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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
【摘要】根據(jù)醫(yī)療場(chǎng)所分類說(shuō)明醫(yī)院尤其是 2 類 醫(yī)療場(chǎng)所的接地方案，分析醫(yī)療場(chǎng)所自動(dòng)切斷電源措 施，提出校驗(yàn)醫(yī)療 IT 系統(tǒng)配出回路長(zhǎng)度；說(shuō)明 RCD、RCM、IMD、IFLS 等的用途和范圍；就應(yīng)急醫(yī) 院 2 類場(chǎng)所的配電方案進(jìn)行探討。
【關(guān)鍵詞】醫(yī)院；接地；自動(dòng)切斷電源；輔助等 電位聯(lián)結(jié)；醫(yī)用 IT 系統(tǒng)；
0 引言
國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集 08SD706 - 2 《醫(yī)療場(chǎng)所電氣設(shè)計(jì)與設(shè)備安裝》（以下簡(jiǎn)稱 《原圖集》）于 2009 年發(fā)布，彼時(shí)可依據(jù)的醫(yī)療場(chǎng)所專用設(shè)計(jì)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(chǎng)所的要求 醫(yī)療場(chǎng)所》。近10年來(lái)，隨著社會(huì)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(duì)醫(yī)療場(chǎng)所的專用設(shè)計(jì)規(guī)范也陸續(xù)發(fā)布，如：JGJ 312 - 2013《醫(yī)療建 筑電氣設(shè)計(jì)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(jì)規(guī)范》等。同時(shí)可以看到 IEC 標(biāo)準(zhǔn)和英國(guó) BS 標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)醫(yī)療場(chǎng)所電氣設(shè)計(jì)、通用場(chǎng)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(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集19D706 - 2 《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)與安裝》（以下簡(jiǎn)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(chǎng)所的接地及安全防護(hù)內(nèi)容也參照國(guó)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(chǎng)所的自動(dòng)切斷電源措施、醫(yī)療場(chǎng)所配電系統(tǒng)的監(jiān)控與保護(hù)、應(yīng)急醫(yī)院 2 類場(chǎng)所的配電方案思考。
1 醫(yī)院的接地
1. 1 醫(yī)院醫(yī)療場(chǎng)所分類
國(guó)內(nèi)及歐洲的標(biāo)準(zhǔn)均將醫(yī)療場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)所所述部位外） 接觸的醫(yī)療場(chǎng)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(chǎng)所。
國(guó)內(nèi)各醫(yī)療標(biāo)準(zhǔn)及歐洲醫(yī)療標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于以上 3 類醫(yī)療場(chǎng)所的定義與劃分基本一致，其簡(jiǎn)要?jiǎng)澐忠?jiàn)表 1。
注：根據(jù)我國(guó)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(chǎng)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(chǎng)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(shí)，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(shí)，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(shuō)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(chǎng)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(dú)接地極，在同一場(chǎng)所內(nèi)將存在兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的接地裝置，兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的接地裝置之間可能存在電位差，這對(duì)人身安全不利，在 2 類醫(yī)療場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(tái)、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(chǎng)所內(nèi)或靠近醫(yī)療場(chǎng)所。在每個(gè)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(jiàn)，并便于單獨(dú)拆卸。上述要求是為了加強(qiáng) 2 類場(chǎng)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(shí) （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(chǎng)所的常規(guī)做法是有道理的。
f．醫(yī)療場(chǎng)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(chǎng)所的接地
2 類醫(yī)療場(chǎng)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。《圖集》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(jiǎn)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(jiǎn)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(diǎn)見(jiàn)表 2。對(duì)于方案一、方案二的不同點(diǎn)，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(chǎng)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(guò) 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(shí)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(tái)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(tái)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。基于此，方案二的導(dǎo)體長(zhǎng)度無(wú)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(shí)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(huì)太大。
c． 采用方案二時(shí)，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(zhǎng)度約為29ｍ，對(duì)于常規(guī)手術(shù)室當(dāng)采用S型等電位聯(lián)結(jié)方案時(shí)，需嚴(yán)格控制聯(lián)結(jié)導(dǎo)線長(zhǎng)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(chǎng)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(chǎng)所的自動(dòng)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(dòng)切斷電源、雙重絕緣或加強(qiáng)絕緣、向單臺(tái)用電設(shè)備供電的電氣分隔、特低電壓（SELV 和 PELV）。其中自動(dòng)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(chǎng)所 TN、IT 系統(tǒng)自動(dòng)切斷電源時(shí)間及醫(yī)用 IT 系統(tǒng)自動(dòng)切斷電源的相關(guān)問(wèn)題。
2. 1 自動(dòng)切斷電源時(shí)間
表 3 總結(jié)了國(guó)內(nèi)規(guī)范、IEC 標(biāo)準(zhǔn)及英國(guó) BS 標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)普通場(chǎng)所及醫(yī)療場(chǎng)所自動(dòng)切斷電源時(shí)間的相關(guān)規(guī)定。主要針對(duì) TN 系統(tǒng)、IT 系統(tǒng)的自動(dòng)切斷電源時(shí)間，表 3 中給出的時(shí)間均為自動(dòng)切斷電源時(shí)間。由表 3 得出的結(jié)論詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)［9］，本文僅列 出兩個(gè)結(jié)論：
a．1 類、2 類醫(yī)療場(chǎng)所和常規(guī)場(chǎng)所的自動(dòng)切斷電 源時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)有差異，通常醫(yī)療場(chǎng)所內(nèi)的自動(dòng)切斷電源 時(shí)間更短。在新版的 IEC 60364 - 7 - 710：2018 CDV 中規(guī)定，對(duì)于 1 類、2 類醫(yī)療場(chǎng)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(shí)，其自動(dòng)切斷電源時(shí)間與普通場(chǎng)所的的自動(dòng)切斷電源時(shí)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(duì)于 IT 系統(tǒng)，尤其是醫(yī)院 2 類醫(yī)療場(chǎng)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(zhǎng)度及其短路電流靈敏度等參數(shù)。本文 3. 2 節(jié)對(duì)此進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。
2. 2 醫(yī)用 IT 系統(tǒng)自動(dòng)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(dòng)作于切斷電源的過(guò)負(fù)荷保護(hù)。由以上規(guī)定可知，醫(yī)用 IT 系統(tǒng)自動(dòng)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(shí)，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(shí)，
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(zhǎng)度可以參照下式進(jìn)行計(jì)算［5］：L = ( 0. 8 ~ 1. 0) Un S 1. 5 ρ (1 + m) × 2Ik k1 k2 （1） 式中：L —— 電纜長(zhǎng)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(duì)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(shí)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(jì)手冊(cè)》（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(dòng)作，接地故障電流Ik 應(yīng)考慮斷路器的瞬時(shí)過(guò)流脫扣整定值Iset3，并且要考慮靈敏度系數(shù)，具體見(jiàn)下式：Ik ≥ Iset3 Kre1 Kop（2）式中：Iset3 —— 斷路器瞬時(shí)過(guò)流脫扣整定值，A；Kre1 —— 斷路器瞬時(shí)過(guò)流脫扣動(dòng)作誤差系數(shù)，取 1. 2；Kop —— 斷路器動(dòng)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(zhǎng)度限值詳見(jiàn)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(zhǎng)度限值很重要。例如，回路開關(guān)為 16 A 單磁式微斷時(shí)，當(dāng)回路采用 2. 5 mm2 的導(dǎo)線，則該回路總長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò) 22. 3 m。一方面，對(duì)于手術(shù)室、ICU 等場(chǎng)所的配電回路需要進(jìn)行詳細(xì)校驗(yàn)，當(dāng)回路長(zhǎng)度超過(guò)限值時(shí)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(wú)限制放大。并且隔離變壓器應(yīng)在 2 類醫(yī)療場(chǎng)所就近設(shè)置，以有效降低配出回路長(zhǎng)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(shí)的計(jì)算公式相比，分母多了一個(gè) 2 倍的系數(shù)。這是考慮二次接地故障時(shí)，故障電流在兩個(gè)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(jì)算，應(yīng)按故障電流流經(jīng)的實(shí)際通路阻抗進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，同時(shí)應(yīng)考慮輔助等電位聯(lián)結(jié)對(duì)故障電流的分流等影響。以上為針對(duì)斷路器保護(hù)特性進(jìn)行的線路長(zhǎng)度分析，當(dāng)采用熔斷器作短路保護(hù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)其相應(yīng)的保護(hù)特性進(jìn)行校驗(yàn)。
3 醫(yī)療場(chǎng)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(cè)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(guò)電流保護(hù)裝置；⑤ 剩余電流保護(hù)裝置 （RCD）。除過(guò)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(chǎng)所，其余 4 種保護(hù)與監(jiān)測(cè)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(chǎng)所
根據(jù)國(guó)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(jiàn)表 5。
由表 5 可見(jiàn)，對(duì)于 1 類場(chǎng)所中采用 TN 系統(tǒng)時(shí)，國(guó) 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(duì)此無(wú)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(shí)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(chǎng)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(dòng)作，其動(dòng)作電壓為故障回路的電源殘壓，當(dāng) RCD越靠近故障點(diǎn)，其殘壓越低，越有可能發(fā)生拒動(dòng)。而當(dāng)其故障點(diǎn)殘壓過(guò)高時(shí)，又不符合降低預(yù)期接觸電壓的要求。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB / T 6829 - 2017 《剩余電流動(dòng)作保護(hù)電器 （RCD） 的一般要求》，對(duì)剩余電流內(nèi)含有直流分量時(shí)，RCD 的動(dòng)作特性進(jìn)行了劃分。本文結(jié)合其各自的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍作了歸納，詳見(jiàn)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(guò)設(shè)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。我國(guó)的規(guī)范中對(duì)于剩余電流監(jiān)視器 （RCM） 在醫(yī)療場(chǎng)所的應(yīng)用并無(wú)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(chǎng)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(bào)告給用戶和技術(shù)人員。當(dāng)使用RCM 時(shí)，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(gè)結(jié)論：
a．RCM 可用于 TN、TT、IT 系統(tǒng)，用于 TN、TT系統(tǒng)時(shí)主要作用為及時(shí)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(shí)針對(duì)第一次接地故障的防護(hù)，此時(shí) RCM 既可獨(dú)立使用［11］，也可與絕緣監(jiān)測(cè)裝置 （IMD） 配合使用。RCM 與IMD 配合使用時(shí)，IMD作用為絕緣監(jiān)測(cè)，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(cè)電氣裝置中的剩余電流。反之，RCD 也不是監(jiān)測(cè)裝置，但可以動(dòng)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(cè)裝置 （IMD）
絕 緣 監(jiān) 測(cè) 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(yàn)、測(cè)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(duì)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(duì)稱和非對(duì)稱的絕緣電阻變化，并在絕緣電阻降至設(shè)定值時(shí)發(fā)出警示。
在實(shí)際使用中，各 IMD 供應(yīng)商提供的產(chǎn)品不僅用于監(jiān)測(cè)絕緣情況，同時(shí)通過(guò)各種附件實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)回路過(guò)負(fù)荷、隔離變壓器過(guò)熱等功能。IMD 有多種類型，工作原理不，各產(chǎn)品有自己的特點(diǎn)。但是比較顯著的是 IMD 的電氣原理與剩余電流監(jiān)測(cè) 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(shí)可以起到報(bào)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(wú)法實(shí)現(xiàn)，當(dāng)采用儀器自動(dòng)定位時(shí)需要采用 IMD + IFLS （絕緣故障定位系統(tǒng)） 方案或 IMD + RCM 方案以實(shí)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(yàn)、測(cè)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(shí)的絕緣故障定位。對(duì)于一套 IT 隔離變壓器給多個(gè)場(chǎng)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(shí)的故障定位。醫(yī)院 2 類場(chǎng)所的 IT 系統(tǒng)中，IFLS 通過(guò)和 IMD 配合實(shí)現(xiàn)故障定位。IFLS 于 RCM 的比較詳見(jiàn)表 7。
4 應(yīng)急醫(yī)院 2 類場(chǎng)所的配電方案思考
根據(jù)中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中的定義，應(yīng)急醫(yī)療設(shè)施（Emergency Medical Facility） 為應(yīng)對(duì)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(jiǎn)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(chǎng)所配電方案
按現(xiàn)有的規(guī)范，2 類醫(yī)療場(chǎng)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(gè)固有特點(diǎn)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(shí)可不切除電路維持運(yùn)行，供電連續(xù)性高，有效保障人身安全。同時(shí) 2 類場(chǎng)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(chǎng)所的配電方案思考
對(duì)于應(yīng)急醫(yī)院，2 類場(chǎng)所的配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如下問(wèn)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(duì)比較 專業(yè)，配電成套與測(cè)試完善的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品在市場(chǎng)上僅有 為數(shù)不多的供應(yīng)商能提供。常規(guī)項(xiàng)目從元器件采購(gòu)到交付現(xiàn)場(chǎng)，制造周期較長(zhǎng)，約 3 ~ 4 周時(shí)間，不符合應(yīng)急項(xiàng)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?；诖?，筆者提出兩個(gè)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(cè)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(guó)內(nèi)市場(chǎng)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(shí)也可以看到，市場(chǎng)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(shí)，其集成了如 IT 隔離電源模塊 （帶絕緣監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)、負(fù)載電流監(jiān)測(cè)）、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(shí)間過(guò)長(zhǎng)、UPS 等設(shè)備分散、占地大的缺點(diǎn)。有效應(yīng)對(duì)了應(yīng)急醫(yī)院建設(shè)工期特別短、模塊化集裝箱拼裝場(chǎng)地受限制等特點(diǎn)。
b．方案二：采用 TN 系統(tǒng) + 應(yīng)急 RCM 組合作為臨時(shí)過(guò)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(xiàng)：
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(bào)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(bào)警閾值 5 mA，二次報(bào)警閾值 10 mA。
c．為應(yīng)對(duì)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(cè)裝置 RCM 提高檢測(cè)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(cè)裝置。
d．RCM 應(yīng)具備測(cè)量值輸出功能或遠(yuǎn)程報(bào)警輸出接口。盡管在 ICU 等 2 類場(chǎng)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(xiàng)目，可以將方案 二作為一種臨時(shí)過(guò)渡方案，以滿足工期要求。如能解決一些 TN 系統(tǒng)的固有問(wèn)題，也可作為一個(gè)探索方向，表 8 對(duì)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(duì)病人構(gòu)成的威脅也越來(lái)越大，尤其是那些生命攸關(guān)的場(chǎng)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(huì)對(duì)病人的生命構(gòu)成威脅。因此，對(duì)于醫(yī)療這一特殊場(chǎng)所的電氣設(shè)計(jì)，應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)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(cè)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(chǎng)所，能為這類場(chǎng)所提供安全、連續(xù)、可靠的供電解決方案。
5.2應(yīng)用場(chǎng)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(chǎng)所的醫(yī)用隔離電源系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控及自動(dòng)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(jì)，軟件具有遠(yuǎn)程測(cè)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(chǎng)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(chǎng)分布顯示
系統(tǒng)具有一次圖及現(xiàn)場(chǎng)分布圖顯示功能，能直觀的了解并及時(shí)地發(fā)現(xiàn)IT供電系統(tǒng)的報(bào)警地點(diǎn)或區(qū)域，從而方便專業(yè)人員及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障排查；
實(shí)時(shí)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(cè)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(shí)時(shí)顯示在監(jiān)控系統(tǒng)界面，這些監(jiān)測(cè)參量含IT系統(tǒng)對(duì)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(bào)警
將各IT配電系統(tǒng)出現(xiàn)的各類故障，如絕緣故障、過(guò)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(cè)值、故障地點(diǎn)以及故障發(fā)生時(shí)間等信息。同時(shí)啟動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的聲光報(bào)警系統(tǒng)，及時(shí)提醒相關(guān)人員，進(jìn)行故障處理。其中，聲音報(bào)警信號(hào)可被手動(dòng)消除。
遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置和查詢
通過(guò)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(cè)儀的各類報(bào)警參數(shù)閾值，也可以任意查看這些報(bào)警參數(shù)值。參數(shù)包括絕緣報(bào)警值、負(fù)載電流報(bào)警值和隔離變壓器溫度報(bào)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(shì)，以便于分管理人員了解和分析各電源系統(tǒng)的運(yùn)行變化情況，有針對(duì)性的對(duì)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(yǔ)
醫(yī)院是一類特殊公共建筑，其對(duì)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(jì)非常重要?，F(xiàn)有國(guó)內(nèi)外規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)醫(yī)療場(chǎng)所的自動(dòng)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(yàn)配線長(zhǎng)度以滿足第二次接地故障時(shí)的防護(hù)要求。醫(yī)療場(chǎng)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(chǎng)所的配電方案除考慮人身安全外，還應(yīng)考慮工期、現(xiàn)場(chǎng)安裝空間、調(diào)試等因素。
相關(guān)產(chǎn)品
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