淺談IT隔離電源系統在醫療場所的接地設計研究與應用
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易允恒
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定2 01801
【摘要】現代醫療設備越來越多樣化和復雜化，設備的電氣安全要求也越來越髙。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系統在手術室、ICU、急診搶救室及無痛人流室等重要醫療場所的應用，目的為確保各場所內人體安全。
【關鍵詞】醫院接地設計;醫用IT隔離電源;T8-C-S系統;IT系統
0引言
隨著科學技術水平和醫療技術水平飛速發展，醫療電氣設備不斷新，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程中的應用越來越普遍，作用也越來越顯著，但很多醫院在內部結構、運營管理、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，不僅要不斷優化和完善醫院的內部結構和運營管理，吸取和積累經驗，不斷規范醫護人員的操作，同時也嚴格要求在建和新建的醫院在設計和施工過程中滿足相關規范標準，確保電氣設備安全措施的正確性和供電電源的可靠性。
IEC標準將醫療場所定為電氣安全上的特殊場所，由于醫療場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。手術室、搶救室等重要場所的供電中斷或其他電氣事故會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，針對上述問題提出相關建議。
1醫院接地設計
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、急診觀察室、消控室、CR-DR機房、藥房、輸液室和門廳等;^二層為B超、心電圖、檢驗科;三層為婦科診室、無痛人流室、宣教室、產檢;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、手術室及待產室等;七層為辦公室、會議室。
醫療場所電氣安全防護根據要求可劃分為3類。
①0類:不使用醫療電氣設備接觸部件的醫療場所;②1類:醫療電氣設備接觸部件需要與患者體表、體內（除2類醫療場所所述部位外）接觸的醫療場所;③2類：醫療電氣設備接觸部件需要與患者體內接觸、手術室以及電源中斷或故障后將危及患者生命的醫療場所[1]。根據上述的分類，各醫療場所的具體類別如表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，進線電纜的PEN線在入戶配電箱進線開關之前作重復接地，設PE專用接地保護線，PE線與N線不得混接。急診搶救室、產房、手術室、ICU、無痛人流室內等2類醫療場所采用局部IT系統。采用IT系統的各場所應作局部等電位聯結，設LEB端子箱，要求該局部等電位聯結端子板與插座PE線端子。固定式設備PE線端子及裝置外可導電部分等之間的聯結線和連接點的電阻總和不應大于0.2(，任何兩個導電體間的電位差在10mV以下，并實現下列部分之間等電位:①PE線;②裝置外導電部分;③防電場干擾的屏蔽層;④隔離變壓器一、二次繞組間的金屬屏蔽層；⑤地板下的金屬網格;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。
2接地型式
《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TN、TT、IT3種系統，其中TN系統又可分為TN-C、TN-S、TN-C-S3種形式[2]。在TN系統中，電力系統有一點直接接地，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)與該點相連接。在TT系統中，電力系統有一點直接接地，電氣設備的外露可導電部分通過保護線接至與電力系統接地點無關的接地極，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。
3 TN-C-S系統的選用
如何為醫療建筑及其建筑內不同場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：醫療場所配電系統的接地形式嚴禁采用TN-C系統[1]。因為TN-C系統中N、PE線始終是合一的，如圖3所示。在三相負荷不平衡或接地故障時PEN上有電流通過，從而使醫療電氣設備外殼帶上對地電壓，嚴重危及醫療場所的人身安全。此外，TN-C系統還可能給醫療電氣設備帶來電磁干擾，采用TT或TN-S系統則能避免這些問題。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電壓損害。且接地故障電流較小時，低壓斷路器或熔斷器不一定能及時動作，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$，因此還需要設置漏電保護器起保護作用。此外，TT系統采用于電源端接地極的接地網，需消耗大量鋼材和工時，所以TT系統比較適宜戶外場所，接地保護比較分散的地方，如室外路燈等。
對于民用建筑的低壓配電系統應采用tt、tn-S或TN-C-S接地型式，然而TT接地系統比較適合戶外場所，所以在建筑內部的低壓配電系統選用T8-S或TN-C-S接地型式。TN-S系統中的工作零線N和保護線PE線始終分開，如圖4所示，系統正常運行時，PE線上沒有電流，對地沒有電壓，所以電氣裝置的外露導電部分接在專用的保護線PE上安全可靠。當建筑物采用TN-C-S系統時，在建筑物的進線處設置重復接地，在重復接地點前TN-C-S系統的N'PE線是合一的，可看作為TN-C系統;重復接地點后N'PE線分開，可看作為TN-S系統，如圖5所示。TN-C-S或TN-S系統中PE線是連通的，任何一處發生故障均可能導致故障電壓沿PE線傳導至其它地方引起危害。因此，當PE線較長時，需要再設多處接地點作等電位聯結，以降低保護導體的電位與其附近的對地電位產生位差的可能性。當建筑物與室外變配電房的距離較遠時，采用TN-C-S系統當PEN線斷裂時，N線通過重復接地點形成電流通道，系統依舊能繼續運行，而不至于產生零點電位偏離燒壞單相電器設備，比TN-S系統安全且節省投資，所以該工程采用TN-C-S系統。采用TN-C-S系統時，應注意當保護導體與中性導體從某點分開后不應再合并，且中性導體不應再接地，否則造成前段的N'PE并聯，PE導體可能會有大電流通過，提高PE導體的對地電位，危及人身安全。
4 IT系統的應用
根據IEC標準規定:在2類醫療場所內，用于維持生命、外科手術和其他位于“患者區域”內的醫療電氣設備和系統的供電回路，均應采用醫療I系統。用途相同且相鄰的一個或幾個房間內，至少應設置一
個的醫療場所局部I系統[4]。醫療IT系統由醫用隔離變壓器、絕緣監視儀及外接報警和顯示裝置3部分組成。其中醫用隔離變壓器應設置過載和溫度監測器。絕緣監視儀應滿足下列要求：①交流內阻不應小于100kΩ;②測量電壓不應超過直流25V;③測試電流在故障條件下峰值不應大于1mA;④應設置絕緣故障報警，在絕緣電阻遲降至50k(時應能報警、顯示，并應配置試驗設施[4]。報警和顯示裝置設置在有專職人員值班的場所，以便醫務人員能實時監察系統的絕緣狀況，利用第二故障（此故障將使預期危險電流變成實際的故障電流$尚未發生的時機及時采取措施，消除隱患。IT系統在醫療場所的應用中應注意以下問題： （1）醫療場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（N線$，系統中單相220V電源經1:1隔離變壓器的二次提供，因此配電線路均為帶電導線，應設置雙極開關作為線路保護。
(3）醫療場所局部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，不應設置動作于切斷電源的過負荷保護裝置。
（4）同一醫療場所局部IT系統的所有插座箱或插座組不應由一個回路供電，防止某個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L系統為三相負荷供電時，應采用單獨的三相隔離變壓器。隔離變壓器宜靠近醫療場所設置，并應設置明顯標志和采取防護措施，防止無關人員接觸。
5安科瑞醫用隔離電源監控系統
5.1概述
隨著電子醫療設備在醫院領域的廣泛應用，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，也會對病人的生命構成威脅。因此，對于醫療這一特殊場所的電氣設計，應嚴格按照國家標準和規范進行。
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室、ICU(CCU)監護病房等重要場所，能為這類場所提供安全、連續、可靠的供電解決方案。
5.2應用場所
適用于醫院的手術室、各類重癥監護室、搶救室、內窺鏡室及造影室等醫療二類場所的醫用隔離電源系統的遠程監控及自動化。
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，為各類場所的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：
一次圖和現場分布顯示
系統具有一次圖及現場分布圖顯示功能，能直觀的了解并及時地發現IT供電系統的報警地點或區域，從而方便專業人員及時到達現場進行故障排查；
實時數據采集與顯示
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。采集到的數據實時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、監測值、故障地點以及故障發生時間等信息。同時啟動監控系統的聲光報警系統，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。
遠程參數設置和查詢
通過系統，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行維護和保養。
5.5安科瑞產品功能和技術參數
6結語
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越高且事關患者生命安全，要求電氣設計人員在設計過程中一定要慎之又慎。隨著醫療建筑電氣設計的內容越來越多且越來越復雜，作為電氣設計人員要熟悉國家相關規范及行業標準，通過不斷學習提高自身的業務水平，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境和安全可靠的治療條件。
參考文獻
[1]JGJ312-2013醫療建筑電氣設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，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:特殊裝置或場所的要求醫療場所[S].北京：中國國家標準化管理委員會，2005.
[5]饒世營.醫療場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]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版
作者簡介：
易允恒，男，本科 安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電
Email：2851375246@qq.com ： QQ：2851375246 ：
