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淺談醫(yī)用IT隔離電源在手術(shù)室低壓配電系統(tǒng)和接地系統(tǒng)中的應(yīng)用
更新時(shí)間:2023-05-24   點(diǎn)擊次數(shù):415次

       手術(shù)室是為患者提供手術(shù)及搶救的場所,承擔(dān)全院患者手術(shù)治療任務(wù)。手術(shù)室的電氣配電系統(tǒng)和接地的好壞,直接影響到患者和醫(yī)護(hù)人員的人身安全及手術(shù)過程中設(shè)備的正常使用。根據(jù)國家有關(guān)負(fù)荷分級及供電要求的標(biāo)準(zhǔn),醫(yī)院手術(shù)室作為不允許中斷供電的場所,需要是一級負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷。因此對手術(shù)室的低壓配電系統(tǒng)要求很高,既要保證電氣裝置突發(fā)故障情況下不能斷電,又要保證患者和相關(guān)醫(yī)護(hù)人員的人身安全。本研究就手術(shù)室低壓配電系統(tǒng)和接地系統(tǒng)進(jìn)行概述,并重點(diǎn)分析兩種系統(tǒng)在手術(shù)室的應(yīng)用。

1低壓配電系統(tǒng)概述

       國家相關(guān)電氣安全規(guī)范要求,手術(shù)室使用間接接觸防護(hù)低壓的配電系統(tǒng)主要指TN-S系統(tǒng)和IT系統(tǒng)[1]。

1.1 TN-S系統(tǒng)

       在變電所電源端引出的低壓配電系統(tǒng)是3L+1N+1PE線。其中N線和PE線是分開的。PE線基本不通過電流,也不帶電位;只在發(fā)生接地故障時(shí)通過故障電流。因此電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分對地面平時(shí)幾乎不帶電位,比較安全。

1.2 IT系統(tǒng)

       在變電所電源端不做系統(tǒng)接地或經(jīng)高電阻接地,只做保護(hù)接地,用戶端電氣裝置接地系統(tǒng)做等電位聯(lián)結(jié)的系統(tǒng)。IT系統(tǒng)平時(shí)需要使用絕緣監(jiān)測器(IMD)監(jiān)測電氣裝置的絕緣水平。當(dāng)發(fā)生一次接地故障時(shí)由于故障電流沒有返回電源的通路,故障電流很小,在保護(hù)接地的接地電阻R上產(chǎn)生的對地面故障電壓很低,不致引發(fā)電擊事故,不會切斷供電電源。但I(xiàn)MD會發(fā)出報(bào)警信號,提示系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障,在手術(shù)完成后應(yīng)停電檢修。如果不及時(shí)檢修排除故障而繼續(xù)帶故障運(yùn)行,當(dāng)發(fā)生第二次接地故障時(shí)就轉(zhuǎn)變成相間短路,這是因?yàn)槭中g(shù)室各種設(shè)備PE線相互連通,在某些情況下當(dāng)?shù)谝慌_設(shè)備外露可導(dǎo)電部分發(fā)生接地故障時(shí),使得其接地故障電流通過PE線傳遞到相鄰設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分上,當(dāng)?shù)诙_設(shè)備外露可導(dǎo)電部分也發(fā)生接地故障,也就是發(fā)生第二次接地故障時(shí),兩臺設(shè)備的相線和PE線之間形成短路電流回路,導(dǎo)致設(shè)備的操作人員發(fā)生電擊傷害事故。IT系統(tǒng)就演變成TN系統(tǒng)或TT系統(tǒng)。只能通過過電流保護(hù)電器或剩余電流保護(hù)器(RCD)強(qiáng)制切斷供電電源,造成手術(shù)間停電跳閘。IT系統(tǒng)一般不引出N線,這是因?yàn)楫?dāng)引出N線時(shí),IT系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障,相間對地電壓將升高為380 V,N線對地電壓將為220 V,導(dǎo)致設(shè)備的絕緣損壞;同時(shí)醫(yī)護(hù)人員的直接接觸或間接接觸的預(yù)期接觸電壓可高達(dá)380 V,電擊死亡危險(xiǎn)變大[2]。由于沒有引出N線,不能提供220 V電源電壓,其應(yīng)用受到限制。它主要適用于對供電不間斷要求很高的地方。如醫(yī)院的手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)病房(ICU)等一旦發(fā)生系統(tǒng)短路造成停電危及患者生命安全的場所。

2手術(shù)室的接地系統(tǒng)概述

       手術(shù)室的接地系統(tǒng)包括總等電位聯(lián)結(jié)和局部等電位聯(lián)結(jié)。總等電位聯(lián)結(jié)是通過進(jìn)線配電箱旁的接地母排將下級配電箱的PE線、建筑物的金屬結(jié)構(gòu)和接地裝置互相連通,形成一個(gè)大的接地系統(tǒng)。局部等電位聯(lián)結(jié)是在局部場所內(nèi)將各個(gè)可導(dǎo)電部分連通,也可將就近的PE線、金屬管道和建筑物金屬構(gòu)件連通,形成一個(gè)局部的接地系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí),局部等電位聯(lián)結(jié)可以進(jìn)一步減少接地電阻,從而進(jìn)一步降低接觸電壓,這是局部等電位聯(lián)結(jié)的優(yōu)勢所在。

3手術(shù)室低壓配電系統(tǒng)和接地系統(tǒng)的應(yīng)用

       按照國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn),場所按照電氣設(shè)備與人體接觸的狀況、斷電的危險(xiǎn)程度和允許間斷供電時(shí)間的分級分為0類、1類、2類場所[3]。其中2類場所內(nèi)可以使用用于心臟手術(shù)的設(shè)備或是中斷供電將導(dǎo)致生命危險(xiǎn)的設(shè)備。手術(shù)室就是2類場所,需要使用IT系統(tǒng)或TN-S系統(tǒng),不允許使用TN-C系統(tǒng)。

       前面提到的IT系統(tǒng)發(fā)生第一次接地故障時(shí)既不切斷電源,又不發(fā)生電擊事故,只通過絕緣監(jiān)測器發(fā)出報(bào)警信號,第一次接地故障時(shí)保護(hù)電器動作特性需滿足下列公式:

RA Id≤50V

       RA—外露可導(dǎo)電部分的接地電阻(Ω);Id—發(fā)生第一次接地故障時(shí),相線和外露可導(dǎo)電部分阻抗可忽略不計(jì)的故障電流(A)。

       為滿足上述公式的要求,應(yīng)降低接地極的接地電阻RA,或者減少設(shè)備對地正常泄漏電流以及限制線路總長度[4]。所以手術(shù)室發(fā)生第一次接地故障時(shí)接觸電壓會控制在50 V以下,對現(xiàn)場操作的醫(yī)護(hù)人員和手術(shù)患者是安全的。根據(jù)國家電氣安全的相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),在干燥環(huán)境下發(fā)生接地故障時(shí)預(yù)期接觸電壓不允許>50 V,潮濕環(huán)境下≤25 V,水下環(huán)境≤12 V。手術(shù)間的IT系統(tǒng)故障狀態(tài)下*高允許不停電的接觸電壓只能是50 V,醫(yī)護(hù)人員接觸>50 V就可能發(fā)生觸電危險(xiǎn)。

       手術(shù)室的進(jìn)線配電箱使用的IT系統(tǒng),但為了能提供給監(jiān)護(hù)儀、呼吸機(jī)、麻醉機(jī)等設(shè)備220 V的電壓,應(yīng)使用380/220 V的變壓器,這種變壓器既起到變換電壓的作用,又有安全隔離的效果。其容量≥0.5 kVA,但≤10 kVA。在隔離變壓器后IT系統(tǒng)局部等電位聯(lián)結(jié)。設(shè)備的PE線在和局部等電位聯(lián)結(jié)后仍和醫(yī)院內(nèi)TN-C-S系統(tǒng)或TN-S系統(tǒng)的PE線連通,但手術(shù)室不能再單獨(dú)打接地極,以免發(fā)生重復(fù)接地的錯(cuò)誤。因?yàn)槿绻趧e處發(fā)生單相接地短路時(shí),當(dāng)通過PE線傳遞接地故障電流經(jīng)過手術(shù)間正常使用的設(shè)備上的外露可導(dǎo)電部分時(shí),瞬間使得該地局部等電位聯(lián)結(jié)面上設(shè)備和地的電位同時(shí)升高。相對于設(shè)備與地之間無電位差,使手術(shù)臺上的患者和相鄰操作設(shè)備的醫(yī)護(hù)人員免受電擊傷害。而如果手術(shù)室出現(xiàn)重復(fù)接地時(shí),就會因?yàn)榫植康入娢宦?lián)結(jié)與大地“0"電位之間出現(xiàn)電位差,對手術(shù)間人員人身安全十分不利。由于兩個(gè)接地系統(tǒng)間可能出現(xiàn)電位差,通過別處PE線傳遞過來的雜散電流會竄進(jìn)監(jiān)護(hù)儀、呼吸機(jī)、麻醉機(jī)等精密設(shè)備當(dāng)中,干擾設(shè)備的各種參數(shù),甚至?xí)舸┚艿碾娐钒濉?/p>

       手術(shù)室總的進(jìn)線配電箱使用的是TN-S系統(tǒng),即3L+1N+1PE的接線方式。但I(xiàn)EC規(guī)定離手術(shù)臺周邊水平距離1.5 m,高度為2.5 m內(nèi)被稱為患者環(huán)境。圍繞著患者環(huán)境的手術(shù)臺鄰近手術(shù)間懸臂吊塔應(yīng)采用局部IT系統(tǒng)供電。在懸臂吊塔上的插座主要用于維持生命或進(jìn)行外科手術(shù)的設(shè)備。使用1:1變比的單相隔離變壓器通過懸臂吊塔的插座給生命支持設(shè)備供電,將局部IT系統(tǒng)內(nèi)所有的設(shè)備和隔離變壓器的PE線端子及進(jìn)線配電箱的PE線端子相連通,以保證整個(gè)局部患者環(huán)境處在局部等電位聯(lián)結(jié)的保護(hù)范圍內(nèi)。手術(shù)室等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)中,局部等電位聯(lián)結(jié)端子板與插座PE線端子、設(shè)備PE線端子,以及裝置外可導(dǎo)電部分等連接線和連接點(diǎn)的電阻總和≤0.2Ω,使整個(gè)手術(shù)室接地系統(tǒng)的電位差接近相等。

       手術(shù)室應(yīng)將IT系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測的聲光信號安裝在合適的位置,使醫(yī)務(wù)人員在手術(shù)過程中便于監(jiān)視。應(yīng)以不同顏色的燈光顯示系統(tǒng)不同的絕緣狀況。當(dāng)絕緣電阻下降時(shí),*遲降至50 kΩ時(shí)應(yīng)發(fā)出信號。在故障未排除前不允許切斷,音響信號允許中止,但燈光信號不應(yīng)切斷。

       在實(shí)際工程中,也可以在同一手術(shù)間內(nèi)分別設(shè)計(jì)TN-S系統(tǒng)和IT系統(tǒng)的插座,懸臂吊塔采用IT系統(tǒng)供電,手術(shù)間墻壁采用TN-S系統(tǒng)供電。但應(yīng)嚴(yán)格區(qū)分和標(biāo)記清楚,相關(guān)設(shè)備防止混插。提供生命支持的設(shè)備,如呼吸機(jī)、麻醉機(jī)、監(jiān)護(hù)儀及手術(shù)無影燈等設(shè)備需要使用IT系統(tǒng)的插座,以保證在一次接地故障時(shí)保護(hù)電氣裝置不跳閘。而其他手術(shù)輔助設(shè)備可使用TN-S系統(tǒng)的插座。每個(gè)系統(tǒng)有各自的過電流保護(hù)裝置和剩余電流保護(hù)器,以免TN-S系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障時(shí)過電流保護(hù)裝置或剩余電流保護(hù)器跳閘殃及IT系統(tǒng)。分開設(shè)計(jì)的*大優(yōu)點(diǎn)就是降低隔離變壓器的容量和發(fā)熱,提高隔離變壓器的使用壽命,使隔離變壓器能更好地為IT系統(tǒng)服務(wù)。

4醫(yī)用隔離電源監(jiān)控系統(tǒng)的選型與應(yīng)用

4.1概述

       隨著電子設(shè)備在醫(yī)院領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,漏電流對病人構(gòu)成的威脅也越來越大,尤其是那些生命攸關(guān)的場所,病人在手術(shù)中或麻醉狀態(tài)下,各種電極、傳感器直接插入人體內(nèi),微小的漏電流都有可能導(dǎo)致病人觸電身亡。另外有些設(shè)備用于維持重癥病人的生命,一旦設(shè)備停電,也會對病人的生命構(gòu)成威脅。因此,對于這一特殊場所的電氣設(shè)計(jì),應(yīng)嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行。安科瑞醫(yī)用IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測故障定位裝置及系統(tǒng)適用于醫(yī)院的手術(shù)室、ICU(CCU)監(jiān)護(hù)病房等重要場所,能為這類場所提供安全、連續(xù)、可靠的供電解決方案。

4.2應(yīng)用場所

       適用于醫(yī)院的手術(shù)室、各類重癥監(jiān)護(hù)室、搶救室、內(nèi)窺鏡室及造影室等二類場所的醫(yī)用隔離電源系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控及自動化。

4.3系統(tǒng)架構(gòu)

4.4系統(tǒng)功能

       安科瑞IT配電監(jiān)控系統(tǒng)是基于觸摸屏軟件設(shè)計(jì),軟件具有遠(yuǎn)程測量、遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置和遠(yuǎn)程自檢等多種功能,為各類場所的IT配電系統(tǒng)的集中監(jiān)控提供了強(qiáng)大的系統(tǒng)集成工具。軟件的主要功能如下:

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一次圖和現(xiàn)場分布顯示

       系統(tǒng)具有一次圖及現(xiàn)場分布圖顯示功能,能直觀的了解并及時(shí)地發(fā)現(xiàn)IT供電系統(tǒng)的報(bào)警地點(diǎn)或區(qū)域,從而方便專業(yè)人員及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行故障排查;實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與顯示利用安裝于各IT配電系統(tǒng)中絕緣監(jiān)測儀表和絕緣故障定位儀表,采集各隔離電源系統(tǒng)的參數(shù)。采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在監(jiān)控系統(tǒng)界面,這些監(jiān)測參量含IT系統(tǒng)對地絕緣電阻、變壓器負(fù)荷電流、變壓器繞組溫度及絕緣故障回路等。

故障報(bào)警

       將各IT配電系統(tǒng)出現(xiàn)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(jìn)行統(tǒng)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(jiān)測值、故障地點(diǎn)以及故障發(fā)生時(shí)間等信息。同時(shí)啟動監(jiān)控系統(tǒng)的聲光報(bào)警系統(tǒng),及時(shí)提醒相關(guān)人員,進(jìn)行故障處理。其中,聲音報(bào)警信號可被手動消除。

遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置和查詢

       通過系統(tǒng),可根據(jù)要求遠(yuǎn)程調(diào)整和設(shè)置各IT配電系統(tǒng)中絕緣監(jiān)測儀的各類報(bào)警參數(shù)閾值,也可以任意查看這些報(bào)警參數(shù)值。參數(shù)包括絕緣報(bào)警值、負(fù)載電流報(bào)警值和隔離變壓器溫度報(bào)警值等。

圖形顯示功能

       系統(tǒng)可以以曲線的形式,顯示各IT配電系統(tǒng)的絕緣狀況、負(fù)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(tǒng)的運(yùn)行變化情況,有針對性的對某些系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。

4.5安科瑞產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)

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