淺談IT隔離電源系統在醫院電氣設計中的應用

張穎姣

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

【摘要】許多國際標準都對醫療領域，尤其是那些生命攸關的場所，如手術室、重癥監護室、心臟監護室等的配電系統作了特殊的規定。現在國際上針對醫療領域中的手術室、ICU、CCU等重要場所通常采用局部“中性點不接地的供電系統”（IEC標準稱之為“醫療IT系統”或“隔離電源系統”）供電。文章闡述了IT系統設置的必要性，國內外規范的相關要求及IT系統的基本配置等問題。

【關鍵詞】IT系統；基本配置；絕緣監測；過負荷檢測

一、醫療領域選用IT系統（中性點不接地配電系統）的必要性

（一）IT系統因降低了觸電電壓和電網對地漏電流（有效控制對心臟的直接漏電），故人身觸電危險被降到*小程度。

眾所周知，當用電設備對人體心臟直接漏電達到10μА時，會導致患者觸電身亡，醫學上稱之為“微電擊”。而在一般民用建筑中常規選用的RCD、ELCB等對地漏電斷路器，其動作響應值均為30mA，遠遠不能滿足醫療領域的要求。現在國際上針對醫療領域中的手術室、ICU、CCU等重要場所通常采用局部“中性點不接地的供電系統”（IEC標準稱之為“醫療IT系統”或“隔離電源系統”）供電。通過單相0.5KVA～10KVA的隔離變壓器為這些場所供電，可以防止其他供電回路中的漏電流通過接地線竄入手術室、ICU、CCU等2類醫療場所的醫療電器設備上，從而避免因此對患者安全所構成的威脅。

其次，一旦隔離電源系統中所接的負載（如各種醫療電器設備、配電元器件、配電線路等）出現對地絕緣故障，因為電源端無接地線，故漏電流對地不能構成回路，對地只能產生一個微弱的容性漏電流，從而*大限度保護了患者免遭漏電的傷害。

（二）IT系統一旦出現第一個對地漏電故障，不會導致系統斷路器或熔斷器動作，因而保證了電源供電的可靠性

在醫療領域，某些場所對供電持續性要求很高，故設計成兩路（甚至三路）電源（TN-S供電系統）自動切換，以保證這些特殊場所的供電連續性。但如果在負載端出現相對地絕緣故障時，故障電流將經過電源中性點對地構成回路，從而形成一個較大的故障電流，使上一級斷路器或熔斷器因過電流動作，*終導致供電中斷。而如果在這些特殊場所局部采用IT配電系統時，因其電源中性點不接地，當負載端出現第一點相對地絕緣故障時，對地不能構成回路，只會產生一個很小的容性漏電，對人體不會產生危害，同時也不會導致斷路器或熔斷器動作，從而保證了重要醫療場所供電的持續性與可靠性。

（三）IT系統因降低了對地漏電流，提高了防火安全性

二、國內外相關規范

許多國家和國際標準都對醫療領域，尤其是手術室、重癥監護室、心臟監護室等的配電系統作了特殊的規定。其目的就是保證為這些場所內的醫療電器設備提供一個安全、可靠的電源，以確保患者的安全。相關標準見表

表1國內外相關標準名稱

在中國GB16895.24-2005和國際電工委員會IEC60364-7-710:2002標準中均規定，在醫療領域2類醫療場所內，用于維持生命的、外科手術的和其他位于“患者區域”內的醫療電器設備和系統的供電回路應選用帶絕緣監視的醫療IT系統供電。

我國2008年8月1日正式實施的《民用建筑電氣設計規范》中12.8.6醫療場所采用IT系統供電時應符合下列規定：

（1）在2類醫療場所內，用于維持生命、外科手術和其他位于“患者區域”內的醫用電氣設備和系統的供電回路，均應采用醫療IT系統。

（2）用途相同且相毗鄰的房間內，至少應設置一個獨立的醫療IT系統。醫療IT系統應配置一個交流內阻抗不少于100kΩ的絕緣監測器并滿足下列要求：①測試電壓不應大于直流25V；②注入電流的峰值不應大于1mA；③*遲在絕緣電阻降至50kΩ時，應發出信號，并應配置試驗此功能的器具。

（3）每個醫療IT系統應設在醫務人員可以經常監視的地方，并應裝設配備有下列功能組件的聲光報警系統：①應以綠燈亮表示工作正常；②當絕緣電阻下降到*小整定值時，黃燈應點亮，且應不能消除或斷開該亮燈指示；③當絕緣電阻下降到*小整定值時，可音響報警動作，該音響報警可解除；④當故障被清除恢復正常后，黃色信號應熄滅。當只有一臺設備由單臺專用的醫療IT變壓器供電時，該變壓器可不裝設絕緣監測器。

（4）醫療IT變壓器應裝設過負荷和過熱的監測裝置。12.8.10輔助等電位聯結應符合下列規定：當變壓器以額定電壓和額定頻率供電時，空載時出線繞組測得的對地泄露電流和外護物的泄露電流均不應超過0.5mA。

（5）用于移動式和固定式設備的醫療IT系統應采用單相隔離變壓器，其額定輸出容量不應小于0.5KVA，并不應超過10KVA。同時，在條文說明中規定12.8.1～12.8.6，12.8.10是根據國家標準《特殊裝置或場所的要求醫療場所》GB16895.24的規定。其中2類場所包括：搶救室（門診手術室）、手術室、CU室、導管介入室、血管照影檢查室。

三、醫療建筑如何設計選用IT系統

（一）根據*新的GB16895.24-2005標準，將用于不同目的的醫療房間劃分為0類、1類和2類場所

（1）0類場所：不使用接觸部件的場所，例如：門診室、候診室、按摩室等。

（2）1類場所：醫療設備的接觸部件接觸軀體外部或醫療設備的斷電不會對病人或診斷造成危害的醫療場所，例如：病房、產房、X光室等。

（3）2類場所：醫療電器設備的微弱漏電或斷電將導致病人生命危險的醫療場所，例如：急診搶救室、手術室、重癥監護室、

心血管造影檢查室、心導管室、早產兒監護室等。在2類醫療場所，使用帶絕緣監視的隔離電源系統（IT系統）供電。在0類和1類醫療場所，可以使用中性點接地系統（TN-S系統）供電。

（二）建議接入IT系統的用電設備

在患者體表或體內使用的實時監視儀器、手術儀器設備、支持患者生命或軀體功能的設備、用于打開心臟、大腦等器官的設備，如呼吸機、恒溫培養箱、透析機、麻醉機、心電監護設備、高頻外科設備、電刀、輸液泵、注射泵、心肺機、心力記錄器、脈壓機、心律電子脈沖調節器及體外循環機等。

四、IT系統的基本配置

（一）醫療專用隔離變壓器

根據手術室規模及常見手術類型并考慮一定的備用容量，計算所需醫用隔離變壓器的容量。根據中國GB16895.24-2005和國際電工委員會IEC60364-7-710:2002標準規定：“醫療IT系統應采用單相隔離變壓器，

其額定輸出容量不應小于0.5KVA，但不應超過10KVA”。建議一間手術室配置一套隔離變壓器。隔離變壓器一般有（單相/三相）3.15/4/5/6.3/8/10KVA六種規格可供選擇。

表2報警顯示狀態及含義

變壓器初級繞組與次級繞組獨立纏繞，在初級繞組和次級繞組之間有屏蔽層，并連接到獨立的端子上，變壓器的固定架與鐵芯隔離。變壓器內置溫度傳感器，可通過絕緣監視儀對變壓器溫度進行監測并發出超溫報警（圖1）。

（二）醫療專用絕緣監視儀

一個隔離電源系統配一臺絕緣監視儀，對該隔離電源系統中所有回路的絕緣狀況進行實時監測并發出報警信息。

新型醫療專用絕緣監視儀采用AMP脈沖測量法，AMP脈沖測量法比傳統的疊加直流測量電壓的方法更可靠，其基于一個時鐘測量電壓，這個測量電壓由微處理器控制，能自動與被監視系統狀況相適應，具有很強的抗干擾能力。能適應當今現代化的具有各種干擾因素的電網系統（關鍵是變頻成份、直流成份和電磁干擾）。對具備各種頻率、波形的醫療電器設備的監視尤為適用。醫療專用絕緣監視儀絕緣狀況響應值在50千歐～500千歐范圍內可調；過負荷監視響應值在5A～50A范圍內可調；變壓器繞組溫度超過120℃時發出超溫報警；變壓器負荷監視，并顯示當前負荷與額定負荷的百分比；具有多種接線監視功能，提高監視可靠性；液晶顯示測量結果，發光二極管報警；具有菜單控制及通電自檢功能。

（三）變壓器負載和溫度監視設備

在變壓器后配電線路配置電流互感器，用于配合絕緣監視儀對醫用隔離變壓器的負荷情況進行監測。

（四）外接報警顯示設備

報警顯示設備可對某一隔離電源系統進行多點報警顯示。即可同時裝于手術室、護士站、集中控制室等多個場所。系統配置報警顯示設備的數量由需要報警顯示的地點的數量決定，每個IT系統至少配置一臺外接報警顯示儀。

報警顯示設備可并聯多個外接顯示，分別安裝在不同的場所。同步液晶/數碼管顯示絕緣監視儀上的測量和報警信息（表2）。

（五）儀器專用電源

內部轉換電源，將AC230V轉換為AC/DC24V。給外接報警顯示設備供電，一個儀器專用電源*多可給3個外接報警顯示設備提供電源。

（六）絕緣故障定位系統

根據實際需求，當隔離電源系統回路數過多或用戶有“在不斷電的情況下精確、快速檢測故障所處回路”的要求時，可加裝該定位系統，用于在線查找發生對地故障的回路。

五、醫用隔離電源監控系統的選型與應用

（一）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。

（二）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。

（三）系統架構

（四）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。

（五）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。可實時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

六、結束語

作為電氣設計人員，一方面期待著國家有關規范、行業標準與國際接軌，進一步完善。另一方面在設計過程中，應推廣采用先進技術，體現“以人為本、安全第一”的設計理念，為患者和醫護人員提供一個技術先進、功能齊全、安全可靠的醫療環境。

參考文獻

［1］王金元，等.民用建筑電氣設計規范.JGJ16-2008[M]北京：中國建筑工業出版社

［2］黃妙慶，等.建筑物電氣裝置第7-710部分：特殊裝置或場所的要求-醫療場所GB16895.24-2005［M］北京:中國建筑工業出版社

［3］穆景光， 劉勇 ，李兆光， 唐建勛.醫療 IT 系統在醫院電氣設計中的應用

［4］安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版

審核編輯 黃宇