手術(shù)室配電及絕緣監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

徐霜

安科瑞電氣股份有限公司   上海 嘉定  201801

摘  要   參考IEC標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)手術(shù)室內(nèi)電源系統(tǒng)級(jí)絕緣監(jiān)視系統(tǒng)的規(guī)定和要求，結(jié)合國(guó)家有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)手術(shù)室配電及絕緣監(jiān)視系統(tǒng)作了設(shè)計(jì)和應(yīng)用舉例；論述了絕緣監(jiān)測(cè)儀的測(cè)量原理和應(yīng)用范圍；分析IT系統(tǒng)電網(wǎng)接地故障及應(yīng)用的局限性。

關(guān)鍵詞   手術(shù)室配電  絕緣監(jiān)測(cè)  IT系統(tǒng)電網(wǎng)  故障

目前在醫(yī)院的手術(shù)室中，大量采集電氣醫(yī)療設(shè)備，其中對(duì)接觸人體內(nèi)臟（心臟）、大腦等器官的醫(yī)療電氣設(shè)備需進(jìn)行絕緣監(jiān)測(cè)和特殊保護(hù)。我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范中，設(shè)計(jì)醫(yī)療電氣設(shè)備安全保護(hù)、絕緣監(jiān)測(cè)方面的條款，不甚詳細(xì)、也不，暫未能與IEC 364-7-710（建筑物內(nèi)的電氣安裝第7部分：對(duì)特殊區(qū)域安裝的要求）標(biāo)準(zhǔn)接軌。筆者就手術(shù)室內(nèi)配電、絕緣監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及設(shè)備選型，作一些探討。

1 IEC 標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)手術(shù)室電源及絕緣監(jiān)測(cè)的規(guī)定

IEC 364-7-710（1997）（《建筑物內(nèi)的電氣安裝》）第七部分：對(duì)特殊區(qū)域的特殊安裝的要求710節(jié)：醫(yī)療場(chǎng)所中，把醫(yī)療場(chǎng)所按電擊危險(xiǎn)分組和按不間斷供電要求分級(jí)，同時(shí)屬于第2應(yīng)用組的0.5級(jí)別的場(chǎng)所，僅有手術(shù)準(zhǔn)備室、手術(shù)室、特別監(jiān)護(hù)室；對(duì)上述場(chǎng)所IEC 364-7-710•413•1•5規(guī)定：除了IEC 364-7-710•413•1•3條規(guī)定外的設(shè)備，用于維持生命或外科手術(shù)的醫(yī)療電氣設(shè)備、照明和類(lèi)似照明設(shè)備，額定電壓超過(guò)AC250V或DC60V的設(shè)備，使用帶絕緣電阻監(jiān)測(cè)儀器的IT電源系統(tǒng)，該儀器還應(yīng)滿足：①內(nèi)部交流絕緣電阻大于100KΩ。②測(cè)試電壓不大于DC25V。③即使在故障條件下，測(cè)試電流不得超過(guò)1mA。④zui遲在絕緣電阻降至50KΩ時(shí)，應(yīng)有顯示，應(yīng)提供一測(cè)試儀器測(cè)試該設(shè)備。⑤如果接地線或電路連線松開(kāi)，應(yīng)有顯示。

2 《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ/T16-2008）的規(guī)定及問(wèn)題提出

在《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ/T16-2008）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《民規(guī)》）中，僅在第14.7.6.3條提出“在電源突然中斷后，有招致重醫(yī)療危險(xiǎn)的場(chǎng)所，應(yīng)采用電力系統(tǒng)不接地（IT系統(tǒng)）的供電方式”。第14.2.8條：“IT系統(tǒng)裝設(shè)絕緣監(jiān)測(cè)儀及接地故障報(bào)警或顯示裝置”。在有的實(shí)際設(shè)計(jì)中，僅對(duì)重要的醫(yī)療場(chǎng)所，采用醫(yī)療隔離變壓器，引出IT系統(tǒng)電源，在房間配電箱內(nèi)設(shè)一套絕緣監(jiān)測(cè)裝置，系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)

上述設(shè)計(jì)過(guò)于簡(jiǎn)單，籠統(tǒng)，且有的絕緣監(jiān)測(cè)儀器的測(cè)量技術(shù)方法落后，不能準(zhǔn)確、可靠地顯示與報(bào)警，給手術(shù)室等重要醫(yī)療場(chǎng)所的配電留下了大隱患。

3 手術(shù)室配電、絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)《醫(yī)用電氣設(shè)備》（GB9706.1-93 ）中“*部分：安全通用要求”，結(jié)合IEC 364-7-710、《民規(guī)》，筆者總結(jié)以往手術(shù)室配電、絕緣監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)手術(shù)室配電及絕緣監(jiān)測(cè)作如下設(shè)計(jì)探討。

3.1 設(shè)計(jì)舉例

a. 監(jiān)測(cè)儀選用安科瑞電氣股份有限公司的產(chǎn)品。

b. 由于手術(shù)室安裝大量的單相醫(yī)療電氣設(shè)備，采用IT系統(tǒng)電源，需配出N線。據(jù)《民規(guī)》第8.6.6.6條要求，在N線上須裝設(shè)過(guò)流保護(hù)器。因此，采用兩（單相）低壓斷路器，在IT系統(tǒng)電源發(fā)生次異相接地（短路）故障時(shí)，切斷相線或N線。

c. 采用AITR6300隔離變壓器，滿足單相負(fù)荷要求。

d. 采用AIM-M系列絕緣監(jiān)測(cè)儀，它具有如下功能：①監(jiān)測(cè)絕緣阻抗，范圍為10～999KΩ。②監(jiān)測(cè)負(fù)載電流，范圍為2.1～50A。③監(jiān)測(cè)隔離變壓器溫度。④在線監(jiān)測(cè)儀表和電網(wǎng)、N線、PE線的連接。⑤在線監(jiān)測(cè)儀表與電流互感器的連接。⑥在線監(jiān)測(cè)儀表與溫度傳感器的連接。⑦兩路繼電器報(bào)警輸出、LED報(bào)警指示。

    當(dāng)AIM-M系列絕緣監(jiān)測(cè)儀連接電流互感器AKH-0.66P26，可用于監(jiān)測(cè)隔離變壓器的負(fù)荷狀況；采用隔離變壓器內(nèi)部的溫度傳感器PT100（見(jiàn)圖2、圖3中的接線端子ST），可監(jiān)測(cè)變壓器溫度狀況。

e. 選用AID系列外接報(bào)警與顯示儀，安裝于手術(shù)室內(nèi)信息控制面板上，顯示AIM-M系列絕緣監(jiān)測(cè)儀的所有信息，并具有遠(yuǎn)程設(shè)置AIM-M系列絕緣監(jiān)測(cè)儀的報(bào)警參數(shù)等功能。

f. 圖2中各儀表之間的通信通過(guò)RS485接口實(shí)現(xiàn)，圖3中各儀表之間的通信通過(guò)CAN接口實(shí)現(xiàn)。

g. 選用儀表電源ACLP10-24，保證儀表所用電源的可靠性與穩(wěn)定性。ACLP10-24能將AC220V轉(zhuǎn)換為DC24V。

3.2 手術(shù)室配電及絕緣監(jiān)視系統(tǒng)的典型設(shè)計(jì)圖例

按照上述儀表選用及設(shè)計(jì)原則，手術(shù)室單相IT系統(tǒng)電源配電及絕緣監(jiān)視系統(tǒng)圖(不帶故障定位)如圖2所示,儀表功能及報(bào)價(jià)如表1所示。

圖2 單相IT系統(tǒng)電源監(jiān)視系統(tǒng)接線（不帶故障定位功能）

表1 不帶故障定位功能儀表的功能及報(bào)價(jià)表

手術(shù)室單相IT系統(tǒng)電源配電及絕緣監(jiān)視系統(tǒng)圖（帶故障定位功能）如圖3所示，儀表功能及報(bào)價(jià)如表2所示。

圖3 單相IT系統(tǒng)電源監(jiān)視系統(tǒng)接線（帶故障定位功能）

表2 帶故障定位功能儀表的功能及報(bào)價(jià)表

3.3 儀表的選型及安裝：

    A.儀表的技術(shù)數(shù)據(jù)、參數(shù)：AIM-M系列絕緣監(jiān)測(cè)儀、AITR系列隔離變壓器、AID系列報(bào)警與顯示儀、ASG100測(cè)試信號(hào)發(fā)生器、AKH-0.66P26電流互感器、AIL100絕緣故障定位儀、ACLP10-24電源模塊的技術(shù)參數(shù)分別見(jiàn)表3～表9。

表3 AIM-M系列絕緣監(jiān)測(cè)儀技術(shù)參數(shù)

表4 AITR系列隔離變壓器技術(shù)參數(shù)

 表5  AID系列報(bào)警與顯示儀技術(shù)參數(shù)

 表6  ASG100測(cè)試信號(hào)發(fā)生器技術(shù)參數(shù)

表7  AIL100絕緣故障定位儀技術(shù)參數(shù)

表8  AKH-0.66P26電流互感器技術(shù)參數(shù)

表9  ACLP10-24電源模塊技術(shù)參數(shù)

    B. 安裝：隔離變壓器可安裝于醫(yī)院內(nèi)靠近手術(shù)室的配電間內(nèi)，AID系列報(bào)警與顯示儀安裝于手術(shù)室或監(jiān)控室易于觀察和操作的位置，明裝與墻上。

4  絕緣監(jiān)測(cè)儀的類(lèi)型及監(jiān)測(cè)原理

   絕緣監(jiān)測(cè)儀對(duì)IT系統(tǒng)電網(wǎng)的絕緣進(jìn)行連續(xù)不斷的監(jiān)測(cè)，當(dāng)絕緣值降至預(yù)先設(shè)計(jì)的響應(yīng)值，則發(fā)出聲光報(bào)警，使絕緣故障得到及時(shí)的監(jiān)測(cè)和維修，保證了IT系統(tǒng)電網(wǎng)供電可靠性。

4.1 疊加直流測(cè)量電壓法

   在電網(wǎng)和保護(hù)導(dǎo)線之間疊加一個(gè)直流測(cè)量電壓，其正經(jīng)高阻抗耦合電阻與電網(wǎng)連接，負(fù)經(jīng)一電子電路與大地相連，當(dāng)IT系統(tǒng)電網(wǎng)中出現(xiàn)絕緣故障，測(cè)量電路經(jīng)絕緣故障處閉合，這時(shí)直流測(cè)量電流I _m經(jīng)絕緣故障處流過(guò)測(cè)量電阻R _m, I _m由電子電路評(píng)估。

   圖4  疊加直流測(cè)量電壓法原理

    該測(cè)量方法只能使用于純交流單相或三相電網(wǎng)內(nèi)，如果電網(wǎng)內(nèi)有直流元件、大電容，或電壓頻率的變化均會(huì)影響該方法的準(zhǔn)確性。

4.2 不對(duì)稱(chēng)電壓測(cè)量法

   該測(cè)量方法采用一橋電路與被監(jiān)的電網(wǎng)兩相連接，如圖5所示。電網(wǎng)內(nèi)不疊加任何電壓信號(hào)，而是使用電網(wǎng)電壓作為驅(qū)動(dòng)電壓。當(dāng)某相發(fā)生對(duì)地故障時(shí)，會(huì)引起電壓漂移，R_f+或R_f-驅(qū)動(dòng)測(cè)量電流I _m，該電流被電子電路記錄下來(lái)，當(dāng)數(shù)值達(dá)到響應(yīng)值時(shí)，報(bào)警繼電器動(dòng)作。擔(dān)當(dāng)發(fā)生一個(gè)平衡的對(duì)地短路故障，儀器則不能識(shí)別該故障。且方法不能直接顯示對(duì)地的kΩ級(jí)的絕緣故障。該測(cè)量方法適用于直流電網(wǎng)中。                         

 圖5  不對(duì)稱(chēng)電壓測(cè)量法原理

5  IT系統(tǒng)電網(wǎng)接地故障分析

   IT系統(tǒng)電網(wǎng)發(fā)生*次接地故障時(shí)，據(jù)《民規(guī)》第8.6.4.15條：可自動(dòng)切斷電源，采用絕緣監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行聲光報(bào)警，應(yīng)在zui短時(shí)間內(nèi)排除故障。如IT系統(tǒng)電網(wǎng)發(fā)生次接地故障，如在圖6中，在設(shè)備Ⅰ發(fā)生接地故障后，設(shè)備Ⅱ又發(fā)生接地故障，故障點(diǎn)遭受線電壓，造成短路故障，危害大。手術(shù)室、手術(shù)準(zhǔn)備室、特別監(jiān)護(hù)室，在醫(yī)院內(nèi)的地理位置如相距較遠(yuǎn)，則醫(yī)療電氣設(shè)備外漏導(dǎo)電部分均各自接地；如相距距離較近或統(tǒng)一室內(nèi)有數(shù)臺(tái)醫(yī)療電氣設(shè)備，應(yīng)采用共同接地。

 圖6  IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

徐霜，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)獒t(yī)療供配電設(shè)計(jì)，:  :