以及１０００个事故隐患。卫生主管部门重视医院应急用电设施建设，并做到防患于未然，给病人生命以更好的保障当然也需要有好的产品配合--安科瑞公司的医用隔离电源柜及其配套绝缘监测装置是针对医疗Ⅱ类场所的供电需求而开发设计的，能够很好的满足各类手术室和重症监护室对电源安全性和可靠性的要求，并符合国家相关标准。 2　类别和级别划分医疗场所根据接触部件和患者之间的接触形式以及医疗场所的具体用途，根据《建筑物电气装置第7-710部分：特殊装置或场所的要求-医疗场所》GB 16895.24-2005国家标准，可将医疗场所分为0类、1类和2类场所。a. 应用组0类：没有医疗电气设备与人体接触的场所。例如：门诊室、候诊室、手术室等。此类型场所没有增加被电击的风险，且电力中断不会对病人造成危害。b. 应用组1类：使用医疗电气设备进行诊断或治疗的场所，这些设备需要与人体接触，与病人身体之间有能量交换，监视病人体内的能量交换。在此类场所医疗设备电源中断不会引起病人生命危险，医疗设备因停电而重新开始不会影响对病人的诊断。例如：病房、产房、X光室等。在0类和1类场所允许采用带漏电保护的接地系统供电（脱扣电流30mA，脱扣时间100mS），既TT或TN-S系统，禁止使用三相四线制接地系统，即TN-C系统。c. 应用组2类：在这类场合使用的医疗电气设备包括：在病人体表或体内使用的实时监控仪器；用于手术的仪器设备；维持病人生命和躯体功能的设备；用于打开心脏、大脑的设备。在此类场合医疗设备电源中断会引起病人生命危险；微弱的漏电流会产生‘微电击’。在2类场所中每个房间必须至少配备一套医用IT电源供电（隔离供电电源），该电源系统必须安装绝缘监视仪。例如：麻醉室﹑手术室﹑手术准备室﹑手术石膏室﹑手术恢复室﹑心脏导管插入室﹑重症监护室﹑心脏监护室﹑血管造影检查室﹑早产婴儿监护室等。均属于2类场所在应用组2类的医疗场所，必须使用带绝缘监视的隔离电源系统，即IT系统。在某些医疗场所内，对电源的自动转换时间有一定的时间要求，为了保证供电的可靠性需配置安全电源，当失去正常供电电源时，该安全电源应在预定的切换时间内投入运行。 3　对低压配电系统的接地型式要求在医疗场所内使用的医疗电气设备（接触部件），首先应考虑对医务人员和患者的安全，对2类危机生命的医疗场所，不仅要加强电气设备用电安全性，同时要提高供电的可靠性。因此医疗场所内的电气设计与设备安装有别于其他公共建筑。首先医疗场所内不允许采用TN-C系统的接地型式。0类和1类医疗场所使用TT和TN-S系统的接地型式，2类医疗场所中包括手术台的驱动机构、X光机、额定功率大于5kVA的大型设备和不用于维持生命的电气设备的供电回路也可采用TT和TN-S系统的接地型式。其他2类医疗场所内的医疗设备必须采用医疗IT系统的接地型式，满足供电的可靠性和用电的安全性要求。 4　低压配电系统的供电方式0类医疗场所内的电气设备与医务人员和患者无任何接触，因此对供电方式无具体要求。1类医疗场所内，由于医疗电气设备与医务人员及患者有接触，应采用剩余电流动作保护器作为附加保护，由于1类医疗场所内的电气设备的额定电流一般不大于32A，应采用最大剩余电流为30mA的剩余电流动作保护器。2类医疗场所中手术台的驱动机构、X光机、额定功率大于5kVA额定电流小于32A的大型设备和不用于维持生命的电气设备也可采用最大剩余电流为30mA的剩余电流动作保护器作为附加保护。其他2类医疗场所内，包括用于维持生命的、外科手术的和其他位于“患者区域”（距患者1.5m半径、2.5m高的区域）内的医疗电气设备和系统的供电应采用IT系统隔离电源的供电方式，要求具有对供电系统绝缘监视、对隔离变压器的负荷和温度过热进行监视等功能。图1以手术室供配电方案为例，介绍1、2类医疗场所的供配电方式。本方案中重要回路采用IT系统（2类场所内的大部分设备）与不重要回路（1类场所及部分2类场所）采用TN-S系统的基本组合方式。重要回路采用IT系统可实现供电系统绝缘监视、负荷和隔离变压器温度监视等功能，非重要回路采用带剩余电流动作保护开关的TN-S系统，可实现剩余电流达到30mA时，开关动作。另外手术室的电气设计可根据医院的实际需要和财力，配置绝缘故障定位和剩余电流定位等功能。2类医疗场所采用IT系统的供电方式可将隔离变压器之前电气回路的导体与其后电气回路的导体做完全的电气分隔，防止之前供电回路的事故电流通过接地线窜入手术室等重要场所。如果隔离变压器上所接的负荷发生带电导线碰金属外壳及绝缘损坏等故障时（即第一次故障），由于IT系统的接地型式对地不能构成电气通路，只能产生一个很小的容性电流，因此对人体根本不造成伤害，但该系统必须配置绝缘监视器以便尽早发现故障，并及时排除，保证供电的连续性。当同一设备或系统内其他设备再次发生带电导线碰金属外壳及绝缘损坏时（即第二次故障），由于此时形成的是短路，该电流将足以使保护电气在规定时间内切断电源，故IT系统既保证了供电的连续性，又可使人免于电击，保证医务人员和患者的人身安全。当IT变压器只为一台设备供电时，该变压器可不装设绝缘监视器。 5　应用案例安科瑞（Acrel）公司的医用隔离电源柜是针对医疗2类场所的供电需求而设计的具有局部IT系统的配电柜，IT系统装设绝缘监测装置来监测系统的绝缘状况，各输出回路采用了具有短路保护功能的断路器；其它系统输出回路则采用了具有漏电保护功能的断路器。产品根据使用场所的不同分为GGF-O系列手术室用隔离电源柜和GGF-I系列ICU/CCU等病房用隔离电源柜两大类，能够很好的满足各类手术室和重症监护室对电源安全性和可靠性的要求，并符合GB16895.24-2005/IEC60364-7-710:2002《建筑物电气装置第7-710部分：特殊装置或场所的要求-医疗场所》和GB7251.1-2005/IEC 60439-1:1999《低压成套开关设备和控制设备》等标准。采用IT系统的2类医疗场所包括有手术室、急诊抢救室、各类重症监护室（ICU）、心脏导管及造影室等。每个房间应配有独立的隔离电源系统。对于多个这类场所，可以采用如图1所示的配电方案。 图中各个手术室和重症监护室分别采用独立的IT供电系统，所有的IT系统由手术部与ICU总配电柜通过TN-S系统配电。各IT系统的绝缘监测器及总配电柜内的剩余电流监测设备又通过基于Modbus协议的RS485总线将各个监测信号反馈到手术部的中央监控室内，并由中央控制室的上位机通过中央控制系统软件进行集中监控。各个IT系统与TN-S系统的运行状态，都可以显示在中央监控室的上位机上，方便工作人员对系统进行集中监控与管理。各类手术室和重症监护室根据各系统容量分别配置单独的IT系统，主要的医疗仪器、无影灯、多功能吊塔等用电设备须从IT系统中取电。照明灯、观片灯和电动门等可以不从IT系统取电。 图2为采用医疗隔离电源系统的手术室或ICU配电系统图。绝缘监测仪时刻监测IT系统的绝缘状态，并在系统出现故障时给出报警信号，外接的报警与显示仪通过RS485接口与绝缘监测仪进行实时的数字通信，显示绝缘监测仪的检测结果，并在报警时发出声光报警信号。除了绝缘监测设备外，系统还配置了绝缘故障测试仪和绝缘故障评估仪。绝缘故障测试仪能够在线查找故障发生的回路，它和绝缘监测仪一起工作，当绝缘监测仪探测到系统绝缘故障后，绝缘故障测试仪立即开始故障定位，由绝缘故障评估仪周期性地送出一个特殊的测试电流，测试电流流经故障部位，由电流互感器探测，并由电子评估仪对故障回路进行评估，评估的结果送报警与显示仪中显示。      其工作原理：单端出现对地故障不会造成漏电，绝缘监测仪AIM-M100持续监控输出线路对地绝缘。当其中一条线发生对地短路故障时，没有实际的漏电流通过。另外隔离变压器AITR还可以防止接地系统内的漏电流窜入与病人连接的设备回路。一旦发生一端接地的故障后，绝缘监测仪AIM-M100就能够检测到这个故障并通过报警与显示仪AID100发出报警，而此时电源不会被切断，保证了供电的连续性。医护人员可以根据报警与显示仪AID100上显示的预期漏电流大小和手术的实际情况及时处理，因而人身触电的危险被降低到了最小。 6　主要IT系统电源柜型号及主要附件安科瑞（Acrel）公司的医用隔离电源柜是针对医疗2类场所的供电需求而设计的具有局部IT系统的配电柜，IT系统装设绝缘监测装置来监测系统的绝缘状况，各输出回路采用了具有短路保护功能的断路器；其它系统输出回路则采用了具有漏电保护功能的断路器。产品根据使用场所的不同分为GGF-O系列手术室用隔离电源柜和GGF-I系列ICU/CCU等病房用隔离电源柜两大类，能够很好的满足各类手术室和重症监护室对电源安全性和可靠性的要求，并符合GB16895.24-2005/IEC60364-7-710:2002《建筑物电气装置第7-710部分：特殊装置或场所的要求-医疗场所》和GB7251.1-2005/IEC 60439-1:1999《低压成套开关设备和控制设备》等标准。   6.1 ICU、CCU病房配电解决方案（以GGF-I8隔离配电柜系统图为例） 6.2 手术室配电解决方案（以GGF-O8隔离配电柜系统图为例） 7　结束语保护医院的病人以及医护人员不受漏电事故的伤害。随着我国国力的增强，医疗卫生事业将在一定时期得到长足的发展，作为我们医疗工作人员，要不断了解、学习最新的医疗设备技术，学习了解国内外的新规范，重视医院的电气安全，大力推广安全可靠的配电及接地系统。相信在不久的将来，随着人们对IT系统的充分认识，IT系统也会得到越来越广泛的应用。 参考文献
[1]上海安科瑞电气股份有限公司产品资料，2011.03版.[2]王厚余. 低压电气装置的设计安装和检验. 第二版. 北京：中国电力出版社，2007：48 - 52 .
[3]邵建勋. 医用IT系统在医疗场所的应用. 信息管理, 2008(6): 32 - 39. 作者简介：张晓丽：（1984-）女 汉族 毕业于安徽理工大学测控技术与仪器专业，研究方向为医疗场所智能变配电系统。 TEL：13918924310 邮箱：acrelzxl@163.com