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浅谈医疗隔离电源IT系统及绝缘监测产品的应用


浅谈医疗IT系统及绝缘监测产品的应用
李娜 安科瑞电气股份有限公司上海嘉定 201801

1、项目简介
某综合医院新病房大楼, 总建筑面积 106314.18m2, 地面以上主体总高度为 99.4m,地上 26 层,地下 1 层。手术室除了一楼、二楼和五楼各有一间手术室外,三楼有门诊手术室 9 间,神经 ICU 室共 17 个床位,四楼中心手术室共 21 间、中心 ICU 室 24 个床位。现结合本 工程谈谈笔者在医用 IT 系统应用中的设计。

2、医疗场所的分类及供电要求
根据《建筑物电气装置第7- 710部分: 特殊装置或场所的要求医疗场所》( GB16895.242005、IEC60364- 7- 710: 2002) 的标准, 将不同目的的医疗房间划分为 0 类场所、1 类场 所、2 类场所。其分类规定如表 1 所示。
表 1 医疗场所安全实施的类别和级别划分

其中,0 类医疗场所是指无需与患者身体接触的电气装置工作的场所。1 类医疗场所是 指医疗电气设备的接触部件需要与患者体表、 体内(除了 2 类医疗场所所述环境以外)接触的 电气装置工作的场所。2 类医疗场所是指医疗电气设备约接触部件需要与患者体内(主要指 心脏或接近心脏部位)接触以及电源中断危及患者生命的电气装置工作的场所。 2 类场所必须充分考虑微电击产生的危险以及持续供电的重要性, 严格限制其第一次 故障电流,因此《民用建筑电气设计规范》(JGJ/T 16-2008)中规定,在 2 类场所内用于维 持生命的、外科手术的和其他位于“患者区域”内的医疗电气设备和系统的供电回路则必须 使用隔离电源( IT 电源) 供电。在 0 类场所、1 类场所中,由于用电设备不与人体内脏直接 接触,可使用中性点接地的系统( TT / TN 系统) 供电。

3、IT配电系统在2类医疗场所的应用
2 类医疗场所对供电连续性和漏电流要求较高,IT 系统降低了系统对地的泄漏电流,人 身触电的危险被降低到最小程度。在 IT 系统中安装了绝缘监测仪装置, 大大提高了事故预 防能力, 系统一旦出现第一个绝缘故障, 不会引起系统的停电,保证了供电的连续。 在医院的手术室和 ICU 病房中, 为了保证供电的可靠性, 采用了双电源切换的供电方式, 一旦该路电源停电,另外一路电源会很快切换。对于重要负荷,采用 IT 系统供电。 当发生 绝缘故障时, 故障电流对地无法构成回路, 只会产生一个很小的容性漏电流, 同时电流不 会导致上一级断路器或熔断器动作, 保证了供电的连续性。为了实时监测 IT 系统对地的绝 缘状况,系统内设置了绝缘监测装置,当系统绝缘下降到监测装置的报警值时,该监测装置 会发出报警信息,提示系统出现绝缘故障,需尽快进行排除。IT 系统配电示意图如图 1 所 示。
隔离变压器 QF 设备 AIM-M100 等电位端子排

图1 IT配电系统示意图 在本工程除了采用 IT 系统供电外, 还采取了以下几种措施, 确保 IT 系统供电的安全性 和可靠性。 1)IT 系统中采用的断路器均选择带短路保护,而不带过载保护断路器,防止因系统过 载跳闸,影响供电的连续性。 2)为了有效防止不同用电设备外壳电位差而产生的电击事故,该系统采取进行了可靠 的等电位联接。 3)IT 系统插座和插座箱均有明显的标志,TN-S 系统插头不能插入。 4) 为尽可能减小 IT 系统对地的泄露电容引起的漏电流, 隔离变压器的容量限制在 8kVA 以下。 5)IT 系统的绝缘监测采用医用的绝缘监视仪, 并满足国家标准对该类产品的要求。绝 缘监测仪只用于故障报警,不能动作于断路器。

4 手术室IT供电及绝缘监测方案
本次设计中手术室采用了安科瑞公司的医疗 IT 配电产品,其系统由隔离变压器、绝缘 监测仪、仪用电源、外接报警显示仪和绝缘故障定位装置组成。每个手术室一套 IT 系统, IT 系统采用一台 8kVA 单相隔离变压器。并通过 AIM-M200 绝缘监测仪, 实现变压器次级回

路对地绝缘阻抗、次级负载电流、变压器温度状态的实时监测。设计了 ASG100 信号发生器 和 AIL100 绝缘故障定位装置, 实现绝缘故障回路的定位功能。 报警显示装置采用了 AID200, 通过双绞线与 AIM-M200 绝缘监测仪联接分别在手术室内部及监控室显示绝缘监视仪测量的 数据, 当出现故障时通过发光管及嗡鸣器通知现场人员 , 同时通过输出触点通知中心控制 室值班人员做好故障处理准备。每组 AIM-M200 绝缘监测仪配置仪器专用电源 DR-60-24, 电 源输出为 DC24V。单个手术室系统组成如图 2 所示。

安科瑞标准柜(型号:GGF-O8QL)

Pe =12.0KW

iC60L MA 2P 16 吊塔 无影灯 PC平台 插座箱

WDZ-BYJ-2*6 iC60L MA 2P 40A AKH-0.66P26 iC60L MA 2P 40A AITR8000 6A

插座箱 插座箱 控制箱 备用 手术床 其它设备

UPS

interpact INS80

BV-2*1.5
仪器专用电源 DR-60-24 绝缘监视仪 信号发生器 故障定位仪 AIM-M200 ASG100 AIL100-8 AIL100-4 集中报警与显示仪 AID200

手术室内嵌墙安装 iC65N 16A 1P 普通照明 看片箱 iC65N 4P C20 vigi A 30mA ELM DPNN C16A vigi A 30mA ELM 插座箱(380V) 自动门 书写台 插座箱 备用

图2 手术室IT配电系统图 在该方案中,手术室的配电包括IT系统和TN-S系统,对于手术室内重要的设备,则通过 IT系统配电, 并通过绝缘监测仪和故障定位仪实现绝缘监测和故障定位。 对于手术室内不重 要的设备,或不与人体直接接触设备,则采用TN-S系统来供电,并采用不大于30mA的漏电保 护断路器来防止漏电安全事故。

5 ICU重症监护室IT供电及绝缘监测方案
在重症监护室内,IT系统配电主要为各监护病床的护理吊塔供电,根据负荷的需求,为 每个吊塔配电了2kVA的容量。 在本设计中每套IT系统采用了一台8kVA单相隔离变压器, 因此 可满足4个吊塔的供电。每套IT系统配置了1只AIM-M200绝缘监测仪,1套绝缘故障定位装置 和1只直流电源。由于安科瑞AID200集中报警与显示仪能够集中监控多达16套IT系统的绝缘 监测数据,因此可多套IT系统共用1套AID200集中报警与显示仪,其安装在护士站,以便实 时了解各IT配电系统的运行状况。重症监护室配电系统图如图3所示。

安科瑞标准柜(型号:GGF-I8QL)

Pe =8.0KW

iC60L MA 2P 16 iC60L MA 2P 40A iC60L MA 2P 40A AKH-0.66P26

护理吊塔1 2kW 护理吊塔2 2kW 护理吊塔3 2kW

WDZ-BYJ-2*6

UPS

WDZ-BYJ-2*6

6A
仪器专用电源 DR-60-24

AITR8000 RVVP 2*0.5
绝缘监视仪 AIM-M200 测试信号发生器 ASG100 绝缘故障定位仪 AIL100-4

护理吊塔4 2kW 集中报警与显示仪 AID200

(嵌墙安装于护士站,每层共用1只)

图3 ICU室IT配电系统图

5 主要产品型号与配置
随着电子医疗设备在医院领域的广泛应用, 漏电流对病人构成的威胁也越来越大, 尤其 是那些生命攸关的场所,病人在手术中或麻醉状态下,各种电极、传感器直接插入人体内, 微小的漏电流都有可能导致病人触电身亡。因此,对于医院这一特殊场所的电气设计,应严 格按照国家标准和规范进行。 安科瑞公司的医用隔离电源柜及其配套绝缘监测装置是针对医疗Ⅱ类场所的供电需求 而开发设计的, 能够很好的满足各类手术室和重症监护室对电源安全性和可靠性的要求, 并 符合国家相关标准。
应用场合 型号 主要功能

ICU/CCU 病房隔 离电源柜

GGF-I 系列

为医院 ICU/CCU 病房提供安全可靠的 IT 系统隔离 供电电源,并具有对 IT 系统绝缘监测功能。

为医院各类手术室提供安全完美的供电解决方案, 手术室隔离电源柜 GGF-O 系列 为重要的手术设备提供安全可靠的 IT 系统隔离供电 电源,并具有对 IT 系统绝缘监测功能。

AIM-M100 医疗 IT 配电系统 绝缘监测装置 AIM-M200

具有对被监测 IT 系统对地绝缘电阻、隔离变压器负 荷电流、变压器绕组温度实时监测及故障报警功能;

在 AIM-M100 所有功能的基础上,增加了支持绝缘 故障定位的功能

ACLP10-24 仪表专用的直流稳压模块,导轨式安装,

DR-60-24

AIL100-8

通过测试信号发生器传输过来的监测信号,定位出 具体哪一回路出现绝缘故障,并反馈给绝缘监测仪

ASG100

用于产生定位信号,配合绝缘故障定位仪实现绝缘 故障定位功能

AID100

具有绝缘电阻、变压负荷率实时显示功能;可远程 设置绝缘监测仪的报警阀值

AID200

用于集中监控绝缘监测仪的测量数据,并实现声光 报警功能。可远程设置绝缘监测仪的报警阀值

AKH-0.66P2 6

与 AIM-M100 绝缘监测仪配套使用的保护型电流互 感器。最大可测电流为 50A,变比为 2000:1

隔离变压器

AITR 系列

医院专用的隔离变压器,为各类手术室和重症监护 室提供安全的电源隔离

系统集成

GGF-800 医 疗洁净电源 监控系统

对各绝缘监测设备进行集中监视和管理,以便被监 控的场所出现故障时,相关人员能够快速响应,及 时有效地解决问题

具有报警显示与记录功能,按负荷电流分预警及报 警,可记录报警发生的时刻、报警类型及报警值等 信息,并可支持报警声音(报警声音也可屏蔽) ,方 便运维人员分析系统运行的历史情况,及时排除故 障

可单独调用某个 IT 供电系统的监测画面, 并 可通过手动选择该 IT 供电系统查询其变压 器运行的详细状态

系统具有一次图及现场分布图显示功能,便于及时、 直观地发现 IT 供电系统的报警地点或区域

7

设备清单 8KVA 嵌入式手术室隔离电源柜(GGF-O8QL)设备明细

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

名称 绝缘监测仪 隔离变压器 报警与显示仪 仪用电源 信号发生器 故障定位仪 故障定位仪 电流互感器 柜体 隔离开关 安科瑞 AIM-M200 安科瑞 AITR8000 安科瑞 AID200 安科瑞 DR-60-24 安科瑞 ASG100 安科瑞 AIL100-8 安科瑞 AIL100-4 安科瑞 AKH-0.66P26

型号

数 量 1 1 1 1 1 1 1 1 3 1 1 1 1 3 5 2 8 1 2 2 2 17

计量单位 只 只 只 只 只 只 只 只 只 只 只 只 只 只 只 只 只 只 只 套 只 只

安科瑞 AKH-0.66 40I 100/5 手术室嵌入式 GGF-OXQ 施耐德 INS80 4P 施耐德 iC65N-C20/4P 施耐德 iC65N-C20A/4P+Vigi ELE A 30mA

11

断路器

施耐德 iDPNN-C16A/1P+N+Vigi ELE A 30mA 施耐德 iC65N-C10/1P 施耐德 iC60LMA-C40/2P

施耐德 iC60LMA-C25/2P 12 13 14 15 电能表 PE 端子排 接线端子 信号灯 安科瑞 DTSF1352 B-3X17/10 GGF 用 AD11-22/21-5GZ AC220V 绿色 AD11-16/41-6GZ AC220V 红色

16 17 18

浪涌保护器 散热器 辅料

施耐德 iPR 20 3P+N KA1238HA2BMT GGF-O8/10G

1 2 1

只 只 项

8KVA 嵌入式 ICU 室隔离电源柜(GGF-I8QL)设备明细
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 柜体 PE 端子排 散热器 名称 绝缘监测仪 隔离变压器 报警与显示仪 仪用电源 信号发生器 故障定位仪 电流互感器 断路器 安科瑞 AIM-M200 安科瑞 AITR8000 安科瑞 AID200 安科瑞 DR-60-24 安科瑞 ASG100 安科瑞 AIL100-4 安科瑞 AKH-0.66P26 iC60LMA 2P 40A iC60LMA 2P 16A ICU 室嵌入式 GGF-IXQ B-3X17/10 KA1238HA2BMT 型号 数 量 1 1 1 1 1 1 1 1 4 1 2 2 计量单位 只 只 只 只 只 只 只 只 只 只 只 只

参考论文: [1] 医用IT系统在医院2类场所中的应用.建筑电气 2006.4 [2] 安科瑞电气股份有限公司产品选型手册 2013.1 版. 作者简介:
李娜, 女, 本科, 安科瑞电气股份有限公司, 主要研究方向为医疗 IT 配电设计, 156 0188 3739, Email: 2880157861@qq.com


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