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淺談醫(yī)療隔離電源系統(tǒng)在醫(yī)院配電系統(tǒng)應(yīng)用分析
更新時間：2022-12-30點擊次數(shù)：3306次
淺談醫(yī)療隔離電源系統(tǒng)在醫(yī)院配電系統(tǒng)應(yīng)用分析
任運業(yè)
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
【摘要】根據(jù)醫(yī)療場所分類說明醫(yī)院尤其是 2 類 醫(yī)療場所的接地方案，分析醫(yī)療場所自動切斷電源措 施，提出校驗醫(yī)療 IT 系統(tǒng)配出回路長度；說明 RCD、RCM、IMD、IFLS 等的用途和范圍；就應(yīng)急醫(yī) 院 2 類場所的配電方案進行探討。
【關(guān)鍵詞】醫(yī)院；接地；自動切斷電源；輔助等 電位聯(lián)結(jié)；醫(yī)用 IT 系統(tǒng)；
0 引言
國家建筑標準設(shè)計圖集 08SD706 - 2 《醫(yī)療場所電氣設(shè)計與設(shè)備安裝》（以下簡稱 《原圖集》）于 2009 年發(fā)布，彼時可依據(jù)的醫(yī)療場所專用設(shè)計規(guī)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：特殊裝置或場所的要求 醫(yī)療場所》。近10年來，隨著社會的發(fā)展，一大批醫(yī)院在新建、改擴建，以滿足人們?nèi)找驷t(yī)療服務(wù)需要。在此期間針對醫(yī)療場所的專用設(shè)計規(guī)范也陸續(xù)發(fā)布，如：JGJ 312 - 2013《醫(yī)療建 筑電氣設(shè)計規(guī)范》、GB 50333- 2013《醫(yī)院潔凈手術(shù) 部建筑技術(shù)規(guī)范》、GB 51039- 2014《綜合醫(yī)院建筑設(shè)計規(guī)范》等。同時可以看到 IEC 標準和英國 BS 標準針對醫(yī)療場所電氣設(shè)計、通用場所電氣安全的相關(guān)規(guī)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(chǔ)上新出版的國家建筑標準設(shè)計圖集19D706 - 2 《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計與安裝》（以下簡稱《圖集》） 在 《原圖集》 的基礎(chǔ)上也作了更新。其中關(guān)于醫(yī)療場所的接地及安全防護內(nèi)容也參照國內(nèi)外新的相關(guān)標準、規(guī)范進行了更新、編制。本文就以下內(nèi)容進行討論：醫(yī)院的接地、醫(yī)療場所的自動切斷電源措施、醫(yī)療場所配電系統(tǒng)的監(jiān)控與保護、應(yīng)急醫(yī)院 2 類場所的配電方案思考。
1 醫(yī)院的接地
1. 1 醫(yī)院醫(yī)療場所分類
國內(nèi)及歐洲的標準均將醫(yī)療場所分為 3 類，其定義為：a．0 類：不使用醫(yī)療電氣設(shè)備接觸部件的醫(yī)療場所；b．1 類：醫(yī)療電氣設(shè)備接觸部件需要與患者體表、體內(nèi) （除 2 類醫(yī)療場所所述部位外） 接觸的醫(yī)療場所；c．2 類：醫(yī)療電氣設(shè)備接觸部件需要與患者體內(nèi)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(yī)療場所。
國內(nèi)各醫(yī)療標準及歐洲醫(yī)療標準對于以上 3 類醫(yī)療場所的定義與劃分基本一致，其簡要劃分見表 1。
注：根據(jù)我國的規(guī)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 類醫(yī)療場所，而 IEC 的相關(guān)標準 （IEC 60364- 7 - 710：2018 CDV） 中將上述用房等歸為 2 類醫(yī)療場所。
1. 2 醫(yī)院的接地
a．醫(yī)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，應(yīng)采取有效的防腐措施。接地裝置承擔著保護性接地和功能性接地兩種功能， 應(yīng)優(yōu)先考慮保護性要求。根據(jù) GB 16895. 3 - 2017/IEC 60364 - 5 - 54：2011《低壓電氣裝置 第 5 - 54部分：電氣設(shè)備的選擇和安裝 接地配置和保護導體》規(guī)定，接地極的材料和尺寸的選擇，應(yīng)使其既耐腐蝕又具有適當?shù)臋C械強度。當利用自然接地導體時，應(yīng)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(yī)院建筑低壓配電系統(tǒng)的接地型式宜采用TN - S 或 TT 系統(tǒng)，并采用共用接地和保護等電位聯(lián)結(jié)。此處所說的低壓配電系統(tǒng)的接地型式是由低壓配電系統(tǒng)主配電盤的出線端處開始考慮。以 TN 系統(tǒng)為例，由變壓器低壓側(cè)中性線套管引至主配電箱（柜）盤低壓母線的出線是PEN線，由主配電箱（柜）盤低壓母線的引出線再分為 N 線和PE 線。
c．醫(yī)院建筑內(nèi)由 IT 系統(tǒng)供電的設(shè)備金屬外殼接地應(yīng)與TN - S 系統(tǒng)共用接地裝置。2 類醫(yī)療場所內(nèi)通常采用局部IT 系統(tǒng)，其余部位仍采用TN - S 系統(tǒng)，如為 IT 系統(tǒng)設(shè)單獨接地極，在同一場所內(nèi)將存在兩個相對獨立的接地裝置，兩個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 類醫(yī)療場所內(nèi)更不允許這種電位差的出現(xiàn)。
d．在 1 類及 2 類醫(yī)療場所內(nèi)，應(yīng)做輔助等電位聯(lián)結(jié)，并將下列設(shè)備進行等電位聯(lián)結(jié)：① 保護接地導體 （PE 線）；② 外露可導電部分；③ 抗電磁干擾場的屏蔽物；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(shè)備要求與地絕緣。
e．等電位聯(lián)結(jié)母線應(yīng)位于醫(yī)療場所內(nèi)或靠近醫(yī)療場所。在每個配電箱內(nèi)或附近應(yīng)裝設(shè)附加的等電位聯(lián)結(jié)母線，應(yīng)將輔助等電位導體和保護接地導體與該母線相連接。連接的位置應(yīng)使接頭清晰易見，并便于單獨拆卸。上述要求是為了加強 2 類場所的輔助等電位聯(lián)結(jié)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(jié)母線之間的電阻值。輔助等電位聯(lián)結(jié)的定義范圍包括在區(qū)域內(nèi)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(yīng)相互連接。為此，該等電位聯(lián)結(jié)母線安裝在配電柜 （箱） 內(nèi)，有困難時 （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所的常規(guī)做法是有道理的。
f．醫(yī)療場所內(nèi)的電子設(shè)備應(yīng)設(shè)置等電位聯(lián)結(jié)，等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)可采用 S 型結(jié)構(gòu)、M 型結(jié)構(gòu)或 SM 組合型結(jié)構(gòu)。
1.3 2類醫(yī)療場所的接地
2 類醫(yī)療場所低壓配電通常采用局部 IT 系統(tǒng) （醫(yī)用 IT 系統(tǒng)） 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(tǒng)） 加醫(yī)用 IT 系統(tǒng)共同供電的方式?！秷D集》提供了兩種醫(yī)用 IT 系統(tǒng)在手術(shù)室中的接地與等電位聯(lián)結(jié)方案。圖 1 是 《圖集》 提供的 IT系統(tǒng)接地方案（一）的簡化，僅畫出單相并縮減了部分TN 系統(tǒng)配電內(nèi)容，引自 BS 7671：2008 Amendment 3：2015。圖 2 是 《圖集》 提供的 IT 系統(tǒng)接地方案（二）的簡化，僅畫出單相并縮減了部分 TN 系統(tǒng)配電內(nèi)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(jié)略有差異，其異同點見表 2。對于方案一、方案二的不同點，筆者認為其主要是基于等電位聯(lián)結(jié)范圍內(nèi)導體電阻的考慮。即：在2 類醫(yī)療場所內(nèi)，電源插座的保護接地導體端子、安裝設(shè)備的保護接地導體端子或任何外界可導電部
表 2 醫(yī)院手術(shù)室 IT 系統(tǒng)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(jié)母線排之間的導體的電阻 （包括連接部分的電阻） 不應(yīng)超過 0. 2 Ω ［1］。這一規(guī)定的目的是保證輔助等電位聯(lián)結(jié)的可靠性，故障防護時降低人的雙手承受的接觸電壓值［4］。以 IT 系統(tǒng)電源專用插座和非電手術(shù)臺金屬構(gòu)架間為例，按上述等電位聯(lián)結(jié)電阻 ≤ 0. 2 Ω 的要求，其包含的聯(lián)結(jié)如下：
a．為 SEBT 至非電手術(shù)臺金屬構(gòu)架聯(lián)結(jié)導體。
b．為方案一中：IT 電源配電箱 PE 端子至IT系統(tǒng)電源專用插座的聯(lián)結(jié)線 （PE 線）；方案二中：SEBT 至 IT 系統(tǒng)電源專用插座的聯(lián)結(jié)線。
c．為 SEBT 至 IT 電源配電箱 PE 端子的聯(lián)結(jié)線。則方案一的聯(lián)結(jié)導體包括 a + b + c；而方案二的聯(lián)結(jié)導體包括 a + b。由此可以得到如下結(jié)論：
a．由于插座面板聯(lián)結(jié)的導線截面通常為 2. 5 mm2 、4 mm2 等固定規(guī)格，因此方案一、方案二中的導線 b 截面通常一致?；诖耍桨付膶w長度無疑更短，更容易滿足電阻 ≤ 0. 2 Ω 的要求。
b．導線 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 的銅導線電阻為例，2. 5 mm2 銅導線電阻值為0. 006 9 Ω / m，10 mm2銅導線電阻值為 0. 001 8 Ω / m。 因此實際使用中方案二的聯(lián)結(jié)范圍內(nèi)導體電阻更低，但由于導線 c 的電阻不高，因此方案一、方案二的等電位聯(lián)結(jié)導體間的電阻值差異不會太大。
c． 采用方案二時，如假定SEBT 至電源插座的保護接地導體端子、安裝設(shè)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(jié)母線排之間的導體均為2. 5 mm2 的銅導線，則按 0. 2 Ω反推聯(lián)結(jié)線長度約為29ｍ，對于常規(guī)手術(shù)室當采用S型等電位聯(lián)結(jié)方案時，需嚴格控制聯(lián)結(jié)導線長度、截面大小。
d．方案二中輔助等電位聯(lián)結(jié)還包括外界可導電部分 （普通照明和燈具外殼），這樣 2 類場所內(nèi)的輔助等電位聯(lián)結(jié)范圍更大，原則上是應(yīng)聯(lián)結(jié)的設(shè)備盡數(shù)聯(lián)結(jié)。
2 醫(yī)療場所的自動切斷電源措施
根據(jù) GB 16895 系列標準的相關(guān)規(guī)定，電擊防護的主要保護措施包括：自動切斷電源、雙重絕緣或加強絕緣、向單臺用電設(shè)備供電的電氣分隔、特低電壓（SELV 和 PELV）。其中自動切斷電源是常用的一種保護措施，下面主要討論醫(yī)療場所 TN、IT 系統(tǒng)自動切斷電源時間及醫(yī)用 IT 系統(tǒng)自動切斷電源的相關(guān)問題。
2. 1 自動切斷電源時間
表 3 總結(jié)了國內(nèi)規(guī)范、IEC 標準及英國 BS 標準中對普通場所及醫(yī)療場所自動切斷電源時間的相關(guān)規(guī)定。主要針對 TN 系統(tǒng)、IT 系統(tǒng)的自動切斷電源時間，表 3 中給出的時間均為自動切斷電源時間。由表 3 得出的結(jié)論詳見參考文獻［9］，本文僅列 出兩個結(jié)論：
a．1 類、2 類醫(yī)療場所和常規(guī)場所的自動切斷電 源時間標準有差異，通常醫(yī)療場所內(nèi)的自動切斷電源 時間更短。在新版的 IEC 60364 - 7 - 710：2018 CDV 中規(guī)定，對于 1 類、2 類醫(yī)療場所中采用 TN 系 統(tǒng)供電的設(shè)備，當設(shè)有輔助等電位聯(lián)結(jié)時，其自動切斷電源時間與普通場所的的自動切斷電源時間一致。這一規(guī)定與表 3 中其余各規(guī)范的規(guī)定有明顯變化。
b．對于 IT 系統(tǒng)，尤其是醫(yī)院 2 類醫(yī)療場所的IT 系統(tǒng)，由于其二次側(cè)配出開關(guān)為單磁式微型斷路
器，其磁脫扣電流倍數(shù)較高，應(yīng)仔細復核供電回路長度及其短路電流靈敏度等參數(shù)。本文 3. 2 節(jié)對此進行簡要分析。
2. 2 醫(yī)用 IT 系統(tǒng)自動切斷電源
規(guī)范規(guī)定：醫(yī)用 IT 系統(tǒng)隔離變壓器的二次側(cè)設(shè)置短路保護，不設(shè)置動作于切斷電源的過負荷保護。由以上規(guī)定可知，醫(yī)用 IT 系統(tǒng)自動切斷電源電擊防護措施主要依賴其二次側(cè)的短路保護。以醫(yī)用IT 系統(tǒng)為例，當隔離變壓器二次側(cè)發(fā)生第二次異相接地故障時，應(yīng)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(tǒng)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(tǒng)發(fā)生第二次接地故障時，
根據(jù)其故障電流回路示意，其與引出中性導體的三相 IT 系統(tǒng)的二次接地故障分析類似。為保證其短路保護能順利脫扣，其引出的電纜長度可以參照下式進行計算［5］：L = ( 0. 8 ~ 1. 0) Un S 1. 5 ρ (1 + m) × 2Ik k1 k2 （1） 式中：L —— 電纜長度，m；Un —— 標稱線電壓，取 220 V；S —— 相導體截面積，mm2 ；k1 —— 電纜電抗校正系數(shù)，對于醫(yī)用 IT系統(tǒng)，由于隔離變壓器二次側(cè)線纜截面通常 ≤ 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(shù) ，取1. 0；ρ —— 20 ℃時的導體電阻率，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(shè)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(jié)外的供電回路部分阻抗的約定系數(shù)，取 1. 0；由于短路引起發(fā)熱，電纜電阻的系數(shù)此處取 1. 5。為保證斷路器可靠動作，接地故障電流Ik 應(yīng)考慮斷路器的瞬時過流脫扣整定值Iset3，并且要考慮靈敏度系數(shù)，具體見下式：Ik ≥ Iset3 Kre1 Kop（2）式中：Iset3 —— 斷路器瞬時過流脫扣整定值，A；Kre1 —— 斷路器瞬時過流脫扣動作誤差系數(shù)，取 1. 2；Kop —— 斷路器動作系數(shù) ， 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(shù)，其Iset3 = 12In，其中 In 為斷路器額定電流。則按式（1）、 式 （2），可以得到電纜長度限值詳見表 4。
由于醫(yī)療 IT 系統(tǒng)隔離變壓器二次側(cè)各輸出回路不設(shè)置其它電路保護，因此表 4 給出的回路導線的長度限值很重要。例如，回路開關(guān)為 16 A 單磁式微斷時，當回路采用 2. 5 mm2 的導線，則該回路總長度不應(yīng)超過 22. 3 m。一方面，對于手術(shù)室、ICU 等場所的配電回路需要進行詳細校驗，當回路長度超過限值時應(yīng)考慮放大導線截面等措施；另一方面，應(yīng)考慮插座、吊塔等用電設(shè)備的接線能力，導線截面不可能無限制放大。并且隔離變壓器應(yīng)在 2 類醫(yī)療場所就近設(shè)置，以有效降低配出回路長度，線路路由也應(yīng)盡可能地短和直。公式（1）是按三相 IT 系統(tǒng)配出中性導體設(shè)定，其與 TN 系統(tǒng)接地故障時的計算公式相比，分母多了一個 2 倍的系數(shù)。這是考慮二次接地故障時，故障電流在兩個回路流通，因此近似取 2 倍系數(shù)。本文用于醫(yī)療 IT 系統(tǒng)，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，相當于配出中性線的情況；② 二次側(cè)輸出回路電流較小，各相導體及保護接地導體 （PE 線） 截面相同；③ 如需進行準確計算，應(yīng)按故障電流流經(jīng)的實際通路阻抗進行準確計算，同時應(yīng)考慮輔助等電位聯(lián)結(jié)對故障電流的分流等影響。以上為針對斷路器保護特性進行的線路長度分析，當采用熔斷器作短路保護時，應(yīng)根據(jù)其相應(yīng)的保護特性進行校驗。
3 醫(yī)療場所配電系統(tǒng)的監(jiān)控與保護
IEC 60364 - 4 - 41：2017 中明確：在IT系統(tǒng)中，可使用以下監(jiān)控設(shè)備和保護設(shè)備：① 絕緣監(jiān)測裝置（IMD）；② 剩余電流監(jiān)視器 （RCM）；③ 絕緣故障定位系統(tǒng) （IFLS）；④ 過電流保護裝置；⑤ 剩余電流保護裝置 （RCD）。除過電流保護裝置外，在醫(yī)院內(nèi)，包括使用IT系統(tǒng)的 2 類場所，其余 4 種保護與監(jiān)測裝置均有不同的應(yīng)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(yīng)用場所
根據(jù)國內(nèi)外標準規(guī)范，剩余電流保護裝置（RCD） 的應(yīng)用要求可見表 5。
由表 5 可見，對于 1 類場所中采用 TN 系統(tǒng)時，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(shè) RCD作為附加保護，而 JGJ 312 - 2013 對此無明確要求。但各標準、規(guī)范都要求約定電壓限值 ≤ 25 V，并且切斷時間滿足要求。
3.1. 2 剩余電流保護裝置 （RCD） 的分類應(yīng)用各標準、規(guī)范中均明確醫(yī)療場所內(nèi)不應(yīng)采用電子式剩余電流保護裝置（RCD）。
電子式 RCD 依靠電壓動作，其動作電壓為故障回路的電源殘壓，當 RCD越靠近故障點，其殘壓越低，越有可能發(fā)生拒動。而當其故障點殘壓過高時，又不符合降低預期接觸電壓的要求。國家標準 GB / T 6829 - 2017 《剩余電流動作保護電器 （RCD） 的一般要求》，對剩余電流內(nèi)含有直流分量時，RCD 的動作特性進行了劃分。本文結(jié)合其各自的特點和應(yīng)用范圍作了歸納，詳見表 6。
3. 2 剩余電流監(jiān)視器 （RCM）
剩余電流監(jiān)視器（RCM）的產(chǎn)品標準為 GB 19214- 2008 / IEC 62020：2003 《電器附件 家用和類似用途剩余電流監(jiān)視器》，其用途為監(jiān)視設(shè)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設(shè)定值時發(fā)出報警信號。我國的規(guī)范中對于剩余電流監(jiān)視器 （RCM） 在醫(yī)療場所的應(yīng)用并無明確要求，但在 IEC 標準中可以看到相關(guān)要求。IEC 60364 - 7 - 710：2018 CDV中規(guī)定：在 1 類或 2 類醫(yī)療場所中，應(yīng)使用符合IEC 62020 標準的剩余電流監(jiān)視器 （RCM）。任何明顯的絕緣降低都應(yīng)報告給用戶和技術(shù)人員。當使用RCM 時，應(yīng)根據(jù)可能產(chǎn)生的故障電流選擇 RCM類型。
關(guān)于 RCM 的原理與用途，已有文章闡述。本文僅列出兩個結(jié)論：
a．RCM 可用于 TN、TT、IT 系統(tǒng)，用于 TN、TT系統(tǒng)時主要作用為及時發(fā)現(xiàn)線路絕緣損壞，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(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。RCM 用于 IT 系統(tǒng)時針對第一次接地故障的防護，此時 RCM 既可獨立使用［11］，也可與絕緣監(jiān)測裝置 （IMD） 配合使用。RCM 與IMD 配合使用時，IMD作用為絕緣監(jiān)測，RCM作用為故障定位［8］。
b．RCM 不是保護裝置，但可用于監(jiān)測電氣裝置中的剩余電流。反之，RCD 也不是監(jiān)測裝置，但可以動作以保護人身安全。RCD 只能用于TN和T系統(tǒng)，不能用于IT系統(tǒng)。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(jiān)測裝置 （IMD）
絕 緣 監(jiān) 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(tǒng)電氣安全 防護設(shè)施的試驗、測量或監(jiān)控設(shè)備 第 8 部分：IT 系統(tǒng)中絕緣監(jiān)控裝置》，其用途為不間斷地監(jiān)控交直流 IT系統(tǒng)的對地絕緣電阻。根據(jù)上述標準，IMD 應(yīng)能監(jiān)控IT 系統(tǒng)對稱和非對稱的絕緣電阻變化，并在絕緣電阻降至設(shè)定值時發(fā)出警示。
在實際使用中，各 IMD 供應(yīng)商提供的產(chǎn)品不僅用于監(jiān)測絕緣情況，同時通過各種附件實現(xiàn)監(jiān)測回路過負荷、隔離變壓器過熱等功能。IMD 有多種類型，工作原理不統(tǒng)一，各產(chǎn)品有自己的特點。但是比較顯著的是 IMD 的電氣原理與剩余電流監(jiān)測 RCM 的電氣原理有較大差異，電路也更復雜。 IMD 在 IT 系統(tǒng)第一次接地故障時可以起到報警作用，但為防止第二次故障，應(yīng)進行絕緣故障定位，僅靠 IMD 無法實現(xiàn)，當采用儀器自動定位時需要采用 IMD + IFLS （絕緣故障定位系統(tǒng)） 方案或 IMD + RCM 方案以實現(xiàn)絕緣故障定位。
3. 4 絕緣故障定位系統(tǒng) （IFLS）
絕緣故障定位系統(tǒng) （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(tǒng)電氣安全 防護措施的試驗、測量或監(jiān)控設(shè)備 第 9 部分：IT 系統(tǒng)中的絕緣故障定位設(shè)備》，IFLS 主要用于 IT 系統(tǒng)第一次接地故障時的絕緣故障定位。對于一套 IT 隔離變壓器給多個場所供電的情況，比如醫(yī)院的重癥監(jiān)護室 ICU，特別需要 IFLS 進行及時的故障定位。醫(yī)院 2 類場所的 IT 系統(tǒng)中，IFLS 通過和 IMD 配合實現(xiàn)故障定位。IFLS 于 RCM 的比較詳見表 7。
4 應(yīng)急醫(yī)院 2 類場所的配電方案思考
根據(jù)中國工程建設(shè)標準化協(xié)會標準 T / CECS661 - 2020《新型病毒感染的肺炎傳染病應(yīng)急醫(yī)療 設(shè)施設(shè)計標準》中的定義，應(yīng)急醫(yī)療設(shè)施（Emergency Medical Facility） 為應(yīng)對突發(fā)公共衛(wèi)生事件、災害或事故快速建設(shè)的能夠有效收治其所產(chǎn)生患者的醫(yī)療設(shè)施，本文簡稱為應(yīng)急醫(yī)院。2003 年北京建設(shè)的小湯山醫(yī)院和 2020 年武漢建設(shè)的火神山醫(yī)院、雷神山醫(yī)院都屬于應(yīng)急醫(yī)院范疇。
4. 1 普通醫(yī)院 2 類場所配電方案
按現(xiàn)有的規(guī)范，2 類醫(yī)療場所涉及到生命支持系統(tǒng)的供電通常都采用醫(yī)療 IT 系統(tǒng)供電。這是由 IT 系統(tǒng)的兩個固有特點決定的，即：① IT 系統(tǒng)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(tǒng)第一次接地故障時可不切除電路維持運行，供電連續(xù)性高，有效保障人身安全。同時 2 類場所如手術(shù)室、ICU 等處為保障供電可靠通常都設(shè)置不間斷電源裝置 UPS 作為備用電源，以進一步提高供電連續(xù)性。以手術(shù)室為例，圖 4為其配電系統(tǒng)圖。
4. 2 應(yīng)急醫(yī)院 2 類場所的配電方案思考
對于應(yīng)急醫(yī)院，2 類場所的配電系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)考慮如下問題：
a．配電系統(tǒng)應(yīng)有效保障人身安全。
b．由于醫(yī)用 IT 隔離電源的配置和組裝相對比較 專業(yè)，配電成套與測試完善的標準產(chǎn)品在市場上僅有 為數(shù)不多的供應(yīng)商能提供。常規(guī)項目從元器件采購到交付現(xiàn)場，制造周期較長，約 3 ~ 4 周時間，不符合應(yīng)急項目工期。
c．醫(yī)用 IT 隔離電源的較大尺寸在應(yīng)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(yī)療設(shè)備即插即用?；诖?，筆者提出兩個解決思路，供大家參考：
a．方案一：采用常規(guī)配電方案，即醫(yī)療IT系統(tǒng)。但是將主要設(shè)備 （如雙電源柜、UPS （包括電池）、醫(yī)用隔離變壓器、絕緣監(jiān)測系統(tǒng) IMD、絕緣故 障定位系統(tǒng) IFLS、剩余電流監(jiān)視器 RCM 等） 集成在一起。國內(nèi)市場上的主流產(chǎn)品有成套的醫(yī)用 IT 電源柜，其集成了醫(yī)用
隔離變壓器、IMD、IFLS 及 RCM。同時也可以看到，市場上已有將雙電源柜 + UPS 及電池 + 醫(yī)用 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一步縮減。同時，其集成了如 IT 隔離電源模塊 （帶絕緣監(jiān)測、溫度監(jiān)測、負載電流監(jiān)測）、IT / TN 配電系統(tǒng)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(guī)方案調(diào)試時間過長、UPS 等設(shè)備分散、占地大的缺點。有效應(yīng)對了應(yīng)急醫(yī)院建設(shè)工期特別短、模塊化集裝箱拼裝場地受限制等特點。
b．方案二：采用 TN 系統(tǒng) + 應(yīng)急 RCM 組合作為臨時過渡方案。此方案不適用于內(nèi)科、外科手術(shù)室。 采用這一方案應(yīng)注意如下事項：
a．采用 RCM + RCD 的組合，RCM 監(jiān)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(shè)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(yīng)對復雜醫(yī)療設(shè)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(jiān)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(jiān)測裝置。
d．RCM 應(yīng)具備測量值輸出功能或遠程報警輸出接口。盡管在 ICU 等 2 類場所全部采用 TN 系統(tǒng)不符合現(xiàn)有規(guī)范要求，但是作為應(yīng)急醫(yī)院項目，可以將方案 二作為一種臨時過渡方案，以滿足工期要求。如能解決一些 TN 系統(tǒng)的固有問題，也可作為一個探索方向，表 8 對其進行了比較。
5醫(yī)用隔離電源監(jiān)控系統(tǒng)的選型與應(yīng)用
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)嚴格按照國家標準和規(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，能為這類場所提供安全、連續(xù)、可靠的供電解決方案。
5.2應(yīng)用場所
適用于醫(yī)院的手術(shù)室、各類重癥監(jiān)護室、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)的遠程監(jiān)控及自動化。
5.3系統(tǒng)架構(gòu)
5.4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，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，為各類場所的IT配電系統(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(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IT配電系統(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IT配電系統(tǒng)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(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)。
5.5安科瑞產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)
6 結(jié)語
醫(yī)院是一類特殊公共建筑，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(yī)院的接地系統(tǒng)設(shè)計非常重要。現(xiàn)有國內(nèi)外規(guī)范、標準對醫(yī)療場所的自動切斷電源措施有一些新的規(guī)定，強調(diào)輔助等電位聯(lián)結(jié)的有效性。醫(yī)療 IT 系統(tǒng)的配出回路應(yīng)校驗配線長度以滿足第二次接地故障時的防護要求。醫(yī)療場所的 RCD、RCM、IMD、IFLS 等各自有其用途和范圍，不可互相代替。應(yīng)急醫(yī)院 2 類場所的配電方案除考慮人身安全外，還應(yīng)考慮工期、現(xiàn)場安裝空間、調(diào)試等因素。
【參考文獻】
［1］ 中國建筑設(shè)計研究院. JGJ 312 - 2013 醫(yī)療建筑電氣設(shè)計規(guī)范［S］. 北 京 ： 中國建筑工業(yè)出版社，2014.
［2］ 國家衛(wèi)生和計劃生育委員會 規(guī)劃與信息司，中國醫(yī)院協(xié)會醫(yī)院建筑系統(tǒng)研究分會. GB 51039 - 2014 綜合醫(yī)院建筑設(shè)計規(guī)范［S］. 北京：中國計劃出版社，2015.
［3］中國中輕國際工程有限公司 . GB 16895. 24 - 2005 / IEC 60364 - 7 - 710： 2002 建筑物電氣裝置 第7 - 710部分：特殊裝置或場所的要求 醫(yī)療場所［S］. 北京：中國 標準出版社，2006.
［4］ 中國機械工業(yè)聯(lián)合會，等. GB 50054 - 2011 低壓配電設(shè)計規(guī)范 ［S］. 北京：中國計劃出版社，2012.
［5］ 中國航空規(guī)劃設(shè)計研究總院有限公司. 工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊［M］. 4版. 北京：中國電力出版社2016.
［6］ 王厚余. 建筑電氣裝置 600 問［M］. 北京：中國電力出版社，2013.
［7］ 王厚余. 剩余電流動作的保護器和監(jiān)測器的應(yīng) 用［J］. 電世界，2008，49（2）：57 - 59.
［8］ 劉葉語. 剩余電流監(jiān)測器應(yīng)用解析［J］. 建筑電 氣，2019，38（3）：14 - 18.
［9］ 容浩. 醫(yī)院接地與電擊防護探討［J］. 智能建筑電氣技術(shù)，2019，13（6）：16 - 21.
［10］ 中機中電設(shè)計研究院. GB 16895. 21 - 2011IEC 60364 - 4 - 41：2005 低壓電氣裝置 第4 - 41部分：安全防護 電擊防護［S］. 北京：中國標準出版社，2012.
［11］ International Electrotechnical Commission. IEC 60364 - 4 - 41：2005 + AMD1：2017 CSV Low‐voltage electrical installations — Part 4 - 41：Protection for safety — Protection against electric shock［S］. Geneva，2017.
［12］ International Electrotechnical Commission. IEC 60364 - 7 - 710：2018 CDV Low‐voltage Electrical Installations — Part 7 - 710： Requirements for special installations or locations — Medical locations［S］. Geneva， 2018.
［13］容浩，熊江.醫(yī)院接地及其應(yīng)用分析.
［14］安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版
作者簡介：任運業(yè)，男，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(yīng)用。
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