浅谈IT隔离电源系统在医疗场所的接地设计研究与应用

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浅谈IT隔离电源系统在医疗场所的接地设计研究与应用 [复制链接]

周博龙

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定2 01801

【摘要】现代医疗设备越来越多样化和复杂化，设备的电气安全要求也越来越髙。文章结合武平县妇幼医院接地设计，主要探讨了低压配电系统接地型式，TN-C-S系统的选用及局部IT系统在手术室、ICU、急诊抢救室及无痛人流室等重要医疗场所的应用，目的为确保各场所内人体安全。

【关键词】医院接地设计;医用IT隔离电源;T8-C-S系统;IT系统

0引言

       随着科学技术水平和医疗技术水平飞速发展，医疗电气设备不断更新，大量医疗电子仪器不断应用于临床诊断和治疗，比如:CT、核磁共振、DR、CR、工频X光机、彩色超声等。医疗电气设备在诊断和治疗过程中的应用越来越普遍，作用也越来越显著，但很多医院在内部结构、运营管理、电气设备安全措施和供电条件存在很多不完善的地方，为设备在操作过程中埋下了很大的安全隐患。为了消除各种安全隐患，不仅要不断优化和完善医院的内部结构和运营管理，吸取和积累经验，不断规范医护人员的操作，同时也严格要求在建和新建的医院在设计和施工过程中满足相关规范标准，确保电气设备安全措施的正确性和供电电源的可靠性。

       IEC标准将医疗场所定为电气安全上的特殊场所，由于医疗场所的电气设备与人体甚至是人体内部器官直接接触，大大增加了电击危险性。手术室、抢救室等重要场所的供电中断或其他电气事故会严重威胁病人生命安全。如何选择合理的接地形式，确保各医疗场所中电气设备的接地安全和医院供电的可靠性，笔者以武平县妇幼医院电气设计为案例，针对上述问题提出相关建议。

1医院接地设计

       该工程为武平县妇幼医院，局部地下1层、地上7层，病床数59床，为三级医院。功能分布为地下一层为消防泵房、配电间等设备用房。一层为急诊诊室、急诊抢救室、急诊观察室、消控室、CR-DR机房、药房、输液室和门厅等;^二层为B超、心电图、检验科;三层为妇科诊室、无痛人流室、宣教室、产检;四层为儿科、婚检、宣教室;五层为病房、LU(重症监护室;六层为病房、手术室及待产室等;七层为办公室、会议室。

       医疗场所电气安全防护根据要求可划分为3类。

       ①0类:不使用医疗电气设备接触部件的医疗场所;②1类:医疗电气设备接触部件需要与患者体表、体内（除2类医疗场所所述部位外）接触的医疗场所;③2类：医疗电气设备接触部件需要与患者体内接触、手术室以及电源中断或故障后将危及患者生命的医疗场所[1]。根据上述的分类，各医疗场所的具体类别如表1所示。该工程变配电房设于室外，低压配电系统接地型式采用TN-C-S系统，进线电缆的PEN线在入户配电箱进线开关之前作重复接地，设PE专用接地保护线，PE线与N线不得混接。急诊抢救室、产房、手术室、ICU、无痛人流室内等2类医疗场所采用局部IT系统。采用IT系统的各场所应作局部等电位联结，设LEB端子箱，要求该局部等电位联结端子板与插座PE线端子。固定式设备PE线端子及装置外可导电部分等之间的联结线和连接点的电阻总和不应大于0.2(，任何两个导电体间的电位差在10mV以下，并实现下列部分之间等电位:①PE线;②装置外导电部分;③防电场干扰的屏蔽层;④隔离变压器一、二次绕组间的金属屏蔽层；⑤地板下的金属网格;⑥除设备要求与地绝缘外，固定安装的、可导电的非电气装置的患者支撑物。

 

2接地型式

       《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008指出：低压配电系统的接地形式可分为TN、TT、IT3种系统，其中TN系统又可分为TN-C、TN-S、TN-C-S3种形式[2]。在TN系统中，电力系统有一点直接接地，电气装置的外露可导电部分应采用保护导体(PE)或保护接地中性导体（PEN)与该点相连接。在TT系统中，电力系统有一点直接接地，电气设备的外露可导电部分通过保护线接至与电力系统接地点无关的接地极，如图1所示。在I系统中，电力系统不直接接地，应对地绝缘或通过足够大的阻抗接地[3]，电气装置的外露可导电部分可单独接地或成组接地，如图2所示。

 

3 TN-C-S系统的选用

       如何为医疗建筑及其建筑内不同场所选择合适的接地系统？根据《医疗建筑电气设计规范》J_J312-2013指出：医疗场所配电系统的接地形式严禁采用TN-C系统[1]。因为TN-C系统中N、PE线始终是合一的，如图3所示。在三相负荷不平衡或接地故障时PEN上有电流通过，从而使医疗电气设备外壳带上对地电压，严重危及医疗场所的人身安全。此外，TN-C系统还可能给医疗电气设备带来电磁干扰，采用TT或TN-S系统则能避免这些问题。但TT系统将电气设备的外露可导电部分直接接地，设备对地绝缘比较容易受到过电压损害。且接地故障电流较小时，低压断路器或熔断器不一定能及时动作，造成漏电设备的金属外壳对地电压高于安全电压（属危险电压$，因此还需要设置漏电保护器起保护作用。此外，TT系统采用独立于电源端接地极的接地网，需消耗大量钢材和工时，所以TT系统比较适宜户外场所，接地保护比较分散的地方，如室外路灯等。

 

       对于民用建筑的低压配电系统应采用tt、tn-S或TN-C-S接地型式，然而TT接地系统比较适合户外场所，所以在建筑内部的低压配电系统选用T8-S或TN-C-S接地型式。TN-S系统中的工作零线N和保护线PE线始终分开，如图4所示，系统正常运行时，PE线上没有电流，对地没有电压，所以电气装置的外露导电部分接在专用的保护线PE上安全可靠。当建筑物采用TN-C-S系统时，在建筑物的进线处设置重复接地，在重复接地点前TN-C-S系统的N'PE线是合一的，可看作为TN-C系统;重复接地点后N'PE线分开，可看作为TN-S系统，如图5所示。TN-C-S或TN-S系统中PE线是连通的，任何一处发生故障均可能导致故障电压沿PE线传导至其它地方引起危害。因此，当PE线较长时，需要再设多处接地点作等电位联结，以降低保护导体的电位与其附近的对地电位产生位差的可能性。当建筑物与室外变配电房的距离较远时，采用TN-C-S系统当PEN线断裂时，N线通过重复接地点形成电流通道，系统依旧能继续运行，而不至于产生零点电位偏离烧坏单相电器设备，比TN-S系统更安全且节省投资，所以该工程采用TN-C-S系统。采用TN-C-S系统时，应注意当保护导体与中性导体从某点分开后不应再合并，且中性导体不应再接地，否则造成前段的N'PE并联，PE导体可能会有大电流通过，提高PE导体的对地电位，危及人身安全。

4 IT系统的应用

       根据IEC标准规定:在2类医疗场所内，用于维持生命、外科手术和其他位于“患者区域”内的医疗电气设备和系统的供电回路，均应采用医疗I系统。用途相同且相邻的一个或几个房间内，至少应设置一

 

个独立的医疗场所局部I系统[4]。医疗IT系统由医用隔离变压器、绝缘监视仪及外接报警和显示装置3部分组成。其中医用隔离变压器应设置过载和温度监测器。绝缘监视仪应满足下列要求：①交流内阻不应小于100kΩ;②测量电压不应超过直流25V;③测试电流在故障条件下峰值不应大于1mA;④应设置绝缘故障报警，在绝缘电阻最迟降至50k(时应能报警、显示，并应配置试验设施[4]。报警和显示装置设置在有专职人员值班的场所，以便医务人员能实时监察系统的绝缘状况，利用第二故障（此故障将使预期危险电流变成实际的故障电流$尚未发生的时机及时采取措施，消除隐患。IT系统在医疗场所的应用中应注意以下问题：                         （1）医疗场所内非生命支持系统采用TN-S系统，局部采用TT系统，如图6所示。为避免二者之间存在电位差，局部I系统供电的设备金属外壳接地应与TN-S系统共用接地装置。(2）IT系统不宜配出中性线（N线$，系统中单相220V电源经1:1隔离变压器的二次提供，因此配电线路均为带电导线，应设置双极开关作为线路保护。

(3）医疗场所局部IT系统隔离变压器的一次侧与二次侧应设置短路保护，为了保证重要负荷的不间断供电，不应设置动作于切断电源的过负荷保护装置。

 

（4）同一医疗场所局部IT系统的所有插座箱或插座组不应由一个回路供电，防止某个地方出现故障影响所有插座使用，确保供电的可靠性。L系统插座应有固定的明显标志，防止误操作。

（5）为单相设备供电的医疗L系统应采用单相隔离变压器，当需通过L系统为三相负荷供电时，应采用单独的三相隔离变压器。隔离变压器宜靠近医疗场所设置，并应设置明显标志和采取防护措施，防止无关人员接触。

5安科瑞医用隔离电源监控系统

5.1概述

       随着电子医疗设备在医院领域的广泛应用，漏电流对病人构成的威胁也越来越大，尤其是那些生命攸关的场所，病人在手术中或麻醉状态下，各种电极、传感器直接插入人体内，微小的漏电流都有可能导致病人触电身亡。另外有些医疗设备用于维持重症病人的生命，一旦设备停电，也会对病人的生命构成威胁。因此，对于医疗这一特殊场所的电气设计，应严格按照国家标准和规范进行。

       安科瑞医用IT系统绝缘监测故障定位装置及系统适用于医院的手术室、ICU(CCU)监护病房等重要场所，能为这类场所提供安全、连续、可靠的供电解决方案。

5.2应用场所

       适用于医院的手术室、各类重症监护室、抢救室、内窥镜室及造影室等医疗二类场所的医用隔离电源系统的远程监控及自动化。

5.3系统架构

 

5.4系统功能

       安科瑞IT配电监控系统是基于触摸屏软件设计，软件具有远程测量、远程参数设置和远程自检等多种功能，为各类场所的IT配电系统的集中监控提供了强大的系统集成工具。软件的主要功能如下：

 

       一次图和现场分布显示

       系统具有一次图及现场分布图显示功能，能直观的了解并及时地发现IT供电系统的报警地点或区域，从而方便专业人员及时到达现场进行故障排查；

       实时数据采集与显示

       利用安装于各IT配电系统中绝缘监测仪表和绝缘故障定位仪表，采集各隔离电源系统的参数。采集到的数据实时显示在监控系统界面，这些监测参量含IT系统对地绝缘电阻、变压器负荷电流、变压器绕组温度及绝缘故障回路等；

 

       故障报警

       将各IT配电系统出现的各类故障，如绝缘故障、过载故障、超温故障以及接线断线故障等信息进行统一处理和记录，并可直接在显示界面上弹出显示故障类型、监测值、故障地点以及故障发生时间等信息。同时启动监控系统的声光报警系统，及时提醒相关人员，进行故障处理。其中，声音报警信号可被手动消除。

       远程参数设置和查询

       通过系统，可根据要求远程调整和设置各IT配电系统中绝缘监测仪的各类报警参数阈值，也可以任意查看这些报警参数值。参数包括绝缘报警值、负载电流报警值和隔离变压器温度报警值等。

 

       图形显示功能

       系统可以以曲线的形式，显示各IT配电系统的绝缘状况、负载状况，以及隔离变压器的温升状况，以及它们的变化趋势，以便于分管理人员了解和分析各电源系统的运行变化情况，有针对性的对某些系统进行维护和保养。

5.5安科瑞产品功能和技术参数

 

 

6结语

       现代医院的医疗设备日新月异，电气接地安全和供电要求越来越高且事关患者生命安全，要求电气设计人员在设计过程中一定要慎之又慎。随着医疗建筑电气设计的内容越来越多且越来越复杂，作为电气设计人员要熟悉国家相关规范及行业标准，通过不断学习提高自身的业务水平，不断完善对医疗建筑的电气设计，为患者提供舒适的就诊环境和安全可靠的治疗条件。