一、隔離變壓器系統(tǒng)(又稱醫(yī)用IT隔離供電系統(tǒng))在醫(yī)療領(lǐng)域的必選性:
(IT隔離供電系統(tǒng),即中性點(diǎn)不接地配電系統(tǒng))
1.隔離變壓器系統(tǒng)因降低了接觸電壓和電網(wǎng)對地漏電流(有效控制對心臟的直接漏電流),故人身觸電危險(xiǎn)被降到最小程度。
眾所周知,當(dāng)用電設(shè)備對人體心臟直接漏電大于10uA時(shí),會造成對病人的微電擊事故。而在一般通用建筑中所采用的RCD、ELCB等對地漏電保護(hù)開關(guān),其動作響應(yīng)值是mA級(如:30mA),遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足醫(yī)療領(lǐng)域的需要。因此,現(xiàn)在國際上對醫(yī)療領(lǐng)域中的手術(shù)室、ICU、CCU等重要場所通常采用局部“中性點(diǎn)不接地的供電系統(tǒng)”(即“IT系統(tǒng)”或稱“隔離電源系統(tǒng)”)供電。1912年芬蘭澄諾灝亞(CNHY)電氣控制有限公司通過單相3KVA-10KVA的隔離變壓器給這些場所供電,首先就防止了其它供電回路中的漏電流通過接地線竄入手術(shù)室、ICU、CCU的醫(yī)療電氣設(shè)備上對病人的安全構(gòu)成威脅;另外,一旦隔離電源上所接的負(fù)載(如各種醫(yī)療電氣設(shè)備)出現(xiàn)對地故障,因?qū)Φ夭荒軜?gòu)成回路,只能產(chǎn)生一個(gè)很小的容性漏電流,極大地保護(hù)了病人免遭漏電流的傷害。
2.隔離變壓器系統(tǒng)在電網(wǎng)負(fù)載端出現(xiàn)第一個(gè)絕緣故障點(diǎn)時(shí),不會引起電源空開動作(跳閘),保證了供電的連續(xù)性。
隔離變壓器系統(tǒng)在醫(yī)療領(lǐng)域某些場所因?qū)╇姵掷m(xù)性要求很高,故設(shè)計(jì)成兩路(甚至三路)電源(接地供電系統(tǒng))自動切換,以保證這些特殊場所的供電連續(xù)性,但如果在負(fù)載端出現(xiàn)相對絕緣故障時(shí),故障電流將經(jīng)過電源中性點(diǎn)對地構(gòu)成回路,從而形成一個(gè)較大的故障電流,使上一級空開或熔斷器動作,最終導(dǎo)致供電中斷。而如果在這些特殊場所局部采用IT配電系統(tǒng)時(shí),因其電源中性點(diǎn)不接地,當(dāng)負(fù)載端出現(xiàn)第一點(diǎn)相對地絕緣故障時(shí),因其對地不能構(gòu)成回路,只會產(chǎn)生一個(gè)很小的容性漏電流,對人體不會產(chǎn)生危害,同時(shí)也不會導(dǎo)致空開動作,從而保證了手術(shù)室供電的連接性。
3.隔離變壓器系統(tǒng)降低了對地漏電流,故提高了防火安全性。
二、國內(nèi)/外相關(guān)規(guī)定:
隔離變壓器系統(tǒng)在許多國家和國際標(biāo)準(zhǔn)上都對醫(yī)療領(lǐng)域,尤其是那些生命攸關(guān)的場所,如手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)室、心臟監(jiān)護(hù)室等的電器作了特殊的規(guī)定。其目的就是保證為該場所內(nèi)的醫(yī)療電器提供一個(gè)安全可靠的電源,以確保病人的安全。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如下:
德國DINVDE0107 芬蘭SFS6000 奧地利OEVE-EN7 法國NFC15-211 意大利CEI64-4 美國NFPA99-1993 澳大利亞AS2500 英國HTM2007/2014,BS7671 巴西NBR13543 IEC(國際電工協(xié)會)6034-7-710
在國際電工協(xié)會IEC60364標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定,在醫(yī)療領(lǐng)域,由電網(wǎng)電源供電,用于維持生命或外科手術(shù)的醫(yī)療電器設(shè)備,以及用于手術(shù)室照明和類似照明設(shè)備,額定電壓超過AC25V或DC60V的設(shè)備,必須使用帶絕緣電阻監(jiān)視儀的IT系統(tǒng)。同時(shí)我國《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中14.7.6.3中規(guī)定“在電源突然中斷后,有招致重大醫(yī)療危險(xiǎn)的場所,應(yīng)采用電力系統(tǒng)不接地(IT系統(tǒng))的供電方式”;14.2.8中規(guī)定“IT系統(tǒng)必須裝設(shè)絕緣監(jiān)視及接地故障報(bào)警系統(tǒng)或顯示裝置”。以及我國2002年11月26日發(fā)布、12月1日開始實(shí)施的《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》8.3.1.3中規(guī)定“潔凈手術(shù)部用電應(yīng)從本建筑物配電中心專配供給。根據(jù)使用場所的要求,主要選用TN-S系統(tǒng)和IT系統(tǒng)兩種形式”;8.3.2.3中規(guī)定“潔凈手術(shù)室內(nèi)的電源宜設(shè)備漏電檢測報(bào)警裝置”;8.3.4.2中規(guī)定“心臟外科手術(shù)室必須設(shè)置有隔離變壓器的功能性接地系統(tǒng)”等相關(guān)規(guī)定。
三、隔離變壓器系統(tǒng)工作原理:
1、隔離變壓器系統(tǒng)的原理
隔離變壓器系統(tǒng),簡單說就是隔離變壓器和絕緣監(jiān)視儀以及報(bào)警終端三個(gè)放在一起。供電原理很簡單,說白了就是利用隔離變壓器把TN供電變成不接地的IT供電,實(shí)際上一個(gè)隔離變壓器就能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的功能,但考慮到系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性,才會放上絕緣監(jiān)測儀進(jìn)行在線的實(shí)時(shí)檢測整體的絕緣水平。IT系統(tǒng)的電源端不接地或經(jīng)高阻抗接地,其電氣裝置的外露導(dǎo)電部分,被單獨(dú)地或集中地通過保護(hù)線(PE)接至接地極。在實(shí)際應(yīng)用中,IT系統(tǒng)一般與TN或TT系統(tǒng)通過隔離變壓器進(jìn)行隔離。
在正常情況下,系統(tǒng)中僅存在線路對地電容的微小泄漏電流。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生第一次單相接地故障時(shí),故障電流為兩非故障相對地電容電流的相量和Id,由于這個(gè)電流值甚小,不會造成人身電擊或者其它事故,也不會切斷電源,保證了系統(tǒng)供電的連續(xù)性。但是如果不及時(shí)排除故障,當(dāng)?shù)诙瘟硪幌喟l(fā)生接地故障時(shí),相當(dāng)于形成相間短路,使過電流保護(hù)裝置動作,引起供電的中斷,這對于重要的供電場所來說,是不允許的。為了防止上述短路故障的發(fā)生,T系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置絕緣監(jiān)測器。這樣當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生第一次接地故障時(shí),絕緣監(jiān)測器就能及時(shí)檢測出該接地故障,并通過報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警信號(通常是聲光報(bào)警信號),提醒工作人員趕在第二次發(fā)生異相接地故障前及時(shí)排除故障,消除隱患,從而有效地保證系統(tǒng)供電的連續(xù)性。
可以在系統(tǒng)中安裝專門的故障檢測儀,當(dāng)絕緣監(jiān)測檢測到絕緣故障時(shí),給故障檢測儀一個(gè)啟動信號,故障檢測儀開始逐路檢測,也可以利用手執(zhí)式故障定位設(shè)備對可能出現(xiàn)故障的回路進(jìn)行逐點(diǎn)排查,最終找到故障點(diǎn)并顯示故障點(diǎn)的位置,這樣就極大地方便了工作人員進(jìn)行故障排除。為了保證系統(tǒng)供電的連續(xù)性,國家《建筑物電氣裝置第7-710部分:特殊裝置或場所的要求—醫(yī)療場所》GB16895.24-2005/IEC60364-7-710:2002710.53.1條規(guī)定:“……醫(yī)用IT系統(tǒng)的變壓器進(jìn)出線回路不允許設(shè)置過負(fù)荷保護(hù)……”,以防止系統(tǒng)過負(fù)荷時(shí)保護(hù)開關(guān)切斷電源。這就要求系統(tǒng)中的絕緣監(jiān)測器必須同時(shí)還具有負(fù)荷檢測和過負(fù)荷報(bào)警功能。在一些重要的場所,由于隔離變壓器持續(xù)不斷地工作,可能溫度過高而導(dǎo)致隔離變壓器工作異常。因此絕緣監(jiān)測器還需要實(shí)時(shí)檢測變壓器的溫度,當(dāng)其溫度過高時(shí),應(yīng)有相應(yīng)的超溫報(bào)警信號,以提醒相關(guān)人員及時(shí)處理。
由上面的分析可知,一個(gè)典型的單相IT系統(tǒng),其組成設(shè)備主要包括:隔離變壓器、絕緣監(jiān)測器、電流互感器,以及外接報(bào)警與顯示儀。隔離變壓器系統(tǒng)中,絕緣監(jiān)測儀具有系統(tǒng)絕緣檢測、系統(tǒng)過負(fù)荷檢測和變壓器溫度檢測功能,以及相應(yīng)故障的報(bào)警與顯示功能,一般安裝在現(xiàn)場的終端配電柜中。外接報(bào)警與顯示儀則用于集中顯示相應(yīng)的檢測值,并具有超限報(bào)警功能,一般安裝在位置明顯的地方,方便人員查看,如手術(shù)室IT系統(tǒng)的外接報(bào)警與顯示儀通常安裝在醫(yī)院手術(shù)室的情報(bào)面板上。
2、隔離變壓器系統(tǒng)的特點(diǎn)
a.由于系統(tǒng)電源端帶電導(dǎo)體不接地,即使系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障也只能通過系統(tǒng)對地電容構(gòu)成回路,故障回路阻抗極大,故障電流極小,發(fā)生電擊的危險(xiǎn)很小,所以不必及時(shí)切斷電源來防電擊,從而維持供電不間斷,只有在發(fā)生第二此接地故障時(shí)才要求切斷電源。同時(shí),安裝在系統(tǒng)中的絕緣監(jiān)測器能及時(shí)地檢測并給出系統(tǒng)絕緣故障報(bào)警信號,提醒工作人員及時(shí)排除故障。因此IT系統(tǒng)是一個(gè)連續(xù)、可靠的供電系統(tǒng)。
b.隔離變壓器系統(tǒng)中的絕緣監(jiān)測器,一方面實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的絕緣狀態(tài),另一方面還檢測系統(tǒng)的過負(fù)荷和變壓器的溫升狀態(tài),一旦出現(xiàn)異常立即報(bào)警。因此IT系統(tǒng)能夠減少因系統(tǒng)發(fā)熱、漏電等原因引起的電氣火災(zāi)事故,大大提高了系統(tǒng)的防火安全性。
c.在隔離變壓器系統(tǒng)中,提高回路的絕緣阻抗降低回路對地電容,是提高系統(tǒng)安全性與可靠性的關(guān)鍵。因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要盡量縮短系統(tǒng)配電線路的長度,減小系統(tǒng)容量,減少系統(tǒng)分支回路數(shù),并做好線路的絕緣防護(hù)措施。這也就限制了IT系統(tǒng)僅能用在重要的局部的供電場所,如化工、制藥企業(yè)的一些程序控制生產(chǎn)線,醫(yī)療場所的手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)室等場所。
3、隔離變壓器系統(tǒng)在新改擴(kuò)建醫(yī)院中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
1.)在醫(yī)療領(lǐng)域所有的以檢查或治療為目的,與病人直接接觸的設(shè)備(包括其導(dǎo)線),有三種應(yīng)用情況:●應(yīng)用組0類:該醫(yī)療場所內(nèi)沒有使用電網(wǎng)電源的醫(yī)療電器設(shè)備。例如:門診室、候診室、按摩室等●應(yīng)用組1類:該醫(yī)療場所內(nèi)有使用電網(wǎng)電源的醫(yī)療電器設(shè)備,這些設(shè)備沒有任何部件插入病人體內(nèi)的。例如:病房、產(chǎn)房、X光室等●應(yīng)用組2類:該醫(yī)療場所有使用電網(wǎng)電源的醫(yī)療電器設(shè)備,這些設(shè)備用于心臟或人體內(nèi)部手術(shù)、對病人進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視或用于維持病人生命等作用。例如:麻醉室、手術(shù)室、手術(shù)準(zhǔn)備室、手術(shù)石膏室、手術(shù)恢復(fù)室、心臟導(dǎo)管插入室、重癥監(jiān)護(hù)室、心臟監(jiān)護(hù)室、血管造影檢查室、早產(chǎn)兒監(jiān)護(hù)室等 在應(yīng)用組2類的醫(yī)療場所,必須使用帶絕緣電阻監(jiān)視的隔離電源系統(tǒng)(IT系統(tǒng))。在應(yīng)用組0類和1類的醫(yī)療場所,可使用帶漏電流保護(hù)的接地系統(tǒng),即TN-S系統(tǒng)。
2.)建議接入IT電網(wǎng)的用電設(shè)備:a)呼吸機(jī)b)恒溫培養(yǎng)箱 c)透析設(shè)備d)麻醉設(shè)備 e)病人監(jiān)護(hù)設(shè)備f)高頻外科設(shè)備 g)輸液泵h)注射泵 i)心肺機(jī)j)心力記錄器 k)脈壓機(jī)l)心律電子脈沖調(diào)節(jié)器等
3.)手術(shù)室/ICU病房/CCU病房IT電源系統(tǒng)的基本配置: ⑴隔離變壓器 ⑵絕緣監(jiān)視儀 ⑶變壓器負(fù)載和溫度監(jiān)視設(shè)備 ⑷外接報(bào)警顯示設(shè)備 根據(jù)國際電工協(xié)會(IEC)有關(guān)規(guī)定,隔離變壓器IT供電系統(tǒng)需要包括絕緣監(jiān)視儀、隔離變壓器、變壓器負(fù)載和溫度監(jiān)視設(shè)備、外接報(bào)警顯示設(shè)備,因此許多國際與國家標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)定,使用IT供電系統(tǒng)是醫(yī)療場所供電安全可靠的關(guān)鍵。同時(shí)因醫(yī)用IT供電系統(tǒng)因?yàn)槭褂们闆r的特殊性,還有四個(gè)必要要求:·第一個(gè)絕緣故障的發(fā)生不會導(dǎo)致保護(hù)裝置動作切斷供電,以至維持生命設(shè)備出現(xiàn)故障或停止工作·醫(yī)療電器設(shè)備可以正常工作·故障電流被減小到安全范圍內(nèi)·由于供電故障被避免,因此手術(shù)室不會發(fā)生突然停電事故IEC60364-7-710:2002-11要求第二類醫(yī)療場所全部使用IT供電系統(tǒng)(不接地系統(tǒng))710.713.1.5第二類醫(yī)療場所中,IT供電系統(tǒng)應(yīng)用于:·為醫(yī)療電氣設(shè)備和生命維持系統(tǒng)供電的回路·患者區(qū)域內(nèi)的其他設(shè)備下列房間需要特別注意:麻醉室手術(shù)室手術(shù)準(zhǔn)備室手術(shù)恢復(fù)室心臟導(dǎo)管插入室重癥監(jiān)護(hù)室血管造影檢查室早產(chǎn)兒監(jiān)護(hù)室(咨詢:15658800760 )