淺談醫(yī)療IT系統(tǒng)的供電與接地設(shè)計

安科瑞 簡婷  

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定 201801

摘 要: 本文結(jié)合某綜合醫(yī)院住院樓設(shè)計實例，探討醫(yī)療場所IT系統(tǒng)設(shè)置要求、供電設(shè)計方案與設(shè)備選型及醫(yī)療場所IT系統(tǒng)的接地與運用。

關(guān)鍵詞: IT系統(tǒng) 2 類醫(yī)療場所 隔離變壓器 絕緣監(jiān)視器 外接報警系統(tǒng) 測試單元 IT系統(tǒng)接地

1 序言

我國低壓配電系統(tǒng)的接地型式可分為TN、TT、IT 三種系統(tǒng)，目前國內(nèi)大型綜合醫(yī)院配電系統(tǒng)的接地形式多采用TN 系統(tǒng)。該系統(tǒng)接地故障多為金屬性短路。因故障電流較大，使斷路器等過電流保護裝置動作，造成停電。顯然TN系統(tǒng)不能滿足醫(yī)院中一些重要場所對不間斷供電的使用要求。同時隨著電子醫(yī)療設(shè)備在醫(yī)院領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，電流對病人構(gòu)成的潛在威脅也遠遠大于以前，尤其是病人在手術(shù)中或麻醉狀態(tài)下，各種電極、傳感器直接插入病人體內(nèi)，如有極其微弱的漏電流直接流過病人的心臟，就會導(dǎo)致病人觸電身亡，在醫(yī)學(xué)上稱為微電擊。因此，醫(yī)院這一特殊場所的漏電保護及相關(guān)要求在設(shè)計規(guī)范中已非常嚴(yán)格、明確。

通常IT系統(tǒng)應(yīng)符合下列基本要求 ：

1. 在IT 系統(tǒng)中，所有帶電部分應(yīng)對地絕緣或配電變壓器中性點應(yīng)通過足夠大的阻抗接地。電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分可單獨接地或成組地接地；
2. 電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分應(yīng)通過保護導(dǎo)體或保護接地母線、總接地端子與接地極連接 ；
3. IT系統(tǒng)必須裝設(shè)絕緣監(jiān)視及接地故障報警或顯示裝置 ；
4. 在無特殊要求的情況下，IT 系統(tǒng)不宜引出中性導(dǎo)體。因此，IT 系統(tǒng)中包括中性導(dǎo)體在內(nèi)的任何帶電部分嚴(yán)禁直接接地 ；IT 系統(tǒng)中的電源系統(tǒng)對地應(yīng)保持良好的絕緣狀態(tài)。

2 醫(yī)療場所 IT 系統(tǒng)設(shè)置要求

根據(jù)建筑物電氣裝置第7-710 部分《特殊裝置或場所的要求-醫(yī)療場所》（GB 16895.24-2005）[1](以下簡稱《特殊醫(yī)療場所規(guī)范》) 將醫(yī)療場所按使用接觸部件所接觸的部位及場所分為0、1、2 三類，各類應(yīng)符合下列規(guī)定：

0 類醫(yī)療場所：不使用接觸部件的醫(yī)療場所, 如醫(yī)院的門診室、候診室、按摩室等。

1 類醫(yī)療場所 ：接觸部件接觸軀體外部及除2 類場所規(guī)定外的接觸部件侵入軀體的任何部分。如醫(yī)院的病房、產(chǎn)房、X光室等。

2 類醫(yī)療場所 ：將接觸部件用于諸如心內(nèi)診療術(shù)、手術(shù)室以及斷電（故障）將危及生命的重要**的醫(yī)療場所。如醫(yī)院的手術(shù)室、心臟導(dǎo)管插入室、重癥監(jiān)護室（ICU）、心臟監(jiān)護室(CCU)、血管造影檢查室等。

《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》（JGJ 16-2008）[2]( 以下簡稱《民規(guī)》) 對醫(yī)療場所類別的劃分也有明確規(guī)定，詳見表1 所示 ：

2.1 醫(yī)療 IT 系統(tǒng)的組成

醫(yī)療IT 系統(tǒng)主要由三部分組成 ：醫(yī)用隔離變壓器、絕緣監(jiān)視器及外接報警顯示和測試單元。

世界各國普遍采用帶絕緣監(jiān)視裝置的醫(yī)療IT 系統(tǒng)（隔離電源），即采用不接地電源系統(tǒng)為2 類醫(yī)療場所供電。

醫(yī)用隔離電源，簡言之就是隔離變壓器和絕緣監(jiān)視儀以及報警終端放在一起。供電原理是利用隔離變壓器把TN供電變成不接地的IT 供電，為了保證系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性，應(yīng)加上絕緣監(jiān)測儀對整體的絕緣水平進行在線的實時檢測。

既然規(guī)范對醫(yī)療場所設(shè)置IT系統(tǒng)有了較明確的規(guī)定，但只有設(shè)計者能夠正確理解并充分認(rèn)識到醫(yī)療場所選用IT 系統(tǒng)的必要性和特殊性，才能合理運用。

2.2 醫(yī)療場所選用IT系統(tǒng)的優(yōu)點

    醫(yī)療場所選用IT系統(tǒng)的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下三個方面 ：

1. IT隔離電源系統(tǒng)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），故人身觸電危險被降低到小程度。

眾所周知，當(dāng)用電設(shè)備對人體心臟直接漏電大于10μA 時，會造成對病人的微電擊事故。而一般在通用建筑中采用的剩余電流漏電保護器RCD、漏電斷路器 ELCB 等對地漏電保護開關(guān)，其動作響應(yīng)值是mA 級的（如 ：30mA），遠遠不能滿足醫(yī)療領(lǐng)域的需要。 因此，現(xiàn)在國際上對醫(yī)療領(lǐng)域中的手術(shù)室、重癥監(jiān)護室(ICU)、心臟監(jiān)護室(CCU) 等重要場所通常采用局部“中性線不接地供電系統(tǒng)”（即“IT 系統(tǒng)”或稱“隔離電源系統(tǒng)”）供電。通過單相0.5kVA-10kVA的隔離變壓器給這些場所供電，首先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)室及重癥監(jiān)護室(ICU)、心臟監(jiān)護室(CCU) 的醫(yī)療電器設(shè)備上對病人的**構(gòu)成威脅。

另外，一旦隔離電源上所接的負(fù)載（如各種醫(yī)療電器設(shè)備）出現(xiàn)對地故障，因?qū)Φ夭粯?gòu)成回路，只能產(chǎn)生一個很小的容性漏電流，極大保護了病人免遭漏電流的傷害。

1. 當(dāng)電網(wǎng)負(fù)載出現(xiàn)一個絕緣故障點時，不會引起電源開關(guān)動作（跳閘），保證了供電的連續(xù)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)計成兩路（甚至三路）電源（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。對于TN-S 系統(tǒng)如果在負(fù)載端出現(xiàn)相對地絕緣故障時，故障電流將經(jīng)過電流中性點對地構(gòu)成回路，從而形成一個較大的故障電流使上上等開關(guān)或熔斷器動作，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，因其電源中性點不接地，當(dāng)負(fù)載端出現(xiàn)一點相對地絕緣故障時，因其對地不能構(gòu)成回路，只會產(chǎn)生一個很小的容性漏電流，對人體不會產(chǎn)生危害，同時也不會導(dǎo)致開關(guān)或熔斷器動作，從而保證了手術(shù)室等重要場所供電的連續(xù)性（采用不接地IT系統(tǒng)供電，當(dāng)一次接地故障時，發(fā)出聲光預(yù)報警信號）。

1. 降低了對地漏電流，故提高了防火**性。

3 醫(yī)療場所IT系統(tǒng)的供電設(shè)計方案及設(shè)備選型

在了解上述要求后，如何進行設(shè)計是大家需共同面對的問題，下面從筆者所設(shè)計的工程實例進行分析，供大家參考 ：國內(nèi)某綜合醫(yī)院住院樓手術(shù)室配電設(shè)計如圖1所示。

主要設(shè)備選型 ：醫(yī)院內(nèi)的三相大型醫(yī)療儀器，使用時一般不與病人直接接觸，可采用裝設(shè)快速、高靈敏度漏電斷路器的直接接地方式。但三相隔離變壓器要慎用，主要原因在于三相隔離系統(tǒng)(IT系統(tǒng))中如出現(xiàn)單相接地故障,非故障相的對地電壓將升高到對地額定電壓的倍，因而具有對地故障擴大的危險,所以應(yīng)盡量采用單相隔離電源系統(tǒng)。下面我們只談?wù)剢?

圖1 手術(shù)室配電箱接線系統(tǒng)圖

4 醫(yī)療場所 IT 系統(tǒng)的接地

4.1 接地系統(tǒng)的選用

醫(yī)院的醫(yī)療場所和與其關(guān)聯(lián)的場所內(nèi)不允許采用TN －C 接地系統(tǒng)，通常采用TN －S 可避免以上這些問題，而在手術(shù)室局部范圍內(nèi)應(yīng)采用IT 系統(tǒng)。一般電擊情況下，帶電導(dǎo)體與人體皮膚接觸，僅有很少部分通過心臟，所以通過人體總電流不超過30μA，就不會因發(fā)生心室纖顫而導(dǎo)致死亡。如果電流直接全部通過心臟，電流超過50μA 就有心室纖顫的危險而導(dǎo)致死亡。IEC 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 ：醫(yī)療設(shè)備允許通過患者心臟的漏電電流正常狀態(tài)為10μA 以下，單一故障狀態(tài)為50μA 以下，相應(yīng)地手術(shù)室內(nèi)電位正常時為10mV，單一故障狀態(tài)為50mV。所以對特殊的醫(yī)療設(shè)備不宜采用漏電電流動作保護，而應(yīng)采取防止微電擊的保護措

施，即采用醫(yī)療IT 系統(tǒng)。

5 安科瑞IT系統(tǒng)介紹

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，應(yīng)嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進行。

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)護病房等重要場所，能為這類場所提供**、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類場所醫(yī)療IT系統(tǒng)的運行狀況。這種集中監(jiān)控系統(tǒng)可以設(shè)置在醫(yī)院電氣運行和維護人員的值班室內(nèi)，也可以集成在其它電力監(jiān)控系統(tǒng)中，由專業(yè)的電氣人員進行監(jiān)控，一旦某套IT系統(tǒng)出現(xiàn)故障，電氣維護人員也能在**時間內(nèi)做出判斷，并根據(jù)現(xiàn)場情況進行處理。

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，軟件具有遠程測量、遠程參數(shù)設(shè)置和遠程自檢等多種功能，為醫(yī)院2類場所隔離電源系統(tǒng)的集中監(jiān)控提供了強大的系統(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地發(fā)現(xiàn)IT供電系統(tǒng)的報警地點或區(qū)域，從而方便專業(yè)人員及時到達現(xiàn)場進行故障排查；

■ 實時數(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)實時顯示在監(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、過載故障、超溫故障以及接線斷線故障等信息進行統(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、故障地點以及故障發(fā)生時間等信息。同時啟動監(jiān)控系統(tǒng)的聲光報警系統(tǒng)，及時提醒相關(guān)人員，進行故障處理。其中，聲音報警信號可被手動消除。

■ 遠程參數(shù)設(shè)置和查詢

通過系統(tǒng)，可根據(jù)要求遠程調(diào)整和設(shè)置各醫(yī)用隔離電源系統(tǒng)中絕緣監(jiān)測儀的各類報警參數(shù)閾值，也可以任意查看這些報警參數(shù)值。參數(shù)包括絕緣報警值、負(fù)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(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，以便于分管理人員了解和分析各電源系統(tǒng)的運行變化情況，有針對性的對某些系統(tǒng)進行維護和保養(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)測儀、AKH-0.66P26電流互感器和AID系列（AID10、AID150）外接報警與顯示儀等，產(chǎn)品如圖5所示。

圖5 醫(yī)用IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測產(chǎn)品（四件套）

6 結(jié)束語

    綜上所述，在電流突然中斷后，在有可能導(dǎo)致重大醫(yī)療危險的場所，應(yīng)采用電力系統(tǒng)不接地（IT系統(tǒng)）的供電方式。設(shè)計方式為 ：設(shè)一臺醫(yī)用隔離變壓器，在隔離變壓器的次級引出IT系統(tǒng)的電源，以防止產(chǎn)生接地故障電流。將IT 系統(tǒng)引入2 類醫(yī)療場所手術(shù)室、急救室、重癥監(jiān)護室（ICU 病房）等，應(yīng)設(shè)在醫(yī)務(wù)人員可以經(jīng)常監(jiān)視的位置，醫(yī)療IT 系統(tǒng)配電箱內(nèi)設(shè)一套漏電檢測裝置（絕緣監(jiān)視裝置），當(dāng)單相接地故障時（一般當(dāng)系統(tǒng)絕緣水平低于50kΩ 時）發(fā)出故障報警。同時，為防止微電擊應(yīng)采取輔助等電位接地措施，在確保病人**的前提下不切斷電源，繼續(xù)進行手術(shù)。

參考文獻

[1] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局、中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會. GB16895.24-2005 建筑物電氣裝置- 特殊裝置或場所的要求- 醫(yī)療場所[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2005.

[2] 張寬、杜會陵，淺談醫(yī)療IT系統(tǒng)的供電與接地設(shè)計

[3] 安科瑞IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測故障定位裝置及監(jiān)控系統(tǒng)2020.01版

作者簡介：張娟，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為IT配電，郵箱: 2885050128@qq.com，手機：18701997519（同微信），QQ:2885050128