淺談醫(yī)療IT系統(tǒng)的供電與接地設計

安科瑞 簡婷  

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定 201801

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

關鍵詞: 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)療設備在醫(yī)院領域的廣泛應用，電流對病人構成的潛在威脅也遠遠大于以前，尤其是病人在手術中或麻醉狀態(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，就會導致病人觸電身亡，在醫(yī)學上稱為微電擊。因此，醫(yī)院這一特殊場所的漏電保護及相關要求在設計規(guī)范中已非常嚴格、明確。

通常IT系統(tǒng)應符合下列基本要求 ：

1. 在IT 系統(tǒng)中，所有帶電部分應對地絕緣或配電變壓器中性點應通過足夠大的阻抗接地。電氣設備外露可導電部分可單獨接地或成組地接地；
2. 電氣設備的外露可導電部分應通過保護導體或保護接地母線、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)不宜引出中性導體。因此，IT 系統(tǒng)中包括中性導體在內(nèi)的任何帶電部分嚴禁直接接地 ；IT 系統(tǒng)中的電源系統(tǒng)對地應保持良好的絕緣狀態(tài)。

2 醫(yī)療場所 IT 系統(tǒng)設置要求

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、手術室以及斷電（故障）將危及生命的重要**的醫(yī)療場所。如醫(yī)院的手術室、心臟導管插入室、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)療場所設置IT系統(tǒng)有了較明確的規(guī)定，但只有設計者能夠正確理解并充分認識到醫(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，當用電設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，其動作響應值是mA 級的（如 ：30mA），遠遠不能滿足醫(yī)療領域的需要。 因此，現(xiàn)在國際上對醫(yī)療領域中的手術室、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室及重癥監(jiān)護室(ICU)、心臟監(jiān)護室(CCU) 的醫(yī)療電器設備上對病人的**構成威脅。

另外，一旦隔離電源上所接的負載（如各種醫(yī)療電器設備）出現(xiàn)對地故障，因?qū)Φ夭粯嫵苫芈?，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. 當電網(wǎng)負載出現(xiàn)一個絕緣故障點時，不會引起電源開關動作（跳閘），保證了供電的連續(xù)性。

在醫(yī)療領域，某些場所對供電持續(xù)性要求很高，故設計成兩路（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成回路，從而形成一個較大的故障電流使上上等開關或熔斷器動作，導致供電中斷。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，當負載端出現(xiàn)一點相對地絕緣故障時，因其對地不能構成回路，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，同時也不會導致開關或熔斷器動作，從而保證了手術室等重要場所供電的連續(xù)性（采用不接地IT系統(tǒng)供電，當一次接地故障時，發(fā)出聲光預報警信號）。

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)的供電設計方案及設備選型

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

主要設備選型 ：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,所以應盡量采用單相隔離電源系統(tǒng)。下面我們只談談單

圖1 手術室配電箱接線系統(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，而在手術室局部范圍內(nèi)應采用IT 系統(tǒng)。一般電擊情況下，帶電導體與人體皮膚接觸，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致死亡。IEC 標準規(guī)定 ：醫(yī)療設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，相應地手術室內(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)療設備不宜采用漏電電流動作保護，而應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)療設備在醫(yī)院領域的廣泛應用，漏電流對病人構成的威脅也越來越大，尤其是那些生命攸關的場所，病人在手術中或麻醉狀態(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)療設備用于維持重癥病人的生命，一旦設備停電，也會對病人的生命構成威脅。因此，對于醫(yī)療這一特殊場所的電氣設計，應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)拓撲圖

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計，軟件具有遠程測量、遠程參數(shù)設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)設置和查詢

通過系統(tǒng)，可根據(jù)要求遠程調(diào)整和設置各醫(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 結束語

    綜上所述，在電流突然中斷后，在有可能導致重大醫(yī)療危險的場所，應采用電力系統(tǒng)不接地（IT系統(tǒng)）的供電方式。設計方式為 ：設一臺醫(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)療場所手術室、急救室、重癥監(jiān)護室（ICU 病房）等，應設在醫(yī)務人員可以經(jīng)常監(jiān)視的位置，醫(yī)療IT 系統(tǒng)配電箱內(nèi)設一套漏電檢測裝置（絕緣監(jiān)視裝置），當單相接地故障時（一般當系統(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。

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、中國國家標準化管理委員會. 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: 中國標準出版社, 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