IT隔離電源系統在醫院電氣設計中的應用

【關(guān)鍵詞】IT系統；基本配置；絕緣監測；過(guò)負荷檢測

一、醫療域選用IT系統（中性點(diǎn)不接地配電系統）的必要性

（一）IT系統因降低了觸電電壓和電網(wǎng)對地漏電流（有效控制對心臟的直接漏電），故人身觸電危險被降到*小程度。

眾所周知，當用電設備對人體心臟直接漏電達到10μА時(shí)，會(huì )導致患者觸電身亡，醫學(xué)上稱(chēng)之為“微電擊”。而在一般民用建筑中常規選用的RCD、ELCB等對地漏電斷路器，其動(dòng)作響應值均為30mA，遠遠不能滿(mǎn)足醫療域的要求?，F在國際上針對醫療域中的手術(shù)室、ICU、CCU等重要場(chǎng)所通常采用局部“中性點(diǎn)不接地的供電系統”（IEC標準稱(chēng)之為“醫療IT系統”或“隔離電源系統”）供電。通過(guò)單相0.5KVA～10KVA的隔離變壓器為這些場(chǎng)所供電，可以防止其他供電回路中的漏電流通過(guò)接地線(xiàn)竄入手術(shù)室、ICU、CCU等2類(lèi)醫療場(chǎng)所的醫療電器設備上，從而避免因此對患者安全所構成的威脅。

其次，一旦隔離電源系統中所接的負載（如各種醫療電器設備、配電元器件、配電線(xiàn)路等）出現對地絕緣故障，因為電源端無(wú)接地線(xiàn)，故漏電流對地不能構成回路，對地只能產(chǎn)生一個(gè)微弱的容性漏電流，從而*大限度保護了患者免遭漏電的傷害。

（二）IT系統一旦出先 個(gè)對地漏電故障，不會(huì )導致系統斷路器或熔斷器動(dòng)作，因而確保了電源供電的可靠性

在醫療域，某些場(chǎng)所對供電持續性要求很高，故設計成兩路（甚至三路）電源（TN-S供電系統）自動(dòng)切換，以確保這些特殊場(chǎng)所的供電連續性。但如果在負載端出現相對地絕緣故障時(shí)，故障電流將經(jīng)過(guò)電源中性點(diǎn)對地構成回路，從而形成一個(gè)較大的故障電流，使上一斷路器或熔斷器因過(guò)電流動(dòng)作，*終導致供電中斷。而如果在這些特殊場(chǎng)所局部采用IT配電系統時(shí)，因其電源中性點(diǎn)不接地，當負載端出現第 一點(diǎn)相對地絕緣故障時(shí)，對地不能構成回路，只會(huì )產(chǎn)生一個(gè)很小的容性漏電，對人體不會(huì )產(chǎn)生危害，同時(shí)也不會(huì )導致斷路器或熔斷器動(dòng)作，從而確保了重要醫療場(chǎng)所供電的持續性與可靠性。

（三）IT系統因降低了對地漏電流，提高了防火安全性

二、國內外相關(guān)規范

許多國家和國際標準都對醫療域，尤其是手術(shù)室、重癥監護室、心臟監護室等的配電系統作了特殊的規定。其目的就是確保為這些場(chǎng)所內的醫療電器設備提供一個(gè)安全、可靠的電源，以確?；颊叩陌踩?。相關(guān)標準見(jiàn)表

表1國內外相關(guān)標準名稱(chēng)

在中國GB16895.24-2005和國際電工委員會(huì )IEC60364-7-710:2002標準中均規定，在醫療域2類(lèi)醫療場(chǎng)所內，用于維持生命的、外科手術(shù)的和其他位于“患者區域”內的醫療電器設備和系統的供電回路應選用帶絕緣監視的醫療IT系統供電。

我國2008年8月1日正式實(shí)施的《民用建筑電氣設計規范》中12.8.6醫療場(chǎng)所采用IT系統供電時(shí)應符合下列規定：

（1）在2類(lèi)醫療場(chǎng)所內，用于維持生命、外科手術(shù)和其他位于“患者區域”內的醫用電氣設備和系統的供電回路，均應采用醫療IT系統。

（2）用途相同且相毗鄰的房間內，至少應設置一個(gè)獨立的醫療IT系統。醫療IT系統應配置一個(gè)交流內阻抗不少于100kΩ的絕緣監測器并滿(mǎn)足下列要求：①測試電壓不應大于直流25V；②注入電流的峰值不應大于1mA；③*遲在絕緣電阻降至50kΩ時(shí)，應發(fā)出信號，并應配置試驗此功能的器具。

（3）每個(gè)醫療IT系統應設在醫務(wù)人員可以經(jīng)常監視的地方，并應裝設配備有下列功能組件的聲光報警系統：①應以綠燈亮表示工作正常；②當絕緣電阻下降到*小整定值時(shí)，黃燈應點(diǎn)亮，且應不能消除或斷開(kāi)該亮燈指示；③當絕緣電阻下降到*小整定值時(shí)，可音響報警動(dòng)作，該音響報警可解除；④當故障被清除恢復正常后，黃色信號應熄滅。當只有一臺設備由單臺用的醫療IT變壓器供電時(shí)，該變壓器可不裝設絕緣監測器。

（4）醫療IT變壓器應裝設過(guò)負荷和過(guò)熱的監測裝置。12.8.10輔助等電位聯(lián)結應符合下列規定：當變壓器以額定電壓和額定頻率供電時(shí)，空載時(shí)出線(xiàn)繞組測得的對地泄露電流和外護物的泄露電流均不應超過(guò)0.5mA。

（5）用于移動(dòng)式和固定式設備的醫療IT系統應采用單相隔離變壓器，其額定輸出容量不應小于0.5KVA，并不應超過(guò)10KVA。同時(shí)，在條文說(shuō)明中規定12.8.1～12.8.6，12.8.10是根據國家標準《特殊裝置或場(chǎng)所的要求醫療場(chǎng)所》GB16895.24的規定。其中2類(lèi)場(chǎng)所包括：救室（門(mén)診手術(shù)室）、手術(shù)室、CU室、導管介入室、血管照影檢查室。

三、醫療建筑如何設計選用IT系統

（一）根據*新的GB16895.24-2005標準，將用于不同目的的醫療房間劃分為0類(lèi)、1類(lèi)和2類(lèi)場(chǎng)所

（1）0類(lèi)場(chǎng)所：不使用接觸部件的場(chǎng)所，例如：門(mén)診室、候診室、按摩室等。

（2）1類(lèi)場(chǎng)所：醫療設備的接觸部件接觸軀體外部或醫療設備的斷電不會(huì )對病人或診斷造成危害的醫療場(chǎng)所，例如：病房、產(chǎn)房、X光室等。

（3）2類(lèi)場(chǎng)所：醫療電器設備的微弱漏電或斷電將導致病人生命危險的醫療場(chǎng)所，例如：急診救室、手術(shù)室、重癥監護室、

心血管造影檢查室、心導管室、早產(chǎn)兒監護室等。在2類(lèi)醫療場(chǎng)所，使用帶絕緣監視的隔離電源系統（IT系統）供電。在0類(lèi)和1類(lèi)醫療場(chǎng)所，可以使用中性點(diǎn)接地系統（TN-S系統）供電。

（二）建議接入IT系統的用電設備

在患者體表或體內使用的實(shí)時(shí)監視儀器、手術(shù)儀器設備、支持患者生命或軀體功能的設備、用于打開(kāi)心臟、大腦等器官的設備，如呼吸機、恒溫培養箱、透析機、麻醉機、心電監護設備、高頻外科設備、電刀、輸液泵、注射泵、心肺機、心力記錄器、脈壓機、心律電子脈沖調節器及體外循環(huán)機等。

四、IT系統的基本配置

（一）醫療用隔離變壓器

根據手術(shù)室規模及常見(jiàn)手術(shù)類(lèi)型并考慮一定的備用容量，計算所需醫用隔離變壓器的容量。根據中國GB16895.24-2005和國際電工委員會(huì )IEC60364-7-710:2002標準規定：“醫療IT系統應采用單相隔離變壓器，

其額定輸出容量不應小于0.5KVA，但不應超過(guò)10KVA”。建議一間手術(shù)室配置一套隔離變壓器。隔離變壓器一般有（單相/三相）3.15/4/5/6.3/8/10KVA六種規格可供選擇。

表2報警顯示狀態(tài)及含義

變壓器初繞組與次繞組獨立纏繞，在初繞組和次繞組之間有屏蔽層，并連接到獨立的端子上，變壓器的固定架與鐵芯隔離。變壓器內置溫度傳感器，可通過(guò)絕緣監視儀對變壓器溫度進(jìn)行監測并發(fā)出超溫報警（圖1）。

（二）醫療用絕緣監視儀

一個(gè)隔離電源系統配一臺絕緣監視儀，對該隔離電源系統中所有回路的絕緣狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監測并發(fā)出報警信息。

新型醫療用絕緣監視儀采用AMP脈沖測量法，AMP脈沖測量法比傳統的疊加直流測量電壓的方法更可靠，其基于一個(gè)時(shí)鐘測量電壓，這個(gè)測量電壓由微處理器控制，能自動(dòng)與被監視系統狀況相適應，具有很強的抗干擾能力。能適應當現代化的具有各種干擾因素的電網(wǎng)系統（關(guān)鍵是變頻成份、直流成份和電磁干擾）。對具備各種頻率、波形的醫療電器設備的監視尤為適用。醫療用絕緣監視儀絕緣狀況響應值在50千歐～500千歐范圍內可調；過(guò)負荷監視響應值在5A～50A范圍內可調；變壓器繞組溫度超過(guò)120℃時(shí)發(fā)出超溫報警；變壓器負荷監視，并顯示當負荷與額定負荷的百分比；具有多種接線(xiàn)監視功能，提高監視可靠性；液晶顯示測量結果，發(fā)光二管報警；具有菜單控制及通電自檢功能。

（三）變壓器負載和溫度監視設備

在變壓器后配電線(xiàn)路配置電流互感器，用于配合絕緣監視儀對醫用隔離變壓器的負荷情況進(jìn)行監測。

（四）外接報警顯示設備

報警顯示設備可對某一隔離電源系統進(jìn)行多點(diǎn)報警顯示。即可同時(shí)裝于手術(shù)室、護士站、集中控制室等多個(gè)場(chǎng)所。系統配置報警顯示設備的數量由需要報警顯示的地點(diǎn)的數量決定，每個(gè)IT系統至少配置一臺外接報警顯示儀。

報警顯示設備可并聯(lián)多個(gè)外接顯示，分別安裝在不同的場(chǎng)所。同步液晶/數碼管顯示絕緣監視儀上的測量和報警信息（表2）。

（五）儀器用電源

內部轉換電源，將AC230V轉換為AC/DC24V。給外接報警顯示設備供電，一個(gè)儀器用電源*多可給3個(gè)外接報警顯示設備提供電源。

（六）絕緣故障定位系統

根據實(shí)際需求，當隔離電源系統回路數過(guò)多或用戶(hù)有“在不斷電的情況下快速檢測故障所處回路”的要求時(shí)，可加裝該定位系統，用于在線(xiàn)查找發(fā)生對地故障的回路。

五、醫用隔離電源監控系統的選型與應用

（一）概述

隨著(zhù)電子醫療設備在醫院域的廣泛應用，漏電流對病人構成的威脅也越來(lái)越大，尤其是那些生命攸關(guān)的場(chǎng)所，病人在手術(shù)中或麻醉狀態(tài)下，各種電、傳感器直接插入人體內，微小的漏電流都有可能導致病人觸電身亡。另外有些醫療設備用于維持重癥病人的生命，一旦設備停電，也會(huì )對病人的生命構成威脅。因此，對于醫療這一特殊場(chǎng)所的電氣設計，應嚴格按照國家標準和規范進(jìn)行。安科瑞醫用IT系統絕緣監測故障定位裝置及系統適用于醫院的手術(shù)室、ICU(CCU)監護病房等重要場(chǎng)所，能為這類(lèi)場(chǎng)所提供安全、連續、可靠的供電解決方案。

（二）應用場(chǎng)所

適用于醫院的手術(shù)室、各類(lèi)重癥監護室、救室、內窺鏡室及造影室等醫療二類(lèi)場(chǎng)所的醫用隔離電源系統的遠程監控及自動(dòng)化。

（三）系統架構

（四）系統功能

安科瑞IT配電監控系統是基于觸摸屏軟件設計，軟件具有遠程測量、遠程參數設置和遠程自檢等多種功能，為各類(lèi)場(chǎng)所的IT配電系統的集中監控提供了強大的系統集成工具。軟件的主要功能如下：

一次圖和現場(chǎng)分布顯示

系統具有一次圖及現場(chǎng)分布圖顯示功能，能直觀(guān)的了解并及時(shí)地發(fā)現IT供電系統的報警地點(diǎn)或區域，從而方便業(yè)人員及時(shí)到達現場(chǎng)進(jìn)行故障排查；

實(shí)時(shí)數據采集與顯示

利用安裝于各IT配電系統中絕緣監測儀表和絕緣故障定位儀表，采集各隔離電源系統的參數。采集到的數據實(shí)時(shí)顯示在監控系統界面，這些監測參量含IT系統對地絕緣電阻、變壓器負荷電流、變壓器繞組溫度及絕緣故障回路等。

故障報警

將各IT配電系統出現的各類(lèi)故障，如絕緣故障、過(guò)載故障、超溫故障以及接線(xiàn)斷線(xiàn)故障等信息進(jìn)行統一處理和記錄，并可直接在顯示界面上彈出顯示故障類(lèi)型、監測值、故障地點(diǎn)以及故障發(fā)生時(shí)間等信息。同時(shí)啟動(dòng)監控系統的聲光報警系統，及時(shí)提醒相關(guān)人員，進(jìn)行故障處理。其中，聲音報警信號可被手動(dòng)消除。

遠程參數設置和查詢(xún)

通過(guò)系統，可根據要求遠程調整和設置各IT配電系統中絕緣監測儀的各類(lèi)報警參數閾值，也可以任意查看這些報警參數值。參數包括絕緣報警值、負載電流報警值和隔離變壓器溫度報警值等。

圖形顯示功能

系統可以以曲線(xiàn)的形式，顯示各IT配電系統的絕緣狀況、負載狀況，以及隔離變壓器的溫升狀況，以及它們的變化趨勢，以便于分管理人員了解和分析各電源系統的運行變化情況，有針對性的對某些系統進(jìn)行維護和保養。

（五）安科瑞產(chǎn)品功能和技術(shù)參數

六、結束語(yǔ)

作為電氣設計人員，一方面期待著(zhù)國家有關(guān)規范、行業(yè)標準與國際接軌，進(jìn)一步完善。另一方面在設計過(guò)程中，應推廣采用新技術(shù)，體現“以人為本、安全為”的設計理念，為患者和醫護人員提供一個(gè)技術(shù)新、功能齊全、安全可靠的醫療環(huán)境。