醫療IT配電系統潔淨電源解決方案

隨著醫療電子電器技術的飛速發展，現代醫療日益依賴於電氣和電子設備。人們對醫院手術室的環境要求越來越高，過去的一些設計遠不能滿足人們對安全保障的要求。尤其是手術室中大量設備觸及人體內臟和大腦等器官，如發生電氣漏電故障，很容易發生電氣事故。

基本介紹

• 中文名：醫療IT配電系統潔淨電源解決方案
• 屬性：電源方案
• 行業：醫療
• 用途：醫療IT配電系統

概述

如何保護醫院的病人以及醫護人員不受漏電事故的傷害已經變得非常重要，已經受到了國內外的繼電保護專家和醫生們的普遍關注。許多國家和國際標準都對醫療領域，尤其是那些生命攸關的場所，如手術室﹑重症監護室﹑心臟監護室等處的醫用配電系統做出了特殊規定，其目的就是保證為該場所內的醫療電器設備提供一個安全可靠的電源，以確保病人的安全。

類別和級別劃分

醫療場所根據接觸部件和患者之間的接觸形式以及醫療場所的具體用途，根據《建築物電氣裝置第7-710部分：特殊裝置或場所的要求—醫療場所》GB 16895.24-2005國家標準，可將醫療場所分為0類、1類和2類場所。

a. 套用組0類：沒有醫療電氣設備與人體接觸的場所。例如：門診室、候診室、按摩室等。此類型場所沒有增加被電擊的風險，且電力中斷不會對病人造成危害。

b. 套用組1類：使用醫療電氣設備進行診斷或治療的場所，這些設備需要與人體接觸，與病人身體之間有能量交換，監視病人體內的能量交換。在此類場所醫療設備電源中斷不會引起病人生命危險，醫療設備因停電而重新開始不會影響對病人的診斷。例如：病房、產房、X光室等。

在0類和1類場所允許採用帶漏電保護的接地系統供電（脫扣電流30mA，脫扣時間100mS），既TT或TN-S系統，禁止使用三相四線制接地系統，即TN-C系統。

c. 套用組2類：在這類場合使用的醫療電氣設備包括：在病人體表或體內使用的實時監控儀器；用於手術的儀器設備；維持病人生命和軀體功能的設備；用於打開心臟、大腦的設備。在此類場合醫療設備電源中斷會引起病人生命危險；微弱的漏電流會產生‘微電擊’。在2類場所中每個房間必須至少配備一套醫用IT電源供電（隔離供電電源），該電源系統必須安裝絕緣監視儀。例如：麻醉室﹑手術室﹑手術準備室﹑手術石膏室﹑手術恢復室﹑心臟導管插入室﹑重症監護室﹑心臟監護室﹑血管造影檢查室﹑早產嬰兒監護室等。均屬於2類場所在套用組2類的醫療場所，必須使用帶絕緣監視的隔離電源系統，即IT系統。

在某些醫療場所內，對電源的自動轉換時間有一定的時間要求，為了保證供電的可靠性需配置安全電源，當失去正常供電電源時，該安全電源應在預定的切換時間內投入運行。

醫療IT配電系統設計的相關規定

一般通用建築中所用的RCD等對地漏電保護開關，其動作回響值是mA級（30mA），遠遠不能滿足醫療領域的需要。因此，現在國際上對醫療領域中的手術室﹑ICU﹑CCU等重要場所，除了按要求做局部等電位聯結外，配電系統通常採用局部中性點不接地的供電系統（即IT系統或稱隔離電源系統）供電。通過單相3KVA-10KVA的隔離變壓器給這些場所供電，首先可以防止其它迴路中的漏電電流通過接地線竄入手術室﹑ICU﹑CCU的醫療電氣設備上對病人的安全構成威脅；另外，一旦隔離電源上所接負載（如各種醫療電氣設備）出現對地故障，因對地不能構成電氣迴路，所以只能產生一個很小的容性漏電流，可有效控制對心臟等器官的直接漏電流，極大地保護了病人免造漏電流的傷害。

國內同樣也出台了相對應的安全設計規範。《民用建築電氣設計規範》第12.8.6條規定：在2 類醫療場所內，用於維持生命、外科手術和其他位於“患者區域”內的醫用電氣設備和系統的供電迴路，均應採用醫療IT 系統。另《醫院潔淨手術部建築技術規範》第8.3.4 條第2 款規定：心臟外科手術室必須設定有隔離變壓器的功能性接地系統。國標《建築物電氣裝置第7 - 710部分：特殊裝置或場所的要求——醫療場所》（GB 16895.24–2005 / IEC 60364–7– 710：2002），對醫療場所做了相應的劃分。在病人體表或體內使用的實時監控儀器；用於手術的儀器設備；維持病人生命和軀體功能的設備；用於打開心臟、大腦的設備。在此類場合醫療設備電源中斷會引起病人生命危險；微弱的漏電流會產生‘微電擊’。在2類場所中每個房間必須至少配備一套醫用IT電源供電（隔離供電電源），該電源系統必須安裝絕緣監視儀。例如：麻醉室﹑手術室﹑手術準備室﹑手術石膏室﹑手術恢復室﹑心臟導管插入室﹑重症監護室﹑心臟監護室﹑血管造影檢查室﹑早產嬰兒監護室等。均屬於2類場所在套用組2類的醫療場所，必須使用帶絕緣監視的隔離電源系統，即IT系統。

IT系統及其特點

IT系統的定義及組成

IT系統的電源端不接地或經高阻抗接地，其電氣裝置的外露導電部分，被單獨地或集中地通過保護線（PE）接至接地極。在實際套用中，IT系統一般與TN或TT系統通過隔離變壓器進行隔離。

在正常情況下，系統中僅存線上路對地電容的微小泄漏電流。從IT系統發生第一次接地故障示意圖中看，當系統發生第一次單相接地故障時，故障電流為兩非故障相對地電容電流的相量和Id ，由於這個電流值甚小，不會造成人身電擊或者其它事故，也不會切斷電源，保證了系統供電的連續性。但是如果不及時排除故障，當第二次另一相發生接地故障時，相當於形成相間短路，使過電流保護裝置動作，引起供電的中斷，這對於重要的供電場所來說，是不允許的。

IT系統接地故障示意圖

為了防止上述短路故障的發生，IT系統應設定絕緣監測器。這樣當系統發生第一次接地故障時，絕緣監測器就能及時檢測出該接地故障，並通過報警裝置發出報警信號（通常是聲光報警信號），提醒工作人員趕在第二次發生異相接地故障前及時排除故障，消除隱患，從而有效地保證系統供電的連續性。

可以在系統中安裝專門的故障檢測儀，當絕緣監測檢測到絕緣故障時，給故障檢測儀一個啟動信號，故障檢測儀開始逐路檢測，也可以利用手執式故障定位設備對可能出現故障的迴路進行逐點排查，最終找到故障點並顯示故障點的位置，這樣就極大地方便了工作人員進行故障排除。

為了保證系統供電的連續性，國家《建築物電氣裝置第7-710部分：特殊裝置或場所的要求—醫療場所》GB16895.24-2005 / IEC60364-7-710:2002 710.53.1條規定：“……醫用IT系統的變壓器進出線迴路不允許設定過負荷保護……”，以防止系統過負荷時保護開關切斷電源。這就要求系統中的絕緣監測器必須同時還具有負荷檢測和過負荷報警功能。在一些重要的場所，由於隔離變壓器持續不斷地工作，可能溫度過高而導致隔離變壓器工作異常。因此絕緣監測器還需要實時檢測變壓器的溫度，當其溫度過高時，應有相應的超溫報警信號，以提醒相關人員及時處理。

單相IT系統組成框圖

由上面的分析可知，一個典型的單相IT系統，其組成設備主要包括：隔離變壓器、絕緣監測器、電流互感器，以及外接報警與顯示儀。

系統中，絕緣監測儀具有系統絕緣檢測、系統過負荷檢測和變壓器溫度檢測功能，以及相應故障的報警與顯示功能，一般安裝在現場的終端配電櫃中。外接報警與顯示儀則用於集中顯示相應的檢測值，並具有超限報警功能，一般安裝在位置明顯的地方，方便人員查看，如手術室IT系統的外接報警與顯示儀通常安裝在醫院手術室的情報面板上。

IT系統的特點

a. 由於系統電源端帶電導體不接地，即使系統發生單相接地故障也只能通過系統對地電容構成迴路，故障迴路阻抗極大，故障電流極小，發生電擊的危險很小，所以不必及時切斷電源來防電擊，從而維持供電的不間斷，只有在發生第二此接地故障時才要求切斷電源。同時，安裝在系統中的絕緣監測器能及時地檢測並給出系統絕緣故障報警信號，提醒工作人員及時排除故障。因此IT系統是一個連續、可靠的供電系統。

b. IT系統中的絕緣監測器，一方面實時監測系統的絕緣狀態，另一方面還檢測系統的過負荷和變壓器的溫升狀態，一旦出現異常立即報警。因此IT系統能夠減少因系統發熱、漏電等原因引起的電氣火災事故，大大提高了系統的防火安全性。

c. 在IT系統中，提高迴路的絕緣阻抗、降低迴路對地電容，是提高系統安全性與可靠性的關鍵。因此在系統設計時要儘量縮短系統配電線路的長度，減小系統容量，減少系統分支迴路數，並做好線路的絕緣防護措施。這也就限制了IT系統僅能用在重要的局部的供電場所，如化工、製藥企業的一些程式控制生產線，醫療場所的手術室、重症監護室等場所。

醫療IT配電系統潔淨電源解決方案

醫用隔離電源櫃是針對醫療2類場所的供電需求而設計的具有局部IT系統的配電櫃，IT系統裝設絕緣監測裝置來監測系統的絕緣狀況，各輸出迴路採用了具有短路保護功能的斷路器；其它系統輸出迴路則採用了具有漏電保護功能的斷路器。產品根據使用場所的不同分為GGF-O系列手術室用隔離電源櫃和GGF-I系列ICU/CCU等病房用隔離電源櫃兩大類，能夠很好的滿足各類手術室和重症監護室對電源安全性和可靠性的要求，並符合GB16895.24-2005/IEC60364-7-710:2002《建築物電氣裝置第7-710部分：特殊裝置或場所的要求-醫療場所》和GB7251.1-2005/IEC 60439-1:1999《低壓成套開關設備和控制設備》等標準。

醫用隔離電源櫃

主要產品型號規格及配置

1）ICU/CCU病房隔離電源櫃

GGF-I系列ICU/CCU等病房用隔離電源櫃主要功能：為醫院ICU/CCU病房提供安全可靠的IT系統隔離供電電源，並具有對IT系統絕緣監測功能。

2）手術室隔離電源櫃

GGF-O系列手術室用隔離電源櫃主要功能：為醫院各類手術室提供安全完美的供電解決方案，為重要的手術設備提供安全可靠的IT系統隔離供電電源，並具有對IT系統絕緣監測功能。

3）醫療IT配電系統絕緣監測裝置

AIM-M100絕緣監測儀主要功能：具有對被監測IT系統對地絕緣電阻、隔離變壓器負荷電流、變壓器繞組溫度實時監測及故障報警功能；

ACLP10-24直流穩壓電源主要功能：儀表專用的直流穩壓模組，導軌式安裝；

絕緣監測儀

AID100報警與顯示儀主要功能：具有絕緣電阻、變壓負荷率實時顯示功能；可遠程設定絕緣監測儀的報警閥值；

AKH-0.66P26型電流互感器主要功能：與AIM-M100絕緣監測儀配套使用的保護型電流互感器。最大可測電流為50A，變比為2000:1。

4）隔離變壓器

AITR系列隔離變壓器主要功能：醫院專用的隔離變壓器，為各類手術室和重症監護室提供安全的電源隔離。

針對不同場合的不同解決方案

1）ICU、CCU病房配電解決方案（以GGF-I8隔離配電櫃系統圖為例）

規格; 配置	GGF-I6.3	GGF-I8
隔離變壓器	AITR6300	AITR8000
絕緣監測儀	AIM-M100
直流穩壓電源	ACLP10-24
輸出迴路	IT系統：4路、8路等（可根據實際需求定製）
電流互感器	AKH-0.66P26
帶短路保護的斷路器	C65H-ICB-16A/2P
不間斷電源	可選配置，也可外置
報警與顯示儀	AID100（安裝於情報面板上）

2）手術室配電解決方案（以GGF-O8隔離配電系統圖為例）

規格; 配置	GGF-O6.3	GGF-O8
隔離變壓器	AITR6300	AITR8000
絕緣監測儀	AIM-M100
直流穩壓電源	ACLP10-24
電流互感器	AKH-0.66P26
帶短路保護斷路器	C65H-ICB-16A/2P
報警與顯示儀	AID100（安裝於情報面板上）
饋電迴路	8路AC220V
饋電迴路	1路AC380V、8路AC220V
浪涌保護器	PR20 20KA 3P+N
多功能儀表	ADL3000
剩餘電流動作保護器	動作電流≤30mA(A型)
不間斷電源	可選配置，也可外置

醫療IT系統的套用實例

根據國標《建築物電氣裝置 第7 - 710部分：特殊裝置或場所的要求——醫療場所》（GB 16895.24–2005 / IEC 60364–7– 710：2002），將醫療場所劃分為0類場所、1類場所和2類場所。由於0類和1類場所不使用與病人直接接觸的醫療器械，或者所使用的設備斷電後不會對病人造成危害，因此可以使用TN-S系統，但須配有剩餘電流動作保護器，在發生接地故障時，能及時斷開故障迴路。並可同時配置剩餘電流監測設備，實時監測系統各迴路的泄漏電流值，在保護設備動作前發出報警信號，避免造成迴路斷電，引起嚴重後果。對於2類醫療場所，醫療設備的斷電或接地故障將會危及病人生命安全。根據相關的標準和規範，這類場所必須使用醫療IT系統，來保證系統供電的連續性和安全性。

最新報批的《綜合醫院建築設計規範》參照我國等同採用的IEC標準，根據我國具體國情，制定出了IT系統在醫院中套用場所的詳細規定，其嚴格規定了套用組2類（也稱為2類場所）為以下場所：急診搶救室；中心手術部的所有手術室；所有CU室（包括ICU，CCU，NICU，PICU，SICU等等）；心臟導管介入室和心血管造影室。每個房間應配有獨立的隔離電源系統。

2類醫療場所配電方案

圖中各個手術室和重症監護室分別採用獨立的IT供電系統，所有的IT系統由手術部與ICU總配電櫃通過TN-S系統配電。各IT系統的絕緣監測器及總配電櫃內的剩餘電流監測設備又通過基於Modbus協定的RS485匯流排將各個監測信號反饋到手術部的中央監控室內，並由中央控制室的上位機通過中央控制系統軟體進行集中監控。各個IT系統與TN-S系統的運行狀態，都可以顯示在中央監控室的上位機上，方便工作人員對系統進行集中監控與管理。

IT系統在醫療場所套用時的注意事項

由於醫療場所具有其特殊性，因此在進行醫療IT系統設計時應特別注意以下幾點：

a. 醫療IT系統必須採用醫療場所供電用隔離變壓器，並應符合國標《電力變壓器、電源裝置和類似產品的安全 第16部分：醫療場所供電用隔離變壓器的特殊要求》的要求。

b. 為了降低醫療系統對地電容，提高絕緣強度， IT系統的配電箱要儘量安裝在使用場所附近，並儘可能減小系統容量以及系統分支數，儘量縮短系統配電線路的長度。

c. 對於心臟手術等手術設備與人體心臟直接接觸的手術室，要充分做好防電擊措施。有時候僅靠帶絕緣監測的IT系統是不夠的，還應做好局部等電位聯結，使保護區內所有可導電的部分都處於同一電位水平上。