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淺談IT隔離電源系統(tǒng)在場所的接地設計研究與應用

更新時間：2022-11-17點擊次數：411

吳柯霓

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

【摘要】現(xiàn)代設備越來越多樣化和復雜化，設備的電氣安全要求也越來越髙。文章結合武平縣婦幼醫(yī)院接地設計，主要探討了低壓配電系統(tǒng)接地型式，TN-C-S系統(tǒng)的選用及局部IT系統(tǒng)在手術室、ICU、急診搶救室及無痛人流室等重要場所的應用，目的為確保各場所內人體安全。

【關鍵詞】醫(yī)院接地設計;醫(yī)用IT隔離電源;T8-C-S系統(tǒng);IT系統(tǒng)


0 引言

隨著科學技術水平和技術水平飛速發(fā)展，電氣設備不斷更新，大量電子儀器不斷應用于臨床診斷和治療，比如:CT、核磁共振、DR、CR、工頻X光機、彩色超聲等。電氣設備在診斷和治療過程中的應用越來越普遍，作用也越來越顯著，但很多醫(yī)院在內部結構、運營管理、電氣設備安全措施和供電條件存在很多不完善的地方，為設備在操作過程中埋下了很大的安全隱患。為了消除各種安全隱患，不僅要不斷優(yōu)化和完善醫(yī)院的內部結構和運營管理，吸取和積累經驗，不斷規(guī)范醫(yī)護人員的操作，同時也嚴格要求在建和新建的醫(yī)院在設計和施工過程中滿足相關規(guī)范標準，確保電氣設備安全措施的正確性和供電電源的可靠性。

IEC標準將場所定為電氣安全上的特殊場所，由于場所的電氣設備與人體甚至是人體內部器官直接接觸，大大增加了電擊危險性。手術室、搶救室等重要場所的供電中斷或其他電氣事故會嚴重威脅病人生命安全。如何選擇合理的接地形式，確保各場所中電氣設備的接地安全和醫(yī)院供電的可靠性，筆者以武平縣婦幼醫(yī)院電氣設計為案例，針對上述問題提出相關建議。


1 醫(yī)院接地設計

該工程為武平縣婦幼醫(yī)院，局部地下1層、地上7層，病床數59床，為三級醫(yī)院。功能分布為地下一層為消防泵房、配電間等設備用房。一層為急診診室、急診搶救室、急診觀察室、消控室、CR-DR機房、藥房、輸液室和門廳等;^二層為B超、心電圖、檢驗科;三層為婦科診室、無痛人流室、宣教室、產檢;四層為兒科、婚檢、宣教室;五層為病房、LU(重癥監(jiān)護室;六層為病房、手術室及待產室等;七層為辦公室、會議室。

場所電氣安全防護根據要求可劃分為3類。

   ①0類:不使用電氣設備接觸部件的場所;

   ②1類:電氣設備接觸部件需要與患者體表、體內（除2類場所所述部位外）接觸的場所;

   ③2類：電氣設備接觸部件需要與患者體內接觸、手術室以及電源中斷或故障后將危及患者生命的場所[1]。

根據上述的分類，各場所的具體類別如表1所示。該工程變配電房設于室外，低壓配電系統(tǒng)接地型式采用TN-C-S系統(tǒng)，進線電纜的PEN線在入戶配電箱進線開關之前作重復接地，設PE專用接地保護線，PE線與N線不得混接。急診搶救室、產房、手術室、ICU、無痛人流室內等2類場所采用局部IT系統(tǒng)。采用IT系統(tǒng)的各場所應作局部等電位聯(lián)結，設LEB端子箱，要求該局部等電位聯(lián)結端子板與插座PE線端子。固定式設備PE線端子及裝置外可導電部分等之間的聯(lián)結線和連接點的電阻總和不應大于0.2(，任何兩個導電體間的電位差在10mV以下，并實現(xiàn)下列部分之間等電位:①PE線;②裝置外導電部分;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地板下的金屬網格;⑥除設備要求與地絕緣外，固定安裝的、可導電的非電氣裝置的患者支撐物。



2 接地型式

《民用建筑電氣設計規(guī)范》JGJ16-2008指出：低壓配電系統(tǒng)的接地形式可分為TN、TT、IT3種系統(tǒng)，其中TN系統(tǒng)又可分為TN-C、TN-S、TN-C-S3種形式[2]。在TN系統(tǒng)中，電力系統(tǒng)有一點直接接地，電氣裝置的外露可導電部分應采用保護導體(PE)或保護接地中性導體（PEN)與該點相連接。在TT系統(tǒng)中，電力系統(tǒng)有一點直接接地，電氣設備的外露可導電部分通過保護線接至與電力系統(tǒng)接地點無關的接地極，如圖1所示。在I系統(tǒng)中，電力系統(tǒng)不直接接地，應對地絕緣或通過足夠大的阻抗接地[3]，電氣裝置的外露可導電部分可單獨接地或成組接地，如圖2所示。


3 TN-C-S系統(tǒng)的選用

如何為建筑及其建筑內不同場所選擇合適的接地系統(tǒng)？根據《建筑電氣設計規(guī)范》J_J312-2013指出：場所配電系統(tǒng)的接地形式嚴禁采用TN-C系統(tǒng)[1]。因為TN-C系統(tǒng)中N、PE線始終是合一的，如圖3所示。在三相負荷不平衡或接地故障時PEN上有電流通過，從而使電氣設備外殼帶上對地電壓，嚴重危及場所的人身安全。此外，TN-C系統(tǒng)還可能給電氣設備帶來電磁干擾，采用TT或TN-S系統(tǒng)則能避免這些問題。但TT系統(tǒng)將電氣設備的外露可導電部分直接接地，設備對地絕緣比較容易受到過電壓損害。且接地故障電流較小時，低壓斷路器或熔斷器不一定能及時動作，造成漏電設備的金屬外殼對地電壓高于安全電壓（屬危險電壓$，因此還需要設置漏電保護器起保護作用。此外，TT系統(tǒng)采用獨立于電源端接地極的接地網，需消耗大量鋼材和工時，所以TT系統(tǒng)比較適宜戶外場所，接地保護比較分散的地方，如室外路燈等。



對于民用建筑的低壓配電系統(tǒng)應采用tt、tn-S或TN-C-S接地型式，然而TT接地系統(tǒng)比較適合戶外場所，所以在建筑內部的低壓配電系統(tǒng)選用T8-S或TN-C-S接地型式。TN-S系統(tǒng)中的工作零線N和保護線PE線始終分開，如圖4所示，系統(tǒng)正常運行時，PE線上沒有電流，對地沒有電壓，所以電氣裝置的外露導電部分接在專用的保護線PE上安全可靠。當建筑物采用TN-C-S系統(tǒng)時，在建筑物的進線處設置重復接地，在重復接地點前TN-C-S系統(tǒng)的N&＃39;PE線是合一的，可看作為TN-C系統(tǒng);重復接地點后N&＃39;PE線分開，可看作為TN-S系統(tǒng)，如圖5所示。TN-C-S或TN-S系統(tǒng)中PE線是連通的，任何一處發(fā)生故障均可能導致故障電壓沿PE線傳導至其它地方引起危害。因此，當PE線較長時，需要再設多處接地點作等電位聯(lián)結，以降低保護導體的電位與其附近的對地電位產生位差的可能性。當建筑物與室外變配電房的距離較遠時，采用TN-C-S系統(tǒng)當PEN線斷裂時，N線通過重復接地點形成電流通道，系統(tǒng)依舊能繼續(xù)運行，而不至于產生零點電位偏離燒壞單相電器設備，比TN-S系統(tǒng)更安全且節(jié)省投資，所以該工程采用TN-C-S系統(tǒng)。采用TN-C-S系統(tǒng)時，應注意當保護導體與中性導體從某點分開后不應再合并，且中性導體不應再接地，否則造成前段的N&＃39;PE并聯(lián)，PE導體可能會有大電流通過，提高PE導體的對地電位，危及人身安全。


4 IT系統(tǒng)的應用

根據IEC標準規(guī)定:在2類場所內，用于維持生命、和其他位于“患者區(qū)域"內的電氣設備和系統(tǒng)的供電回路，均應采用I系統(tǒng)。用途相同且相鄰的一個或幾個房間內，至少應設置一


個獨立的場所局部I系統(tǒng)[4]。IT系統(tǒng)由醫(yī)用隔離變壓器、絕緣監(jiān)視儀及外接報警和顯示裝置3部分組成。其中醫(yī)用隔離變壓器應設置過載和溫度監(jiān)測器。


絕緣監(jiān)視儀應滿足下列要求：

①交流內阻不應小于100kΩ;

②測量電壓不應超過直流25V;

③測試電流在故障條件下峰值不應大于1mA;

④應設置絕緣故障報警，在絕緣電阻最遲降至50k(時應能報警、顯示，并應配置試驗設施[4]。報警和顯示裝置設置在有專職人員值班的場所，以便醫(yī)務人員能實時監(jiān)察系統(tǒng)的絕緣狀況，利用第二故障（此故障將使預期危險電流變成實際的故障電流$尚未發(fā)生的時機及時采取措施，消除隱患。


IT系統(tǒng)在場所的應用中應注意以下問題：                        

（1）場所內非生命支持系統(tǒng)采用TN-S系統(tǒng)，局部采用TT系統(tǒng)，如圖6所示。為避免二者之間存在電位差，局部I系統(tǒng)供電的設備金屬外殼接地應與TN-S系統(tǒng)共用接地裝置。

(2）IT系統(tǒng)不宜配出中性線（N線$，系統(tǒng)中單相220V電源經1:1隔離變壓器的二次提供，因此配電線路均為帶電導線，應設置雙極開關作為線路保護。

(3）場所局部IT系統(tǒng)隔離變壓器的一次側與二次側應設置短路保護，為了保證重要負荷的不間斷供電，不應設置動作于切斷電源的過負荷保護裝置。



（4）同一場所局部IT系統(tǒng)的所有插座箱或插座組不應由一個回路供電，防止某個地方出現(xiàn)故障影響所有插座使用，確保供電的可靠性。L系統(tǒng)插座應有固定的明顯標志，防止誤操作。

（5）為單相設備供電的L系統(tǒng)應采用單相隔離變壓器，當需通過L系統(tǒng)為三相負荷供電時，應采用單獨的三相隔離變壓器。隔離變壓器宜靠近場所設置，并應設置明顯標志和采取防護措施，防止無關人員接觸。


5 安科瑞醫(yī)用隔離電源監(jiān)控系統(tǒng)

5.1 概述

隨著電子設備在醫(yī)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(tài)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，對于這一特殊場所的電氣設計，應嚴格按照國家標準和規(guī)范進行。

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)院的手術室、ICU(CCU)監(jiān)護病房等重要場所，能為這類場所提供安全、連續(xù)、可靠的供電解決方案。

5.2 應用場所

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

5.3 系統(tǒng)架構



5.4 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(tǒng)的集中監(jiān)控提供了強大的系統(tǒng)集成工具。軟件的主要功能如下：



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地發(fā)現(xiàn)IT供電系統(tǒng)的報警地點或區(qū)域，從而方便專業(yè)人員及時到達現(xiàn)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(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。采集到的數據實時顯示在監(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(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、故障地點以及故障發(fā)生時間等信息。同時啟動監(jiān)控系統(tǒng)的聲光報警系統(tǒng)，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(tǒng)，可根據要求遠程調整和設置各IT配電系統(tǒng)中絕緣監(jiān)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(tǒng)可以以曲線的形式，顯示各IT配電系統(tǒng)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(tǒng)的運行變化情況，有針對性的對某些系統(tǒng)進行維護和保養(yǎng)。


5.5 安科瑞產品功能和技術參數




6 結語

現(xiàn)代醫(yī)院的設備日新月異，電氣接地安全和供電要求越來越高且事關患者生命安全，要求電氣設計人員在設計過程中一定要慎之又慎。隨著建筑電氣設計的內容越來越多且越來越復雜，作為電氣設計人員要熟悉國家相關規(guī)范及行業(yè)標準，通過不斷學習提高自身的業(yè)務水平，不斷完善對建筑的電氣設計，為患者提供舒適的就診環(huán)境和安全可靠的治療條件。


參考文獻

[1]JGJ312-2013建筑電氣設計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[2]JGJ16-2008民用建筑電氣設計規(guī)范[G].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[3]GB50052-2009供配電系統(tǒng)設計規(guī)范[G].北京：中國計劃出版社，2009.

[4]GB16895.24-2005/IEC60364-7-710:2002建筑物電氣裝置第7-710部分:特殊裝置或場所的要求場所[S].北京：中國國家標準化管理委員會，2005.

[5]饒世營.場所的接地設計研究與應用——以武平縣婦幼醫(yī)院接地設計為例.

[6]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊2022.05版


作者簡介：吳柯霓，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電氣防火限流式保護器的研發(fā)與應用