淺談醫用IT隔離電源系統在醫院潔凈手術(shù)室的電氣設計與應用

淺談醫用IT隔離電源系統在醫院潔凈手術(shù)室的電氣設計與應用

張穎姣

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

【摘要】以某醫院手術(shù)室的的強電設計為例，對潔凈手術(shù)室的供配電、電氣安全、接地與照明設計進(jìn)行論述。

【關(guān)鍵詞】潔凈手術(shù)室；供配電；IT隔離電源系統；剩余電流動(dòng)作保護器RCD；照明；安全與接地等電位聯(lián)結

0前言

近年來(lái)，隨著(zhù)我國醫療事業(yè)的發(fā)展及人民生活水平的提高，傳統的第7－710部分：特殊裝置或場(chǎng)所的要求醫療場(chǎng)所》，特別是2008年新版的《民用建筑電氣設計規范》對醫療場(chǎng)所的設計加入了很多新的內容。本文就潔凈手術(shù)室電氣設計作一些介紹和探討。

1潔凈手術(shù)室的供配電設計

1.1潔凈手術(shù)室需要保證供電的可靠性

為了減少因外來(lái)塵、菌的侵入而帶來(lái)交叉感染，潔凈手術(shù)部的總配電柜，應設于非潔凈區內。潔凈手術(shù)部需要保證用電可靠性，當采用雙路供電源有困難時(shí)，應設置備用電源，并能在規范規定的時(shí)間內自動(dòng)切換，主電源應從本建筑物配電中心專(zhuān)線(xiàn)供給。備用電源可以采用EPS來(lái)解決。潔凈手術(shù)室內用電應與輔助用房用電分開(kāi)，每個(gè)手術(shù)室的干線(xiàn)需要單獨敷設。每個(gè)潔凈手術(shù)室應設有一個(gè)獨立配電箱，為了檢修時(shí)工作人員不進(jìn)手術(shù)室,減少外來(lái)感染，配電箱不得設在手術(shù)室內，應設在該手術(shù)室的外廊側墻內。潔凈手術(shù)室的配電總負荷應按設計要求計算，并不應小于8 kVA。當電網(wǎng)電源中斷或電網(wǎng)電壓低于標稱(chēng)電壓的90％時(shí)，為避免電壓的質(zhì)量問(wèn)題引起的醫療事故，需通過(guò)轉換開(kāi)關(guān)將供電自動(dòng)轉換至自備電源上。

1.2潔凈手術(shù)室需要保證供電的安全性

在醫療過(guò)程中，為了進(jìn)行各種目的的測量、診斷或治療，病人常常和各種電氣設備連接，電極有可能進(jìn)入人體或牢固地附著(zhù)在人體表面(如：心電圖、腦電圖、B超等)，還可能從人體內導出液體，經(jīng)過(guò)處理后再輸入體內(如：腎析等)，這些將使人體失去皮膚電阻的保護。當病人處于麻醉狀態(tài)，或因痛覺(jué)喪失了對電擊的自然反映，會(huì )導致人體不能自行脫離電源。那么此時(shí)就需要一種經(jīng)過(guò)特殊處理的安全電源。

1.2.1采用IT系統供電時(shí)，用醫用的IT隔離電源系統

*新的《民用建筑電氣設計規范》（2008版）12.8.6條內規定2類(lèi)場(chǎng)所（見(jiàn)注1）用途相同且相毗鄰的幾個(gè)房間內至少配備一套醫用IT電源供電(隔離供電電源)，且該電源系統需要安裝絕緣監視儀。即在手術(shù)室內或貼近處安裝一臺1：1的隔離變壓器，其二次回路不接地，以IT系統供電。

眾所周知，當用電設備對人體心臟直接漏電大于10 uA時(shí)，會(huì )造成對病人的微電擊事故。而一般在通用建筑中采用的RCD、ELCB等對地漏電保護開(kāi)關(guān)，動(dòng)作響應值是mA級的（如：30 mA），遠遠不能滿(mǎn)足醫療領(lǐng)域的需要。而IT隔離電源系統因降低了接觸電壓和電網(wǎng)對地漏電流（有效控制對心臟的直接漏電流），故人身觸電危險發(fā)生第一次對地故障時(shí)，因為二次回路不接地，其接地故障電流為非故障帶電導體的對地電容電流，故障電流非常小，可將接觸電壓限制到極低值。

諸如某些心臟手術(shù)等，既要保證供電的連續性，又要嚴格控制其第一次接地故障時(shí)，因對地不構成回路，僅有很小的對地電容電流Ic，所以不必切斷電源，從而保證供電的連續性和手術(shù)防電擊的安全性。同時(shí)通過(guò)絕緣監視系統報警及時(shí)地排除故障。

下面就一個(gè)工程實(shí)例來(lái)說(shuō)明IT系統的應用應注意如下幾點(diǎn)：

（1）醫用IT系統裝用的隔離變壓器的電源測和負載側的回路上，不允許也沒(méi)必要裝設因防過(guò)載而切斷重要醫療設備的電源，但可裝設熔斷器作為短路保護。（如某一工程實(shí)例平面圖圖2以及系統圖圖3）。

（2）醫療IT系統應裝設過(guò)負荷和過(guò)熱的監測裝置。絕緣監視器裝設在回路相線(xiàn)與地之間。用于監測中央控制屏上）、外接報警顯示監視系統MK2007置于護士站。

（3）2類(lèi)醫療場(chǎng)所內給病人進(jìn)行治療處應設置多個(gè)由IT系統供電的插座(如圖3，圖4)。該插座需要與同房間的TN-S或TT系統的插座區分開(kāi)來(lái)?？梢约由现甘緹粢约白髅黠@的的IT系統標志，以防誤插入非IT系統的設備而將IT系統的隔離變壓器燒毀。

1.2.2采用帶漏電保護的RCD作為線(xiàn)路保護。1類(lèi)醫療場(chǎng)所（見(jiàn)注2）中應采用*大剩余動(dòng)作電流為30 mA的剩余電流動(dòng)作保護器作為附加防護。2類(lèi)醫療場(chǎng)所中要注意僅規范規定的電氣設備回路才可以采用。特別要注意的是當多臺設備同時(shí)接入同一回路時(shí)，還應考慮醫療設備本身固有的泄漏電流引起剩余電流動(dòng)作保護器的RCD誤動(dòng)作。

1.2.3采用安全特低電壓系統（SELV）、保護特低電壓系統（PELV）

2插座設置及配線(xiàn)等其他問(wèn)題

（1）潔凈手術(shù)室內醫療備用電插座，在每側墻面上至少安裝3個(gè)插座箱（如圖4），插座箱接地端子，其接地電阻不應大于1歐姆。如在地面上安裝插座，插座應有防水措施。

（2）潔凈手術(shù)部配電管線(xiàn)采用金屬敷設，穿過(guò)墻和樓板的電線(xiàn)管應加套管，套管內用不燃材料密封。進(jìn)入手術(shù)室內的電線(xiàn)管穿線(xiàn)后，管口應采用無(wú)腐蝕和不燃材料密閉，為在火災發(fā)生時(shí)也不會(huì )因燒毀電線(xiàn)絕緣而短路，宜采用礦物絕緣電纜，同時(shí)手術(shù)室內不應有明露管線(xiàn)。

3潔凈手術(shù)室的照明設計

3.1照度

根據《建筑照明設計標準》（GB50034-2004）規定手術(shù)室一般照明的照度為750 lx左右，而輔助用房則按潔凈室*低標準取200～300 lx設置。

3.2光源及燈具設置

潔凈手術(shù)室一般照明用光源可選用色溫為4000~5000K之間的潔凈熒光燈，其色溫與無(wú)影燈光源的色溫相適應，其顯色性應接近自然光，要求顯色指數Ra大于90。同時(shí)為克服熒光燈的頻閃效應，對熒光燈帶可采用三相均勻配電。手術(shù)室重點(diǎn)照明為手術(shù)無(wú)影燈。無(wú)影燈應根據手術(shù)室尺寸和手術(shù)要求進(jìn)行配置，宜采用多頭型；調平板的位置應在送風(fēng)面之上，距離送風(fēng)面不應小于5 cm。手術(shù)無(wú)影燈選擇與設計涉及到照明和醫學(xué)等多方面知識，一般由照明設計人員與專(zhuān)業(yè)醫務(wù)人員研究確定，以達到滿(mǎn)意效果。手術(shù)室大門(mén)外側上方手術(shù)工作指示燈可由室內側開(kāi)關(guān)單獨控制，也可與手術(shù)室自動(dòng)感應門(mén)或無(wú)影燈等標志手術(shù)開(kāi)始的設備連鎖控制。手術(shù)室內應設置觀(guān)片燈，觀(guān)片燈聯(lián)數可根據手術(shù)室大小類(lèi)型配置(3~6聯(lián)/每間)。觀(guān)片燈應嵌入術(shù)者對面的墻上，不凸出墻面，安裝高度可定為中心距地1.5 m。多聯(lián)觀(guān)片燈通常每聯(lián)燈光單獨控制，開(kāi)關(guān)可設于觀(guān)片燈下側的控制面板上。潔凈手術(shù)室采用的是空氣潔凈技術(shù)，所以不必設置紫外線(xiàn)滅菌燈進(jìn)行消毒滅菌。

4潔凈手術(shù)室的接地設計

醫療及診斷電氣設備，應采用保護接地、功能接地、等電位接地或不接地等形式,并根據使用的功能要求設置防靜電接地。這里主要說(shuō)說(shuō)等電位接地聯(lián)結的應用。如圖5接地平面圖，CE為醫用接地中心，E為接地端子。

（1）應盡量減少1類(lèi)和2類(lèi)場(chǎng)所內的電位差，在該場(chǎng)所內設置局部等電位聯(lián)結，即在該區域的配電箱旁設置一局部等電位聯(lián)結端子板，用聯(lián)結線(xiàn)將下列部分聯(lián)結到端子板上。

1）外界可導電部分；

2）PE線(xiàn)；

3）防電場(chǎng)干擾的屏蔽層；

4）隔離變壓器一、二次繞組間的金屬屏蔽層；

5）地板下可能有的金屬網(wǎng)格等。

在2組場(chǎng)所內局部等電位聯(lián)結的接地電阻總和不應大于0.2歐姆。另外固定的可導電但不用電的病人躺坐的臺、椅等也宜與局部等電位聯(lián)結系統連接，除非這些部分要求與地絕緣。

醫用IT系統的PE線(xiàn)不能獨立于醫院內的原有的TN或TT系統而另設接地裝置，而應共用一個(gè)接地裝置，以此來(lái)減少電位差，避免電擊危險。

5醫用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。安科瑞醫用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)所的醫用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

名稱(chēng)	型號	圖片	功能
IT配電監控系統	GGF-800		基于觸摸屏軟件設計，具有遠程測量、遠程參數設置和遠程自檢等多種功能
醫用隔離電源柜	GGF-I		三相進(jìn)單相出，包含單套隔離電源系統
	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
絕緣監測儀	AIM-M10		絕緣監測，隔離變壓器溫度監測，負載監測，接線(xiàn)判斷及故障報警功能；1路繼電器、1路RS485通訊、24VDC電源輸出
	AIM-M100		絕緣監測，隔離變壓器溫度監測，負載監測，接線(xiàn)判斷及故障報警功能；2路繼電器、2路RS485通訊
	AIM-M200		絕緣監測，隔離變壓器溫度監測，負載監測，接線(xiàn)判斷及故障報警功能；2路繼電器、1路RS485通訊、1路CAN通訊；支持絕緣故障定位
儀用電源	ACLP10-24		為AID系列報警與顯示儀提供24V穩壓電源
	HDR-60-24		為AIM-M200醫療智能絕緣監測儀、ASG150測試信號發(fā)生器、AIL150-4/AIL150-8絕緣故障定位儀和AID200集中報警與顯示儀提供24V穩壓電源
報警與顯示儀	AID10		出現絕緣故障、過(guò)負載、變壓器溫升過(guò)高和接線(xiàn)故障時(shí)報警
	AID120		具有絕緣電阻、變壓器負荷率實(shí)時(shí)顯示功能；可遠程設置絕緣監測儀的報警閾值
	AID150		采用RS485通訊，可遠程監測*多16套AIM-M10/AIM-M100/AIM-M200絕緣監測儀和AIM-R100剩余電流監視儀的運行狀況，也可以遠程設置各類(lèi)報警參數和遠程啟動(dòng)儀表自檢?？蓪?shí)時(shí)監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，可遠程監測*多16套AIM-M200絕緣監測儀的運行狀況，也可以遠程設置各類(lèi)報警參數和遠程啟動(dòng)儀表自檢?？蓪?shí)時(shí)監測與儀表通訊是否正常，并可記錄20條故障記錄
測試信號發(fā)生器	ASG150		采用CAN通訊，可與其他設備進(jìn)行數據交互。當系統出現絕緣故障時(shí)，可產(chǎn)生故障定位信號注入系統中，配合故障定位儀定位故障回路。且具有L1,L2斷線(xiàn)監測功能及故障所在線(xiàn)指示功能
絕緣故障定位儀	AIL150-4		采用CAN通訊，可與其他設備進(jìn)行數據交互。配合測試信號發(fā)生器可實(shí)現故障定位功能	*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系列絕緣監測儀配套使用的保護型互感器。*大可測電流為50A，變比為2000:1
醫用隔離變壓器	AITR3150		單相隔離變壓器，電壓變比為1：1，用于將TN-S系統轉換為IT系統	*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
剩余電流監測儀	AIM-R100		12路剩余電流監測，1路繼電器輸出，事件記錄，點(diǎn)陣LCD顯示，RS485/ModBUS通訊，報警范圍6mA~1A
剩余電流互感器	AKH-0.66/L-20		與AIM-R100剩余電流監測儀搭配使用的剩余電流互感器

6結束語(yǔ)

隨著(zhù)現代科技的日益發(fā)展，手術(shù)室內的醫療電氣設備越來(lái)越多，其供電的安全問(wèn)題更顯得重要。醫療電氣設備不僅與人體表面接觸，有的與人的內臟直接接觸，但是醫療電氣設備和電子儀器絕緣難免會(huì )有絕緣損壞，電流泄漏等現象，這就不可避免地帶來(lái)醫療電擊事故的發(fā)生。為此我們應根據不同手術(shù)室的要求，合理地設計選用安全的供電設備，為患者創(chuàng )建一個(gè)安全可靠舒適的醫療環(huán)境。以上是筆者在醫院潔凈手術(shù)室電氣設計及學(xué)習中的一些體會(huì )，不足之處，請指出批評。

注1：2類(lèi)場(chǎng)所：將接觸部件用于諸如心內診療術(shù)手術(shù)室以及斷電（故障）將危及生命的重要醫療場(chǎng)所。使用下列醫療設備的場(chǎng)所：呼吸機，恒溫培養箱，透析設備，麻醉設備，病人監護設備，高頻外科設備，輸液泵，注射泵，心肺機，心力記錄儀，脈壓機，心率電子脈沖調節器等。

注2：1類(lèi)場(chǎng)所，接觸部件接觸軀體外部。除2類(lèi)場(chǎng)所外的，接觸部件其侵入軀體的任何部位。

參考文獻：

[1]王厚余.低壓電氣裝置的設計安裝和檢驗[H].北京：中國電力出版社,2003.

[2]IEC60364-7-710：2002－，IDT建筑物電氣裝置國家質(zhì)量監督檢驗檢疫總局發(fā)布).

[3]《醫院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規范》GB 50333-2002.

[4]《民用建筑電氣設計規范》JGJ/T16-2008.

[5]《綜合醫院建筑設計規范》JGJ49-88.

[6]陳建萍.醫院潔凈手術(shù)室的電氣設計

[7]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版

審核編輯 黃宇