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医用隔离电源在医疗场所的应用
发布时间:2020-09-14   点击次数:30次
  赵娜
 
  安科瑞电气股份有限公司
 
  摘要:针对医院对电力系统有很高的要求及使用特点,论述了医院医疗场所的划分以及不同场所的不同类型的电力系统;详细介绍了医疗IT系统和特点、(隔离电源)设备、剩余电流(漏电流)监视设备的应用,以及医用IT设备选择时应注意的事顶。
 
  关键词:医用IT糸统 医疗场所 应用
 
  1 概述
 
  医院建筑物是一个救助病人的特殊场所无论其内部结构,还是医疗设备都需要满足医患双方治疗、康复和安全的要求。在其建筑电气方面,新的国标GB16895.24-2005标准对医院的各个医疗场所按用电的安全等级进行了划分同时针对不同的医疗场所推荐了不同的电力系统。
 
  按照新的国标GB16895.24-2005标准,医疗场所划分为0类场所、1类场所和2类场所。其中在医疗0类和1类场所中,由于医疗设备断电不会对患者或诊断造成危害,因此可使用 TN-s系统,须配备剩余电流保护设备(BCD),在发生对地漏电故障时,故障回路可及时断开 同时可安装剩余电流监视设备(RCM)监视系统各回路的漏电流数值,在RCD动作之前即能输出报警信号避免负载回路断电事故。在医疗2类场所中,医疗设备的断电将对患者构成危害,甚至是生命的威胁,因此必须使用医用| T系统,即使发生接地故障,系统也不会发生漏电、失电 从而保证2类场所内病人的安全和维持病人生命的诊疗设备的持续运行。
 
2 医疗IT系统功能及特点
 
  医用隔离电源系统<即医用IT系统>,又叫中性点不接地的配电系统。在IT系统中,系统中性点对地完全隔离,系统负载中的导体和无负载电流经过的导电部分经接地保护线接地。在IT系统中,如果出现单相接地故障,对地漏电流只能经过系统泄露电容对系统相线构成回路,而系统泄露电容引起的容抗总是远远大于TN系统中的接地电阻,因此IT系统中的断路器不会因接地电流的存在而引起过电流而动作,从而保证系统能带故障运行。
 
  医疗IT系统设置在医疗2类场所的作用
 
  (1)隔离电源系统即中心点不接地系统,其因降低了接触电压和电网对地的漏电流,故有效控制对人体内部的直接漏电,从根本上杜绝产生微电击医疗事故的危险;
 
  (2)防止接地系统内的漏电流窜入某些与病人连接的医疗电气设备的对地回路;
 
  (3)当供电系统内出现一个对地漏电故障时,不会导致断路器或熔断器动作,保证供电的可靠性。同时,绝缘监视仪报警,提示故障类型,以便维修人员及时修复;
 
  (4)降低了对地漏电流,从而提高了防火安全性
 
  (5)目前国家标准GBI 6895.24-2005规定中心手术部所有手术室、急诊抢救室、各类重症监护室、心脏导管及造影室等须配置隔离电源系统。
 
3 选择设备时应注意的事项
 
  医院在选择医用IT设备时,应参照相关规范的技术要求,其中:
 
  (1)《民用建筑电气设计规范》在14.7.6.3 中规定:在电源突然中断后,有招致重大医疗危险的场所,应采用电力系统不接地(IT系统)的供电方式",14.2.8中规定“IT系统必须装设绝缘监视及接地故障报警系统或显示装置";
 
  (2)《医院洁净手术部建筑技术规范》在8.3.1.3中规定'洁净手术部用电应从本建筑物配电中心专配供给。根据使用场所的要求主要选用TN-s系统和IT系统两种形式";8.3.2.3中规定“洁净手术室内的电源宜设备漏电检测报警装置";
 
  (3)国家标准《建筑物电气装置第7一710 部分:特殊装置或场所的要求一医疗场所 GB16895.24一2005》在710.413.1.5中规定在2类医疗场所(即手术室、ICU)内,医疗IT系统应该用于维持生命的、外科手术的和其它位于患者区域"内的医疗电气设备和系统的供电回路。医用IT系统应配置一个符合规范要求的绝缘监视仪。
 
  该规范规定了IT系统内相关产品(包括医用隔离变压器、医用绝缘监视仪以及外接报警显示)的技术指标和要求。其中医用隔离变压器的技术指标为变压器应符合IEC61558-2-15及以下附加要求:
 
  (1)当变压器以额定电压和额定频率供电,空载时出线绕组测得的对地泄漏电流和外护物的泄漏电流均不应超过0.5mA。
 
  (2)用于移动式和固定式设备的医疗IT系统应采用单相变压器,其额定输出容量不应小于 0.5KVA.但不应超过10KVA。
 
  (3)变压器应紧靠医疗场所安装,可在其内或其外,而且要安装在柜内或外护物内以免被无意地接触其带电部分。
 
  (4)变压器的二次侧额定电压Un不应超过交流250V。
 
  医用绝缘监视仪的技术指标为:
 
  (1)绝缘监视仪需符合IEC61557-8并满足下列规定要求 :
 
  (2)交流内阻抗应至少为100K Q;测试电压不应大于直流25V;
 
  (3)即使在绝缘电阻降至50 K Q时,应发出信号。应配置试验此功能的器具;
 
  (4)绝缘监视仪要求监测医疗IT变压器的过负荷和过热。
 
  外接报警显示的技术指标为:对于每个医疗IT系统,配备有下列组件的声光报警系统应装设在适当的地方以便医务人员可以经常监视(声光信号):一只绿灯亮表示工作正常;当绝缘电阻下降到最小整定值时,一只黄灯亮。应不能消除或断开这个亮灯指示;当绝缘电阻下降到最小整定值时,音响报警动作。该音响报警可以解除,当故障被清除恢复正常后,黄色信号灯应熄灭。
 
  目前在各大医院使用较多的是德国本德尔医用IT系统其包括ES710系列医用单相隔离变压器、107TD47医用绝缘监视仪、STW2电流互感器、AN450仪器专用电源和MK2007CBMCN外接报警显示。其产品特点为:
 
  (1)德国本德尔ES710系列医用隔离变压器符合国标的技术要求。具备10KVA以下各种规格的变压器具有噪声低、对地漏电流小、启动浪涌电流小等优点。同时变压器内置了两个温度芯子当变压器超温时,可在绝缘监视仪上输出报警信号。同时作为手术室IT系统的电源,连续不间断运转时间长,符合并高于医用隔离变压器技术指标,其质量和技术经受了长时间实际应用的考验。
 
  (2)107TD47医用绝缘监视仪具备绝缘故障报警过负荷报警、超温报警断线报警和自身故障报警等五项报警。其中绝缘监视采用本德尔公司的专li技术,自适应脉冲信号(AMP)测量法,在系统和地之间叠加一个自适应的脉冲信号,该信号能根据系统的对地电容和系统内负载的频率变化而自动改变测量脉冲的幅度和宽度,从而消除由系统内连接的各种医疗电气设备带来的对地电容和各种频率成分的干扰。
 
  (3)MK2007CBM-CN外接报警显示安装在手术室内部显示绝缘监视仪的各种测量数据,报警时能发出声光报警信号。MK2007CBM-CN 与107TD47绝缘监视仪通过RS485接口进行数字通信,可进行多点显示和集中显示。同时还可以通过专用网关对进行整个医院建筑物内的所有IT系统进行整体监控和管理。
 
  除了绝缘监视技术外,德国本德尔公司还能通过EDS474系统在线查找绝缘故障发生的回路。EDS474系统与医疗|T电源系统内的绝缘监视仪107TD47一起工作,当绝缘监视仪探测到绝缘故障后,EDS474系统即自动开始故障定位。 PGH474周期性地送出一个特殊的测试电流,测试信号从故障测试仪经火线流入绝缘故障部位 这个测试信号由故障分路中的电流互感器探测到,并由电子评估器评估,通过EDS474-12 绝缘故障评估仪上的发光管和PRC1470/MK2430 上的液晶显示屏显示出故障分路。EDS474系统的响应灵敏度为0.5毫安。
 
  具备了完整的绝缘监视和绝缘故障定位技术,不仅能保障医疗2类场所电力供应的持续性,保护病人免遭医疗漏电事故的伤害,并指示出带绝缘故障的医疗电器设备,提醒医护人员对漏电设备进行及时地维护保养,避免继续在病人身上使用,这在目前我国医疗设备周期性检测还没有十分完善的情况下,无疑又是对病人的一大福音。
 
  4 医疗IT系统(隔离电源)设备的应用
 
  从设计角度来说,满足国家规范以及相关技术标准,配置医疗 IT 系统是基本原则,但医院净化区域一般分包给各净化工程专业公司,各净化公司在深化设计时一般遵循 GB50333—2002《医院洁净手术部建筑技术规范》。针对手术室项目,GB50333—2002《医院洁净手术部建筑技术规范》8.3.4 节中第2 条明确提出: “心脏外科手术室必须设置有隔离变压器的功能性接地系统。”这样一来,出于竞标目的或者成本方面的考虑,不少设计人员就会只为心脏外科手术室或者比较重要的Ⅰ级手术室配置医疗 IT 系统,而其他级别手术室或者不重要的手术室则不进行配置,有的设计人员甚至不考虑 ICU 等二类医疗场所医疗 IT 系统的设计,毕竟一套医疗 IT 系统价格不菲,对竞标价格和成本影响很大。有的医院业主缺乏医疗 IT 系统相关知识,在进行招标时,也不考虑医疗 IT 系统。综合各种复杂的原因,完工的不具备医疗 IT 系统的手术室,势必存在安全隐患,对患者的安全也产生威胁。
 
  5 医疗 IT 系统在实际工程中的应用
 
  根据国标CBI 6895 24-2005刀EC60364-7-710标准和未出版的综合医院建筑设计规范医疗}T系统须应用于医疗2类场所,即中心手术部的所有手术室、急诊抢救室、各类重症监护室 (ICU)及心脏导管和造影室等。
 
  针对手术室、抢救室及心脏导管和造影室 国标规定每个房间应配有独立的隔离电源系统。主要仪器用电插座、无影灯、多功能吊塔等各用电回路必须经过隔离变压器照明灯带、观片灯、电动门等用电回路可以不通过隔离变压器。隔离变压器容量设计可按用电负荷计算来确定。
 
  手术室通过隔离变压器供电的回路一般可按四或五路输出来设计:无影灯一路;多功能吊塔一路;墙面仪器插座至少按两路考虑;通常还会设计一路备用回路。(手术室内的380V插座一般不用接入隔离电源系统。)
 
  针对各类重症监护室(ICU),应按照各床位配备的电气设备的容量和其物理的空间位置决定其配置情况。一般容量计算为:
 
  (1)ICU床自身所需启动容量(4床):2400W(600W/床);
 
  (2)ICU用电设备容量(4床):2000W (500W/床);
 
  (3)ICU20%备用电量(4床): 880W (220W/床)。
 
  ICU室总容量(4床)为5280W,即平均每 4床配一套隔离电源系统。
 
  应使用隔离电源供电的设备列举如下:呼吸ji、恒温培养、透析设备、病人监护设备、回频外科设备、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等进入人体的、实时监控的或维持生命的医疗电气设备。
 
  隔离电源系统的系统配置为:
 
  (1)ES710/ 单相隔离变压器1台;
 
  (2)107TD47绝缘监视仪1台;
 
  (3)STW2电流互感器1个;
 
  (4)AN450仪器专用稳压电源1台;
 
  (5)MK2007/MK2418外接报警显示单元1个。
 
  其中,隔离变压器可安装于配电柜内、夹层内或吊顶上。绝缘监视仪、稳压电源、电流互感器可安装在配电箱内,外接报警显示可安装于情报面板上。
 
6 剩余电流(漏电流)监视设备的应用
 
  由于我们通常在医疗0类和1类场所使用的剩余电流保护装置(RCD)没有剩余电流测量功能,不能显示剩余电流的实际数值,当剩余电流达到动作值时会突然分断,造成停电。在实际应用中,90%以上的漏电故障是日积月累形成的,对漏电流进行长期监视是防止RCD动作而突然停电的有效手段。因此,无论是发达国家还是我国,在医院越来越多地采用剩余电流监视设备来监视TN-s系统下游回路的剩余电流数值,在RCD动作之前就能判断某一回路有绝缘下降的趋势,避免RCD动作而造成停电。
 
  剩余电流监视系统由剩余电流评估仪、电流互感器、外接报警显示(集中或分别)组成。以德国本德尔的剩余电流监视系统为例其 RCM470系统是典型的剩余电流评估仪、w系列测量电流互感器安装在被监视的回路上,测量系统各回路中的剩余电流数值,次级接入 RCM471-12剩余电流评估仪,当被监视回路内的剩余电流数值超过响应值时,剩余电流评估仪立即发出剩余信号并在MK2430外接报警和显示装置上发出声光报警并在液晶显示屏上显示检测到剩余电流的数值。RCM470系统的剩余电流测量数据可以在MK2430外接报警装置中实时浏览也可通过网关接入电脑系统浏览或存储,以便日后对测量数据进行分析,为系统维护提供科学的依据。
 
  但需要注意的是剩余电流监视系统所应用的系统仍为TN-s接地供电系统不具有IT供系统的优势。只能检测漏电状况但不能抑制漏电状况。剩余电流监视系统,可实现对每一监测回路剩余电流的实时监控,当测量值大于/等于报警响应值时,发出声光报警。
 
  综上所述,参照新制定的国标GB16895.24-2005/IEC60364-7-710标准,不但充分保障患者的医疗安全,还能保证医疗设备的-使用,具有很强的实用性。
 
  7.安科瑞医疗IT系统的介绍及选型
 
  7.1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。
 
  7.2 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,由专业的电气人员进行监控,一旦某套IT系统出现故障,电气维护人员也能马上做出判断,并根据现场情况进行处理。
 
  7.2.2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。
 
  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5;
 
  ■ 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、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6。
 
 ■ 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。
 
  7.3 产品选型
 
  医用 IT 系统绝缘监测及故障定位产品
 
  4.结束语
 
  医疗IT系统的可靠性和安全性决定了其设计要严格遵循国标的规定。对于医疗场所供电的其他要求,例如供电电源的切换时间要求,在JGJ16—2008《民用建筑电气设计规范》条文说明与BG 16895.24-2005/IEC60364-7-710:2002附录B中有详细的要求。需要提及的是,《民用建筑电气设计规范》条文说明中的内容更详尽,在设计中,我们要依据《民用建筑电气设计规范》的要求进行设计。
 
  【参考文献】
 
  [1] 范丽丽,医疗IT系统的设计与应用
 
  [2] 安科瑞医疗隔离电源监控系统设计与应用图集.2018.9版
 
  [3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2019.11版
 
  作者介绍:赵娜,女,现任职于安科瑞电气股份有限公司,主要从事工业绝缘监测的研发与应用。

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