淺談醫用IT隔離電源系統在醫院潔凈手術室的電氣設計與應用

張穎姣

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

【摘要】以某醫院手術室的的強電設計為例，對潔凈手術室的供配電、電氣安全、接地與照明設計進行論述。

【關鍵詞】潔凈手術室；供配電；IT隔離電源系統；剩余電流動作保護器RCD；照明；安全與接地等電位聯結

0前言

近年來，隨著我國醫療事業的發展及人民生活水平的提高，傳統的第7－710部分：特殊裝置或場所的要求醫療場所》，特別是2008年新版的《民用建筑電氣設計規范》對醫療場所的設計加入了很多新的內容。本文就潔凈手術室電氣設計作一些介紹和探討。

1潔凈手術室的供配電設計

1.1潔凈手術室需要保證供電的可靠性

為了減少因外來塵、菌的侵入而帶來交叉感染，潔凈手術部的總配電柜，應設于非潔凈區內。潔凈手術部需要保證用電可靠性，當采用雙路供電源有困難時，應設置備用電源，并能在規范規定的時間內自動切換，主電源應從本建筑物配電中心專線供給。備用電源可以采用EPS來解決。潔凈手術室內用電應與輔助用房用電分開，每個手術室的干線需要單獨敷設。每個潔凈手術室應設有一個獨立配電箱，為了檢修時工作人員不進手術室,減少外來感染，配電箱不得設在手術室內，應設在該手術室的外廊側墻內。潔凈手術室的配電總負荷應按設計要求計算，并不應小于8 kVA。當電網電源中斷或電網電壓低于標稱電壓的90％時，為避免電壓的質量問題引起的醫療事故，需通過轉換開關將供電自動轉換至自備電源上。

1.2潔凈手術室需要保證供電的安全性

在醫療過程中，為了進行各種目的的測量、診斷或治療，病人常常和各種電氣設備連接，電極有可能進入人體或牢固地附著在人體表面(如：心電圖、腦電圖、B超等)，還可能從人體內導出液體，經過處理后再輸入體內(如：腎析等)，這些將使人體失去皮膚電阻的保護。當病人處于麻醉狀態，或因痛覺喪失了對電擊的自然反映，會導致人體不能自行脫離電源。那么此時就需要一種經過特殊處理的安全電源。

1.2.1采用IT系統供電時，用醫用的IT隔離電源系統

*新的《民用建筑電氣設計規范》（2008版）12.8.6條內規定2類場所（見注1）用途相同且相毗鄰的幾個房間內至少配備一套醫用IT電源供電(隔離供電電源)，且該電源系統需要安裝絕緣監視儀。即在手術室內或貼近處安裝一臺1：1的隔離變壓器，其二次回路不接地，以IT系統供電。

眾所周知，當用電設備對人體心臟直接漏電大于10 uA時，會造成對病人的微電擊事故。而一般在通用建筑中采用的RCD、ELCB等對地漏電保護開關，動作響應值是mA級的（如：30 mA），遠遠不能滿足醫療領域的需要。而IT隔離電源系統因降低了接觸電壓和電網對地漏電流（有效控制對心臟的直接漏電流），故人身觸電危險發生第一次對地故障時，因為二次回路不接地，其接地故障電流為非故障帶電導體的對地電容電流，故障電流非常小，可將接觸電壓限制到極低值。

諸如某些心臟手術等，既要保證供電的連續性，又要嚴格控制其第一次接地故障時，因對地不構成回路，僅有很小的對地電容電流Ic，所以不必切斷電源，從而保證供電的連續性和手術防電擊的安全性。同時通過絕緣監視系統報警及時地排除故障。

下面就一個工程實例來說明IT系統的應用應注意如下幾點：

（1）醫用IT系統裝用的隔離變壓器的電源測和負載側的回路上，不允許也沒必要裝設因防過載而切斷重要醫療設備的電源，但可裝設熔斷器作為短路保護。（如某一工程實例平面圖圖2以及系統圖圖3）。

（2）醫療IT系統應裝設過負荷和過熱的監測裝置。絕緣監視器裝設在回路相線與地之間。用于監測中央控制屏上）、外接報警顯示監視系統MK2007置于護士站。

（3）2類醫療場所內給病人進行治療處應設置多個由IT系統供電的插座(如圖3，圖4)。該插座需要與同房間的TN-S或TT系統的插座區分開來?？梢约由现甘緹粢约白髅黠@的的IT系統標志，以防誤插入非IT系統的設備而將IT系統的隔離變壓器燒毀。

1.2.2采用帶漏電保護的RCD作為線路保護。1類醫療場所（見注2）中應采用*大剩余動作電流為30 mA的剩余電流動作保護器作為附加防護。2類醫療場所中要注意僅規范規定的電氣設備回路才可以采用。特別要注意的是當多臺設備同時接入同一回路時，還應考慮醫療設備本身固有的泄漏電流引起剩余電流動作保護器的RCD誤動作。

1.2.3采用安全特低電壓系統（SELV）、保護特低電壓系統（PELV）

2插座設置及配線等其他問題

（1）潔凈手術室內醫療備用電插座，在每側墻面上至少安裝3個插座箱（如圖4），插座箱接地端子，其接地電阻不應大于1歐姆。如在地面上安裝插座，插座應有防水措施。

（2）潔凈手術部配電管線采用金屬敷設，穿過墻和樓板的電線管應加套管，套管內用不燃材料密封。進入手術室內的電線管穿線后，管口應采用無腐蝕和不燃材料密閉，為在火災發生時也不會因燒毀電線絕緣而短路，宜采用礦物絕緣電纜，同時手術室內不應有明露管線。

3潔凈手術室的照明設計

3.1照度

根據《建筑照明設計標準》（GB50034-2004）規定手術室一般照明的照度為750 lx左右，而輔助用房則按潔凈室*低標準取200～300 lx設置。

3.2光源及燈具設置

潔凈手術室一般照明用光源可選用色溫為4000~5000K之間的潔凈熒光燈，其色溫與無影燈光源的色溫相適應，其顯色性應接近自然光，要求顯色指數Ra大于90。同時為克服熒光燈的頻閃效應，對熒光燈帶可采用三相均勻配電。手術室重點照明為手術無影燈。無影燈應根據手術室尺寸和手術要求進行配置，宜采用多頭型；調平板的位置應在送風面之上，距離送風面不應小于5 cm。手術無影燈選擇與設計涉及到照明和醫學等多方面知識，一般由照明設計人員與專業醫務人員研究確定，以達到滿意效果。手術室大門外側上方手術工作指示燈可由室內側開關單獨控制，也可與手術室自動感應門或無影燈等標志手術開始的設備連鎖控制。手術室內應設置觀片燈，觀片燈聯數可根據手術室大小類型配置(3~6聯/每間)。觀片燈應嵌入術者對面的墻上，不凸出墻面，安裝高度可定為中心距地1.5 m。多聯觀片燈通常每聯燈光單獨控制，開關可設于觀片燈下側的控制面板上。潔凈手術室采用的是空氣潔凈技術，所以不必設置紫外線滅菌燈進行消毒滅菌。

4潔凈手術室的接地設計

醫療及診斷電氣設備，應采用保護接地、功能接地、等電位接地或不接地等形式,并根據使用的功能要求設置防靜電接地。這里主要說說等電位接地聯結的應用。如圖5接地平面圖，CE為醫用接地中心，E為接地端子。

（1）應盡量減少1類和2類場所內的電位差，在該場所內設置局部等電位聯結，即在該區域的配電箱旁設置一局部等電位聯結端子板，用聯結線將下列部分聯結到端子板上。

1）外界可導電部分；

2）PE線；

3）防電場干擾的屏蔽層；

4）隔離變壓器一、二次繞組間的金屬屏蔽層；

5）地板下可能有的金屬網格等。

在2組場所內局部等電位聯結的接地電阻總和不應大于0.2歐姆。另外固定的可導電但不用電的病人躺坐的臺、椅等也宜與局部等電位聯結系統連接，除非這些部分要求與地絕緣。

醫用IT系統的PE線不能獨立于醫院內的原有的TN或TT系統而另設接地裝置，而應共用一個接地裝置，以此來減少電位差，避免電擊危險。

5醫用隔離電源監控系統的選型與應用

5.1概述

隨著電子醫療設備在醫院領域的廣泛應用，漏電流對病人構成的威脅也越來越大，尤其是那些生命攸關的場所，病人在手術中或麻醉狀態下，各種電極、傳感器直接插入人體內，微小的漏電流都有可能導致病人觸電身亡。另外有些醫療設備用于維持重癥病人的生命，一旦設備停電，也會對病人的生命構成威脅。因此，對于醫療這一特殊場所的電氣設計，應嚴格按照國家標準和規范進行。安科瑞醫用IT系統絕緣監測故障定位裝置及系統適用于醫院的手術室、ICU(CCU)監護病房等重要場所，能為這類場所提供安全、連續、可靠的供電解決方案。

5.2應用場所

適用于醫院的手術室、各類重癥監護室、搶救室、內窺鏡室及造影室等醫療二類場所的醫用隔離電源系統的遠程監控及自動化。

5.3系統架構

5.4系統功能

安科瑞IT配電監控系統是基于觸摸屏軟件設計，軟件具有遠程測量、遠程參數設置和遠程自檢等多種功能，為各類場所的IT配電系統的集中監控提供了強大的系統集成工具。軟件的主要功能如下：

一次圖和現場分布顯示

系統具有一次圖及現場分布圖顯示功能，能直觀的了解并及時地發現IT供電系統的報警地點或區域，從而方便專業人員及時到達現場進行故障排查；

實時數據采集與顯示

利用安裝于各IT配電系統中絕緣監測儀表和絕緣故障定位儀表，采集各隔離電源系統的參數。采集到的數據實時顯示在監控系統界面，這些監測參量含IT系統對地絕緣電阻、變壓器負荷電流、變壓器繞組溫度及絕緣故障回路等。

故障報警

將各IT配電系統出現的各類故障，如絕緣故障、過載故障、超溫故障以及接線斷線故障等信息進行統一處理和記錄，并可直接在顯示界面上彈出顯示故障類型、監測值、故障地點以及故障發生時間等信息。同時啟動監控系統的聲光報警系統，及時提醒相關人員，進行故障處理。其中，聲音報警信號可被手動消除。

遠程參數設置和查詢

通過系統，可根據要求遠程調整和設置各IT配電系統中絕緣監測儀的各類報警參數閾值，也可以任意查看這些報警參數值。參數包括絕緣報警值、負載電流報警值和隔離變壓器溫度報警值等。

圖形顯示功能

系統可以以曲線的形式，顯示各IT配電系統的絕緣狀況、負載狀況，以及隔離變壓器的溫升狀況，以及它們的變化趨勢，以便于分管理人員了解和分析各電源系統的運行變化情況，有針對性的對某些系統進行維護和保養。

5.5安科瑞產品功能和技術參數

名稱	型號	圖片	功能
IT配電監控系統	GGF-800		基于觸摸屏軟件設計，具有遠程測量、遠程參數設置和遠程自檢等多種功能
醫用隔離電源柜	GGF-I		三相進單相出，包含單套隔離電源系統
	GGF-O		三相進三相、單相出，包含單套或者多套隔離電源系統
絕緣監測儀	AIM-M10		絕緣監測，隔離變壓器溫度監測，負載監測，接線判斷及故障報警功能；1路繼電器、1路RS485通訊、24VDC電源輸出
	AIM-M100		絕緣監測，隔離變壓器溫度監測，負載監測，接線判斷及故障報警功能；2路繼電器、2路RS485通訊
	AIM-M200		絕緣監測，隔離變壓器溫度監測，負載監測，接線判斷及故障報警功能；2路繼電器、1路RS485通訊、1路CAN通訊；支持絕緣故障定位
儀用電源	ACLP10-24		為AID系列報警與顯示儀提供24V穩壓電源
	HDR-60-24		為AIM-M200醫療智能絕緣監測儀、ASG150測試信號發生器、AIL150-4/AIL150-8絕緣故障定位儀和AID200集中報警與顯示儀提供24V穩壓電源
報警與顯示儀	AID10		出現絕緣故障、過負載、變壓器溫升過高和接線故障時報警
	AID120		具有絕緣電阻、變壓器負荷率實時顯示功能；可遠程設置絕緣監測儀的報警閾值
	AID150		采用RS485通訊，可遠程監測*多16套AIM-M10/AIM-M100/AIM-M200絕緣監測儀和AIM-R100剩余電流監視儀的運行狀況，也可以遠程設置各類報警參數和遠程啟動儀表自檢?？蓪崟r監測與儀表通訊是否正常，并可記錄20條故障記錄
	AID200		采用CAN通訊，可遠程監測*多16套AIM-M200絕緣監測儀的運行狀況，也可以遠程設置各類報警參數和遠程啟動儀表自檢。可實時監測與儀表通訊是否正常，并可記錄20條故障記錄
測試信號發生器	ASG150		采用CAN通訊，可與其他設備進行數據交互。當系統出現絕緣故障時，可產生故障定位信號注入系統中，配合故障定位儀定位故障回路。且具有L1,L2斷線監測功能及故障所在線指示功能
絕緣故障定位儀	AIL150-4		采用CAN通訊，可與其他設備進行數據交互。配合測試信號發生器可實現故障定位功能	*多可定位4個支路
	AIL150-8			*多可定位8個支路
電流互感器	AKH-0.66P26		與AIM系列絕緣監測儀配套使用的保護型互感器。*大可測電流為50A，變比為2000:1
醫用隔離變壓器	AITR3150		單相隔離變壓器，電壓變比為1：1，用于將TN-S系統轉換為IT系統	*大容量為：3150VA
	AITR5000			*大容量為：5000VA
	AITR6300			*大容量為：6300VA
	AITR8000			*大容量為：8000VA
	AITR10000			*大容量為：10000VA
剩余電流監測儀	AIM-R100		12路剩余電流監測，1路繼電器輸出，事件記錄，點陣LCD顯示，RS485/ModBUS通訊，報警范圍6mA~1A
剩余電流互感器	AKH-0.66/L-20		與AIM-R100剩余電流監測儀搭配使用的剩余電流互感器

6結束語

隨著現代科技的日益發展，手術室內的醫療電氣設備越來越多，其供電的安全問題更顯得重要。醫療電氣設備不僅與人體表面接觸，有的與人的內臟直接接觸，但是醫療電氣設備和電子儀器絕緣難免會有絕緣損壞，電流泄漏等現象，這就不可避免地帶來醫療電擊事故的發生。為此我們應根據不同手術室的要求，合理地設計選用安全的供電設備，為患者創建一個安全可靠舒適的醫療環境。以上是筆者在醫院潔凈手術室電氣設計及學習中的一些體會，不足之處，請指出批評。

注1：2類場所：將接觸部件用于諸如心內診療術手術室以及斷電（故障）將危及生命的重要醫療場所。使用下列醫療設備的場所：呼吸機，恒溫培養箱，透析設備，麻醉設備，病人監護設備，高頻外科設備，輸液泵，注射泵，心肺機，心力記錄儀，脈壓機，心率電子脈沖調節器等。

注2：1類場所，接觸部件接觸軀體外部。除2類場所外的，接觸部件其侵入軀體的任何部位。

參考文獻：

[1]王厚余.低壓電氣裝置的設計安裝和檢驗[H].北京：中國電力出版社,2003.

[2]IEC60364-7-710：2002－，IDT建筑物電氣裝置國家質量監督檢驗檢疫總局發布).

[3]《醫院潔凈手術部建筑技術規范》GB 50333-2002.

[4]《民用建筑電氣設計規范》JGJ/T16-2008.

[5]《綜合醫院建筑設計規范》JGJ49-88.

[6]陳建萍.醫院潔凈手術室的電氣設計

[7]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版

審核編輯 黃宇