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浅谈IT隔离电源系统在医院电气设计中的应用

更新时间: 2023-10-18   点击次数: 222次

【摘要】许多国际标准都对医疗领域,尤其是那些生命攸关的场所,如手术室、重症监护室、心脏监护室等的配电系统作了特殊的规定。现在国际上针对医疗领域中的手术室、ICU、CCU等重要场所通常采用局部“中性点不接地的供电系统"(IEC标准称之为“医疗IT系统"或“隔离电源系统")供电。文章阐述了IT系统设置的必要性,国内外规范的相关要求及IT系统的基本配置等问题。

【关键词】IT系统;基本配置;绝缘监测;过负荷检测

一、医疗领域选用IT系统(中性点不接地配电系统)的必要性

(一)IT系统因降低了触电电压和电网对地漏电流(有效控制对心脏的直接漏电),故人身触电危险被降到*小程度。

当用电设备对人体心脏直接漏电达到10μА时,会导致患者触电身亡,医学上称之为“微电击"。而在一般民用建筑中常规选用的RCD、ELCB等对地漏电断路器,其动作响应值均为30mA,远远不能满足医疗领域的要求。现在国际上针对医疗领域中的手术室、ICU、CCU等重要场所通常采用局部“中性点不接地的供电系统"(IEC标准称之为“医疗IT系统"或“隔离电源系统")供电。通过单相0.5KVA~10KVA的隔离变压器为这些场所供电,可以防止其他供电回路中的漏电流通过接地线窜入手术室、ICU、CCU等2类医疗场所的医疗电器设备上,从而避免因此对患者安全所构成的威胁。

其次,一旦隔离电源系统中所接的负载(如各种医疗电器设备、配电元器件、配电线路等)出现对地绝缘故障,因为电源端无接地线,故漏电流对地不能构成回路,对地只能产生一个微弱的容性漏电流,从而*大限度保护了患者免遭漏电的伤害。

(二)IT系统一旦出现第一个对地漏电故障,不会导致系统断路器或熔断器动作,因而保证了电源供电的可靠性

在医疗领域,某些场所对供电持续性要求很高,故设计成两路(甚至三路)电源(TN-S供电系统)自动切换,以保证这些特殊场所的供电连续性。但如果在负载端出现相对地绝缘故障时,故障电流将经过电源中性点对地构成回路,从而形成一个较大的故障电流,使上一级断路器或熔断器因过电流动作,*终导致供电中断。而如果在这些特殊场所局部采用IT配电系统时,因其电源中性点不接地,当负载端出现第一点相对地绝缘故障时,对地不能构成回路,只会产生一个很小的容性漏电,对人体不会产生危害,同时也不会导致断路器或熔断器动作,从而保证了重要医疗场所供电的持续性与可靠性。

(三)IT系统因降低了对地漏电流,提高了防火安全性

二、国内外相关规范

许多国家和国际标准都对医疗领域,尤其是手术室、重症监护室、心脏监护室等的配电系统作了特殊的规定。其目的就是保证为这些场所内的医疗电器设备提供一个安全、可靠的电源,以确保患者的安全。相关标准见表

表1国内外相关标准名称

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在中国GB16895.24-2005和国际电工委员会IEC60364-7-710:2002标准中均规定,在医疗领域2类医疗场所内,用于维持生命的、外科手术的和其他位于“患者区域"内的医疗电器设备和系统的供电回路应选用带绝缘监视的医疗IT系统供电。

我国2008年8月1日正式实施的《民用建筑电气设计规范》中12.8.6医疗场所采用IT系统供电时应符合下列规定:

(1)在2类医疗场所内,用于维持生命、外科手术和其他位于“患者区域"内的医用电气设备和系统的供电回路,均应采用医疗IT系统。

(2)用途相同且相毗邻的房间内,至少应设置一个独立的医疗IT系统。医疗IT系统应配置一个交流内阻抗不少于100kΩ的绝缘监测器并满足下列要求:①测试电压不应大于直流25V;②注入电流的峰值不应大于1mA;③*迟在绝缘电阻降至50kΩ时,应发出信号,并应配置试验此功能的器具。

(3)每个医疗IT系统应设在医务人员可以经常监视的地方,并应装设配备有下列功能组件的声光报警系统:①应以绿灯亮表示工作正常;②当绝缘电阻下降到*小整定值时,黄灯应点亮,且应不能消除或断开该亮灯指示;③当绝缘电阻下降到*小整定值时,可音响报警动作,该音响报警可解除;④当故障被清除恢复正常后,黄色信号应熄灭。当只有一台设备由单台专用的医疗IT变压器供电时,该变压器可不装设绝缘监测器。

(4)医疗IT变压器应装设过负荷和过热的监测装置。12.8.10辅助等电位联结应符合下列规定:当变压器以额定电压和额定频率供电时,空载时出线绕组测得的对地泄露电流和外护物的泄露电流均不应超过0.5mA。

(5)用于移动式和固定式设备的医疗IT系统应采用单相隔离变压器,其额定输出容量不应小于0.5KVA,并不应超过10KVA。同时,在条文说明中规定12.8.1~12.8.6,12.8.10是根据国家标准《特殊装置或场所的要求医疗场所》GB16895.24的规定。其中2类场所包括:抢救室(门诊手术室)、手术室、CU室、导管介入室、血管照影检查室。

三、医疗建筑如何设计选用IT系统

(一)根据*新的GB16895.24-2005标准,将用于不同目的的医疗房间划分为0类、1类和2类场所

(1)0类场所:不使用接触部件的场所,例如:门诊室、候诊室、按摩室等。

(2)1类场所:医疗设备的接触部件接触躯体外部或医疗设备的断电不会对病人或诊断造成危害的医疗场所,例如:病房、产房、X光室等。

(3)2类场所:医疗电器设备的微弱漏电或断电将导致病人生命危险的医疗场所,例如:急诊抢救室、手术室、重症监护室、

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心血管造影检查室、心导管室、早产儿监护室等。在2类医疗场所,使用带绝缘监视的隔离电源系统(IT系统)供电。在0类和1类医疗场所,可以使用中性点接地系统(TN-S系统)供电。

(二)建议接入IT系统的用电设备

在患者体表或体内使用的实时监视仪器、手术仪器设备、支持患者生命或躯体功能的设备、用于打开心脏、大脑等器官的设备,如呼吸机、恒温培养箱、透析机、麻醉机、心电监护设备、高频外科设备、电刀、输液泵、注射泵、心肺机、心力记录器、脉压机、心律电子脉冲调节器及体外循环机等。

四、IT系统的基本配置

(一)医疗专用隔离变压器

根据手术室规模及常见手术类型并考虑一定的备用容量,计算所需医用隔离变压器的容量。根据中国GB16895.24-2005和国际电工委员会IEC60364-7-710:2002标准规定:“医疗IT系统应采用单相隔离变压器,

其额定输出容量不应小于0.5KVA,但不应超过10KVA"。建议一间手术室配置一套隔离变压器。隔离变压器一般有(单相/三相)3.15/4/5/6.3/8/10KVA六种规格可供选择。

表2报警显示状态及含义

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变压器初级绕组与次级绕组独立缠绕,在初级绕组和次级绕组之间有屏蔽层,并连接到独立的端子上,变压器的固定架与铁芯隔离。变压器内置温度传感器,可通过绝缘监视仪对变压器温度进行监测并发出超温报警(图1)。

(二)医疗专用绝缘监视仪

一个隔离电源系统配一台绝缘监视仪,对该隔离电源系统中所有回路的绝缘状况进行实时监测并发出报警信息。

新型医疗专用绝缘监视仪采用AMP脉冲测量法,AMP脉冲测量法比传统的叠加直流测量电压的方法更可靠,其基于一个时钟测量电压,这个测量电压由微处理器控制,能自动与被监视系统状况相适应,具有很强的抗干扰能力。能适应当今现代化的具有各种干扰因素的电网系统(关键是变频成份、直流成份和电磁干扰)。对具备各种频率、波形的医疗电器设备的监视尤为适用。医疗专用绝缘监视仪绝缘状况响应值在50千欧~500千欧范围内可调;过负荷监视响应值在5A~50A范围内可调;变压器绕组温度超过120℃时发出超温报警;变压器负荷监视,并显示当前负荷与额定负荷的百分比;具有多种接线监视功能,提高监视可靠性;液晶显示测量结果,发光二极管报警;具有菜单控制及通电自检功能。

(三)变压器负载和温度监视设备

在变压器后配电线路配置电流互感器,用于配合绝缘监视仪对医用隔离变压器的负荷情况进行监测。

(四)外接报警显示设备

报警显示设备可对某一隔离电源系统进行多点报警显示。即可同时装于手术室、护士站、集中控制室等多个场所。系统配置报警显示设备的数量由需要报警显示的地点的数量决定,每个IT系统至少配置一台外接报警显示仪。

报警显示设备可并联多个外接显示,分别安装在不同的场所。同步液晶/数码管显示绝缘监视仪上的测量和报警信息(表2)。

(五)仪器专用电源

内部转换电源,将AC230V转换为AC/DC24V。给外接报警显示设备供电,一个仪器专用电源*多可给3个外接报警显示设备提供电源。

(六)绝缘故障定位系统

根据实际需求,当隔离电源系统回路数过多或用户有“在不断电的情况下精确、快速检测故障所处回路"的要求时,可加装该定位系统,用于在线查找发生对地故障的回路。

五、医用隔离电源监控系统的选型与应用

(一)概述

随着电子医疗设备在医院领域的广泛应用,漏电流对病人构成的威胁也越来越大,尤其是那些生命攸关的场所,病人在手术中或麻醉状态下,各种电极、传感器直接插入人体内,微小的漏电流都有可能导致病人触电身亡。另外有些医疗设备用于维持重症病人的生命,一旦设备停电,也会对病人的生命构成威胁。因此,对于医疗这一特殊场所的电气设计,应严格按照国家标准和规范进行。安科瑞医用IT系统绝缘监测故障定位装置及系统适用于医院的手术室、ICU(CCU)监护病房等重要场所,能为这类场所提供安全、连续、可靠的供电解决方案。

(二)应用场所

适用于医院的手术室、各类重症监护室、抢救室、内窥镜室及造影室等医疗二类场所的医用隔离电源系统的远程监控及自动化。

(三)系统架构

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(四)系统功能

安科瑞IT配电监控系统是基于触摸屏软件设计,软件具有远程测量、远程参数设置和远程自检等多种功能,为各类场所的IT配电系统的集中监控提供了强大的系统集成工具。软件的主要功能如下:

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一次图和现场分布显示

系统具有一次图及现场分布图显示功能,能直观的了解并及时地发现IT供电系统的报警地点或区域,从而方便专业人员及时到达现场进行故障排查;

实时数据采集与显示

利用安装于各IT配电系统中绝缘监测仪表和绝缘故障定位仪表,采集各隔离电源系统的参数。采集到的数据实时显示在监控系统界面,这些监测参量含IT系统对地绝缘电阻、变压器负荷电流、变压器绕组温度及绝缘故障回路等。

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故障报警

将各IT配电系统出现的各类故障,如绝缘故障、过载故障、超温故障以及接线断线故障等信息进行统一处理和记录,并可直接在显示界面上弹出显示故障类型、监测值、故障地点以及故障发生时间等信息。同时启动监控系统的声光报警系统,及时提醒相关人员,进行故障处理。其中,声音报警信号可被手动消除。

远程参数设置和查询

通过系统,可根据要求远程调整和设置各IT配电系统中绝缘监测仪的各类报警参数阈值,也可以任意查看这些报警参数值。参数包括绝缘报警值、负载电流报警值和隔离变压器温度报警值等。

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图形显示功能

系统可以以曲线的形式,显示各IT配电系统的绝缘状况、负载状况,以及隔离变压器的温升状况,以及它们的变化趋势,以便于分管理人员了解和分析各电源系统的运行变化情况,有针对性的对某些系统进行维护和保养。

(五)安科瑞产品功能和技术参数

名称

型号

图片

功能

IT配电监控系统

GGF-800

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基于触摸屏软件设计,具有远程测量、远程参数设置和远程自检等多种功能

医用隔离电源柜

GGF-I

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三相进单相出,包含单套隔离电源系统

GGF-O

三相进三相、单相出,包含单套或者多套隔离电源系统

绝缘监测仪

AIM-M10

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绝缘监测,隔离变压器温度监测,负载监测,接线判断及故障报警功能;1路继电器、1路RS485通讯、24VDC电源输出

AIM-M100

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绝缘监测,隔离变压器温度监测,负载监测,接线判断及故障报警功能;2路继电器、2路RS485通讯

AIM-M200

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绝缘监测,隔离变压器温度监测,负载监测,接线判断及故障报警功能;2路继电器、1路RS485通讯、1路CAN通讯;支持绝缘故障定位

仪用电源

ACLP10-24

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为AID系列报警与显示仪提供24V稳压电源

HDR-60-24

为AIM-M200医疗智能绝缘监测仪、ASG150测试信号发生器、AIL150-4/AIL150-8绝缘故障定位仪和AID200集中报警与显示仪提供24V稳压电源

报警与显示仪

AID10

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出现绝缘故障、过负载、变压器温升过高和接线故障时报警

六、结束语

作为电气设计人员,一方面期待着国家有关规范、行业标准与国际接轨,进一步完善。另一方面在设计过程中,应推广采用先进技术,体现“以人为本、安全第一"的设计理念,为患者和医护人员提供一个技术先进、功能齐全、安全可靠的医疗环境。