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

　　摘 要 參考IEC標(biāo)準(zhǔn)中對手術(shù)室內(nèi)電源系統(tǒng)級絕緣監(jiān)視系統(tǒng)的規(guī)定和要求，結(jié)合國家有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，對手術(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)測儀的測量原理和應(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 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)測和特殊保護(hù)。我國的標(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)測方面的條款，不甚詳細(xì)、也不全面，暫未能與IEC 364-7-710(建筑物內(nèi)的電氣安裝第7部分：對特殊區(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)中對手術(shù)室電源及絕緣監(jiān)測的規(guī)定

　　IEC 364-7-710(1997)(《建筑物內(nèi)的電氣安裝》)第七部分：對特殊區(qū)域的特殊安裝的要求710節(jié)：醫(yī)療場所中，把醫(yī)療場所按電擊危險(xiǎn)分組和按不間斷供電要求分級，同時(shí)屬于第2應(yīng)用組的0.5級別的場所，僅有手術(shù)準(zhǔn)備室、手術(shù)室、特別監(jiān)護(hù)室;對上述場所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、照明和類似照明設(shè)備，額定電壓超過AC250V或DC60V的設(shè)備，必須使用帶絕緣電阻監(jiān)測儀器的IT電源系統(tǒng)，該儀器還應(yīng)滿足：①內(nèi)部交流絕緣電阻必須大于100KΩ。②測試電壓不大于DC25V。③即使在故障條件下，測試電流不得超過1mA。④最遲在絕緣電阻降至50KΩ時(shí)，應(yīng)有顯示，應(yīng)提供一測試儀器測試該設(shè)備。⑤如果接地線或電路連線松開，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)定及問題提出

　　在《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ/T16-2008)(以下簡稱《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)必須裝設(shè)絕緣監(jiān)測儀及接地故障報(bào)警或顯示裝置”。在有的實(shí)際設(shè)計(jì)中，僅對重要的醫(yī)療場所，采用專用醫(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)測裝置，系統(tǒng)圖如圖1所示。

　　圖1 IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測

　　上述設(shè)計(jì)過于簡單，籠統(tǒng)，且有的絕緣監(jiān)測儀器的測量技術(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)療場所的配電留下了極大隱患。

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

　　根據(jù)《醫(yī)用電氣設(shè)備》(GB9706.1-93 )中“第一部分：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)測設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對手術(shù)室配電及絕緣監(jiān)測作如下設(shè)計(jì)探討。

　　3.1 設(shè)計(jì)舉例

　　a. 監(jiān)測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)過流保護(hù)器。因此，采用兩極(單相)低壓斷路器，在IT系統(tǒng)電源發(fā)生第二次異相接地(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)測儀，它具有如下功能：①監(jiān)測絕緣阻抗，范圍為10～999KΩ。②監(jiān)測負(fù)載電流，范圍為2.1～50A。③監(jiān)測隔離變壓器溫度。④在線監(jiān)測儀表和電網(wǎng)、N線、PE線的連接。⑤在線監(jiān)測儀表與電流互感器的連接。⑥在線監(jiān)測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)測儀連接電流互感器AKH-0.66P26，可用于監(jiān)測隔離變壓器的負(fù)荷狀況;采用隔離變壓器內(nèi)部的溫度傳感器PT100(見圖2、圖3中的接線端子ST)，可監(jiān)測變壓器溫度狀況。

　　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)測儀的所有信息，并具有遠(yuǎn)程設(shè)置AIM-M系列絕緣監(jiān)測儀的報(bào)警參數(shù)等功能。

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

　　g. 選用儀表專用電源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)測儀、AITR系列隔離變壓器、AID系列報(bào)警與顯示儀、ASG100測試信號發(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)分別見表3～表9。

　　表3 AIM-M系列絕緣監(jiān)測儀技術(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測試信號發(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)測儀的類型及監(jiān)測原理

　　絕緣監(jiān)測儀對IT系統(tǒng)電網(wǎng)的絕緣進(jìn)行連續(xù)不斷的監(jiān)測，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)直流測量電壓，其正極經(jīng)高阻抗耦合電阻與電網(wǎng)連接，負(fù)極經(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，測量電路經(jīng)絕緣故障處閉合，這時(shí)直流測量電流I m經(jīng)絕緣故障處流過測量電阻R m, I m由電子電路評估。

　　圖4 疊加直流測量電壓法原理

　　該測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影響該方法的準(zhǔn)確性。

　　4.2 不對稱電壓測量法

　　該測量方法采用一橋電路與被監(jiān)的電網(wǎng)兩極相連接，如圖5所示。電網(wǎng)內(nèi)不疊加任何電壓信號，而是使用電網(wǎng)電壓作為驅(qū)動電壓。當(dāng)某相發(fā)生對地故障時(shí)，會引起電壓漂移，Rf+或Rf-驅(qū)動測量電流I m，該電流被電子電路記錄下來，當(dāng)數(shù)值達(dá)到響應(yīng)值時(shí)，報(bào)警繼電器動作。擔(dān)當(dāng)發(fā)生一個(gè)平衡的對地短路故障，儀器則不能識別該故障。且方法不能直接顯示對地的kΩ級的絕緣故障。該測量方法適用于直流電網(wǎng)中。

　　圖5 不對稱電壓測量法原理

　　5 IT系統(tǒng)電網(wǎng)接地故障分析

　　IT系統(tǒng)電網(wǎng)發(fā)生第一次接地故障時(shí)，據(jù)《民規(guī)》第8.6.4.15條：可自動切斷電源，采用絕緣監(jiān)測儀進(jìn)行聲光報(bào)警，應(yīng)在最短時(shí)間內(nèi)排除故障。如IT系統(tǒng)電網(wǎng)發(fā)生第二次接地故障，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，危害極大。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

　　參考文獻(xiàn)

　　[1 ]楊成德 . 手術(shù)室配電及絕緣監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與探討

　　[2 ]王厚余 . 醫(yī)院中的電氣安全要求 . 建筑電氣，1993(4)：~7

　　[3 ]楊成德 . 低壓配電系統(tǒng)的接地和接零保護(hù) . 電工技術(shù)雜志，2000(7)：23~26

　　[4 ]楊德成 . 醫(yī)療電氣設(shè)備的供電及安全保護(hù)設(shè)計(jì) . 供用電，2000(5)：41~43

　　作者簡介：戴金花，女，本科，江蘇安科瑞電器制造有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄芙ㄖ┡潆姳O(jiān)控系統(tǒng)。Email：2880157871@qq.com QQ：2880157871 手機(jī)：15052183915 電話：0510-86179967 傳真：0510-86179835