淺談IT隔離電源系統(tǒng)在醫(yī)院電氣設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張穎姣

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

【摘要】許多國際標(biāo)準(zhǔn)都對醫(yī)療領(lǐng)域，尤其是那些生命攸關(guān)的場所，如手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)室、心臟監(jiān)護(hù)室等的配電系統(tǒng)作了特殊的規(guī)定。現(xiàn)在國際上針對醫(yī)療領(lǐng)域中的手術(shù)室、ICU、CCU等重要場所通常采用局部“中性點(diǎn)不接地的供電系統(tǒng)”（IEC標(biāo)準(zhǔn)稱之為“醫(yī)療IT系統(tǒng)”或“隔離電源系統(tǒng)”）供電。文章闡述了IT系統(tǒng)設(shè)置的必要性，國內(nèi)外規(guī)范的相關(guān)要求及IT系統(tǒng)的基本配置等問題。

【關(guān)鍵詞】IT系統(tǒng)；基本配置；絕緣監(jiān)測；過負(fù)荷檢測

一、醫(yī)療領(lǐng)域選用IT系統(tǒng)（中性點(diǎn)不接地配電系統(tǒng)）的必要性

（一）IT系統(tǒng)因降低了觸電電壓和電網(wǎng)對地漏電流（有效控制對心臟的直接漏電），故人身觸電危險(xiǎn)被降到*小程度。

眾所周知，當(dāng)用電設(shè)備對人體心臟直接漏電達(dá)到10μА時(shí)，會導(dǎo)致患者觸電身亡，醫(yī)學(xué)上稱之為“微電擊”。而在一般民用建筑中常規(guī)選用的RCD、ELCB等對地漏電斷路器，其動作響應(yīng)值均為30mA，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足醫(yī)療領(lǐng)域的要求。現(xiàn)在國際上針對醫(yī)療領(lǐng)域中的手術(shù)室、ICU、CCU等重要場所通常采用局部“中性點(diǎn)不接地的供電系統(tǒng)”（IEC標(biāo)準(zhǔn)稱之為“醫(yī)療IT系統(tǒng)”或“隔離電源系統(tǒng)”）供電。通過單相0.5KVA～10KVA的隔離變壓器為這些場所供電，可以防止其他供電回路中的漏電流通過接地線竄入手術(shù)室、ICU、CCU等2類醫(yī)療場所的醫(yī)療電器設(shè)備上，從而避免因此對患者安全所構(gòu)成的威脅。

其次，一旦隔離電源系統(tǒng)中所接的負(fù)載（如各種醫(yī)療電器設(shè)備、配電元器件、配電線路等）出現(xiàn)對地絕緣故障，因?yàn)殡娫炊藷o接地線，故漏電流對地不能構(gòu)成回路，對地只能產(chǎn)生一個(gè)微弱的容性漏電流，從而*大限度保護(hù)了患者免遭漏電的傷害。

（二）IT系統(tǒng)一旦出現(xiàn)第一個(gè)對地漏電故障，不會導(dǎo)致系統(tǒng)斷路器或熔斷器動作，因而保證了電源供電的可靠性

在醫(yī)療領(lǐng)域，某些場所對供電持續(xù)性要求很高，故設(shè)計(jì)成兩路（甚至三路）電源（TN-S供電系統(tǒng)）自動切換，以保證這些特殊場所的供電連續(xù)性。但如果在負(fù)載端出現(xiàn)相對地絕緣故障時(shí)，故障電流將經(jīng)過電源中性點(diǎn)對地構(gòu)成回路，從而形成一個(gè)較大的故障電流，使上一級斷路器或熔斷器因過電流動作，*終導(dǎo)致供電中斷。而如果在這些特殊場所局部采用IT配電系統(tǒng)時(shí)，因其電源中性點(diǎn)不接地，當(dāng)負(fù)載端出現(xiàn)第一點(diǎn)相對地絕緣故障時(shí)，對地不能構(gòu)成回路，只會產(chǎn)生一個(gè)很小的容性漏電，對人體不會產(chǎn)生危害，同時(shí)也不會導(dǎo)致斷路器或熔斷器動作，從而保證了重要醫(yī)療場所供電的持續(xù)性與可靠性。

（三）IT系統(tǒng)因降低了對地漏電流，提高了防火安全性

二、國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范

許多國家和國際標(biāo)準(zhǔn)都對醫(yī)療領(lǐng)域，尤其是手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)室、心臟監(jiān)護(hù)室等的配電系統(tǒng)作了特殊的規(guī)定。其目的就是保證為這些場所內(nèi)的醫(yī)療電器設(shè)備提供一個(gè)安全、可靠的電源，以確保患者的安全。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)見表

表1國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)名稱

在中國GB16895.24-2005和國際電工委員會IEC60364-7-710:2002標(biāo)準(zhǔn)中均規(guī)定，在醫(yī)療領(lǐng)域2類醫(yī)療場所內(nèi)，用于維持生命的、外科手術(shù)的和其他位于“患者區(qū)域”內(nèi)的醫(yī)療電器設(shè)備和系統(tǒng)的供電回路應(yīng)選用帶絕緣監(jiān)視的醫(yī)療IT系統(tǒng)供電。

我國2008年8月1日正式實(shí)施的《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中12.8.6醫(yī)療場所采用IT系統(tǒng)供電時(shí)應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）在2類醫(yī)療場所內(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)。

（2）用途相同且相毗鄰的房間內(nèi)，至少應(yīng)設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的醫(yī)療IT系統(tǒng)。醫(yī)療IT系統(tǒng)應(yīng)配置一個(gè)交流內(nèi)阻抗不少于100kΩ的絕緣監(jiān)測器并滿足下列要求：①測試電壓不應(yīng)大于直流25V；②注入電流的峰值不應(yīng)大于1mA；③*遲在絕緣電阻降至50kΩ時(shí)，應(yīng)發(fā)出信號，并應(yīng)配置試驗(yàn)此功能的器具。

（3）每個(gè)醫(yī)療IT系統(tǒng)應(yīng)設(shè)在醫(yī)務(wù)人員可以經(jīng)常監(jiān)視的地方，并應(yīng)裝設(shè)配備有下列功能組件的聲光報(bào)警系統(tǒng)：①應(yīng)以綠燈亮表示工作正常；②當(dāng)絕緣電阻下降到*小整定值時(shí)，黃燈應(yīng)點(diǎn)亮，且應(yīng)不能消除或斷開該亮燈指示；③當(dāng)絕緣電阻下降到*小整定值時(shí)，可音響報(bào)警動作，該音響報(bào)警可解除；④當(dāng)故障被清除恢復(fù)正常后，黃色信號應(yīng)熄滅。當(dāng)只有一臺設(shè)備由單臺專用的醫(yī)療IT變壓器供電時(shí)，該變壓器可不裝設(shè)絕緣監(jiān)測器。

（4）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。12.8.10輔助等電位聯(lián)結(jié)應(yīng)符合下列規(guī)定：當(dāng)變壓器以額定電壓和額定頻率供電時(shí)，空載時(shí)出線繞組測得的對地泄露電流和外護(hù)物的泄露電流均不應(yīng)超過0.5mA。

（5）用于移動式和固定式設(shè)備的醫(yī)療IT系統(tǒng)應(yīng)采用單相隔離變壓器，其額定輸出容量不應(yīng)小于0.5KVA，并不應(yīng)超過10KVA。同時(shí)，在條文說明中規(guī)定12.8.1～12.8.6，12.8.10是根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《特殊裝置或場所的要求醫(yī)療場所》GB16895.24的規(guī)定。其中2類場所包括：搶救室（門診手術(shù)室）、手術(shù)室、CU室、導(dǎo)管介入室、血管照影檢查室。

三、醫(yī)療建筑如何設(shè)計(jì)選用IT系統(tǒng)

（一）根據(jù)*新的GB16895.24-2005標(biāo)準(zhǔn)，將用于不同目的的醫(yī)療房間劃分為0類、1類和2類場所

（1）0類場所：不使用接觸部件的場所，例如：門診室、候診室、按摩室等。

（2）1類場所：醫(yī)療設(shè)備的接觸部件接觸軀體外部或醫(yī)療設(shè)備的斷電不會對病人或診斷造成危害的醫(yī)療場所，例如：病房、產(chǎn)房、X光室等。

（3）2類場所：醫(yī)療電器設(shè)備的微弱漏電或斷電將導(dǎo)致病人生命危險(xiǎn)的醫(yī)療場所，例如：急診搶救室、手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)室、

心血管造影檢查室、心導(dǎo)管室、早產(chǎn)兒監(jiān)護(hù)室等。在2類醫(yī)療場所，使用帶絕緣監(jiān)視的隔離電源系統(tǒng)（IT系統(tǒng)）供電。在0類和1類醫(yī)療場所，可以使用中性點(diǎn)接地系統(tǒng)（TN-S系統(tǒng)）供電。

（二）建議接入IT系統(tǒng)的用電設(shè)備

在患者體表或體內(nèi)使用的實(shí)時(shí)監(jiān)視儀器、手術(shù)儀器設(shè)備、支持患者生命或軀體功能的設(shè)備、用于打開心臟、大腦等器官的設(shè)備，如呼吸機(jī)、恒溫培養(yǎng)箱、透析機(jī)、麻醉機(jī)、心電監(jiān)護(hù)設(shè)備、高頻外科設(shè)備、電刀、輸液泵、注射泵、心肺機(jī)、心力記錄器、脈壓機(jī)、心律電子脈沖調(diào)節(jié)器及體外循環(huán)機(jī)等。

四、IT系統(tǒng)的基本配置

（一）醫(yī)療專用隔離變壓器

根據(jù)手術(shù)室規(guī)模及常見手術(shù)類型并考慮一定的備用容量，計(jì)算所需醫(yī)用隔離變壓器的容量。根據(jù)中國GB16895.24-2005和國際電工委員會IEC60364-7-710:2002標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：“醫(yī)療IT系統(tǒng)應(yīng)采用單相隔離變壓器，

其額定輸出容量不應(yīng)小于0.5KVA，但不應(yīng)超過10KVA”。建議一間手術(shù)室配置一套隔離變壓器。隔離變壓器一般有（單相/三相）3.15/4/5/6.3/8/10KVA六種規(guī)格可供選擇。

表2報(bào)警顯示狀態(tài)及含義

變壓器初級繞組與次級繞組獨(dú)立纏繞，在初級繞組和次級繞組之間有屏蔽層，并連接到獨(dú)立的端子上，變壓器的固定架與鐵芯隔離。變壓器內(nèi)置溫度傳感器，可通過絕緣監(jiān)視儀對變壓器溫度進(jìn)行監(jiān)測并發(fā)出超溫報(bào)警（圖1）。

（二）醫(yī)療專用絕緣監(jiān)視儀

一個(gè)隔離電源系統(tǒng)配一臺絕緣監(jiān)視儀，對該隔離電源系統(tǒng)中所有回路的絕緣狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測并發(fā)出報(bào)警信息。

新型醫(yī)療專用絕緣監(jiān)視儀采用AMP脈沖測量法，AMP脈沖測量法比傳統(tǒng)的疊加直流測量電壓的方法更可靠，其基于一個(gè)時(shí)鐘測量電壓，這個(gè)測量電壓由微處理器控制，能自動與被監(jiān)視系統(tǒng)狀況相適應(yīng)，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。能適應(yīng)當(dāng)今現(xiàn)代化的具有各種干擾因素的電網(wǎng)系統(tǒng)（關(guān)鍵是變頻成份、直流成份和電磁干擾）。對具備各種頻率、波形的醫(yī)療電器設(shè)備的監(jiān)視尤為適用。醫(yī)療專用絕緣監(jiān)視儀絕緣狀況響應(yīng)值在50千歐～500千歐范圍內(nèi)可調(diào)；過負(fù)荷監(jiān)視響應(yīng)值在5A～50A范圍內(nèi)可調(diào)；變壓器繞組溫度超過120℃時(shí)發(fā)出超溫報(bào)警；變壓器負(fù)荷監(jiān)視，并顯示當(dāng)前負(fù)荷與額定負(fù)荷的百分比；具有多種接線監(jiān)視功能，提高監(jiān)視可靠性；液晶顯示測量結(jié)果，發(fā)光二極管報(bào)警；具有菜單控制及通電自檢功能。

（三）變壓器負(fù)載和溫度監(jiān)視設(shè)備

在變壓器后配電線路配置電流互感器，用于配合絕緣監(jiān)視儀對醫(yī)用隔離變壓器的負(fù)荷情況進(jìn)行監(jiān)測。

（四）外接報(bào)警顯示設(shè)備

報(bào)警顯示設(shè)備可對某一隔離電源系統(tǒng)進(jìn)行多點(diǎn)報(bào)警顯示。即可同時(shí)裝于手術(shù)室、護(hù)士站、集中控制室等多個(gè)場所。系統(tǒng)配置報(bào)警顯示設(shè)備的數(shù)量由需要報(bào)警顯示的地點(diǎn)的數(shù)量決定，每個(gè)IT系統(tǒng)至少配置一臺外接報(bào)警顯示儀。

報(bào)警顯示設(shè)備可并聯(lián)多個(gè)外接顯示，分別安裝在不同的場所。同步液晶/數(shù)碼管顯示絕緣監(jiān)視儀上的測量和報(bào)警信息（表2）。

（五）儀器專用電源

內(nèi)部轉(zhuǎn)換電源，將AC230V轉(zhuǎn)換為AC/DC24V。給外接報(bào)警顯示設(shè)備供電，一個(gè)儀器專用電源*多可給3個(gè)外接報(bào)警顯示設(shè)備提供電源。

（六）絕緣故障定位系統(tǒng)

根據(jù)實(shí)際需求，當(dāng)隔離電源系統(tǒng)回路數(shù)過多或用戶有“在不斷電的情況下精確、快速檢測故障所處回路”的要求時(shí)，可加裝該定位系統(tǒng)，用于在線查找發(fā)生對地故障的回路。

五、醫(yī)用隔離電源監(jiān)控系統(tǒng)的選型與應(yīng)用

（一）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(jì)，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。

（二）應(yīng)用場所

適用于醫(yī)院的手術(shù)室、各類重癥監(jiān)護(hù)室、搶救室、內(nèi)窺鏡室及造影室等醫(yī)療二類場所的醫(yī)用隔離電源系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控及自動化。

（三）系統(tǒng)架構(gòu)

（四）系統(tǒng)功能

安科瑞IT配電監(jiān)控系統(tǒng)是基于觸摸屏軟件設(shè)計(jì)，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，為各類場所的IT配電系統(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(shí)地發(fā)現(xiàn)IT供電系統(tǒng)的報(bào)警地點(diǎn)或區(qū)域，從而方便專業(yè)人員及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行故障排查；

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與顯示

利用安裝于各IT配電系統(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(shí)時(shí)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(bào)警

將各IT配電系統(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(diǎn)以及故障發(fā)生時(shí)間等信息。同時(shí)啟動監(jiān)控系統(tǒng)的聲光報(bào)警系統(tǒng)，及時(shí)提醒相關(guān)人員，進(jìn)行故障處理。其中，聲音報(bào)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IT配電系統(tǒng)中絕緣監(jiān)測儀的各類報(bào)警參數(shù)閾值，也可以任意查看這些報(bào)警參數(shù)值。參數(shù)包括絕緣報(bào)警值、負(fù)載電流報(bào)警值和隔離變壓器溫度報(bào)警值等。

圖形顯示功能

系統(tǒng)可以以曲線的形式，顯示各IT配電系統(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)。

（五）安科瑞產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)

	基于觸摸屏軟件設(shè)計(jì)，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
醫(yī)用隔離電源柜	GGF-I		三相進(jìn)單相出，包含單套隔離電源系統(tǒng)
GGF-O	三相進(jìn)三相、單相出，包含單套或者多套隔離電源系統(tǒng)
絕緣監(jiān)測儀	AIM-M10

	為AID系列報(bào)警與顯示儀提供24V穩(wěn)壓電源
HDR-60-24	為AIM-M200醫(yī)療智能絕緣監(jiān)測儀、ASG150測試信號發(fā)生器、AIL150-4/AIL150-8絕緣故障定位儀和AID200集中報(bào)警與顯示儀提供24V穩(wěn)壓電源
報(bào)警與顯示儀	AID10		出現(xiàn)絕緣故障、過負(fù)載、變壓器溫升過高和接線故障時(shí)報(bào)警
AID120

	具有絕緣電阻、變壓器負(fù)荷率實(shí)時(shí)顯示功能；可遠(yuǎn)程設(shè)置絕緣監(jiān)測儀的報(bào)警閾值
AID150		采用RS485通訊，可遠(yuǎn)程監(jiān)測*多16套AIM-M10/AIM-M100/AIM-M200絕緣監(jiān)測儀和AIM-R100剩余電流監(jiān)視儀的運(yùn)行狀況，也可以遠(yuǎn)程設(shè)置各類報(bào)警參數(shù)和遠(yuǎn)程啟動儀表自檢。可實(shí)時(shí)監(jiān)測與儀表通訊是否正常，并可記錄20條故障記錄
AID200

	采用CAN通訊，可與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。配合測試信號發(fā)生器可實(shí)現(xiàn)故障定位功能	*多可定位4個(gè)支路
AIL150-8	*多可定位8個(gè)支路
電流互感器	AKH-0.66P26		與AIM系列絕緣監(jiān)測儀配套使用的保護(hù)型互感器。*大可測電流為50A，變比為2000:1
醫(yī)用隔離變壓器	AITR3150		單相隔離變壓器，電壓變比為1：1，用于將TN-S系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為IT系統(tǒng)	*大容量為：3150VA
AITR5000	*大容量為：5000VA
AITR6300	*大容量為：6300VA
AITR8000	*大容量為：8000VA
AITR10000	*大容量為：10000VA
剩余電流監(jiān)測儀	AIM-R100

	12路剩余電流監(jiān)測，1路繼電器輸出，事件記錄，點(diǎn)陣LCD顯示，RS485/ModBUS通訊，報(bào)警范圍6mA~1A
剩余電流互感器	AKH-0.66/L-20		與AIM-R100剩余電流監(jiān)測儀搭配使用的剩余電流互感器

六、結(jié)束語

作為電氣設(shè)計(jì)人員，一方面期待著國家有關(guān)規(guī)范、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與國際接軌，進(jìn)一步完善。另一方面在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)推廣采用先進(jìn)技術(shù)，體現(xiàn)“以人為本、安全第一”的設(shè)計(jì)理念，為患者和醫(yī)護(hù)人員提供一個(gè)技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、安全可靠的醫(yī)療環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

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審核編輯 黃宇