安科瑞淺談醫用隔離電源在醫院手術室電氣設計中的應用
發布時間：2022-12-06瀏覽次數：912返回列表
易允恒
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
【摘要】簡要介紹醫院手術室電氣設計中關于應急電源、醫療IT系統和諧波治理等方面的內容。
【關鍵詞】醫院電氣設計；手術室；EPS電源；IT系統；諧波；
0引言
隨著國民經濟的迅速發展和人民生活水平的不斷提高，人們對于醫療服務的需求也在迅速增長。目前我國的醫院手術室，一般需要專業醫療設備公司在后期進行深化設計，但是，手術室的配電系統及接地等電氣設計內容，在建筑設計階段完成。在此，本文結合近期完成的冷水江人民醫院設計項目，對醫院手術室電氣設計過程中需要注意的幾個方面做以下簡析。
1項目簡介
冷水江人民醫院屬于地區三級乙等中心醫院。項目主要包括1棟10層的門診樓和1棟21層的住院樓，總建筑面積約7.6萬m2。其中手術部設置在住院樓的4層，包括潔凈手術室11間（其中100級潔凈手術室1間，1000級潔凈手術室4間，10000級潔凈手術室6間）。另外在急診部、分娩部、婦科以及外科設置小手術室。
2負荷等級和配電系統
根據《綜合醫院建筑設計規范》和《醫療建筑電氣設計規范》，重要手術室的照明及涉及生命安全的設備屬于一級負荷中的特別重要負荷。在本項目中，采用了2路10kV電源加自備柴油發電機的方式，可以滿足特別重要負荷的供電要求。2路10kV電源引自不同的35kV及以上城市區域變電站，同時供電，互為熱備用。本工程的一級負荷總容量為平時1584kW（其中特別重要負荷130kW），消防時484kW。發電機的容量應滿足特別重要負荷的要求、消防負荷的要求以及部分一級負荷的要求，并適當考慮經濟性，后本項目的發電機容量確定為600kW。發電機的儲油量，宜保證運行時間不小于24h。本項目發電機房設置于地下室，由于規范限制地下儲油間容量不大于1m3，儲油間的油箱供油時間約為6.5h，設計考慮在室外設置4m3埋地油罐，以保證發電機24h的運行時間。
3手術室的應急電源
規范中要求手術室的自動恢復供電時間不大于0.5s，10kV電源切換和發電機自動啟動都無法滿足這個要求，因此在手術室設置以蓄電池為備用電源的應急電源系統。目前常用的方式為UPS和EPS兩類應急電源，其特點比較如下：
從表1可以看出，在線式UPS的優點就是切換時間為零，這對于大型電子計算機系統等不允許斷電的設備供電來說是必不可少的。而手術室的呼吸機和監控儀等醫療設備，在不大于0.5s的短暫斷電后重新啟動，不會造成不良后果。因此，在醫護手術室的應急電源選擇中，采用EPS具有節能和造價方面的巨大優勢。
由于醫院本身具有兩路10kV電源和自備發電機，因此EPS的應急時間不需要很長，本項目中設置為60min。EPS的設置，應采用相對集中的原則，便于管理和維護。本項目中的手術部下設11間手術室,在手術部的非潔凈區設配電間，EPS和手術部的配電總箱（2臺總箱，電源分別引自變電所不同母線段）均設置在配電間內。
EPS接到其中一個總箱的母線上，EPS容量為120kVA，需要800×800×2200（mm）的標準配電柜5臺，電所不同母線段）均設置在配電間內。EPS接到其中一個總箱的母線上，EPS容量為120kVA，需要800×800×2200（mm）的標準配電柜5臺，設計中應注意配電間的面積及結構荷載。以前在參考資料上看到過EPS同時接入兩臺總箱的做法，理論上可以提高供電可靠性，但是配電系統過于復雜，本項目沒有采用。急診部、分娩部等處的小手術室，如果從手術部的大型EPS引備用電源，線路過長且管理不方便，本項目采用就地設置小型EPS的做法，EPS容量一般為5~8kVA。
4醫用IT系統
根據相關規范，手術室屬于2類醫療場所，需要采用單相隔離變壓器供電的醫用IT系統，并且配備絕緣檢測器。在《醫療建筑電氣設計規范》第5.3.1條中明確規定：醫用IT系統隔離變壓器的一次側與二次側嚴禁設置動作于切斷電源的過負荷保護，應設置短路保護。塑殼斷路器可以選擇不帶過負荷保護的脫扣器，而醫用IT系統為單相220V，常用的微型斷路器無法做到這點。因此，本設計中采用熔斷器進行短路保護。根據規范要求，IT系統隔離變壓器二次側需要在相線和中線上均設置熔斷器進行保護。
5諧波抑制
目前的醫院建筑中，存在著大量的諧波源電氣設備，如氣體放電燈電子鎮流器、變頻水泵、調速電梯和X光機等大型醫療設備，這些設備產生的諧波，有可能對手術室的電子設備產生干擾，造成嚴重后果，因此在設計中予以認真考慮。
本項目變電所設2臺變壓器，采用DYn11型接線繞組，分列運行。設計中將手術室的主供電源、X光機和電梯等高諧波電氣設備分別由不同的變壓器供電，可以降低諧波源設備對手術室的干擾。變電所的低壓母線設置有源諧波保護器，可以有效抑制系統中的諧波。設計中總是將有源諧波保護器裝設于變壓器低壓開關柜列的末端，每臺變壓器的低壓母線段均配置一套。諧波保護器的電流互感器應采用諧波專用型，二次側電流一般為1A。有源諧波保護器的電流規格一般按照以下公式選取：
Ithd=St×15%×K1×K2
Ithd:諧波電流(A)
St:變壓器額定容量(kVA)
K1:變壓器負載率，醫院建筑一般不大于75%
K2：補償系數，一般取值0.5~2.0，醫療建筑可取1.2~1.5
本項目變壓器單臺容量為2000kVA，計算選用的有源諧波保護器規格為270A。在手術室的末級配電箱，設置小型無源諧波保護器。無源諧波保護器可以導軌安裝，并聯在電路中，吸收2kHz~10MHz頻率各種能量的諧波干擾。
在設計階段醫療設備的選型往往尚未確定，因此配電系統的諧波含量很難正確計算。設計中可以采用預留諧波保護器安裝空間和接線端子的辦法，待醫療建筑設備安裝到位投入試運行階段，由專業諧波治理公司進行實測確定配電系統中的諧波含量，再確定諧波保護器的規格以達到較好的保護效果。
6醫用隔離電源監控系統的選型與應用
6.1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。
6.2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。
6.3系統架構
6.4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。
6.5安科瑞產品功能和技術參數
7結語
綜上所述，醫院手術室的電氣設計在配電系統、應急電源配置、接地系統和諧波抑制等方面具有特殊性，設計者應根據項目的實際情況全面考慮，確定設計方案，以達到既滿足要求，又節約投資的良好使用效果。
參考文獻
[1]中國建筑設計研究院，全國智能建筑技術情報網.醫院建筑電氣設計[M].北京：中國建筑工業出版社，2011
[2]彭彤涌.淺談醫院手術室電氣設計.
[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版
