淺談醫(yī)院電氣設計中接地系統(tǒng)和絕緣監(jiān)測產(chǎn)品的應用

淮亞利

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

【摘要】由于醫(yī)院分為三類場所，三類場所對接地系統(tǒng)要求不同，根據(jù)醫(yī)院建筑內(nèi)部房間功能的不同，可采用TN-S接地系統(tǒng)或IT接地系統(tǒng)；對于電擊危險性大的手術室，還應采用局部等電位措施。論述了IT配電系統(tǒng)在醫(yī)院的應用范圍。 

【關鍵詞】TN-S系統(tǒng);IT系統(tǒng)；手術室配電系統(tǒng)；故障；絕緣監(jiān)視；漏電；局部等電位聯(lián)結

1.首先介紹一下醫(yī)院場所的分類。

       IEC按醫(yī)療電氣設備與人體接觸的狀況和斷電的后果，將醫(yī)療場所作如下分類 

       1.1 0類場所：在此場所內(nèi)不使用醫(yī)療時與人體接觸的可 導電醫(yī)療器件。如門診室、候診室、室。 

       1.2 1類場所：在此場所內(nèi)上述可導電醫(yī)療器件與人體外 部接觸，或進人人體與人體內(nèi)部接觸，但不包括2類場所，如病 房、產(chǎn)房、X光室、CT機房、DR機房、B超室、心電圖室。 

       1.3 2類場所：在此場所內(nèi)進行諸如心臟內(nèi)部手術、外科 手術和中斷供電將導致生命危險的治療，如急診搶救室、手術室、ICU、心血管造影檢查室、心導管室、早產(chǎn)兒監(jiān)護室。 

2.其次介紹各類場所采用的電氣系統(tǒng)的接地型式。

       2.1  0類場所、1類場所可以采用TN-S系統(tǒng)不應采用TN-C系統(tǒng)，采用TN-C-S系統(tǒng)時在電源進線處就應將PEN線分開為PE線和中性線。TN -S系統(tǒng)的特點:PE線和N線分開，非故障時無電流，外露可導電部分不帶電壓，比較安全，但多一根線;PE線在系統(tǒng)內(nèi)傳導故障電壓。TO-C-S:電源進戶前節(jié)省了 PE線，進戶后PE線、N線分開，系統(tǒng)安全水平與TN-S系統(tǒng)相同。 

       2.2  2類場所可以采用TN-S系統(tǒng)局部應采用醫(yī)療IT系統(tǒng)。在2類場所內(nèi)可以采用TN-S系統(tǒng)并且只能在下列電氣設備的回路內(nèi)才可裝用IAn<30mA的RCD動作于自動切斷電源，其他回路不得裝用RCD:(1)手術臺；(2)X光機；（3)額定功率大于5kVA的大型電氣設備；（4)不重要（不影響生命安全）的電氣設備。 

       在醫(yī)院的2類醫(yī)療場所內(nèi)離手術臺周邊水平距離1.5mm高度為2.5m內(nèi)的環(huán)境被稱作病人環(huán)境。在此環(huán)境內(nèi)用于維持生命或進行外科手術的醫(yī)療電氣設備，應采用IT系統(tǒng)供電，建議接入IT系統(tǒng)的設備:“在病人體表或體內(nèi)使用的實時監(jiān)視儀器、手術儀器設備、支持病人生命或軀體功能的設備、用于打開心臟、大腦等器官的設備如:、透析機、麻醉機、心電監(jiān)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(diào)節(jié)器及體外循環(huán)機等。”

3.論述醫(yī)院IT系統(tǒng)。

       隨著醫(yī)療、電子、電器技術的飛速發(fā)展，現(xiàn)代醫(yī)療日益依賴于電氣和電子設備。人們對醫(yī)院手術室的環(huán)境要求越來越高，過去的一些設計遠不能滿足人們對安全保障的要求。尤其是手術室中大量設備觸及人體內(nèi)臟和大腦等器官，如發(fā)生電氣漏電故障，很容易發(fā)生電氣事故。如何保護醫(yī)院的病人以及醫(yī)護人員不受漏電事故的傷害已經(jīng)變得非常重要，已經(jīng)受到了國內(nèi)外的繼電保護專家和醫(yī)生們的普遍關注。許多國家和標準都對醫(yī)療領域，尤其是那些生命攸關的場所，如手術室、重癥監(jiān)護室、心臟監(jiān)護室等處的醫(yī)用配電系統(tǒng)應采用IT系統(tǒng)，其目的就是保證為該場所內(nèi)的醫(yī)療電器設備提供一個安全可靠的電源，以確保病人的安全。 

       3.1  IT系統(tǒng):即中性點不接地配電系統(tǒng)。首字母表示電源端與地的關系;I—電源端所有帶電部分不接地或有一點通過高電阻接地(I是“隔離”一詞法文—n的首字母）； 

之后字母表示電氣裝置的外露可電導部分與地的關系：T—表示電氣裝置的外露可電導部分直接接地(T是“大地”一詞法文Teire的首字母），此接地點獨立于電源的接地點。 

       3.2  IT系統(tǒng)特點：發(fā)生接地故障時，因為其電源中性點不接地，接地故障電流對地不能構成回路，僅為非接地相對地的電容電流，其值很小，外露可導電部分對地電壓不超過50V對人體不會產(chǎn)生危害，不需要立即切斷故障回路，從而保證重要醫(yī)療場所供電的連續(xù)性和可靠性。發(fā)生接地故障時，對地電壓升高1.73倍;220V負載需配降壓變壓器，或由系統(tǒng)外電源供應；安裝絕緣監(jiān)察裝置。使用場所：供電連續(xù)性要求較高，如醫(yī)院手術室、ICU重癥監(jiān)護室、CCU等。通過（0.5KVA-10KVA)單相隔離變壓器給2類場所供電，可以防止其它供電回路中的漏電流通過接地線竄入手術室等場所的醫(yī)療電器設備上，從而避免因此對病人安全構成威脅。在病人環(huán)境采用IT系統(tǒng)的必要性。按IEC標準，進行心臟手術的醫(yī)療電氣設備的正常泄漏電流不得大于1μA;當發(fā)生一個接地故障時，其故障電流不得大50μA因通過人體心臟的電流如超過50μA就可導致心室纖顫而死亡，它被稱作微電擊致死。為限制故障電流， 需在手術室內(nèi)或其貼近處安裝一臺1:1的隔離變壓器，其二次回路導體不接地，所供醫(yī)療電氣設備的外露導電部分接電氣裝置的PE線，以IT系統(tǒng)供電。并輔以局部等電位聯(lián)結，如圖所示，當發(fā)生接地故障時，故障電流僅為流過自隔離變壓器至胸腔手術設備間一小段非故障線段很小的對地電容電流ICC 這樣才能有效地滿足發(fā)生一個接地故障時泄漏電流不大于5μA的要求。為確保病人安全，并確保供電的不間斷，用于維持生命的、其他外科手術的醫(yī)療電氣設備也應以IT系統(tǒng)供電。如圖1所示。

       3.3 手術室/ICU病房/CCU病房IT電源系統(tǒng)的基本配置應包括：隔離變壓器、絕緣監(jiān)視儀、變壓器負載和溫度監(jiān)視設備、外接報警顯示設備等。IT系統(tǒng)應注意的問題：

       (1)設置絕緣監(jiān)視裝置。 

       (2)盡量減小系統(tǒng)容量，減小系統(tǒng)線路的長度。

       (3)增加線路的絕緣等級。 

       (4)輔助以局部等電位接地，等電位干線保證在16mm2線支線在6mm2以上。 

       (5)配電線路采用穿鋼管敷設，減少干擾。 

       (6)變壓器二次出線采用雙級保護開關。

4.局部等電位聯(lián)結。 

       為了減少電位差，除采用醫(yī)療IT系統(tǒng)外，還應在1類、2類場所實施局部等電位聯(lián)結，即在該類場所內(nèi)設一個局部等電位聯(lián)結端子板(局部等電位聯(lián)結端子板由強電井等電位聯(lián)結線經(jīng)BV-1*25平方毫米銅芯絕緣電線穿管引來），用聯(lián)結線將下列部分聯(lián)結到端子板上。（1）PE線。（2)裝置外露可導電部分。（3)放電場干擾的屏蔽層。（4)隔離變壓器一、二次繞組間的金屬屏蔽層。（5)地板下可能設置的金屬網(wǎng)格。在2類場所等電位聯(lián)結系統(tǒng)中，局部等電位連接端子板與插座PE線端子、固定設備PE線端子以及裝置外可導電部分等之間的聯(lián)結線和聯(lián)接點的電阻總和不應大于0.2歐姆。聯(lián)結線應有黃綠相間的色標以便識別。 

5 安科瑞醫(yī)療IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測產(chǎn)品的介紹

5.1概述

        隨著電子醫(yī)療設備在醫(yī)院領域的廣泛應用，漏電流對病人構成的威脅也越來越大，尤其是那些生命攸關的場所，病人在手術中或麻醉狀態(tài)下，各種電極、傳感器直接插入人體內(nèi)，微小的漏電流都有可能導致病人觸電身亡。另外有些醫(yī)療設備用于維持重癥病人的生命，一旦設備停電，也會對病人的生命構成威脅。因此，對于醫(yī)院這一特殊場所的電氣設計，應嚴格按照國家標準和規(guī)范要求，采用IT系統(tǒng)供電。

       安科瑞醫(yī)用IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測故障定位裝置及系統(tǒng)適用于醫(yī)院的手術室、ICU(CCU)監(jiān)護病房等重要場所，能為這類場所提供安全、連續(xù)、可靠的供電解決方案。

5.2 醫(yī)用隔離電源監(jiān)控系統(tǒng)

       醫(yī)用隔離電源監(jiān)控系統(tǒng)用于集中監(jiān)控醫(yī)療大樓內(nèi)所有醫(yī)療2類場所醫(yī)療IT系統(tǒng)的運行狀況。這種集中監(jiān)控系統(tǒng)可以設置在醫(yī)院電氣運行和維護人員的值班室內(nèi)，也可以集成在其它電力監(jiān)控系統(tǒng)中，由的電氣人員進行監(jiān)控，一旦某套IT系統(tǒng)出現(xiàn)故障，電氣維護人員也能在一時間內(nèi)做出判斷，并根據(jù)現(xiàn)場情況進行處理。

5.2.1 系統(tǒng)拓撲圖

圖2產(chǎn)品拓撲圖

5.2.2軟件功能

       安科瑞醫(yī)用隔離電源監(jiān)控系統(tǒng)是基于觸摸屏軟件設計，軟件具有遠程測量、遠程參數(shù)設置和遠程自檢等多種功能，為醫(yī)院2類場所隔離電源系統(tǒng)的集中監(jiān)控提供了強大的系統(tǒng)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(xiàn)場分布顯示

       系統(tǒng)具有一次圖及現(xiàn)場分布圖顯示功能，能直觀的了解并及時地發(fā)現(xiàn)IT的報警地點或區(qū)域，從而方便人員及時到達現(xiàn)場進行故障排查；

■ 實時數(shù)據(jù)采集與顯示

       利用安裝于各隔離電源系統(tǒng)中絕緣監(jiān)測儀表和絕緣故障定位儀表，采集各隔離電源系統(tǒng)的參數(shù)。采集到的數(shù)據(jù)實時顯示在監(jiān)控系統(tǒng)界面，這些監(jiān)測參量含IT系統(tǒng)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3；

■ 故障報警

       將各醫(yī)用隔離電源系統(tǒng)出現(xiàn)的各類故障，如絕緣故障、過載故障、超溫故障以及接線斷線故障等信息進行統(tǒng)一處理和記錄，并可直接在顯示界面上彈出顯示故障類型、監(jiān)測值、故障地點以及故障發(fā)生時間等信息。同時啟動監(jiān)控系統(tǒng)的聲光報警系統(tǒng)，及時提醒相關人員，進行故障處理。其中，聲音報警信號可被手動消除。

■ 遠程參數(shù)設置和查詢

       通過系統(tǒng)，可根據(jù)要求遠程調(diào)整和設置各醫(yī)用隔離電源系統(tǒng)中絕緣監(jiān)測儀的各類報警參數(shù)閾值，也可以任意查看這些報警參數(shù)值。參數(shù)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4。

■ 圖形顯示功能：

       系統(tǒng)可以以曲線的形式，顯示各套隔離電源系統(tǒng)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(tǒng)的運行變化情況，有針對性的對某些系統(tǒng)進行維護和保養(yǎng)。

5.3 產(chǎn)品選型

表1 醫(yī)用 IT 系統(tǒng)絕緣監(jiān)測及故障定位產(chǎn)品

6.結語 

       建筑給水排水節(jié)能工作涉及到建筑給水排水系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，建筑給排水節(jié)能措施是相互聯(lián)系的，途徑是多樣化的。建筑節(jié)能不僅僅在于建筑外墻、照明、保溫、采暖等，給水排水的節(jié)能也發(fā)揮越來越重要的作用。推廣建筑給水排水的節(jié)能設計，一定能為建筑節(jié)能降耗做出貢獻。 

隨著國務院“十二五”節(jié)能減排的進一步開展，節(jié)能低碳工作將在各地進行落實和考核。我國目前存在諸多例如節(jié)水節(jié)能器具初期投入成本普遍較高等問題，但加快給水排水節(jié)能技術的開發(fā)運用，符合“十二五”提出節(jié)能減排的綱要目標，也是實現(xiàn)給水排水低碳、綠色可持續(xù)經(jīng)濟的根本途徑。實現(xiàn)建筑給水排水排水節(jié)能，任重道遠。

參考文獻

[1] 《建筑物電氣裝置500問》.

[2] 張強，畢德寧、醫(yī)院電氣設計中的接地系統(tǒng)和局部等電位聯(lián)結.

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.6版.