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淺談醫療隔離電源系統在醫院配電系統應用分析

點(diǎn)擊次數:663 更新時(shí)間:2023-01-06

韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定   201801
 
【摘要】根據醫療場(chǎng)所分類(lèi)說(shuō)明醫院尤其是 2 類(lèi) 醫療場(chǎng)所的接地方案,分析醫療場(chǎng)所自動(dòng)切斷電源措 施,提出校驗醫療 IT 系統配出回路長(cháng)度;說(shuō)明 RCD、RCM、IMD、IFLS 等的用途和范圍;就應急醫 院 2 類(lèi)場(chǎng)所的配電方案進(jìn)行探討。 
【關(guān)鍵詞】醫院;接地;自動(dòng)切斷電源;輔助等 電位聯(lián)結; IT 系統;
0 引言 
       國家建筑標準設計圖集 08SD706 - 2 《醫療場(chǎng)所電氣設計與設備安裝》(以下簡(jiǎn)稱(chēng) 《原圖集》)于 2009 年發(fā)布,彼時(shí)可依據的醫療場(chǎng)所專(zhuān)用設計規范 主要為 GB 16895. 24 - 2005 / IEC 60364 - 7 - 710:2002《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》。近10年來(lái),隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展,一大批醫院在新建、改擴建,以滿(mǎn)足人們日益醫療服務(wù)需要。在此期間針對醫療場(chǎng)所的專(zhuān)用設計規范也陸續發(fā)布,如:JGJ 312 - 2013《醫療建 筑電氣設計規范》、GB 50333- 2013《醫院潔凈手術(shù) 部建筑技術(shù)規范》、GB 51039- 2014《綜合醫院建筑設計規范》等。同時(shí)可以看到 IEC 標準和英國 BS 標準針對醫療場(chǎng)所電氣設計、通用場(chǎng)所電氣安全的相關(guān)規范也在不斷 更新中,如:IEC 60364 - 7- 710: 2018 CDV《Low ? voltage electrical installations — Part 7 - 710:Requirements for special installations or locations — Medical locations》、 BS 7671: 2008 Amendment 3 : 2015 《Requirements for Electrical Installations — Part 7:Special installations or locations — Section 710:Medical locations》 以及 IEC 60364 - 4 - 41:2017 《 Low ? voltage electrical installations — Part 4 - 41:Protection for safety—Protection against electric shock》等均已更新或正在更新中。在此基礎上新出版的國家建筑標準設計圖集19D706 - 2 《醫療建筑電氣設計與安裝》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《圖集》) 在 《原圖集》 的基礎上也作了更新。其中關(guān)于醫療場(chǎng)所的接地及安全防護內容也參照國內外新的相關(guān)標準、規范進(jìn)行了更新、編制。本文就以下內容進(jìn)行討論:醫院的接地、醫療場(chǎng)所的自動(dòng)切斷電源措施、醫療場(chǎng)所配電系統的監控與保護、應急醫院 2 類(lèi)場(chǎng)所的配電方案思考。 
1 醫院的接地 
1. 1 醫院醫療場(chǎng)所分類(lèi) 
       國內及歐洲的標準均將醫療場(chǎng)所分為 3 類(lèi),其定義為:a.0 類(lèi):不使用醫療電氣設備接觸部件的醫療場(chǎng)所;b.1 類(lèi):醫療電氣設備接觸部件需要與患者體表、體內 (除 2 類(lèi)醫療場(chǎng)所所述部位外) 接觸的醫療場(chǎng)所;c.2 類(lèi):醫療電氣設備接觸部件需要與患者體內接觸、手術(shù)室以及電源中斷或故障后將危及患者生命的醫療場(chǎng)所。 
國內各醫療標準及歐洲醫療標準對于以上 3 類(lèi)醫療場(chǎng)所的定義與劃分基本一致,其簡(jiǎn)要劃分見(jiàn)表 1。
注:根據我國的規范,手術(shù)輔助用房如術(shù)前準備室、術(shù)后復 蘇室、麻醉室等為 1 類(lèi)醫療場(chǎng)所,而 IEC 的相關(guān)標準 (IEC 60364- 7 - 710:2018 CDV) 中將上述用房等歸為 2 類(lèi)醫療場(chǎng)所。
1. 2 醫院的接地 
       a.醫院建筑的接地裝置宜優(yōu)先采用自然接地體,當采用人工接地體時(shí),應采取有效的防腐措施。接地裝置承擔著(zhù)保護性接地和功能性接地兩種功能, 應優(yōu)先考慮保護性要求。根據 GB 16895. 3 - 2017/IEC 60364 - 5 - 54:2011《低壓電氣裝置 第 5 - 54部分:電氣設備的選擇和安裝 接地配置和保護導體》規定,接地極的材料和尺寸的選擇,應使其既耐腐蝕又具有適當的機械強度。當利用自然接地導體時(shí),應確保接地導體的可靠性,禁止利用可燃液體或氣體管道、供暖管道及供水管道做保護接地極。 
       b.醫院建筑低壓配電系統的接地型式宜采用TN - S 或 TT 系統,并采用共用接地和保護等電位聯(lián)結。此處所說(shuō)的低壓配電系統的接地型式是由低壓配電系統主配電盤(pán)的出線(xiàn)端處開(kāi)始考慮。以 TN 系統為例,由變壓器低壓側中性線(xiàn)套管引至主配電箱(柜)盤(pán)低壓母線(xiàn)的出線(xiàn)是PEN線(xiàn),由主配電箱(柜)盤(pán)低壓母線(xiàn)的引出線(xiàn)再分為 N 線(xiàn)和PE 線(xiàn)。 
       c.醫院建筑內由 IT 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 類(lèi)醫療場(chǎng)所內通常采用局部IT 系統,其余部位仍采用TN - S 系統,如為 IT 系統設單獨接地極,在同一場(chǎng)所內將存在兩個(gè)相對獨立的接地裝置,兩個(gè)相對獨立的接地裝置之間可能存在電位差,這對人身安全不利,在 2 類(lèi)醫療場(chǎng)所內更不允許這種電位差的出現。 
       d.在 1 類(lèi)及 2 類(lèi)醫療場(chǎng)所內,應做輔助等電位聯(lián)結,并將下列設備進(jìn)行等電位聯(lián)結:① 保護接地導體 (PE 線(xiàn));② 外露可導電部分;③ 抗電磁干擾場(chǎng)的屏蔽物;④ 導電地板金屬網(wǎng)格;⑤ 隔離變壓器的金屬屏蔽層;⑥ 固定安裝的可導電但不用電的患者支撐物,諸如手術(shù)臺、理療椅和牙科治療椅,除非該設備要求與地絕緣。 
       e.等電位聯(lián)結母線(xiàn)應位于醫療場(chǎng)所內或靠近醫療場(chǎng)所。在每個(gè)配電箱內或附近應裝設附加的等電位聯(lián)結母線(xiàn),應將輔助等電位導體和保護接地導體與該母線(xiàn)相連接。連接的位置應使接頭清晰易見(jiàn),并便于單獨拆卸。上述要求是為了加強 2 類(lèi)場(chǎng)所的輔助等電位聯(lián)結的可靠性,盡量減少其間距,從而降低這些部分與等電位聯(lián)結母線(xiàn)之間的電阻值。輔助等電位聯(lián)結的定義范圍包括在區域內所有外露可導電部分 (包括插座的 PE 插孔) 之間、外露可導電部分與裝置外可導電部分之間均應相互連接。為此,該等電位聯(lián)結母線(xiàn)安裝在配電柜 (箱) 內,有困難時(shí) (例如已有的箱柜條件受限),則盡可能靠近箱柜。這種要求高于其他普通場(chǎng)所的常規做法是有道理的。
f.醫療場(chǎng)所內的電子設備應設置等電位聯(lián)結,等電位聯(lián)結網(wǎng)絡(luò )可采用 S 型結構、M 型結構或 SM 組合型結構。 
1.3 2類(lèi)醫療場(chǎng)所的接地 
       2 類(lèi)醫療場(chǎng)所低壓配電通常采用局部 IT 系統 ( IT 系統) 供電。以手術(shù)室為例,手術(shù)室的配電通常采用 TN - S (或 TT 系統) 加 IT 系統共同供電的方式?!秷D集》提供了兩種 IT 系統在手術(shù)室中的接地與等電位聯(lián)結方案。圖 1 是 《圖集》 提供的 IT系統接地方案(一)的簡(jiǎn)化,僅畫(huà)出單相并縮減了部分TN 系統配電內容,引自 BS 7671:2008 Amendment 3:2015。圖 2 是 《圖集》 提供的 IT 系統接地方案(二)的簡(jiǎn)化,僅畫(huà)出單相并縮減了部分 TN 系統配電內容,引自BS 7671:2018《Requirements for Electrical Installations IET Wiring Regulations Eighteenth Edition》。分析圖 1、圖 2,可以看出,兩方案主體相同,細節略有差異,其異同點(diǎn)見(jiàn)表 2。對于方案一、方案二的不同點(diǎn),筆者認為其主要是基于等電位聯(lián)結范圍內導體電阻的考慮。即:在2 類(lèi)醫療場(chǎng)所內,電源插座的保護接地導體端子、安裝設備的保護接地導體端子或任何外界可導電部
 
表 2 醫院手術(shù)室 IT 系統接地方案比較
Tab. 2 Comparison of IT system grounding plans for the operating room of hospitals
分與等電位聯(lián)結母線(xiàn)排之間的導體的電阻 (包括連接部分的電阻) 不應超過(guò) 0. 2 Ω [1]。這一規定的目的是保證輔助等電位聯(lián)結的可靠性,故障防護時(shí)降低人的雙手承受的接觸電壓值[4]。以 IT 系統電源專(zhuān)用插座和非電手術(shù)臺金屬構架間為例,按上述等電位聯(lián)結電阻 ≤ 0. 2 Ω 的要求,其包含的聯(lián)結如下: 
       a.為 SEBT 至非電手術(shù)臺金屬構架聯(lián)結導體。 
       b.為方案一中:IT 電源配電箱 PE 端子至IT系統電源專(zhuān)用插座的聯(lián)結線(xiàn) (PE 線(xiàn));方案二中:SEBT 至 IT 系統電源專(zhuān)用插座的聯(lián)結線(xiàn)。 
       c.為 SEBT 至 IT 電源配電箱 PE 端子的聯(lián)結線(xiàn)。則方案一的聯(lián)結導體包括 a + b + c;而方案二的聯(lián)結導體包括 a + b。由此可以得到如下結論: 
       a.由于插座面板聯(lián)結的導線(xiàn)截面通常為 2. 5 mm2 、4 mm2 等固定規格,因此方案一、方案二中的導線(xiàn) b 截面通常一致?;诖?,方案二的導體長(cháng)度無(wú)疑更短,更容易滿(mǎn)足電阻 ≤ 0. 2 Ω 的要求。 
       b.導線(xiàn) c 通常為截面不小于 10 mm2 的銅導體, 其電阻較 2. 5 mm2 銅導體電阻小得多。以 2. 5 mm2 、10 mm2 的銅導線(xiàn)電阻為例,2. 5 mm2 銅導線(xiàn)電阻值為0. 006 9 Ω / m,10 mm2銅導線(xiàn)電阻值為 0. 001 8 Ω / m。 因此實(shí)際使用中方案二的聯(lián)結范圍內導體電阻更低,但由于導線(xiàn) c 的電阻不高,因此方案一、方案二的等電位聯(lián)結導體間的電阻值差異不會(huì )太大。 
       c. 采用方案二時(shí),如假定SEBT 至電源插座的保護接地導體端子、安裝設備的保護接地導體端子或任何外界可導電部分與等電位聯(lián)結母線(xiàn)排之間的導體均為2. 5 mm2 的銅導線(xiàn),則按 0. 2 Ω反推聯(lián)結線(xiàn)長(cháng)度約為29m,對于常規手術(shù)室當采用S型等電位聯(lián)結方案時(shí),需嚴格控制聯(lián)結導線(xiàn)長(cháng)度、截面大小。 
       d.方案二中輔助等電位聯(lián)結還包括外界可導電部分 (普通照明和燈具外殼),這樣 2 類(lèi)場(chǎng)所內的輔助等電位聯(lián)結范圍更大,原則上是應聯(lián)結的設備盡數聯(lián)結。
2 醫療場(chǎng)所的自動(dòng)切斷電源措施 
       根據 GB 16895 系列標準的相關(guān)規定,電擊防護的主要保護措施包括:自動(dòng)切斷電源、雙重絕緣或加強絕緣、向單臺用電設備供電的電氣分隔、特低電壓(SELV 和 PELV)。其中自動(dòng)切斷電源是常用的一種保護措施,下面主要討論醫療場(chǎng)所 TN、IT 系統自動(dòng)切斷電源時(shí)間及 IT 系統自動(dòng)切斷電源的相關(guān)問(wèn)題。 
2. 1 自動(dòng)切斷電源時(shí)間 
       表 3 總結了國內規范、IEC 標準及英國 BS 標準中對普通場(chǎng)所及醫療場(chǎng)所自動(dòng)切斷電源時(shí)間的相關(guān)規定。主要針對 TN 系統、IT 系統的自動(dòng)切斷電源時(shí)間,表 3 中給出的時(shí)間均為自動(dòng)切斷電源時(shí)間。由表 3 得出的結論詳見(jiàn)參考文獻[9],本文僅列 出兩個(gè)結論: 
       a.1 類(lèi)、2 類(lèi)醫療場(chǎng)所和常規場(chǎng)所的自動(dòng)切斷電 源時(shí)間標準有差異,通常醫療場(chǎng)所內的自動(dòng)切斷電源 時(shí)間更短。在新版的 IEC 60364 - 7 - 710:2018 CDV 中規定,對于 1 類(lèi)、2 類(lèi)醫療場(chǎng)所中采用 TN 系 統供電的設備,當設有輔助等電位聯(lián)結時(shí),其自動(dòng)切斷電源時(shí)間與普通場(chǎng)所的的自動(dòng)切斷電源時(shí)間一致。這一規定與表 3 中其余各規范的規定有明顯變化。
       b.對于 IT 系統,尤其是醫院 2 類(lèi)醫療場(chǎng)所的IT 系統,由于其二次側配出開(kāi)關(guān)為單磁式微型斷路 
器,其磁脫扣電流倍數較高,應仔細復核供電回路長(cháng)度及其短路電流靈敏度等參數。本文 3. 2 節對此進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。 
2. 2 IT 系統自動(dòng)切斷電源 
       規范規定: IT 系統隔離變壓器的二次側設置短路保護,不設置動(dòng)作于切斷電源的過(guò)負荷保護。由以上規定可知, IT 系統自動(dòng)切斷電源電擊防護措施主要依賴(lài)其二次側的短路保護。以IT 系統為例,當隔離變壓器二次側發(fā)生第二次異相接地故障時(shí),應依靠斷路器的短路保護迅速切斷故障回路,以起到電擊防護的作用。 圖 3 為單相 IT 系統發(fā)生第二次接地故障回路示意圖。由圖 3 可以看到,單相 IT 系統發(fā)生第二次接地故障時(shí),
根據其故障電流回路示意,其與引出中性導體的三相 IT 系統的二次接地故障分析類(lèi)似。為保證其短路保護能順利脫扣,其引出的電纜長(cháng)度可以參照下式進(jìn)行計算[5]:L = ( 0. 8 ~ 1. 0) Un S 1. 5 ρ (1 + m) × 2Ik k1 k2 (1) 式中:L —— 電纜長(cháng)度,m;Un —— 標稱(chēng)線(xiàn)電壓,取 220 V;S —— 相導體截面積,mm2 ;k1 —— 電纜電抗校正系數,對于 IT系統,由于隔離變壓器二次側線(xiàn)纜截面通常 ≤ 16 mm2 ,各相導體和保護接地導體截面相同,因此取 1. 0; k2 —— 多根相導體并聯(lián)使用的校正系數 ,取1. 0;ρ —— 20 ℃時(shí)的導體電阻率,取 0. 016 2 Ω · mm2 / m; m —— 材料相同的每相導體總截面積與 PE導體截面積之比,取 1. 0;Ik —— 接地故障電流,A。本公式引自 《工業(yè)與民用供配電設計手冊》(第 4 版) 的公式 11. 2 - 8,其中:0. 8 ~ 1. 0 是考慮輔助等電位聯(lián)結外的供電回路部分阻抗的約定系數,取 1. 0;由于短路引起發(fā)熱,電纜電阻的系數此處取 1. 5。為保證斷路器可靠動(dòng)作,接地故障電流Ik 應考慮斷路器的瞬時(shí)過(guò)流脫扣整定值Iset3,并且要考慮靈敏度系數,具體見(jiàn)下式:Ik ≥ Iset3 Kre1 Kop(2)式中:Iset3 —— 斷路器瞬時(shí)過(guò)流脫扣整定值,A;Kre1 —— 斷路器瞬時(shí)過(guò)流脫扣動(dòng)作誤差系數,取 1. 2;Kop —— 斷路器動(dòng)作系數 , 按二極斷路器取1. 1。經(jīng)查,某品牌單磁式微型斷路器的產(chǎn)品參數,其Iset3 = 12In,其中 In 為斷路器額定電流。則按式(1)、 式 (2),可以得到電纜長(cháng)度限值詳見(jiàn)表 4。
       由于醫療 IT 系統隔離變壓器二次側各輸出回路不設置其它電路保護,因此表 4 給出的回路導線(xiàn)的長(cháng)度限值很重要。例如,回路開(kāi)關(guān)為 16 A 單磁式微斷時(shí),當回路采用 2. 5 mm2 的導線(xiàn),則該回路總長(cháng)度不應超過(guò) 22. 3 m。一方面,對于手術(shù)室、ICU 等場(chǎng)所的配電回路需要進(jìn)行詳細校驗,當回路長(cháng)度超過(guò)限值時(shí)應考慮放大導線(xiàn)截面等措施;另一方面,應考慮插座、吊塔等用電設備的接線(xiàn)能力,導線(xiàn)截面不可能無(wú)限制放大。并且隔離變壓器應在 2 類(lèi)醫療場(chǎng)所就近設置,以有效降低配出回路長(cháng)度,線(xiàn)路路由也應盡可能地短和直。公式(1)是按三相 IT 系統配出中性導體設定,其與 TN 系統接地故障時(shí)的計算公式相比,分母多了一個(gè) 2 倍的系數。這是考慮二次接地故障時(shí),故障電流在兩個(gè)回路流通,因此近似取 2 倍系數。本文用于醫療 IT 系統,有如下考慮:① 單相隔離變壓器,二次接地故障電流流經(jīng) La、La′、PE,相當于配出中性線(xiàn)的情況;② 二次側輸出回路電流較小,各相導體及保護接地導體 (PE 線(xiàn)) 截面相同;③ 如需進(jìn)行準確計算,應按故障電流流經(jīng)的實(shí)際通路阻抗進(jìn)行準確計算,同時(shí)應考慮輔助等電位聯(lián)結對故障電流的分流等影響。以上為針對斷路器保護特性進(jìn)行的線(xiàn)路長(cháng)度分析,當采用熔斷器作短路保護時(shí),應根據其相應的保護特性進(jìn)行校驗。 
3 醫療場(chǎng)所配電系統的監控與保護 
        IEC 60364 - 4 - 41:2017 中明確:在IT系統中,可使用以下監控設備和保護設備:① 絕緣監測裝置(IMD);② 剩余電流監視器 (RCM);③ 絕緣故障定位系統 (IFLS);④ 過(guò)電流保護裝置;⑤ 剩余電流保護裝置 (RCD)。除過(guò)電流保護裝置外,在醫院內,包括使用IT系統的 2 類(lèi)場(chǎng)所,其余 4 種保護與監測裝置均有不同的應用。 
3. 1 剩余電流保護裝置 (RCD) 
3. 1. 1 剩余電流保護裝置(RCD) 的應用場(chǎng)所 
       根據國內外標準規范,剩余電流保護裝置(RCD) 的應用要求可見(jiàn)表 5。
       由表 5 可見(jiàn),對于 1 類(lèi)場(chǎng)所中采用 TN 系統時(shí),國 家 標 準 GB 16895. 24 / IEC 60364 - 7 - 710 及GB 51039 - 2014 要求終端小電流回路設 RCD作為附加保護,而 JGJ 312 - 2013 對此無(wú)明確要求。但各標準、規范都要求約定電壓限值 ≤ 25 V,并且切斷時(shí)間滿(mǎn)足要求。
       3.1. 2 剩余電流保護裝置 (RCD) 的分類(lèi)應用各標準、規范中均明確醫療場(chǎng)所內不應采用電子式剩余電流保護裝置(RCD)。
       電子式 RCD 依靠電壓動(dòng)作,其動(dòng)作電壓為故障回路的電源殘壓,當 RCD越靠近故障點(diǎn),其殘壓越低,越有可能發(fā)生拒動(dòng)。而當其故障點(diǎn)殘壓過(guò)高時(shí),又不符合降低預期接觸電壓的要求。國家標準 GB / T 6829 - 2017 《剩余電流動(dòng)作保護電器 (RCD) 的一般要求》,對剩余電流內含有直流分量時(shí),RCD 的動(dòng)作特性進(jìn)行了劃分。本文結合其各自的特點(diǎn)和應用范圍作了歸納,詳見(jiàn)表 6。
3. 2 剩余電流監視器 (RCM) 
       剩余電流監視器(RCM)的產(chǎn)品標準為 GB 19214- 2008 / IEC 62020:2003 《電器附件 家用和類(lèi)似用途剩余電流監視器》,其用途為監視設備中的剩余電流,并在帶電部件與外露導電部件之間或地之間的剩余電流超過(guò)設定值時(shí)發(fā)出報警信號。我國的規范中對于剩余電流監視器 (RCM) 在醫療場(chǎng)所的應用并無(wú)明確要求,但在 IEC 標準中可以看到相關(guān)要求。IEC 60364 - 7 - 710:2018 CDV中規定:在 1 類(lèi)或 2 類(lèi)醫療場(chǎng)所中,應使用符合IEC 62020 標準的剩余電流監視器 (RCM)。任何明顯的絕緣降低都應報告給用戶(hù)和技術(shù)人員。當使用RCM 時(shí),應根據可能產(chǎn)生的故障電流選擇 RCM類(lèi)型。 
       關(guān)于 RCM 的原理與用途,已有文章闡述。本文僅列出兩個(gè)結論:
       a.RCM 可用于 TN、TT、IT 系統,用于 TN、TT系統時(shí)主要作用為及時(shí)發(fā)現線(xiàn)路絕緣損壞,提高供電可靠性,防止電氣火災,比如其在剩余電流電氣火災監控系統中的應用。RCM 用于 IT 系統時(shí)針對第一次接地故障的防護,此時(shí) RCM 既可獨立使用[11],也可與絕緣監測裝置 (IMD) 配合使用。RCM 與IMD 配合使用時(shí),IMD作用為絕緣監測,RCM作用為故障定位[8]。 
       b.RCM 不是保護裝置,但可用于監測電氣裝置中的剩余電流。反之,RCD 也不是監測裝置,但可以動(dòng)作以保護人身安全。RCD 只能用于TN和T系統,不能用于IT系統。盡管電路原理相同,但 RCM與RCD兩者用途不同,不可互相替代。 
3. 3 絕緣監測裝置 (IMD) 
       絕 緣 監 測 裝 置 (IMD) 的 產(chǎn) 品 標 準 為 GB / T 18216. 8 - 2015 / IEC 61557 - 8:2007《交流 1 000 V 和直流 1 500 V 以下低壓配電系統電氣安全 防護設施的試驗、測量或監控設備 第 8 部分:IT 系統中絕緣監控裝置》,其用途為不間斷地監控交直流 IT系統的對地絕緣電阻。根據上述標準,IMD 應能監控IT 系統對稱(chēng)和非對稱(chēng)的絕緣電阻變化,并在絕緣電阻降至設定值時(shí)發(fā)出警示。 
       在實(shí)際使用中,各 IMD 供應商提供的產(chǎn)品不僅用于監測絕緣情況,同時(shí)通過(guò)各種附件實(shí)現監測回路過(guò)負荷、隔離變壓器過(guò)熱等功能。IMD 有多種類(lèi)型,工作原理不、各產(chǎn)品有自己的特點(diǎn)。但是比較顯著(zhù)的是 IMD 的電氣原理與剩余電流監測 RCM 的電氣原理有較大差異,電路也更復雜。 IMD 在 IT 系統第一次接地故障時(shí)可以起到報警作用,但為防止第二次故障,應進(jìn)行絕緣故障定位,僅靠 IMD 無(wú)法實(shí)現,當采用儀器自動(dòng)定位時(shí)需要采用 IMD + IFLS (絕緣故障定位系統) 方案或 IMD + RCM 方案以實(shí)現絕緣故障定位。 
3. 4 絕緣故障定位系統 (IFLS) 
       絕緣故障定位系統 (IFLS) 的產(chǎn)品標準為 GB / T18216. 9 - 2015 / IEC 61557 - 9:2009《交流 1 000 V和直流 1 500 V 以下低壓配電系統電氣安全 防護措施的試驗、測量或監控設備 第 9 部分:IT 系統中的絕緣故障定位設備》,IFLS 主要用于 IT 系統第一次接地故障時(shí)的絕緣故障定位。對于一套 IT 隔離變壓器給多個(gè)場(chǎng)所供電的情況,比如醫院的重癥監護室 ICU,特別需要 IFLS 進(jìn)行及時(shí)的故障定位。醫院 2 類(lèi)場(chǎng)所的 IT 系統中,IFLS 通過(guò)和 IMD 配合實(shí)現故障定位。IFLS 于 RCM 的比較詳見(jiàn)表 7。 
4 應急醫院 2 類(lèi)場(chǎng)所的配電方案思考 
       根據中國工程建設標準化協(xié)會(huì )標準 T / CECS661 - 2020《病毒感染的肺炎傳染病應急醫療 設施設計標準》中的定義,應急醫療設施(Emergency Medical Facility) 為應對突發(fā)公共衛生事件、災害或事故快速建設的能夠有效收治其所產(chǎn)生患者的醫療設施,本文簡(jiǎn)稱(chēng)為應急醫院。2003 年北京建設的小湯山醫院和 2020 年武漢建設的火神山醫院、雷神山醫院都屬于應急醫院范疇。 
4. 1 普通醫院 2 類(lèi)場(chǎng)所配電方案 
       按現有的規范,2 類(lèi)醫療場(chǎng)所涉及到生命支持系統的供電通常都采用醫療 IT 系統供電。這是由 IT 系統的兩個(gè)固有特點(diǎn)決定的,即:① IT 系統正常泄漏電流和第一次接地故障電流小,產(chǎn)生的預期接觸電壓低,有效保障人身安全;② IT 系統第一次接地故障時(shí)可不切除電路維持運行,供電連續性高,有效保障人身安全。同時(shí) 2 類(lèi)場(chǎng)所如手術(shù)室、ICU 等處為保障供電可靠通常都設置不間斷電源裝置 UPS 作為備用電源,以進(jìn)一步提高供電連續性。以手術(shù)室為例,圖 4為其配電系統圖。 
4. 2 應急醫院 2 類(lèi)場(chǎng)所的配電方案思考 
       對于應急醫院,2 類(lèi)場(chǎng)所的配電系統設計應考慮如下問(wèn)題: 
       a.配電系統應有效保障人身安全。 
       b.由于 IT 隔離電源的配置和組裝相對比較 專(zhuān)業(yè),配電成套與測試完善的標準產(chǎn)品在市場(chǎng)上僅有 為數不多的供應商能提供。常規項目從元器件采購到交付現場(chǎng),制造周期較長(cháng),約 3 ~ 4 周時(shí)間,不符合應急項目工期。 
       c. IT 隔離電源的較大尺寸在應急工程中造成施工復雜和尋找安置空間 (集裝箱方案尺寸受限制) 難度較大,很難像醫療設備即插即用?;诖?,筆者提出兩個(gè)解決思路,供大家參考: 
       a.方案一:采用常規配電方案,即醫療IT系統。但是將主要設備 (如雙電源柜、UPS (包括電池)、隔離變壓器、絕緣監測系統 IMD、絕緣故 障定位系統 IFLS、剩余電流監視器 RCM 等) 集成在一起。國內市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品有成套的 IT 電源柜,其集成了
隔離變壓器、IMD、IFLS 及 RCM。同時(shí)也可以看到,市場(chǎng)上已有將雙電源柜 + UPS 及電池 + IT 電源一體集成的產(chǎn)品。由于集成度較高,其總體尺寸較原有 UPS (包括電池) + IT 隔離電源柜的尺寸進(jìn)一步縮減。同時(shí),其集成了如 IT 隔離電源模塊 (帶絕緣監測、溫度監測、負載電流監測)、IT / TN 配電系統模塊、UPS 電源( 10 kVA)、鋰電池模塊、多回路故障分析及通信等功能。采用此方案可以解決常規方案調試時(shí)間過(guò)長(cháng)、UPS 等設備分散、占地大的缺點(diǎn)。有效應對了應急醫院建設工期特別短、模塊化集裝箱拼裝場(chǎng)地受限制等特點(diǎn)。 
        b.方案二:采用 TN 系統 + 應急 RCM 組合作為臨時(shí)過(guò)渡方案。此方案不適用于內科、外科手術(shù)室。 采用這一方案應注意如下事項: 
        a.采用 RCM + RCD 的組合,RCM 監視各回路中的剩余電流,RCD 用于切斷危害人身安全的故障電流。 
        b.采 用 高 精 度 的 RCM, 其報警設定值參照IEC 60601 - 1:2012 《Medical electrical equipment — Part 1:General requirements for basic safety and essential performance》標準,接地泄漏電流一次故障報警閾值 5 mA,二次報警閾值 10 mA。 
        c.為應對復雜醫療設備負載泄漏電流,采用15 ~ 2 000 Hz 寬頻采樣泄漏電流的 A 型剩余電流監測裝置 RCM 提高檢測準確性,直流分量較大情況下采用 0 ~ 2 000 Hz 寬頻采樣泄漏電流的 B 型剩余電流監測裝置。
 
        d.RCM 應具備測量值輸出功能或遠程報警輸出接口。盡管在 ICU 等 2 類(lèi)場(chǎng)所全部采用 TN 系統不符合現有規范要求,但是作為應急醫院項目,可以將方案 二作為一種臨時(shí)過(guò)渡方案,以滿(mǎn)足工期要求。如能解決一些 TN 系統的固有問(wèn)題,也可作為一個(gè)探索方向,表 8 對其進(jìn)行了比較。
5隔離電源監控系統的選型與應用
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) 
         醫院是一類(lèi)特殊公共建筑,其對保障人身安全和保障供電可靠性提出了更高要求,因此醫院的接地系統設計非常重要?,F有國內外規范、標準對醫療場(chǎng)所的自動(dòng)切斷電源措施有一些新的規定,強調輔助等電位聯(lián)結的有效性。醫療 IT 系統的配出回路應校驗配線(xiàn)長(cháng)度以滿(mǎn)足第二次接地故障時(shí)的防護要求。醫療場(chǎng)所的 RCD、RCM、IMD、IFLS 等各自有其用途和范圍,不可互相代替。應急醫院 2 類(lèi)場(chǎng)所的配電方案除考慮人身安全外,還應考慮工期、現場(chǎng)安裝空間、調試等因素。
 
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[13]容浩,熊江.醫院接地及其應用分析.
[14]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版
作者簡(jiǎn)介:韓歡慶,女,安科瑞電氣股份有限公司,主要從事電氣防火限流式保護器的研發(fā)與應用,


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