淺談醫院電氣設計中接地系統和絕緣監測產(chǎn)品的應用

【摘要】由于醫院分為三類(lèi)場(chǎng)所，三類(lèi)場(chǎng)所對接地系統要求不同，根據醫院建筑內部房間功能的不同，可采用TN-S接地系統或IT接地系統；對于電擊危險性大的手術(shù)室，還應采用局部等電位措施。論述了IT配電系統在醫院的應用范圍。 

【關(guān)鍵詞】TN-S系統;IT系統；手術(shù)室配電系統；故障；絕緣監視；漏電；局部等電位聯(lián)結

1.首先介紹一下醫院場(chǎng)所的分類(lèi)。

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

       1.1 0類(lèi)場(chǎng)所：在此場(chǎng)所內不使用醫療時(shí)與人體接觸的可 導電醫療器件。如門(mén)診室、候診室。 

       1.2 1類(lèi)場(chǎng)所：在此場(chǎng)所內上述可導電醫療器件與人體外 部接觸，或進(jìn)人人體與人體內部接觸，但不包括2類(lèi)場(chǎng)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(lèi)場(chǎng)所：在此場(chǎng)所內進(jìn)行諸如心臟內部手術(shù)、外科 手術(shù)和中斷供電將導致生命危險的治療，如急診搶救室、手術(shù)室、ICU、心血管造影檢查室、心導管室、早產(chǎn)兒監護室。 

2.其次介紹各類(lèi)場(chǎng)所采用的電氣系統的接地型式。

       2.1  0類(lèi)場(chǎng)所、1類(lèi)場(chǎng)所可以采用TN-S系統不應采用TN-C系統，采用TN-C-S系統時(shí)在電源進(jìn)線(xiàn)處就應將PEN線(xiàn)分開(kāi)為PE線(xiàn)和中性線(xiàn)。TN -S系統的特點(diǎn):PE線(xiàn)和N線(xiàn)分開(kāi)，非故障時(shí)無(wú)電流，外露可導電部分不帶電壓，比較安全，但多一根線(xiàn);PE線(xiàn)在系統內傳導故障電壓。TO-C-S:電源進(jìn)戶(hù)節省了 PE線(xiàn)，進(jìn)戶(hù)后PE線(xiàn)、N線(xiàn)分開(kāi)，系統安全水平與TN-S系統相同。 

       2.2  2類(lèi)場(chǎng)所可以采用TN-S系統局部應采用醫療IT系統。在2類(lèi)場(chǎng)所內可以采用TN-S系統并且只能在下列電氣設備的回路內才可裝用IAn<30mA的RCD動(dòng)作于自動(dòng)切斷電源，其他回路不得裝用RCD:(1)手術(shù)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。 

       在醫院的2類(lèi)醫療場(chǎng)所內離手術(shù)臺周邊水平距離1.5mm高度為2.5m內的環(huán)境被稱(chēng)作病人環(huán)境。在此環(huán)境內用于維持生命或進(jìn)行外科手術(shù)的醫療電氣設備，應采用IT系統供電，建議接入IT系統的設備:“在病人體表或體內使用的實(shí)時(shí)監視儀器、手術(shù)儀器設備、支持病人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: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。”

3.論述醫院IT系統。

       隨著(zhù)醫療、電子、電器技術(shù)的飛速發(fā)展，現代醫療日益依賴(lài)于電氣和電子設備。人們對醫院手術(shù)室的環(huán)境要求越來(lái)越高，過(guò)去的一些設計遠不能滿(mǎn)足人們對安全保障的要求。尤其是手術(shù)室中大量設備觸及人體內臟和大腦等器官，如發(fā)生電氣漏電故障，很容易發(fā)生電氣事故。如何保護醫院的病人以及醫護人員不受漏電事故的傷害已經(jīng)變得非常重要，已經(jīng)受到了國內外的繼電保護專(zhuān)家和醫生們的普遍關(guān)注。許多國家和標準都對醫療領(lǐng)域，尤其是那些生命攸關(guān)的場(chǎng)所，如手術(shù)室、重癥監護室、心臟監護室等處的醫用配電系統應采用IT系統，其目的就是保證為該場(chǎng)所內的醫療電器設備提供一個(gè)安全可靠的電源，以確保病人的安全。 

       3.1  IT系統:即中性點(diǎn)不接地配電系統。首字母表示電源端與地的關(guān)系;I—電源端所有帶電部分不接地或有一點(diǎn)通過(guò)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(guān)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(diǎn)獨立于電源的接地點(diǎn)。 

       3.2  IT系統特點(diǎn)：發(fā)生接地故障時(shí)，因為其電源中性點(diǎn)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(guò)50V對人體不會(huì )產(chǎn)生危害，不需要立即切斷故障回路，從而保證重要醫療場(chǎng)所供電的連續性和可靠性。發(fā)生接地故障時(shí)，對地電壓升高1.73倍;220V負載需配降壓變壓器，或由系統外電源供應；安裝絕緣監察裝置。使用場(chǎng)所：供電連續性要求較高，如醫院手術(shù)室、ICU重癥監護室、CCU等。通過(guò)（0.5KVA-10KVA)單相隔離變壓器給2類(lèi)場(chǎng)所供電，可以防止其它供電回路中的漏電流通過(guò)接地線(xiàn)竄入手術(shù)室等場(chǎng)所的醫療電器設備上，從而避免因此對病人安全構成威脅。在病人環(huán)境采用IT系統的必要性。按IEC標準，進(jìn)行心臟手術(shù)的醫療電氣設備的正常泄漏電流不得大于1μA;當發(fā)生一個(gè)接地故障時(shí)，其故障電流不得大50μA因通過(guò)人體心臟的電流如超過(guò)50μA就可導致心室纖顫而死亡，它被稱(chēng)作微電擊致死。為限制故障電流， 需在手術(shù)室內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，所供醫療電氣設備的外露導電部分接電氣裝置的PE線(xiàn)，以IT系統供電。并輔以局部等電位聯(lián)結，如圖所示，當發(fā)生接地故障時(shí)，故障電流僅為流過(guò)自隔離變壓器至胸腔手術(shù)設備間一小段非故障線(xiàn)段很小的對地電容電流ICC 這樣才能有效地滿(mǎn)足發(fā)生一個(gè)接地故障時(shí)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(shù)的醫療電氣設備也應以IT系統供電。如圖1所示。

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

       (1)設置絕緣監視裝置。 

       (2)盡量減小系統容量，減小系統線(xiàn)路的長(cháng)度。

       (3)增加線(xiàn)路的絕緣等級。 

       (4)輔助以局部等電位接地，等電位干線(xiàn)保證在16mm2線(xiàn)支線(xiàn)在6mm2以上。 

       (5)配電線(xiàn)路采用穿鋼管敷設，減少干擾。 

       (6)變壓器二次出線(xiàn)采用雙級保護開(kāi)關(guān)。

4.局部等電位聯(lián)結。 

       為了減少電位差，除采用醫療IT系統外，還應在1類(lèi)、2類(lèi)場(chǎng)所實(shí)施局部等電位聯(lián)結，即在該類(lèi)場(chǎng)所內設一個(gè)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(xiàn)經(jīng)BV-1*25平方毫米銅芯絕緣電線(xiàn)穿管引來(lái)），用聯(lián)結線(xiàn)將下列部分聯(lián)結到端子板上。（1）PE線(xiàn)。（2)裝置外露可導電部分。（3)放電場(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)地板下可能設置的金屬網(wǎng)格。在2類(lèi)場(chǎng)所等電位聯(lián)結系統中，局部等電位連接端子板與插座PE線(xiàn)端子、固定設備PE線(xiàn)端子以及裝置外可導電部分等之間的聯(lián)結線(xiàn)和聯(lián)接點(diǎn)的電阻總和不應大于0.2歐姆。聯(lián)結線(xiàn)應有黃綠相間的色標以便識別。 

5 安科瑞醫療IT系統絕緣監測產(chǎn)品的介紹

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。

5.2 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一時(shí)間內做出判斷，并根據現場(chǎng)情況進(jìn)行處理。

5.2.1 系統拓撲圖

圖2產(chǎn)品拓撲圖

5.2.2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3；

■ 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4。

■ 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。

5.3 產(chǎn)品選型

表1 醫用 IT 系統絕緣監測及故障定位產(chǎn)品

6.結語(yǔ) 

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

隨著(zhù)“十二五”節能減排的進(jìn)一步開(kāi)展，節能低碳工作將在各地進(jìn)行落實(shí)和考核。我國目存在諸多例如節水節能器具初期投入成本普遍較高等問(wèn)題，但加快給水排水節能技術(shù)的開(kāi)發(fā)運用，符合“十二五”提出節能減排的綱要目標，也是實(shí)現給水排水低碳、綠色可持續經(jīng)濟的根本途徑。實(shí)現建筑給水排水排水節能，任重道遠。

參考文獻

[1] 《建筑物電氣裝置500問(wèn)》.

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

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