淺談醫(yī)用IT隔離電源系統(tǒng)在醫(yī)療場(chǎng)所的應(yīng)用及設(shè)計(jì)

摘 要:結(jié)合某工程設(shè)計(jì)實(shí)例對(duì)IT系統(tǒng)特點(diǎn)、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(jì)經(jīng)驗(yàn)，旨在推動(dòng)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(cè)，電擊

隨著電子工業(yè)與醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的醫(yī)療電氣設(shè)備介入到患者診斷、治療過(guò)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(chǎng)所實(shí)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(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(jù) GB/T 13870.1—2008電流通過(guò)人體的效應(yīng)部分:通用部分表11及圖20可知接地故障電流持續(xù)時(shí)間 0.1S且不大于50mA，接地故障電流路徑是手到雙腳，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)有有害的電理學(xué)效應(yīng);當(dāng)故障路徑是胸膛至左手時(shí)，若使故障電流不對(duì)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樣，若使故障電流不對(duì)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(dòng)作時(shí)間大于0.1S，即故障電流持續(xù)時(shí)間大于0.1S，要求故障電流限值更小才能保證不對(duì)人產(chǎn)生傷害。

電擊對(duì)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(guò)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(shí)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(dòng)。

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般為30mA，無(wú)法滿足此情況下的電擊安全防護(hù)要求。

2 IT 系統(tǒng)簡(jiǎn)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(duì)IT系統(tǒng)的定義是:電源端的帶電部分不接地或有點(diǎn)通過(guò)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(diǎn)

1) IT系統(tǒng)電源端無(wú)接地的中性線或經(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(duì)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(diǎn)。

在絕緣下降但未出線接地故障時(shí)，通過(guò)監(jiān)測(cè)供電線路對(duì)地絕緣變化情況，在次接地故障發(fā)生及時(shí)處理隱患。

即使次接地故障隱患未處理，其發(fā)生后并不會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行造成危害。但次接地故障發(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)生發(fā)現(xiàn)并處理次接地故障，以確保故障點(diǎn)對(duì)地電壓及故障電流不會(huì)對(duì)人員造成傷害。IT系統(tǒng)故障電壓計(jì)算可參見 GB/T 16895.10—2010低壓電氣裝置4-44部分:安全防護(hù)電壓擾和電磁擾防護(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(duì)暫時(shí)過(guò)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(duì)地漏電流監(jiān)測(cè)裝置，工礦企業(yè)660V的IT系統(tǒng)常用漏電繼電器，醫(yī)療場(chǎng)所IT系統(tǒng)常用絕緣監(jiān)測(cè)器(IMD) 。

3 IT 系統(tǒng)在醫(yī)療場(chǎng)所的應(yīng)用

3.1 內(nèi)外背景

、內(nèi)均有關(guān)于手術(shù)室、ICU，CCU等醫(yī)療場(chǎng)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(chǎng)所用電的安全性、可靠性，見表1。

外IT系統(tǒng)應(yīng)用更為成熟及廣泛，我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 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7-710部分: 特殊裝置或場(chǎng)所的要求 醫(yī)療場(chǎng)所、JGJ 16—2008民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范和JGJ 312—2013醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范均對(duì)醫(yī)療場(chǎng)所進(jìn)行了分類: 醫(yī)療場(chǎng)所分為0類場(chǎng)所、1類場(chǎng)所和2類場(chǎng)所。其中0類場(chǎng)所、1類場(chǎng)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(chǎng)所。2 類場(chǎng)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(chǎng)所。具體醫(yī)療場(chǎng)所內(nèi)各個(gè)功能房間的類別劃分詳見JGJ 312—2013醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范表3.0.2。

 0類場(chǎng)所及1類場(chǎng)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—20115節(jié)相關(guān)內(nèi)容。

JGJ 16—2008民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范明確規(guī)定: 2類場(chǎng)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(jì)規(guī)范也有類似要求。

JGJ 16—2008民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范明確規(guī)定:醫(yī)療用途相同且相鄰的個(gè)或幾個(gè)房間內(nèi)，至少應(yīng)設(shè)置個(gè)獨(dú)立的醫(yī)療場(chǎng)所局部IT系統(tǒng)，除只有臺(tái)設(shè)備并由單臺(tái)的醫(yī)療場(chǎng)所局部IT 隔離變壓器供電外，每個(gè)房間應(yīng)配置絕緣故障監(jiān)測(cè)裝置，且應(yīng)符合下列規(guī)定: 交流內(nèi)阻不應(yīng)小于100kΩ;測(cè)量電壓不應(yīng)超過(guò)直流25V; 測(cè)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(bào)警，在絕緣電阻遲降至50kΩ時(shí)應(yīng)能報(bào)警、顯示，并應(yīng)配置試驗(yàn)設(shè)施。醫(yī)療IT變壓器應(yīng)裝設(shè)過(guò)負(fù)荷和過(guò)熱的監(jiān)測(cè)裝置。

實(shí)際應(yīng)用中，般是間手術(shù)室設(shè)臺(tái)隔離變壓器及套絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這樣發(fā)生絕緣故障的范圍小，便于手動(dòng)查找和維護(hù)。面積較大的2類場(chǎng)所可選用帶自動(dòng)定位功能的漏電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。目我醫(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(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(shè)備、線纜的耐壓?jiǎn)栴}、安全問(wèn)題，故380V較220V的IT系統(tǒng)很少使用。此問(wèn)題GB 16895.24及相關(guān)文獻(xiàn)也有描述。

目醫(yī)療場(chǎng)所配電系統(tǒng)絕大多數(shù)是以TN-S配電系統(tǒng)為主，個(gè)別2類場(chǎng)所通過(guò)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(hào)傳至絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)超溫報(bào)警。具體要求應(yīng)滿足GB 16895.24710.512.1.6條對(duì)隔離變壓器的要求。

2) 絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括絕緣監(jiān)測(cè)儀、報(bào)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(bào)警單元。般與絕緣監(jiān)視儀相互通信，在絕緣故障時(shí)可發(fā)出聲光報(bào)警。

4 設(shè)計(jì)實(shí)例

4.1 工程項(xiàng)目背景

陽(yáng)煤集團(tuán)職業(yè)病防治中心大樓屬類高層，地下1層地10層，總建筑面積13555．51m2，2 類場(chǎng)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(shuō)明。

4.2 醫(yī)療 IT 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)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(hào)說(shuō)明如下:

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

2) 無(wú)影燈回路、手術(shù)中門燈回路、觀片燈回路、電動(dòng)門回路、書寫臺(tái)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) 儀器電源，AN450。

  7) 絕緣監(jiān)視儀，107TD47。

8) 外接報(bào)警顯示和測(cè)試儀器，MK2007CBM-CN。

9) 控制按鈕，位于中央情報(bào)控制面板。

10) 剩余電流評(píng)估儀,RCMS490-D。

本項(xiàng)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(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(jí)電源引自本層雙電源動(dòng)力箱。另外在隔離變壓器次側(cè)增設(shè)臺(tái)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(wú)鹵阻燃或低煙無(wú)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(tái)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(shí)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(bào)警顯示測(cè)試儀相互通信，發(fā)生接地故障時(shí)可發(fā)出聲光報(bào)警。TN-S系統(tǒng)設(shè)剩余電流評(píng)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(dòng)作時(shí)間0.1S。

各手術(shù)室、ICU分別設(shè)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(chǎng)所各個(gè)單獨(dú)房間內(nèi)可導(dǎo)電部分形成等電位，進(jìn)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(duì)病人構(gòu)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(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，旦設(shè)備停電，也會(huì)對(duì)病人的生命構(gòu)成威脅。因此，對(duì)于醫(yī)療這特殊場(chǎng)所的電氣設(shè)計(jì)，應(yīng)嚴(yán)格按照家標(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(cè)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(chǎng)所，能為這類場(chǎng)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(chǎng)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，旦某套IT系統(tǒng)出現(xiàn)故障，電氣維護(hù)人員也能在時(shí)間內(nèi)做出判斷，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(jì)，軟件具有遠(yuǎn)程測(cè)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(chǎng)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：

■ 次圖和現(xiàn)場(chǎng)分布顯示

  系統(tǒng)具有次圖及現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)進(jìn)行故障排查；

■ 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與顯示

  利用安裝于各隔離電源系統(tǒng)中絕緣監(jiān)測(cè)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(cè)參量含IT系統(tǒng)對(duì)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

  將各醫(yī)用隔離電源系統(tǒng)出現(xiàn)的各類故障，如絕緣故障、過(guò)載故障、超溫故障以及接線斷線故障等信息進(jìn)行統(tǒng)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(cè)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(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(hào)可被手動(dòng)消除。

■ 遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置和查詢

  通過(guò)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(cè)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(shì)，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(duì)性的對(duì)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(cè)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(cè)儀、AKH-0.66P26電流互感器和AID系列（AID10、AID150）外接報(bào)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(cè)產(chǎn)品（四件套）

5 結(jié)語(yǔ) 

醫(yī)療場(chǎng)所內(nèi)各個(gè)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(wèn)題相比于其他場(chǎng)所更為重要。醫(yī)療場(chǎng)所如何實(shí)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(jì)人員的高度重視，避免因電氣設(shè)計(jì)缺陷造成醫(yī)護(hù)人員與患者人身安全隱患。

參考文獻(xiàn)

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

作者簡(jiǎn)介：繆建梅，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(hù)器的研發(fā)與應(yīng)用