龔永波

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

 

摘 要:結(jié)合某工程設(shè)計實例對IT系統(tǒng)特點、構(gòu)成及醫(yī)療IT系統(tǒng)相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并提供了醫(yī)療IT系統(tǒng)的工程設(shè)計經(jīng)驗，旨在推動醫(yī)療IT系統(tǒng)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞:醫(yī)療IT系統(tǒng)，隔離變壓器，絕緣監(jiān)測，電擊

隨著電子工業(yè)與醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，越來越多的醫(yī)療電氣設(shè)備介入到患者診斷、治療過程中，而供配電系統(tǒng)的型式選擇與低壓電氣設(shè)備可靠運(yùn)行以及醫(yī)護(hù)人員和患者人身安全密切相關(guān)，因此必須根據(jù)醫(yī)療場所實際情況合理選擇供配電系統(tǒng)型式。

 

1 概述

 

當(dāng)人遭受工頻交流電擊時可能受到不同程度的傷害，例如灼傷、肌肉麻痹、停止呼吸、心室纖維性顫動等。

根據(jù) GB/T 13870.1—2008電流通過人體的效應(yīng)一部分:通用部分表11及圖20可知接地故障電流持續(xù)時間 0.1S且不大于50mA，接地故障電流路徑是一手到雙腳，此時流經(jīng)人體的接地故障電流使人產(chǎn)生不自主肌肉收縮，但通常沒有有害的電生理學(xué)效應(yīng);當(dāng)故障路徑是胸膛至左手時，若使故障電流不對人產(chǎn)生傷害，要求故障電流不大于33mA。

因此故障電流路徑不一樣，若使故障電流不對人造成傷害，要求故障電流限值也不同。此外，如果漏電斷路器保護(hù)動作時間大于0.1S，即故障電流持續(xù)時間大于0.1S，要求故障電流限值更小才能保證不對人產(chǎn)生傷害。

電擊對人造成嚴(yán)重傷害的是微電擊。當(dāng)故障電流路徑不經(jīng)過人體皮膚阻抗而流進(jìn)心臟組織內(nèi)部的電流所引起的人體電流效應(yīng)就是微電擊。例如手術(shù)時體外醫(yī)用電子器件直接接觸人體內(nèi)部組織、器官。10μA～50μA或者50mV(距離心臟越近閾值越低)的微電擊即可引發(fā)致命的心室顫動。

通常情況下，醫(yī)療電氣設(shè)備220V電源就近引自插座或配電箱預(yù)留回路，這些回路漏電斷路器的額定剩余電流一般為30mA，無法滿足此情況下的電擊安全防護(hù)要求。

 

2 IT 系統(tǒng)簡介

 

2.1 IT 系統(tǒng)定義

GB 14050—2008系統(tǒng)接地的型式及安全技術(shù)要求對IT系統(tǒng)的定義是:電源端的帶電部分不接地或有一點通過阻抗接地，電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分直接接地。IT系統(tǒng)的系統(tǒng)圖參見圖1。

圖1 IT系統(tǒng)示意圖

2.2 IT 系統(tǒng)特點

1) IT系統(tǒng)電源端無接地的中性線或經(jīng)過阻抗接地，單相接地故障情況下通過非故障相的對地電容形成接地故障電流回路，接地故障電流很小，接地故障電壓Uf很低，可帶故障持續(xù)運(yùn)行，供電連續(xù)性及安全性高。

IT系統(tǒng)具有預(yù)防性、修復(fù)性的特點。

在絕緣下降但未出線接地故障時，通過監(jiān)測供電線路對地絕緣變化情況，在一次接地故障發(fā)生前及時處理隱患。

即使一次接地故障隱患未處理，其發(fā)生后并不會對系統(tǒng)運(yùn)行造成危害。但一次接地故障發(fā)生后并未處理，又發(fā)生二次接地故障時要求切斷供電電源。因此，二次接地故障發(fā)生前發(fā)現(xiàn)并處理一次接地故障，以確保故障點對地電壓及故障電流不會對人員造成傷害。IT系統(tǒng)故障電壓計算可參見 GB/T 16895.10—2010低壓電氣裝置第4-44部分:安全防護(hù)電壓騷擾和電磁騷擾防護(hù)表44.A1中Uf值。IT系統(tǒng)Uf值更完整內(nèi)容參見GB 16895.11—2001電氣裝置對暫時過電壓和高壓系統(tǒng)與地之間的故障的防護(hù)圖44D至圖44K。2)IT系統(tǒng)不同于常見的TN，TT系統(tǒng)，其系統(tǒng)特性決定必須設(shè)置對地漏電流監(jiān)測裝置，工礦企業(yè)660V的IT系統(tǒng)常用漏電繼電器，醫(yī)療場所IT系統(tǒng)常用絕緣監(jiān)測器(IMD) 。

 

3 IT 系統(tǒng)在醫(yī)療場所的應(yīng)用

 

3.1 國內(nèi)外背景

國際、國內(nèi)均有關(guān)于手術(shù)室、ICU，CCU等醫(yī)療場所配電系統(tǒng)的相關(guān)規(guī)范。目的就是為了確保醫(yī)療場所用電的安全性、可靠性，見表1。

國外IT系統(tǒng)應(yīng)用更為成熟及廣泛，我國IT系統(tǒng)僅應(yīng)用于10kV及35kV的高壓系統(tǒng)和礦山、井下的某些低壓供電系統(tǒng)。

3.2 國內(nèi)相關(guān)規(guī)范要求及應(yīng)用

GB 16895．24—2005建筑物電氣裝置第7-710部分: 特殊裝置或場所的要求 醫(yī)療場所、JGJ 16—2008民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范和JGJ 312—2013醫(yī)療建筑電氣設(shè)計規(guī)范均對醫(yī)療場所進(jìn)行了分類: 醫(yī)療場所分為0類場所、1類場所和2類場所。其中0類場所、1類場所醫(yī)療電氣設(shè)備不接觸患者、接觸軀體外部或斷電不危及生命的非重要治療場所。2 類場所為醫(yī)療電氣設(shè)備接觸部件用于諸如心內(nèi)診療室、手術(shù)室及斷電危及生命的重要治療場所。具體醫(yī)療場所內(nèi)各個功能房間的類別劃分詳見JGJ 312—2013醫(yī)療建筑電氣設(shè)計規(guī)范表3.0.2。

 0類場所及1類場所可以采用TN-S系統(tǒng)供電。但應(yīng)滿足電擊安全防護(hù)相關(guān)要求，具體參見GB 50054—2011第5節(jié)相關(guān)內(nèi)容。

JGJ 16—2008民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范明確規(guī)定: 2類場所內(nèi)用于維持生命、外科手術(shù)和其他位于“患者區(qū)域”內(nèi)的醫(yī)用電氣設(shè)備和系統(tǒng)的供電回路，均應(yīng)采用醫(yī)療IT系統(tǒng)。JGJ 312—2013醫(yī)療建筑電氣設(shè)計規(guī)范也有類似要求。

JGJ 16—2008民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范明確規(guī)定:醫(yī)療用途相同且相鄰的一個或幾個房間內(nèi)，至少應(yīng)設(shè)置一個獨(dú)立的醫(yī)療場所局部IT系統(tǒng)，除只有一臺設(shè)備并由單臺專用的醫(yī)療場所局部IT 隔離變壓器供電外，每個房間應(yīng)配置絕緣故障監(jiān)測裝置，且應(yīng)符合下列規(guī)定: 交流內(nèi)阻不應(yīng)小于100kΩ;測量電壓不應(yīng)超過直流25V; 測試電流在故障條件下峰值不應(yīng)大于1mA; 應(yīng)設(shè)置絕緣故障報警，在絕緣電阻遲降至50kΩ時應(yīng)能報警、顯示，并應(yīng)配置試驗設(shè)施。醫(yī)療IT變壓器應(yīng)裝設(shè)過負(fù)荷和過熱的監(jiān)測裝置。

實際應(yīng)用中，一般是一間手術(shù)室設(shè)一臺隔離變壓器及一套絕緣監(jiān)測系統(tǒng)，這樣發(fā)生絕緣故障的范圍小，便于手動查找和維護(hù)。面積較大的2類場所可選用帶自動定位功能的漏電監(jiān)測系統(tǒng)。目前我國醫(yī)療IT系統(tǒng)電壓還是以220V為主。主要原因是術(shù)室接觸設(shè)備負(fù)荷不大，220V能滿足用電需求。380V的IT系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時非故障相電壓升高為正常電壓1.732倍，由此會帶來設(shè)備、線纜的耐壓問題、安全問題，故380V較220V的IT系統(tǒng)很少使用。此問題GB 16895.24及相關(guān)文獻(xiàn)也有描述。

目前醫(yī)療場所配電系統(tǒng)絕大多數(shù)是以TN-S配電系統(tǒng)為主，個別2類場所通過隔離變壓器采用局部醫(yī)療IT系統(tǒng)。GB 50333—2013潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范11.1.6條要求“心臟外科手術(shù)室用電系統(tǒng)須設(shè)置隔離變壓器”且為強(qiáng)條，可見隔離變壓器作為間接接觸防護(hù)措施的有效性及重要性。

3.3 醫(yī)療 IT 系統(tǒng)構(gòu)成

1) 隔離變壓器。隔離變壓器一次、二次線圈分別設(shè)置，內(nèi)部設(shè)溫度傳感器，可將溫度信號傳至絕緣監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)超溫報警。具體要求應(yīng)滿足GB 16895.24第710.512.1.6條對隔離變壓器的要求。

2) 絕緣監(jiān)測系統(tǒng)。絕緣監(jiān)測系統(tǒng)主要包括絕緣監(jiān)測儀、報警顯示儀、電流互感器，24 V 直流電源，另外可選配絕緣故障定位儀。

3) 顯示報警單元。一般與絕緣監(jiān)視儀相互通信，在絕緣故障時可發(fā)出聲光報警。

 

4 設(shè)計實例

 

4.1 工程項目背景

陽煤集團(tuán)職業(yè)病防治中心大樓屬一類高層，地下1層地10層，總建筑面積13555．51m2，2 類場所包括3間手術(shù)室及5間ICU。以手術(shù)室配電系統(tǒng)為例進(jìn)行說明。

4.2 醫(yī)療 IT 系統(tǒng)設(shè)計

本項目手術(shù)室獨(dú)立配電箱系統(tǒng)圖見圖2。

圖 2 手術(shù)室配電箱系統(tǒng)圖

圖中各編號說明如下:

1) 手術(shù)專用插座箱回路、手術(shù)室塔吊回路、中央情報控制面板回路、手術(shù)室 PC 平臺回路、備用回路。

2) 無影燈回路、手術(shù)中門燈回路、觀片燈回路、電動門回路、書寫臺燈回路、手術(shù)室照明回路、備用回路。

3) UPS，置于手術(shù)室外。

4) 醫(yī)用單相隔離變壓器，ES710。

5) 負(fù)荷監(jiān)視用電流互感器。

6) 儀器專用電源，AN450。

  7) 絕緣監(jiān)視儀，107TD47。

8) 外接報警顯示和測試儀器，MK2007CBM-CN。

9) 控制按鈕，位于中央情報控制面板。

10) 剩余電流評估儀,RCMS490-D。

本項目各個手術(shù)室、ICU面積較小，分布在不同樓層，故每間手術(shù)室及ICU分別設(shè)置獨(dú)立配電箱，嵌墻安裝于各自手術(shù)室的清潔走道內(nèi)，上級電源引自本層雙電源動力箱。另外在隔離變壓器一次側(cè)增設(shè)一臺UPS柜，作為雙電源的后備電源。UPS柜在電纜井內(nèi)落地安裝。所有供電線路均為低煙無鹵阻燃或低煙無鹵耐火電力電纜。

獨(dú)立配電箱采用IT系統(tǒng)與TN-S系統(tǒng)相結(jié)合的型式，手術(shù)接觸部件采用IT系統(tǒng)，不與患者接觸部件及手術(shù)臺電機(jī)回路采用TN-S系統(tǒng)。IT系統(tǒng)設(shè)絕緣監(jiān)視器，可實現(xiàn)絕緣監(jiān)視、負(fù)荷監(jiān)視和隔離變壓器溫度監(jiān)視等功能，并與報警顯示測試儀相互通信，發(fā)生接地故障時可發(fā)出聲光報警。TN-S系統(tǒng)設(shè)剩余電流評估儀，監(jiān)控本系統(tǒng)內(nèi)各回路漏電流情況，各回路額定剩余電流30mA，動作時間 0.1S。

各手術(shù)室、ICU分別設(shè)局部等電位箱，局部等電位箱不與TN- S系統(tǒng)接地網(wǎng)連接，使2類場所各個單獨(dú)房間內(nèi)可導(dǎo)電部分形成等電位，進(jìn)一步降低接觸電壓，保證人身安全。

 

5 安科瑞醫(yī)用IT隔離電源系統(tǒng)的介紹及選型

 

5.1 概述

隨著電子醫(yī)療設(shè)備在醫(yī)院領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，漏電流對病人構(gòu)成的威脅也越來越大，尤其是那些生命攸關(guān)的場所，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(nèi)，微小的漏電流都有可能導(dǎo)致病人觸電身亡。另外有些醫(yī)療設(shè)備用于維持重癥病人的生命，一旦設(shè)備停電，也會對病人的生命構(gòu)成威脅。因此，對于醫(yī)療這一特殊場所的電氣設(shè)計，應(yīng)嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行。

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(shù)室、ICU(CCU)監(jiān)護(hù)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(yùn)行狀況。這種集中監(jiān)控系統(tǒng)可以設(shè)置在醫(yī)院電氣運(yùn)行和維護(hù)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，由專業(yè)的電氣人員進(jìn)行監(jiān)控，一旦某套IT系統(tǒng)出現(xiàn)故障，電氣維護(hù)人員也能在一時間內(nèi)做出判斷，并根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行處理。

系統(tǒng)拓?fù)鋱D

5.3 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(shè)計，軟件具有遠(yuǎn)程測量、遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置和遠(yuǎn)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(qiáng)大的系統(tǒng)集成工具。軟件的主要功能如下：

■ 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供電系統(tǒng)的報警地點或區(qū)域，從而方便專業(yè)人員及時到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)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(fù)荷電流、變壓器繞組溫度及絕緣故障回路等；

■ 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(jìn)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(guān)人員，進(jìn)行故障處理。其中，聲音報警信號可被手動消除。

■ 遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置和查詢

  通過系統(tǒng)，可根據(jù)要求遠(yuǎn)程調(diào)整和設(shè)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(fù)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(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(fù)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(yùn)行變化情況，有針對性的對某些系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。

5.4 安科瑞醫(yī)用IT系統(tǒng)四件套選型

醫(yī)用IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測產(chǎn)品（四件套）包括AITR S系列醫(yī)用隔離變壓器、AIM-M10醫(yī)療智能絕緣監(jiān)測儀、AKH-0.66P26電流互感器和AID系列（AID10、AID150）外接報警與顯示儀等，產(chǎn)品表2所示。

表2 醫(yī)用IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測產(chǎn)品（四件套）

5 結(jié)語 

 

醫(yī)療場所內(nèi)各個功能房間電氣設(shè)備供電的可靠性和安全性直接決定就診患者的生命安全，這使得電氣安全問題相比于其他場所更為重要。醫(yī)療場所如何實現(xiàn)更加可靠、安全的供電，應(yīng)當(dāng)引起廣大建筑電氣設(shè)計人員的高度重視，避免因電氣設(shè)計缺陷造成醫(yī)護(hù)人員與患者人身安全隱患。

參考文獻(xiàn)

[1] 王厚余．低壓電氣裝置的設(shè)計安裝和檢驗［M］.第3版.北京:中國電力出版社，2012: 5．

[2] 花植，談IT系統(tǒng)在醫(yī)療場所的應(yīng)用及設(shè)計實例.

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2019.11版.

作者簡介：

龔永波，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(wǎng)供配電，Email: 28801392115@qq.com手機(jī)：18702101301 QQ:2881392115