【摘要】結合某工程設計實(shí)例對IT系統特點(diǎn)、構成及醫療IT系統相關(guān)規范要求進(jìn)行了詳細闡述,并提供了醫療IT系統的工程設計經(jīng)驗,旨在推動(dòng)醫療IT系統的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】醫療IT系統,隔離變壓器,絕緣監測;

0前言

隨著(zhù)電子工業(yè)與醫療技術(shù)的發(fā)展,越來(lái)越多的醫療電氣設備介入到患者診斷、治療過(guò)程中,而供配電系統的型式選擇與低壓電氣設備可靠運行以及醫護人員和患者人身安全密切相關(guān),因此必須根據醫療場(chǎng)所實(shí)際情況合理選擇供配電系統型式。

1概述

當人遭受工頻交流電擊時(shí)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(dòng)等。根據GB／T13870.1—2008電流通過(guò)人體的效應第一部分:通用部分表11及圖20可知接地故障電流持續時(shí)間0.1s且不大于50 mA,接地故障電流路徑是一手到雙腳,此時(shí)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(méi)有有害的電生理學(xué)效應;當故障路徑是胸膛至左手時(shí),若使故障電流不對人產(chǎn)生傷害,要求故障電流不大于33 mA。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動(dòng)作時(shí)間大于0.1s,即故障電流持續時(shí)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。電擊對人造成最嚴重傷害的是微電擊。當故障電流路徑不經(jīng)過(guò)人體皮膚阻抗而流進(jìn)心臟組織內部的電流所引起的人體電流效應就是微電擊。例如手術(shù)時(shí)體外電子器件直接接觸人體內部組織、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(dòng)。通常情況下,醫療電氣設備220 V電源就近引自插座或配電箱預留回路,這些回路漏電斷路器的額定剩余電流一般為30 mA,無(wú)法滿(mǎn)足此情況下的電擊安全防護要求。

2 IT系統簡(jiǎn)介

2.1 IT系統定義GB14050—2008系統接地的型式及安全技術(shù)要求對IT系統的定義是:電源端的帶電部分不接地或有一點(diǎn)通過(guò)阻抗接地,電氣裝置的外露可導電部分直接接地。IT系統的系統圖參見(jiàn)圖1。

2.2 IT系統特點(diǎn)

1）IT系統電源端無(wú)接地的中性線(xiàn)或經(jīng)過(guò)阻抗接地,單相接地故障情況下通過(guò)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,可帶故障持續運行,供電連續性及安全性。IT系統具有預防性、修復性的特點(diǎn)。在絕緣下降但未出線(xiàn)接地故障時(shí),通過(guò)監測供電線(xiàn)路對地絕緣變化情況,在一次接地故障發(fā)生前及時(shí)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(huì )對系統運行造成危害。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(shí)要求切斷供電電源。因此,二次接地故障發(fā)生前發(fā)現并處理一次接地故障,以確保故障點(diǎn)對地電壓及故障電流不會(huì )對人員造成傷害。IT系統故障電壓計算可參見(jiàn)GB／T 16895.10—2010低壓電氣裝置第4-44部分:安全防護電壓騷擾和電磁騷擾防護表44.A1中Uf值。IT系統Uf值更完整內容參見(jiàn)GB 16895.11—2001電氣裝置對暫時(shí)過(guò)電壓和高壓系統與之間的故障的防護圖44D至圖44K。

2）IT系統不同于常見(jiàn)的TN,TT系統,其系統特性決定必須設置對地漏電流監測裝置,工礦企業(yè)660 V的IT系統常用漏電繼電器,醫療場(chǎng)所IT系統常用絕緣監測器（IMD）。

3 IT系統在醫療場(chǎng)所的應用

3.1國內外背景

國際、國內均有關(guān)于手術(shù)室、ICU,CCU等醫療場(chǎng)所配電系統的相關(guān)規范。目的就是為確保醫療場(chǎng)所用電的安全性、可靠性,見(jiàn)表1。

國外IT系統應用更為成熟及廣泛,我國IT系統僅應用于10 kV及35 kV的高壓系統和礦山、井下的某些低壓供電系統。

3.2國內相關(guān)規范要求及應用

GB 16895.24—2005建筑物電氣裝置第7-710部分:特殊裝置或場(chǎng)所的要求醫療場(chǎng)所、ＪGＪ16—2008民用建筑電氣設計規范和ＪGＪ312—2013醫療建筑電氣設計規范均對醫療場(chǎng)所進(jìn)行了分類(lèi):醫療場(chǎng)所分為0類(lèi)場(chǎng)所、1類(lèi)場(chǎng)所和2類(lèi)場(chǎng)所。其中0類(lèi)場(chǎng)所、1類(lèi)場(chǎng)所醫療電氣設備不接觸患者、接觸軀體外部或斷電不危及生命的非重要治療場(chǎng)所。2類(lèi)場(chǎng)所為醫療電氣設備接觸部件用于諸如心內診療室、手術(shù)室及斷電危及生命的重要治療場(chǎng)所。具體醫療場(chǎng)所內各個(gè)功能房間的類(lèi)別劃分詳見(jiàn)ＪGＪ312—2013醫療建筑電氣設計規范表3.0.2。

0類(lèi)場(chǎng)所及1類(lèi)場(chǎng)所可以采用TN-S系統供電。但應滿(mǎn)足電擊安全防護相關(guān)要求,具體參見(jiàn)GB 50054—2011第5節相關(guān)內容。

ＪGＪ16—2008民用建筑電氣設計規范明確規定:2類(lèi)場(chǎng)所內用于維持生命、外科手術(shù)和其他位于“患者區域"內的電氣設備和系統的供電回路,均應采用醫療IT系統。ＪGＪ312—2013醫療建筑電氣設計規范也有類(lèi)似要求。

ＪGＪ16—2008民用建筑電氣設計規范明確規定:醫療用途相同且相鄰的一個(gè)或幾個(gè)房間內,至少應設置一個(gè)獨立的醫療場(chǎng)所局部IT系統,除只有一臺設備并由單臺專(zhuān)用的醫療場(chǎng)所局部IT隔離變壓器供電外,每個(gè)房間應配置絕緣故障監測裝置,且應符合下列規定:交流內阻不應小于100 kΩ;測量電壓不應超過(guò)直流25 V;測試電流在故障條件下峰值不應大于1 mA;應設置絕緣故障報警,在絕緣電阻最遲降至50 kΩ時(shí)應能報警、顯示,并應配置試驗設施。醫療IT變壓器應裝設過(guò)負荷和過(guò)熱的監測裝置。

實(shí)際應用中,一般是一間手術(shù)室設一臺隔離變壓器及一套絕緣監測系統,這樣發(fā)生絕緣故障的范圍小,便于手動(dòng)查找和維護。面積較大的2類(lèi)場(chǎng)所可選用帶自動(dòng)定位功能的漏電監測系統。

目前我國醫療IT系統電壓還是以220 V為主。主要原因是手術(shù)室接觸設備負荷不大,220 V能滿(mǎn)足用電需求。380 V的IT系統發(fā)生單相接地故障時(shí)非故障相電壓升高為正常電壓1.732倍,由此會(huì )帶來(lái)設備、線(xiàn)纜的耐壓?jiǎn)?wèn)題、安全問(wèn)題,故380 V較220V的IT系統很少使用。此問(wèn)題GB 16895.24及相關(guān)文獻也有描述。

目前醫療場(chǎng)所配電系統絕大多數是以TN-S配電系統為主,個(gè)別2場(chǎng)所通過(guò)隔離變壓器采用局部醫療IT系統。GB50333—2013潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規范11.1.6條要求“心臟外科手術(shù)室用電系統必須設置隔離變壓器"且為強條,可見(jiàn)隔離變壓器作為間接接觸防護措施的有效性及重要性。

3.3醫療IT系統構成

1）隔離變壓器。隔離變壓器一次、二次線(xiàn)圈分別設置,內部設溫度傳感器,可將溫度信號傳至絕緣監測系統,實(shí)現超溫報警。具體要求應滿(mǎn)足GB 16895.24第710.512.1.6條對隔離變壓器的要求。

2）絕緣監測系統。絕緣監測系統主要包括絕緣監測儀、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。一般與絕緣監視儀相互通信,在絕緣故障時(shí)可發(fā)出聲光報警。

4設計實(shí)例

4.1陽(yáng)煤工集程團項職目業(yè)背病防景治中心大樓屬一類(lèi)高層,地下1層地上10層,

總建筑面積13 555.51 m2,2類(lèi)場(chǎng)所包括3間手術(shù)室及5間ICU。以手術(shù)室配電系統為例進(jìn)行說(shuō)明。

4.2醫療

IT系統設計本項目手術(shù)室獨立配電箱系統圖見(jiàn)圖2。

圖中各編號說(shuō)明如下:

1）手術(shù)專(zhuān)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(wú)影燈回路、手術(shù)中門(mén)燈回路、觀(guān)片燈回路、電動(dòng)門(mén)回路、書(shū)寫(xiě)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）單相隔離變壓器,ES710。

5）負荷監視用電流互感器。

6）儀器專(zhuān)用電源,AN450。

7）絕緣監視儀,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(gè)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分別設置獨立配電箱,嵌墻安裝于各自手術(shù)室的清潔走道內,上級電源引自本層雙電源動(dòng)力箱。另外在隔離變壓器一次側增設一臺UPS柜,作為雙電源的后備電源。UPS柜在電纜井內落地安裝。所有供電線(xiàn)路均為低煙無(wú)鹵阻燃或低煙無(wú)鹵耐火電力電纜。獨立配電箱采用IT系統與TN-S系統相結合的型式,手術(shù)接觸部件采用IT系統,不與患者接觸部件及手術(shù)臺電機回路采用TN-S系統。IT系統設絕緣監視器,可實(shí)現絕緣監視、負荷監視和隔離變壓器溫度監視等功能,并與報警顯示測試儀相互通信,發(fā)生接地故障時(shí)可發(fā)出聲光報警。TN-S系統設剩余電流評估儀,監控本系統內各回路漏電流情況,各回路額定剩余電流30 mA,動(dòng)作時(shí)間0.1 s。

各手術(shù)室、ICU分別局部等電位箱,局部等電位箱不與TN-S系統接地網(wǎng)連接,使2類(lèi)場(chǎng)所各個(gè)單獨房間內可導電部分形成等電位,進(jìn)一步降低接觸電壓,保證人身安全。

5安科瑞隔離電源監控系統

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，對于醫療這一特殊場(chǎng)所的電氣設計，應嚴格按照國家標準和規范進(jìn)行。

安科瑞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應用場(chǎng)所

適用于醫院的手術(shù)室、各類(lèi)重癥監護室、搶救室、內窺鏡室及造影室等醫療二類(lèi)場(chǎng)所的隔離電源系統的遠程監控及自動(dòng)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(lèi)場(chǎng)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(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(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；故障報警

將各IT配電系統出現的各類(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IT配電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。

圖形顯示功能

系統可以以曲線(xiàn)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(jìn)行維護和保養。

5.5安科瑞產(chǎn)品功能和技術(shù)參數

6結語(yǔ)

醫療場(chǎng)所內各個(gè)功能房間電氣設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(wèn)題相比于其他場(chǎng)所更為重要。醫療場(chǎng)所如何實(shí)現更加可靠、安全的供電,應當引起廣大建筑電氣設計人員的高度重視,避免因電氣設計缺陷造成醫護人員與患者人身安全隱患。

參考文獻

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