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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:2023-01-06 瀏覽次數(shù):307

  【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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(kuò)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(biāo)準(zhǔn)和英國 BS 標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(hù)內(nèi)容也參照國內(nèi)外新的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進(jìn)行了更新、編制。本文就以下內(nèi)容進(jìn)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(hù)、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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)及歐洲醫(yī)療標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)備室、術(shù)后復(fù) 蘇室、麻醉室等為 1 類醫(yī)療場所,而 IEC 的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) (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(dāng)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(dān)著保護(hù)性接地和功能性接地兩種功能, 應(yīng)優(yōu)先考慮保護(hù)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(hù)導(dǎo)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(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度。當(dāng)利用自然接地導(dǎo)體時,應(yīng)確保接地導(dǎo)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(hù)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(hù)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(jìn)行等電位聯(lián)結(jié):① 保護(hù)接地導(dǎo)體 (PE 線);② 外露可導(dǎo)電部分;③ 抗電磁干擾場的屏蔽物;④ 導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體和保護(hù)接地導(dǎo)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(qiáng) 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(dǎo)電部分 (包括插座的 PE 插孔) 之間、外露可導(dǎo)電部分與裝置外可導(dǎo)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(xì)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(rèn)為其主要是基于等電位聯(lián)結(jié)范圍內(nèi)導(dǎo)體電阻的考慮。即:在2 類醫(yī)療場所內(nèi),電源插座的保護(hù)接地導(dǎo)體端子、安裝設(shè)備的保護(hù)接地導(dǎo)體端子或任何外界可導(dǎo)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(dǎo)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(hù)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(dǎo)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(dǎo)體包括 a + b + c;而方案二的聯(lián)結(jié)導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)線 b 截面通常一致?;诖?,方案二的導(dǎo)體長度無疑更短,更容易滿足電阻 ≤ 0. 2 Ω 的要求。
 
  b.導(dǎo)線 c 通常為截面不小于 10 mm2 的銅導(dǎo)體, 其電阻較 2. 5 mm2 銅導(dǎo)體電阻小得多。以 2. 5 mm2 、10 mm2 的銅導(dǎo)線電阻為例,2. 5 mm2 銅導(dǎo)線電阻值為0. 006 9 Ω / m,10 mm2銅導(dǎo)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(dǎo)體電阻更低,但由于導(dǎo)線 c 的電阻不高,因此方案一、方案二的等電位聯(lián)結(jié)導(dǎo)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(hù)接地導(dǎo)體端子、安裝設(shè)備的保護(hù)接地導(dǎo)體端子或任何外界可導(dǎo)電部分與等電位聯(lián)結(jié)母線排之間的導(dǎo)體均為2. 5 mm2 的銅導(dǎo)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(dāng)采用S型等電位聯(lián)結(jié)方案時,需嚴(yán)格控制聯(lián)結(jié)導(dǎo)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(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定,電擊防護(hù)的主要保護(hù)措施包括:自動切斷電源、雙重絕緣或加強(qiáng)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(hù)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(biāo)準(zhǔn)及英國 BS 標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)[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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)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(xì)復(fù)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(jìn)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(hù),不設(shè)置動作于切斷電源的過負(fù)荷保護(hù)。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(hù)措施主要依賴其二次側(cè)的短路保護(hù)。以醫(yī)用IT 系統(tǒng)為例,當(dāng)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(hù)迅速切斷故障回路,以起到電擊防護(hù)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(dǎo)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(hù)能順利脫扣,其引出的電纜長度可以參照下式進(jìn)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(biāo)稱線電壓,取 220 V;S —— 相導(dǎo)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(dǎo)體和保護(hù)接地導(dǎo)體截面相同,因此取 1. 0; k2 —— 多根相導(dǎo)體并聯(lián)使用的校正系數(shù) ,取1. 0;ρ —— 20 ℃時的導(dǎo)體電阻率,取 0. 016 2 Ω · mm2 / m; m —— 材料相同的每相導(dǎo)體總截面積與 PE導(dǎo)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(hù),因此表 4 給出的回路導(dǎo)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(dāng)回路采用 2. 5 mm2 的導(dǎo)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(jìn)行詳細(xì)校驗,當(dāng)回路長度超過限值時應(yīng)考慮放大導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dāng)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(dǎo)體及保護(hù)接地導(dǎo)體 (PE 線) 截面相同;③ 如需進(jìn)行準(zhǔn)確計算,應(yīng)按故障電流流經(jīng)的實際通路阻抗進(jìn)行準(zhǔn)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(hù)特性進(jìn)行的線路長度分析,當(dāng)采用熔斷器作短路保護(hù)時,應(yīng)根據(jù)其相應(yīng)的保護(hù)特性進(jìn)行校驗。
 
  3 醫(yī)療場所配電系統(tǒng)的監(jiān)控與保護(hù)
 
  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(hù)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(hù)裝置;⑤ 剩余電流保護(hù)裝置 (RCD)。除過電流保護(hù)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(hù)與監(jiān)測裝置均有不同的應(yīng)用。
 
  3. 1 剩余電流保護(hù)裝置 (RCD)
 
  3. 1. 1 剩余電流保護(hù)裝置(RCD) 的應(yīng)用場所
 
  根據(jù)國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,剩余電流保護(hù)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(biāo) 準(zhǔn) 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(hù),而 JGJ 312 - 2013 對此無明確要求。但各標(biāo)準(zhǔn)、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(hù)裝置 (RCD) 的分類應(yīng)用各標(biāo)準(zhǔn)、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(hù)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(dāng) RCD越靠近故障點,其殘壓越低,越有可能發(fā)生拒動。而當(dāng)其故障點殘壓過高時,又不符合降低預(yù)期接觸電壓的要求。國家標(biāo)準(zhǔn) GB / T 6829 - 2017 《剩余電流動作保護(hù)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)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(zāi),比如其在剩余電流電氣火災(zāi)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(hù),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(hù)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(hù)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(biāo) 準(zhǔn) 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(hù)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(biāo)準(zhǔn),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(fù)荷、隔離變壓器過熱等功能。IMD 有多種類型,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(fù)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(jìn)行絕緣故障定位,僅靠 IMD 無法實現(xiàn),當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)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(hù)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(hù)室 ICU,特別需要 IFLS 進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會標(biāo)準(zhǔn) T / CECS661 - 2020《病毒感染的肺炎傳染病應(yīng)急醫(yī)療 設(shè)施設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》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(zāi)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(yù)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)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。基于此,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(jìn)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(fù)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(biāo)準(zhǔn),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(fù)雜醫(yī)療設(shè)備負(fù)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(zhǔn)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(yuǎn)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(jìn)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(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(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。
 
  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(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。
 
  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(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(dá)現(xiàn)場進(jìn)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(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(jìn)行故障處理。其中,聲音報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)。
 
  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?,F(xiàn)有國內(nèi)外規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)對醫(yī)療場所的自動切斷電源措施有一些新的規(guī)定,強(qiáng)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(hù)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。
 
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