淺談IT隔離電源系統在醫療場(chǎng)所的接地設計研究與應用

【摘要】現代醫療設備越來(lái)越多樣化和復雜化，設備的電氣安全要求也越來(lái)越髙。文章結合武平縣婦幼醫院接地設計，主要探討了低壓配電系統接地型式，TN-C-S系統的選用及局部IT系統在手術(shù)室、ICU、急診搶救室及無(wú)痛人流室等重要醫療場(chǎng)所的應用，目的為確保各場(chǎng)所內人體安全。

【關(guān)鍵詞】醫院接地設計;醫用IT隔離電源;T8-C-S系統;IT系統

       隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)水平和醫療技術(shù)水平飛速發(fā)展，醫療電氣設備不斷更新，大量醫療電子儀器不斷應用于臨床診斷和治療，比如:CT、核磁共振、DR、CR、工頻X光機、彩色超聲等。醫療電氣設備在診斷和治療過(guò)程中的應用越來(lái)越普遍，作用也越來(lái)越顯著(zhù)，但很多醫院在內部結構、運營(yíng)管理、電氣設備安全措施和供電條件存在很多不完善的地方，為設備在操作過(guò)程中埋下了很大的安全隱患。為了消除各種安全隱患，不僅要不斷優(yōu)化和完善醫院的內部結構和運營(yíng)管理，吸取和積累經(jīng)驗，不斷規范醫護人員的操作，同時(shí)也嚴格要求在建和新建的醫院在設計和施工過(guò)程中滿(mǎn)足相關(guān)規范標準，確保電氣設備安全措施的正確性和供電電源的可靠性。

       IEC標準將醫療場(chǎng)所定為電氣安全上的特殊場(chǎng)所，由于醫療場(chǎng)所的電氣設備與人體甚至是人體內部器官直接接觸，大大增加了電擊危險性。手術(shù)室、搶救室等重要場(chǎng)所的供電中斷或其他電氣事故會(huì )嚴重威脅病人生命安全。如何選擇合理的接地形式，確保各醫療場(chǎng)所中電氣設備的接地安全和醫院供電的可靠性，筆者以武平縣婦幼醫院電氣設計為案例，針對上述問(wèn)題提出相關(guān)建議。

       該工程為武平縣婦幼醫院，局部地下1層、地上7層，病床數59床，為三級醫院。功能分布為地下一層為消防泵房、配電間等設備用房。一層為急診診室、急診搶救室、急診觀(guān)察室、消控室、CR-DR機房、藥房、輸液室和門(mén)廳等;^二層為B超、心電圖、檢驗科;三層為婦科診室、無(wú)痛人流室、宣教室、產(chǎn)檢;四層為兒科、婚檢、宣教室;五層為病房、LU(重癥監護室;六層為病房、手術(shù)室及待產(chǎn)室等;七層為辦公室、會(huì )議室。

       醫療場(chǎng)所電氣安全防護根據要求可劃分為3類(lèi)。

       ①0類(lèi):不使用醫療電氣設備接觸部件的醫療場(chǎng)所;②1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;③2類(lèi)：醫療電氣設備接觸部件需要與患者體內接觸、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[1]。根據上述的分類(lèi)，各醫療場(chǎng)所的具體類(lèi)別如表1所示。該工程變配電房設于室外，低壓配電系統接地型式采用TN-C-S系統，進(jìn)線(xiàn)電纜的PEN線(xiàn)在入戶(hù)配電箱進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)之前作重復接地，設PE專(zhuān)用接地保護線(xiàn)，PE線(xiàn)與N線(xiàn)不得混接。急診搶救室、產(chǎn)房、手術(shù)室、ICU、無(wú)痛人流室內等2類(lèi)醫療場(chǎng)所采用局部IT系統。采用IT系統的各場(chǎng)所應作局部等電位聯(lián)結，設LEB端子箱，要求該局部等電位聯(lián)結端子板與插座PE線(xiàn)端子。固定式設備PE線(xiàn)端子及裝置外可導電部分等之間的聯(lián)結線(xiàn)和連接點(diǎn)的電阻總和不應大于0.2(，任何兩個(gè)導電體間的電位差在10mV以下，并實(shí)現下列部分之間等電位:①PE線(xiàn);②裝置外導電部分;③防電場(chǎng)干擾的屏蔽層;④隔離變壓器一、二次繞組間的金屬屏蔽層；⑤地板下的金屬網(wǎng)格;⑥除設備要求與地絕緣外，固定安裝的、可導電的非電氣裝置的患者支撐物。

 

       《民用建筑電氣設計規范》JGJ16-2008指出：低壓配電系統的接地形式可分為T(mén)N、TT、IT3種系統，其中TN系統又可分為T(mén)N-C、TN-S、TN-C-S3種形式[2]。在TN系統中，電力系統有一點(diǎn)直接接地，電氣裝置的外露可導電部分應采用保護導體(PE)或保護接地中性導體（PEN)與該點(diǎn)相連接。在TT系統中，電力系統有一點(diǎn)直接接地，電氣設備的外露可導電部分通過(guò)保護線(xiàn)接至與電力系統接地點(diǎn)無(wú)關(guān)的接地極，如圖1所示。在I系統中，電力系統不直接接地，應對地絕緣或通過(guò)足夠大的阻抗接地[3]，電氣裝置的外露可導電部分可單獨接地或成組接地，如圖2所示。

 

       如何為醫療建筑及其建筑內不同場(chǎng)所選擇合適的接地系統？根據《醫療建筑電氣設計規范》J_J312-2013指出：醫療場(chǎng)所配電系統的接地形式嚴禁采用TN-C系統[1]。因為T(mén)N-C系統中N、PE線(xiàn)始終是合一的，如圖3所示。在三相負荷不平衡或接地故障時(shí)PEN上有電流通過(guò)，從而使醫療電氣設備外殼帶上對地電壓，嚴重危及醫療場(chǎng)所的人身安全。此外，TN-C系統還可能給醫療電氣設備帶來(lái)電磁干擾，采用TT或TN-S系統則能避免這些問(wèn)題。但TT系統將電氣設備的外露可導電部分直接接地，設備對地絕緣比較容易受到過(guò)電壓損害。且接地故障電流較小時(shí)，低壓斷路器或熔斷器不一定能及時(shí)動(dòng)作，造成漏電設備的金屬外殼對地電壓高于安全電壓（屬危險電壓$，因此還需要設置漏電保護器起保護作用。此外，TT系統采用獨立于電源端接地極的接地網(wǎng)，需消耗大量鋼材和工時(shí)，所以TT系統比較適宜戶(hù)外場(chǎng)所，接地保護比較分散的地方，如室外路燈等。

 

       對于民用建筑的低壓配電系統應采用tt、tn-S或TN-C-S接地型式，然而TT接地系統比較適合戶(hù)外場(chǎng)所，所以在建筑內部的低壓配電系統選用T8-S或TN-C-S接地型式。TN-S系統中的工作零線(xiàn)N和保護線(xiàn)PE線(xiàn)始終分開(kāi)，如圖4所示，系統正常運行時(shí)，PE線(xiàn)上沒(méi)有電流，對地沒(méi)有電壓，所以電氣裝置的外露導電部分接在專(zhuān)用的保護線(xiàn)PE上安全可靠。當建筑物采用TN-C-S系統時(shí)，在建筑物的進(jìn)線(xiàn)處設置重復接地，在重復接地點(diǎn)前TN-C-S系統的N'PE線(xiàn)是合一的，可看作為T(mén)N-C系統;重復接地點(diǎn)后N'PE線(xiàn)分開(kāi)，可看作為T(mén)N-S系統，如圖5所示。TN-C-S或TN-S系統中PE線(xiàn)是連通的，任何一處發(fā)生故障均可能導致故障電壓沿PE線(xiàn)傳導至其它地方引起危害。因此，當PE線(xiàn)較長(cháng)時(shí)，需要再設多處接地點(diǎn)作等電位聯(lián)結，以降低保護導體的電位與其附近的對地電位產(chǎn)生位差的可能性。當建筑物與室外變配電房的距離較遠時(shí)，采用TN-C-S系統當PEN線(xiàn)斷裂時(shí)，N線(xiàn)通過(guò)重復接地點(diǎn)形成電流通道，系統依舊能繼續運行，而不至于產(chǎn)生零點(diǎn)電位偏離燒壞單相電器設備，比TN-S系統更安全且節省投資，所以該工程采用TN-C-S系統。采用TN-C-S系統時(shí)，應注意當保護導體與中性導體從某點(diǎn)分開(kāi)后不應再合并，且中性導體不應再接地，否則造成前段的N'PE并聯(lián)，PE導體可能會(huì )有大電流通過(guò)，提高PE導體的對地電位，危及人身安全。

       根據IEC標準規定: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"內的醫療電氣設備和系統的供電回路，均應采用醫療I系統。用途相同且相鄰的一個(gè)或幾個(gè)房間內，至少應設置一

 

個(gè)獨立的醫療場(chǎng)所局部I系統[4]。醫療IT系統由醫用隔離變壓器、絕緣監視儀及外接報警和顯示裝置3部分組成。其中醫用隔離變壓器應設置過(guò)載和溫度監測器。絕緣監視儀應滿(mǎn)足下列要求：①交流內阻不應小于100kΩ;②測量電壓不應超過(guò)直流25V;③測試電流在故障條件下峰值不應大于1mA;④應設置絕緣故障報警，在絕緣電阻最遲降至50k(時(shí)應能報警、顯示，并應配置試驗設施[4]。報警和顯示裝置設置在有專(zhuān)職人員值班的場(chǎng)所，以便醫務(wù)人員能實(shí)時(shí)監察系統的絕緣狀況，利用第二故障（此故障將使預期危險電流變成實(shí)際的故障電流$尚未發(fā)生的時(shí)機及時(shí)采取措施，消除隱患。IT系統在醫療場(chǎng)所的應用中應注意以下問(wèn)題：                         （1）醫療場(chǎng)所內非生命支持系統采用TN-S系統，局部采用TT系統，如圖6所示。為避免二者之間存在電位差，局部I系統供電的設備金屬外殼接地應與TN-S系統共用接地裝置。(2）IT系統不宜配出中性線(xiàn)（N線(xiàn)$，系統中單相220V電源經(jīng)1:1隔離變壓器的二次提供，因此配電線(xiàn)路均為帶電導線(xiàn)，應設置雙極開(kāi)關(guān)作為線(xiàn)路保護。

(3）醫療場(chǎng)所局部IT系統隔離變壓器的一次側與二次側應設置短路保護，為了保證重要負荷的不間斷供電，不應設置動(dòng)作于切斷電源的過(guò)負荷保護裝置。

 

（4）同一醫療場(chǎng)所局部IT系統的所有插座箱或插座組不應由一個(gè)回路供電，防止某個(gè)地方出現故障影響所有插座使用，確保供電的可靠性。L系統插座應有固定的明顯標志，防止誤操作。

（5）為單相設備供電的醫療L系統應采用單相隔離變壓器，當需通過(guò)L系統為三相負荷供電時(shí)，應采用單獨的三相隔離變壓器。隔離變壓器宜靠近醫療場(chǎng)所設置，并應設置明顯標志和采取防護措施，防止無(wú)關(guān)人員接觸。

5.1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。

5.2應用場(chǎng)所

       適用于醫院的手術(shù)室、各類(lèi)重癥監護室、搶救室、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。

5.3系統架構

 

5.4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。

5.5安科瑞產(chǎn)品功能和技術(shù)參數

 

 

       現代醫院的醫療設備日新月異，電氣接地安全和供電要求越來(lái)越高且事關(guān)患者生命安全，要求電氣設計人員在設計過(guò)程中一定要慎之又慎。隨著(zhù)醫療建筑電氣設計的內容越來(lái)越多且越來(lái)越復雜，作為電氣設計人員要熟悉國家相關(guān)規范及行業(yè)標準，通過(guò)不斷學(xué)習提高自身的業(yè)務(wù)水平，不斷完善對醫療建筑的電氣設計，為患者提供舒適的就診環(huán)境和安全可靠的治療條件。

[1]JGJ312-2013醫療建筑電氣設計規范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[2]JGJ16-2008民用建筑電氣設計規范[G].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[3]GB50052-2009供配電系統設計規范[G].北京：中國計劃出版社，2009.

[4]GB16895.24-2005/IEC60364-7-710:2002建筑物電氣裝置第7-710部分:特殊裝置或場(chǎng)所的要求醫療場(chǎng)所[S].北京：中國國家標準化管理委員會(huì )，2005.

[5]饒世營(yíng).醫療場(chǎng)所的接地設計研究與應用——以武平縣婦幼醫院接地設計為例.

[6]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版

作者簡(jiǎn)介：柏為為，男，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電氣防火限流式保護器的研發(fā)與應用