淺析醫療場(chǎng)所IT 接地系統的設計方案與應用

摘 要: 根據不同類(lèi)別醫療場(chǎng)所的安全要求，總結醫院電氣設計中采用的接地系統型式，介紹了 IT 接地系統在醫療場(chǎng)所中的作用，并提出 IT 接地系統在應用中需注意的幾點(diǎn)問(wèn)題。
關(guān)鍵詞: 醫療場(chǎng)所; 接地系統; 醫用 IT 系統; 電位差

0 引 言

??隨著(zhù)醫療科技的不斷進(jìn)步，在現代醫療診斷與臨床治療中，醫療電氣設備和電子儀器得到了越來(lái)越多地應用，醫療設備使用過(guò)程中的電氣安全顯得尤為重要，既要防止醫院人員受到設備剩余電流引起的電擊傷害，也要保證設備的可靠運行［1］。因此，醫療場(chǎng)所接地系統的正確選用必須在電氣設計中引起足夠的重視。

1 醫療場(chǎng)所的分類(lèi)

??在診療中醫療電氣設備與病人身體接觸的情況不同，發(fā)生剩余電流故障對人體的傷害也有區別。按照電氣防護的要求，依據醫療電氣設備的部件與人體接觸的程度以及場(chǎng)所停電對患者造成的影響，醫院醫療場(chǎng)所分為如下三類(lèi):
??（1）0 類(lèi): 不使用醫療電氣設備接觸部件的醫療場(chǎng)所，如普通門(mén)診診室、推拿室、石膏室、病理科、檢驗科等。 
??（2）1 類(lèi): 醫療電氣設備接觸部件需要與患者體表、體內( 除2類(lèi)醫療場(chǎng)所所述部位外) 接觸的醫療場(chǎng)所，如病房、治療室、透析室、內鏡檢查、超聲檢查、影像科等。
??（3）2 類(lèi): 醫療電氣設備接觸部件需要與患者體內( 指心臟或接近心臟部位) 接觸、手術(shù)室以及電源中斷或故障后將危及患者生命的醫療場(chǎng)所，如手術(shù)室、重癥監護室、急診搶救室、心血管造影檢查室等。
??在以上三類(lèi)場(chǎng)所中，2 類(lèi)場(chǎng)所對電氣安全防護的要求高，此類(lèi)場(chǎng)所內基本均為高危病人或者手術(shù)患者，往往運行有多臺需進(jìn)入病人體內進(jìn)行治療以及維持病人生命的設備，哪怕有較小的剩余電流導致的微電擊，都會(huì )對人體產(chǎn)生ji大的危險，同時(shí)又要保證在監護或手術(shù)中保持可靠的系統供電，不能因接地故障出現而發(fā)生斷電的情況。

2 醫療場(chǎng)所接地系統型式的選擇

??建筑物中的接地型式主要包括 TN-S、TN-C、 IT、TT 系統，其中 TT 系統是指將電氣設備的金屬外殼直接接地的保護系統，主要應用于保護點(diǎn)較分散的室外場(chǎng)所。而根據 JGJ 312—2013《醫療建筑電氣設計規范》［2］中第9． 3． 1 條規定: “醫療場(chǎng)所配電系統的接地形式嚴禁采用 TN-C 系統"，這是由于 TN-C 系統中中性線(xiàn)( PE) 和保護線(xiàn)( N)共用，當非故障狀態(tài)下三相負荷不平衡或發(fā)生接地故障時(shí)，TN-C 系統的保護中性導體( PEN) 有電流通過(guò)，另外還有一些醫療設備引起的諧波電流也會(huì )注入 PEN，這些電流會(huì )產(chǎn)生電壓降，導致設備的金屬外殼帶電，危及醫療場(chǎng)所的人身安全。目前，醫院醫療場(chǎng)所中常用的接地系統類(lèi)型主要是TN-S和IT系統。
??醫院的 0 類(lèi)和 1 類(lèi)場(chǎng)所的配電系統一般采用 TN-S 的接地型式，從醫院變電室的低壓配電柜出線(xiàn)開(kāi)始，系統的中性線(xiàn)( N) 與保護線(xiàn)( PE) *分開(kāi)，PE 線(xiàn)首末端做重復接地，以減少 PE 線(xiàn)斷線(xiàn)造成的危險。醫療設備所接插座的配電回路均帶剩余電流動(dòng)作保護裝置，動(dòng)作電流一般為30 mA，當醫療設備帶電部分接觸到金屬外殼或發(fā)生漏電時(shí)，與 PE 線(xiàn)形成單相回路，引發(fā)過(guò)電流保護裝置動(dòng)作，切斷電源，則可有效避免觸電事故的發(fā)生。同時(shí)變壓器中性點(diǎn)接地，設備外露部分與中性線(xiàn)相連，當中性線(xiàn)斷開(kāi)，如三相負荷不平衡狀況發(fā)生，中性點(diǎn)電位將升高，但是設備外殼和 PE 線(xiàn)都無(wú)電位，不會(huì )導致觸電事故?？梢?jiàn)，在電氣設備不與患者體內接觸的非 2 類(lèi)醫療場(chǎng)所，采用 TN-S 接地系統可以滿(mǎn)足電氣安全的要求。通常的做法是在這些場(chǎng)所內設置局部等電位聯(lián)結箱，將用電設備的可導電部位與之連接，并將局部等電位聯(lián)結箱接至大樓的共用接地極。 
??TN-S 接地系統不能適用于醫院的 2 類(lèi)場(chǎng)所，這是由于 TN-S 系統中剩余電流動(dòng)作保護裝置的動(dòng)作響應值為 mA 級，一般為 30 mA，遠大于 IEC標準規定的醫療設備允許通過(guò)患者心臟的剩余電流值 10 μA，對心臟造成微電擊而引發(fā)危險。同時(shí)由于 2 類(lèi)場(chǎng)所對供電可靠性的高標準要求，又要求系統不能只要一出現剩余電流現象就引發(fā)開(kāi)關(guān)動(dòng)作切斷供電，因此在 2 類(lèi)醫療場(chǎng)所，如手術(shù)室、重癥監護室中，配電系統應當采用IT 接地型式［3-4］。

3 IT 系統在醫療場(chǎng)所中的應用

??IT 系統的電源中性點(diǎn)不與大地直接連接( 或通過(guò)高阻抗電阻接地) ，其用電設備的金屬外殼通過(guò)保護線(xiàn)直接接地。系統中如果出現單相接地故障，對地剩余電流只能經(jīng)過(guò)系統剩余電流電容對系統相線(xiàn)構成回路，而系統剩余電容引起的容抗總是遠大于 TN 系統中的接地電阻，故障剩余電流僅為極小的對地電容電流，引起故障場(chǎng)所內不同部位的電位差很小，不會(huì )因其接地電流的存在而引起過(guò)電流，導致開(kāi)關(guān)動(dòng)作，保證系統能夠帶故障運行。根據 JGJ 312—2013《醫療建筑電氣設計規范》中第 5． 4． 4 要求，2 類(lèi)醫療場(chǎng)所用于維持生命、外科手術(shù)、重癥患者的實(shí)時(shí)監控和其他位于患者區域的醫療電氣設備及系統的回路，均應采用醫療場(chǎng)所局部 IT 系統供電。
??醫療 IT 系統又稱(chēng)為醫用隔離電源系統，一般由隔離變壓器、絕緣監測裝置、過(guò)負荷和超溫監測裝置、外接報警裝置等設備組成。將 TN 系統引來(lái)的供電電源通過(guò)隔離變壓器的二次側線(xiàn)圈引出 IT 系統的電源，由絕緣監測裝置監測單相接地故障的發(fā)生，并通過(guò)外接報警裝置發(fā)出故障報警［3-4］。醫療 IT 系統應用于 2 類(lèi)醫療場(chǎng)所中，可以起到以下作用: 
??（1）隔離電源系統為中性點(diǎn)不接地系統，用電醫療設備發(fā)生接地故障時(shí)對地不構成回路，降低接觸電壓和電網(wǎng)對地的剩余電流，可有效控制剩余電流對患者人體的傷害，避免發(fā)生微電擊醫療事故。
??（2）通過(guò)隔離變壓器的二次側供電，可防止大樓接地系統內其他供電回路中的剩余電流進(jìn)入到 2 類(lèi)場(chǎng)所與患者接觸的醫療電氣設備上而產(chǎn)生危險。 
??（3）當系統內出現di一個(gè)對地剩余電流絕緣故障時(shí)，不會(huì )引發(fā)斷路器或熔斷器動(dòng)作，保證供電的連續可靠性。 
??（4）降低對地剩余電流，從而提高防火安全性。
??醫療 IT 系統在應用中，還應注意如下問(wèn)題: 
??（1）隔離變壓器的一次側與二次側應設置短路保護，不應設置動(dòng)作于切斷電源的過(guò)負荷保護，這是為了維持供電的連續性，線(xiàn)路短時(shí)間過(guò)負荷并不會(huì )立即引起災害，在某些情況下可讓導線(xiàn)超過(guò)允許溫度運行，即使影響使用壽命，也要優(yōu)先保證重要負荷的不間斷供電。
??（2）單相隔離變壓器的二次側應設置雙極開(kāi)關(guān)保護電器，這是因為 IT 系統不配出中性線(xiàn)，系統中單相負荷所需的 220 V 電源由 TN 系統中單相 220 V 電源經(jīng) 1∶ 1 隔離變壓器的二次側提供，所以 IT 系統中的配電線(xiàn)路均為帶電導線(xiàn)，需采用雙極開(kāi)關(guān)作為短路保護。 
??（3）必須配置絕緣監測裝置，當系統內出現di一個(gè)接地故障時(shí)可帶故障繼續供電，同時(shí)絕緣監測裝置報警，提示故障發(fā)生，提醒工作人員及時(shí)維修處理，如果沒(méi)有監測及報警設備，發(fā)生二次及多次接地故障會(huì )引發(fā)過(guò)電流保護裝置動(dòng)作，導致供電中斷，甚至會(huì )產(chǎn)生相間短路。 
??（4）在手術(shù)室等 2 類(lèi)醫療場(chǎng)所還應設置局部等電位聯(lián)結，將場(chǎng)所內的 PE 線(xiàn)、設備外露可導電部分、安裝了抗電磁干擾場(chǎng)的屏蔽物、防靜電地板下的金屬物、隔離變壓器的金屬屏蔽層等進(jìn)行等電位聯(lián)結，消除場(chǎng)所內的電位差。 
??（5）IT 系統應與建筑物的 TN-S 系統共用同一接地裝置，即利用建筑物底板鋼筋作為共同的接地極，不應為 IT 系統另設人工接地極，否則兩個(gè)接地裝置之間產(chǎn)生電位差，也在醫療場(chǎng)所中會(huì )引發(fā)電擊。
某手術(shù)室的 IT 配電系統如圖 1 所示。

圖1 某手術(shù)室IT配電系統圖

??不同的手術(shù)室可能同時(shí)實(shí)施不同的手術(shù)，使用不同的醫療電子儀器，為避免醫療設備相互干擾，每間需要設置 IT 系統的手術(shù)室，都應單獨設置隔離變壓器。隔離變壓器的位置應盡量縮短與手術(shù)室插座端的距離，并方便通風(fēng)散熱與檢修，一般安裝在手術(shù)室的非潔凈走廊的外墻上，并在附近預留接地端子箱，作為 IT 系統的接地端。所有手術(shù)室的接地端子箱宜由單獨的接地干線(xiàn)聯(lián)結，不應與其他接地系統的接地干線(xiàn)混用，并與大樓的總等電位接地箱相連。為施工及日后管理方便，在實(shí)際工程設計中，可將各不同用途、不同型式的接地干線(xiàn)分別由總等電位經(jīng)由各區域電氣豎井引至末端，可以保證建筑物內所有電氣設備都接至同一接地裝置上，避免出現電位差。

4 安科瑞醫療IT系統介紹

4.1概述
??隨著(zhù)電子醫療設備在醫院領(lǐng)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，各種電極、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，對于醫院這一特殊場(chǎng)所的電氣設計，應嚴格按照國家標準和規范要求，采用IT系統供電。
??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。
4.2 醫用隔離電源監控系統
醫用隔離電源監控系統用于集中監控醫療大樓內所有醫療２類(lèi)場(chǎng)所醫療IT系統的運行狀況。這種集中監控系統可以設置在醫院電氣運行和維護人員的值班室內，也可以集成在其它電力監控系統中，由專(zhuān)業(yè)的電氣人員進(jìn)行監控，一旦某套IT系統出現故障，電氣維護人員也能在di一時(shí)間內做出判斷，并根據現場(chǎng)情況進(jìn)行處理。
4.2.1 系統拓撲圖

圖2產(chǎn)品拓撲圖

4.2.2軟件功能
??安科瑞醫用隔離電源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，為醫院2類(lèi)場(chǎng)所隔離電源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圖3：

圖3軟件的主要功能

■ 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，從而方便專(zhuān)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
??利用安裝于各隔離電源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如圖4；

■ 故障報警
??將各醫用隔離電源系統出現的各類(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醫用隔離電源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如圖5。

■ 圖形顯示功能：
??系統可以以曲線(xiàn)的形式，顯示各套隔離電源系統的絕緣狀況、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。

4.3 產(chǎn)品選型

表1 醫用 IT 系統絕緣監測及故障定位產(chǎn)品

5 結 語(yǔ)

??隨著(zhù)我國醫療衛生事業(yè)的不斷發(fā)展，醫院的建設規模逐年增長(cháng)，必須重點(diǎn)考慮醫療場(chǎng)所未來(lái)運營(yíng)的安全性。電氣設計人員在設計過(guò)程中應嚴格依據國家相關(guān)規范與標準，采用合理的電氣接地系統，為病人和醫護工作者提供安全、可靠的醫療環(huán)境。
參考文獻
[1] 民用建筑電氣設計規范: JGJ 16—2008［S］
[2] 劉建，醫療場(chǎng)所接地系統的設計與應用
[3] 安科瑞IT系統絕緣監測故障定位裝置及監控系統（中英文）2020.01