淺談醫(yī)用IT隔離電源在手術(shù)室供配電系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用

時間：2023-05-22作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：53

楊翠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

【摘要】結(jié)合新修訂的標(biāo)準(zhǔn)圖集19D706-2《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計與安裝》，對手術(shù)部、手術(shù)室的定義及設(shè)計中需參考的規(guī)范進(jìn)行梳理，提出多種手術(shù)室供配電系統(tǒng)解決方案，同時對手術(shù)室供配電系統(tǒng)中的IT系統(tǒng)設(shè)計、UPS選型等重點(diǎn)及難點(diǎn)問題進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】2類醫(yī)療場所；IT系統(tǒng)；微電擊；患者區(qū)域；在線式工頻UPS；潔凈手術(shù)部；自動恢復(fù)供電時間；接地故障

1概述

潔凈手術(shù)部的英文全稱是Clean Operating Department，是由潔凈手術(shù)室、潔凈輔助用房和非潔凈輔助用房等一部分或全部組成的獨(dú)立功能區(qū)域。潔凈手術(shù)室的英文全稱是CleanOperating Room，是采用空氣凈化技術(shù)，把手術(shù)環(huán)境空氣中的微生物粒子及微?？偭拷档皆试S水平的手術(shù)室，發(fā)生電擊或中斷供電將嚴(yán)重危及患者的生命安全，因此手術(shù)室對供電安全性、可靠性要求較高。

標(biāo)準(zhǔn)圖集19D706-2《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計與安裝》（以下簡稱《圖集》）16頁對手術(shù)部供電列舉了3種常用的示例；56~59頁對手術(shù)室配電列舉了2種常用的示例，同時對手術(shù)室電氣平面布置、手術(shù)室**插座箱進(jìn)行示例；74~75頁對手術(shù)部、手術(shù)室配電系統(tǒng)進(jìn)行示例；128頁、137頁、144頁從產(chǎn)品選用角度提出了手術(shù)室配電系統(tǒng)的解決方案。為了讓電氣設(shè)計人員較有效地參考《圖集》內(nèi)容，有必要對手術(shù)室供配電系統(tǒng)進(jìn)行較詳細(xì)的分析。

2手術(shù)室供配電系統(tǒng)設(shè)計

2.1參考規(guī)范

手術(shù)室電氣設(shè)計常用的設(shè)計規(guī)范有：

a．JGJ 312-2013《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計規(guī)范》；

b．GB 51039-2014《綜合醫(yī)院建筑設(shè)計規(guī)范》；

c．GB 50333-2013《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》；

d．GB 50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》；

e．GB 16895.24-2005/IEC 60364-7-710：

2002《建筑物電氣裝置*7-710部分：特殊裝置或場所的要求醫(yī)療場所》。國內(nèi)與醫(yī)院電氣設(shè)計有關(guān)的規(guī)范，大多參考IEC 60364-7-710，目前IEC 60364-7-710正在修編，已有英文版征求意見稿，建議大家予以關(guān)注。

2.2負(fù)荷分級、醫(yī)療場所類別及電源選擇

2.2.1負(fù)荷分級

JGJ 312-2013表4.2.1中規(guī)定，二級以上醫(yī)院手術(shù)室、術(shù)前準(zhǔn)備室、術(shù)后恢復(fù)室、麻醉室、造影檢查室等場所中涉及患者生命安全的設(shè)備及其照明用電為一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，其他屬于一級負(fù)荷。手術(shù)室用電負(fù)荷等級如表1所示。

2.2.2醫(yī)療場所類別

GB 51039-2014及GB 16895.24-2005/IEC 60364-7-710：2002對醫(yī)療場所的分類如下：

a．0類：不使用醫(yī)療電氣設(shè)備接觸部件的醫(yī)療場所；

b．1類：醫(yī)療電氣設(shè)備接觸部件需要與患者體表、體內(nèi)（除2類場所所述部位以外）接觸的醫(yī)療場所；

c．2類：醫(yī)療電氣設(shè)備接觸部件需要與患者體內(nèi)（指心臟或接近心臟部位）接觸以及電源中斷危及患者生命的醫(yī)療場所［2-3］。

醫(yī)療場所類別劃分中手術(shù)室屬于2類醫(yī)療場所，手術(shù)室內(nèi)涉及生命安全的電氣設(shè)備及照明自動恢復(fù)供電時間t≤0.5 s，不涉及的要求自動恢復(fù)供電時間0.5 s<t≤15 s。手術(shù)部內(nèi)各醫(yī)療場所的類別劃分與要求自動恢復(fù)供電的時間如表2所示。

關(guān)于2類醫(yī)療場所，從其定義可知重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)兩個方面：

a．微電擊：心臟或接近心臟部位，其關(guān)注點(diǎn)是“微電擊”。按IEC標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行心臟手術(shù)的醫(yī)療電氣設(shè)備正常泄漏電流不得大于10μA，當(dāng)發(fā)生一個接地故障時，其故障電流不得大于50μA。因通過人體心臟的電流如果**過50μA就可能導(dǎo)致心室纖顫而死亡，被稱作微電擊致死［4］。

b．供電可靠性：電源中斷危及患者生命，強(qiáng)調(diào)的是中斷供電帶來的嚴(yán)重后果。

2.2.3電源選擇

JGJ 312-2013*3.0.3條規(guī)定：要求恢復(fù)供電時間小于或等于0.5 s時，自備備用電源供電維持時間不應(yīng)小于3 h［1］。

GB 50333-2013對潔凈手術(shù)部供電要求如下：

a．*11.1.2條：潔凈手術(shù)部應(yīng)采用獨(dú)立雙路電源供電［5］；

b．*11.1.3條：有生命支持電氣設(shè)備的潔凈手術(shù)室要設(shè)置應(yīng)急電源。自動恢復(fù)供電時間應(yīng)符合下列要求：①生命支持電氣設(shè)備應(yīng)能實現(xiàn)在線切換。②非**場所和設(shè)備應(yīng)小于等于15 s。③應(yīng)急電源工作時間不應(yīng)小于30 min［5］。

綜合負(fù)荷分級、醫(yī)療場所類別以及自動恢復(fù)供電時間等相關(guān)要求，二級以上醫(yī)院手術(shù)部供電應(yīng)采用獨(dú)立雙路電源供電+柴油發(fā)電機(jī)的供電方式。

手術(shù)部內(nèi)對于要求自動恢復(fù)供電時間t≤0.5 s的負(fù)荷，應(yīng)設(shè)置不間斷電源裝置（UPS），UPS應(yīng)急電源工作時間不小于30 min。對于要求自動恢復(fù)供電時間0.5 s<t≤15 s的負(fù)荷，其應(yīng)急電源可采用不間斷電源裝置（UPS），也可采用柴油發(fā)電機(jī)組。

表1醫(yī)療建筑用電負(fù)荷分級



表2醫(yī)療場所及設(shè)施的類別劃分與要求自動恢復(fù)供電的時間



注：（a）指的是涉及生命安全的電氣設(shè)備及照明。

2.3手術(shù)部整體供配電方案比較

手術(shù)部供電系統(tǒng)按UPS設(shè)置位置劃分，可分為集中式和分布式，按IT系統(tǒng)與非IT（TN-S）系統(tǒng)的組合方式劃分，可分為共用配電箱及分設(shè)配電箱方式。以下列舉常見的5種手術(shù)部供配電方案：

方案一：手術(shù)部集中設(shè)UPS，IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)共用配電箱方案，結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

方案二：手術(shù)室分布設(shè)UPS（總箱），IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)共用配電箱方案，結(jié)構(gòu)示意如圖2、圖3所示。

方案三：手術(shù)室分布設(shè)UPS（IT系統(tǒng)），IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)共用配電箱方案，結(jié)構(gòu)示意如圖4、圖5所示。

方案四：手術(shù)部集中設(shè)UPS，IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)分設(shè)配電箱方案，結(jié)構(gòu)示意如圖6所示。

方案五：手術(shù)部集中設(shè)UPS（IT系統(tǒng)），IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)分設(shè)配電箱方案，結(jié)構(gòu)示意如圖7所示。

手術(shù)部供電方案分析：

a．集中式UPS：適用于大型手術(shù)部的手術(shù)室，可適當(dāng)考慮同時使用系數(shù)，UPS總安裝容量小，經(jīng)濟(jì)性好。獨(dú)立設(shè)置的UPS間，可設(shè)置機(jī)房空調(diào)，有利于散熱、巡視、檢修、降噪等，進(jìn)一步增加了供電可圖1手術(shù)部集中設(shè)UPS，IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)共用配電箱方案靠性。弊端是當(dāng)UPS故障時，受影響區(qū)域較大。



方案一、方案四、方案五均為集中式UPS系統(tǒng)。

方案一、方案四將手術(shù)部全部負(fù)荷納入UPS供電，提高了整個手術(shù)部的供電可靠性，但同時增加了UPS的安裝容量和前期投資，可在要求高可靠性且資金充裕的醫(yī)院建設(shè)中使用。方案五僅將手術(shù)部IT系統(tǒng)及1類場所納入UPS供電，既保了供電可靠性，又體現(xiàn)出很高的經(jīng)濟(jì)性，因此該方案在手術(shù)部的供配電設(shè)計中被廣泛使用。



圖2手術(shù)室分布設(shè)UPS（總箱），IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)共用配電箱方案



圖3手術(shù)室分布設(shè)UPS（總箱），IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)共用配電箱方案Ⅱ

b．分布式UPS：**配電箱一對一配置UPS，供電可靠性高，單臺UPS故障時不影響其它室。弊端是UPS總安裝容量大、投資高，配電箱放置在清潔走廊側(cè)，散熱條件不佳，巡視、維護(hù)不方便，運(yùn)維不當(dāng)有安全事故的隱患。如采用分布式UPS方案，建議設(shè)置UPS監(jiān)控系統(tǒng)，對運(yùn)行參數(shù)及電池狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

方案二、方案三為分布式UPS系統(tǒng)。方案二將手術(shù)室全部負(fù)荷納入UPS供電，提高了手術(shù)室的供電可靠性，但同時增加了UPS的安裝容量和前期投資，可在要求高可靠性且資金充裕的醫(yī)院建設(shè)中使用。方案三僅將手術(shù)室IT系統(tǒng)納入UPS供電，既保了供電可靠性，又體現(xiàn)出很高的經(jīng)濟(jì)性，此方案也是手術(shù)部供配電設(shè)計中經(jīng)常使用的方案之一。方案二與方案三同時演化出手術(shù)部雙總箱末端互投的供配電方案（圖3、圖5），可供電氣設(shè)計人員靈活選用。IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)分別設(shè)置配電箱：把手術(shù)室內(nèi)與非**用電分開，是降低投資、降低三相不平衡因素的有效措施，可進(jìn)一步增強(qiáng)安全系數(shù)。手術(shù)部的供配電設(shè)計可根據(jù)工程實際情況，結(jié)合項目投資等因素，選擇適用的供配電方案。在設(shè)計時，需重點(diǎn)注意三相平衡的問題。手術(shù)部通常設(shè)有多間手術(shù)室，而IT系統(tǒng)為單相負(fù)荷，嚴(yán)重三相不平衡時會導(dǎo)致斷路器跳閘，設(shè)計時應(yīng)注明每間手術(shù)室IT系統(tǒng)的相序，確保手術(shù)部整體三相平衡。



圖4手術(shù)室分布設(shè)UPS（IT系統(tǒng)），IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)共用配電箱方案Ⅰ



圖5手術(shù)室分布設(shè)UPS（IT系統(tǒng)），IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)共用配電箱方案Ⅱ

2.4手術(shù)室配電系統(tǒng)設(shè)計

《圖集》選用了2種典型的手術(shù)室配電系統(tǒng)方案。56頁為手術(shù)室IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)分設(shè)配電箱方案，結(jié)構(gòu)示意如圖8所示。57頁為IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)示意如圖9所示。2個典型的手術(shù)室配電系統(tǒng)方案，可與2.3節(jié)中不同的部供配電方案配合使用。

需要注意，醫(yī)療場所局部IT系統(tǒng)隔離變壓器的一次側(cè)與二次側(cè)設(shè)置短路保護(hù)，不設(shè)置動作于切斷電源的過負(fù)荷保護(hù)。過負(fù)荷的后果是劣化絕緣，并不直接引起電氣災(zāi)害，因此沒必要因為過負(fù)荷而切斷IT系統(tǒng)供電電源。



圖6手術(shù)部集中設(shè)UPS，IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)分設(shè)配電箱方案共用配電箱方案

1類和2類醫(yī)療場所應(yīng)選擇安裝A型或B型剩余電流保護(hù)器。常規(guī)建筑RCD通常選用AC型，僅對突然施加或緩慢上升的剩余正弦交流電流進(jìn)行剩余電流保護(hù)。A型RCD在AC型功能的基礎(chǔ)上，增加脈動直流保護(hù)；B型RCD在AC型功能的基礎(chǔ)上，增加脈動直流保護(hù)及直流保護(hù)。

3手術(shù)室供配電系統(tǒng)設(shè)計重點(diǎn)難點(diǎn)問題分析

3.1 IT系統(tǒng)設(shè)計要點(diǎn)

3.1.1何處設(shè)置

根據(jù)JGJ 312-2013*5.4.4條：2類場所除手術(shù)臺驅(qū)動機(jī)構(gòu)、X射線設(shè)備、額定容量**過5 kVA的設(shè)備、非生命支持系統(tǒng)的電氣設(shè)備外，用于維持生命、外科手術(shù)、重癥患者的實時監(jiān)控和其他位于患者區(qū)域的醫(yī)療電氣設(shè)備及系統(tǒng)的回路，均應(yīng)采用醫(yī)療場所局部IT系統(tǒng)供電［1］。

3.1.2患者區(qū)域

在醫(yī)院的2類醫(yī)療場所內(nèi)離手術(shù)臺周邊水平距離1.5 m，高度為2.5 m內(nèi)的區(qū)域被稱為“患者區(qū)域”，如圖10所示。根據(jù)IT系統(tǒng)設(shè)置要求及“患者區(qū)域”的示意圖可知，手術(shù)室內(nèi)的吊塔、**用電插座箱、無影燈應(yīng)納入IT系統(tǒng)供電。手術(shù)室照明、*情報面板等與“微電擊”無關(guān)，可不納入IT系統(tǒng)供電，但為保證其供電連續(xù)性，建議納入UPS供電。



圖7手術(shù)部集中設(shè)UPS（IT系統(tǒng)），IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)分設(shè)配電箱方案



圖8 IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)分設(shè)配電箱方案



圖9 IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)共用配電箱方案

3.1.3接地故障分析

IT系統(tǒng)電源端不做系統(tǒng)接地，只做保護(hù)接地。其接地故障示意圖，如圖11所示。

通過隔離變壓器二次回路導(dǎo)體不接地，電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分接到電氣裝置的PE線上，并設(shè)置輔助等電位聯(lián)結(jié)。當(dāng)出現(xiàn)接地故障時，故障電流僅為流過自隔離變壓器到手術(shù)設(shè)備之間一小段非故障線段較小的對地電容電流，不大于50μA。因此故障時可以不切斷電源，使電氣設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行，并可通過絕緣監(jiān)測裝置發(fā)出報警并及時故障，大大提高了系統(tǒng)供電的可靠性。醫(yī)用IT系統(tǒng)需與絕緣故障監(jiān)測裝置配合使用，當(dāng)絕緣電阻值降至50 kΩ時發(fā)出報警，聲光報置設(shè)置在護(hù)士站等便于監(jiān)視的場所。**次接地故障時，IT系統(tǒng)實際變成了TN系統(tǒng)運(yùn)行，不切斷電源。但是如果不及時排除故障，當(dāng)發(fā)生*二次接地故障時，相當(dāng)于TN系統(tǒng)接地短路，斷路器動作［7］。


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• 詞條

  詞條說明

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