浅谈医院电气设计中接地系统和绝缘监测产品的应用

时间：2020-09-30作者：安科瑞电子商务(上海)有限公司浏览：163

【摘要】由于医院分为三类场所，三类场所对接地系统要求不同，根据医院建筑内部房间功能的不同，可采用TN-S接地系统或IT接地系统；对于电击危险性大的手术室，还应采用局部等电位措施。论述了IT配电系统在医院的应用范围。 
【关键词】TN-S系统;IT系统；手术室配电系统；故障；绝缘监视；漏电；局部等电位联结
1.首先介绍一下医院场所的分类。
       IEC按医疗电气设备与人体接触的状况和断电的后果，将医疗场所作如下分类 
       1.1 0类场所：在此场所内不使用医疗时与人体接触的可 导电医疗器件。如门诊室、候诊室、按摩室。 
       1.2 1类场所：在此场所内上述可导电医疗器件与人体外 部接触，或进人人体与人体内部接触，但不包括2类场所，如病 房、产房、X光室、CT机房、DR机房、B室、心电图室。 
       1.3 2类场所：在此场所内进行诸如心脏内部手术、外科 手术和中断供电将导致生命危险的**，如急诊抢救室、手术室、ICU、心血管造影检查室、心导管室、早产儿监护室。 
2.其次介绍各类场所采用的电气系统的接地型式。
       2.1  0类场所、1类场所可以采用TN-S系统不应采用TN-C系统，采用TN-C-S系统时在电源进线处就应将PEN线分开为PE线和中性线。TN -S系统的特点:PE线和N线分开，非故障时无电流，外露可导电部分不带电压，比较安全，但多一根线;PE线在系统内传导故障电压。TO-C-S:电源进户前节省了 PE线，进户后PE线、N线分开，系统安全水平与TN-S系统相同。 
       2.2  2类场所可以采用TN-S系统局部应采用医疗IT系统。在2类场所内可以采用TN-S系统并且只能在下列电气设备的回路内才可装用IAn<30mA的RCD动作于自动切断电源，其他回路不得装用RCD:(1)手术台；(2)X光机；（3)额定功率大于5kVA的大型电气设备；（4)不重要（不影响生命安全）的电气设备。 
       在医院的2类医疗场所内离手术台周边水平距离1.5mm高度为2.5m内的环境被称作病人环境。在此环境内用于维持生命或进行外科手术的医疗电气设备，应采用IT系统供电，建议接入IT系统的设备:“在病人体表或体内使用的实时监视仪器、手术仪器设备、支持病人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、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。”
3.论述医院IT系统。
       随着医疗、电子、电器技术的飞速发展，现代医疗日益依赖于电气和电子设备。人们对医院手术室的环境要求越来越高，过去的一些设计远不能满足人们对安全**的要求。尤其是手术室*量设备触及人体内脏和大脑等器官，如发生电气漏电故障，很*发生电气事故。如何保护医院的病人以及医护人员不受漏电事故的伤害已经变得非常重要，已经受到了国内外的继电保护*和医生们的普遍关注。许多国家和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、心脏监护室等处的医用配电系统应采用IT系统，其目的就是保证为该场所内的医疗电器设备提供一个安全可靠的电源，以确保病人的安全。 
       3.1  IT系统:即中性点不接地配电系统。首字母表示电源端与地的关系;I—电源端所有带电部分不接地或有一点通过高电阻接地(I是“隔离”一词法文—n的首字母）； 
之后字母表示电气装置的外露可电导部分与地的关系：T—表示电气装置的外露可电导部分直接接地(T是“大地”一词法文Teire的首字母），此接地点独立于电源的接地点。 
       3.2  IT系统特点：发生接地故障时，因为其电源中性点不接地，接地故障电流对地不能构成回路，仅为非接地相对地的电容电流，其值很小，外露可导电部分对地电压不过50V对人体不会产生危害，不需要立即切断故障回路，从而保证重要医疗场所供电的连续性和可靠性。发生接地故障时，对地电压升高1.73倍;220V负载需配降压变压器，或由系统外电源供应；安装绝缘监察装置。使用场所：供电连续性要求较高，如医院手术室、ICU重症监护室、CCU等。通过（0.5KVA-10KVA)单相隔离变压器给2类场所供电，可以防止其它供电回路中的漏电流通过接地线窜入手术室等场所的医疗电器设备上，从而避免因此对病人安全构成威胁。在病人环境采用IT系统的必要性。按IEC标准，进行心脏手术的医疗电气设备的正常泄漏电流不得大于1μA;当发生一个接地故障时，其故障电流不得大50μA因通过人体心脏的电流如过50μA就可导致心室纤颤而死亡，它被称作微电击致死。为限制故障电流， 需在手术室内或其贴近处安装一台1:1的隔离变压器，其二次回路导体不接地，所供医疗电气设备的外露导电部分接电气装置的PE线，以IT系统供电。并辅以局部等电位联结，如图所示，当发生接地故障时，故障电流仅为流过自隔离变压器至胸腔手术设备间一小段非故障线段很小的对地电容电流ICC 这样才能有效地满足发生一个接地故障时泄漏电流不大于5μA的要求。为确保病人安全，并确保供电的不间断，用于维持生命的、其他外科手术的医疗电气设备也应以IT系统供电。如图1所示。
       3.3 手术室/ICU病房/CCU病房IT电源系统的基本配置应包括：隔离变压器、绝缘监视仪、变压器负载和温度监视设备、外接报警显示设备等。IT系统应注意的问题：
       (1)设置绝缘监视装置。 
       (2)尽量减小系统容量，减小系统线路的长度。
       (3)增加线路的绝缘等级。 
       (4)辅助以局部等电位接地，等电位干线保证在16mm2线支线在6mm2以上。 
       (5)配电线路采用穿钢管敷设，减少干扰。 
       (6)变压器二次出线采用双级保护开关。
4.局部等电位联结。 
       为了减少电位差，除采用医疗IT系统外，还应在1类、2类场所实施局部等电位联结，即在该类场所内设一个局部等电位联结端子板(局部等电位联结端子板由强电井等电位联结线经BV-1*25平方毫米铜芯绝缘电线穿管引来），用联结线将下列部分联结到端子板上。（1）PE线。（2)装置外露可导电部分。（3)放电场干扰的屏蔽层。（4)隔离变压器一、二次绕组间的金属屏蔽层。（5)地板下可能设置的金属网格。在2类场所等电位联结系统中，局部等电位连接端子板与插座PE线端子、固定设备PE线端子以及装置外可导电部分等之间的联结线和联接点的电阻总和不应大于0.2欧姆。联结线应有黄绿相间的色标以便识别。 
5 安科瑞医疗IT系统绝缘监测产品的介绍
5.1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，对于医院这一特殊场所的电气设计，应严格按照国家标准和规范要求，采用IT系统供电。
       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。
5.2 医用隔离电源监控系统
       医用隔离电源监控系统用于集中监控医疗大楼内所有医疗2类场所医疗IT系统的运行状况。这种集中监控系统可以设置在医院电气运行和维护人员的值班室内，也可以集成在其它电力监控系统中，由的电气人员进行监控，一旦某套IT系统出现故障，电气维护人员也能在一时间内做出判断，并根据现场情况进行处理。
5.2.1 系统拓扑图
图2产品拓扑图
5.2.2软件功能
       安科瑞医用隔离电源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，为医院2类场所隔离电源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图3：
图3软件的主要功能
■ 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
       利用安装于各隔离电源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如图3；
■ 故障报警
       将各医用隔离电源系统出现的各类故障，如绝缘故障、过载故障、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医用隔离电源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如图4。
■ 图形显示功能：
       系统可以以曲线的形式，显示各套隔离电源系统的绝缘状况、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。
5.3 产品选型
表1 医用 IT 系统绝缘监测及故障定位产品
6.结语 
       建筑给水排水节能工作涉及到建筑给水排水系统的各个环节，建筑给排水节能措施是相互联系的，途径是多样化的。建筑节能不仅仅在于建筑外墙、照明、保温、采暖等，给水排水的节能也发挥越来越重要的作用。推广建筑给水排水的节能设计，一定能为建筑节能降耗做出贡献。 
随着**“十二五”节能减排的进一步开展，节能低碳工作将在各地进行落实和考核。我国目前存在诸多例如节水节能器具初期投入成本普遍较高等问题，但加快给水排水节能技术的开发运用，符合“十二五”提出节能减排的纲要目标，也是实现给水排水低碳、绿色可持续经济的根本途径。实现建筑给水排水排水节能，任重道远。
 
参考文献
[1] 《建筑物电气装置500问》.
[2] 张强，毕德宁、医院电气设计中的接地系统和局部等电位联结.
[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.6版.

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