• 0794-8833660
  • 0794-8833665
  • 18179431916
  • weidajm@163.com
当前位置:首页 > 新闻中心

新闻中心

南宫28浅谈医用IT隔离电源在手术室供配电系统设计中的应用
发布日期:2024-06-26 08:21:26   |来源:南宫28登录入口 作者:ng28南宫娱乐官网 点击量:27
  

  洁净手术部的英文全称是Clean Operating Department,是由洁净手术室、洁净辅助用房和非洁净辅助用房等一部分或全部组成的独立功能区域。洁净手术室的英文全称是CleanOperating Room,是采用空气净化技术,把手术环境空气中的微生物粒子及微粒总量降到允许水平的手术室,发生电击或中断供电将严重危及患者的生命安全,因此手术室对供电安全性、可靠性要求极高。

  国标图集19D706-2《医疗建筑电气设计与安装》(以下简称《图集》)16页对手术部供电列举了3种常用的示例;56~59页对手术室配电列举了2种常用的示例,同时对手术室电气平面布置、手术室专用插座箱进行示例;74~75页对手术部、手术室配电系统进行示例;128页、137页、144页从产品选用角度提出了手术室配电系统的解决方案。为了让电气设计人员更有效地参考《图集》内容,有必要对手术室供配电系统进行更详细的分析。

  2002《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》。国内与医院电气设计有关的规范,大多参考IEC 60364-7-710,目前IEC 60364-7-710正在修编,已有英文版征求意见稿,建议大家予以关注。

  JGJ 312-2013表4.2.1中规定,二级以上医院手术室、术前准备室、术后恢复室、室、心血管造影检查室等场所中涉及患者生命安全的设备及其照明用电为一级负荷中特别重要的负荷,其他属于一级负荷。手术室用电负荷等级如表1所示。

  b.1类:医疗电气设备接触部件需要与患者体表、体内(除2类医疗场所所述部位以外)接触的医疗场所;

  c.2类:医疗电气设备接触部件需要与患者体内(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医疗场所[2-3]。

  医疗场所类别划分中手术室属于2类医疗场所,手术室内涉及生命安全的电气设备及照明自动恢复供电时间t0.5 s,不涉及的要求自动恢复供电时间0.5 st15 s。手术部内各医疗场所的类别划分与要求自动恢复供电的时间如表2所示。

  a.微电击:心脏或接近心脏部位,其关注点是“微电击”。按IEC标准,进行心脏手术的医疗电气设备正常泄漏电流不得大于10A,当发生一个接地故障时,其故障电流不得大于50A。因通过心脏的电流如果超过50A就可能导致心室纤颤而死亡,被称作微电击致死[4]。

  JGJ 312-2013第3.0.3条规定:要求恢复供电时间小于或等于0.5 s时,自备备用电源供电维持时间不应小于3 h[1]。

  b.第11.1.3条:有生命支持电气设备的洁净手术室要设置应急电源。自动恢复供电时间应符合下列要求:①生命支持电气设备应能实现在线切换。②非治疗场所和设备应小于等于15 s。③应急电源工作时间不应小于30 min[5]。

  综合负荷分级、医疗场所类别以及自动恢复供电时间等相关要求,二级以上医院手术部供电应采用独立双路电源供电+柴油发电机的供电方式。

  手术部内对于要求自动恢复供电时间t0.5 s的负荷,应设置不间断电源装置(UPS),UPS应急电源工作时间不小于30 min。对于要求自动恢复供电时间0.5 st15 s的负荷,其应急电源可采用不间断电源装置(UPS),也可采用柴油发电机组。

  手术部供电系统按UPS设置位置划分,可分为集中式和分布式,按IT系统与非IT(TN-S)系统的组合方式划分,可分为共用配电箱及分设配电箱方式。以下列举常见的5种手术部供配电方案:

  方案二:手术室分布设UPS(总箱),IT系统与非IT系统共用配电箱方案,结构示意如图2、图3所示。

  方案三:手术室分布设UPS(IT系统),IT系统与非IT系统共用配电箱方案,结构示意如图4、图5所示。

  方案五:手术部集中设UPS(IT系统),IT系统与非IT系统分设配电箱方案,结构示意如图7所示。

  a.集中式UPS:适用于大型手术部的手术室,可适当考虑同时使用系数,UPS总安装容量小,经济性好。独立设置的UPS间,可设置机房空调,有利于散热、巡视、检修、降噪等,进一步增加了供电可图1手术部集中设UPS,IT系统与非IT系统共用配电箱方案靠性。弊端是当UPS故障时,受影响区域较大。

  方案一、方案四将手术部全部负荷纳入UPS供电,提高了整个手术部的供电可靠性,但同时增加了UPS的安装容量和前期投资,可在要求高可靠性且资金充裕的医院建设中使用。方案五仅将手术部IT系统及1类场所纳入UPS供电,既保证了供电可靠性,又体现出很高的经济性,因此该方案在手术部的供配电设计中被广泛使用。

  b.分布式UPS:专用配电箱一对一配置UPS,供电可靠性高,单台UPS故障时不影响手术室。弊端是UPS总安装容量大、投资高,配电箱放置在清洁走廊侧,散热条件不佳,巡视、维护不方便,运维不当有安全事故的隐患。如采用分布式UPS方案,建议设置UPS监控系统,对运行参数及电池状态进行远程监控。

  方案二、方案三为分布式UPS系统。方案二将手术室全部负荷纳入UPS供电,提高了手术室的供电可靠性,但同时增加了UPS的安装容量和前期投资,可在要求高可靠性且资金充裕的医院建设中使用。方案三仅将手术室IT系统纳入UPS供电,既保证了供电可靠性,又体现出很高的经济性,此方案也是手术部供配电设计中经常使用的方案之一。方案二与方案三同时演化出手术部双总箱末端互投的供配电方案(图3、图5),可供电气设计人员灵活选用。IT系统与非IT系统分别设置配电箱:把手术室内治疗与非治疗用电分开,是降低投资、降低三相不平衡因素的有效措施,可进一步增强安全系数。手术部的供配电设计可根据工程实际情况,结合项目投资等因素,选择适用的供配电方案。在设计时,需重点注意三相平衡的问题。手术部通常设有多间手术室,而IT系统为单相负荷,严重三相不平衡时会导致断路器跳闸,设计时应注明每间手术室IT系统的相序,确保手术部整体三相平衡。

  《图集》选用了2种典型的手术室配电系统方案。56页为手术室IT系统与非IT系统分设配电箱方案,结构示意如图8所示。57页为IT系统与非IT系统,结构示意如图9所示。2个典型的手术室配电系统方案,可与2.3节中不同的手术部供配电方案配合使用。

  需要注意,医疗场所局部IT系统隔离变压器的一次侧与二次侧设置短路保护,不设置动作于切断电源的过负荷保护。过负荷的后果是劣化绝缘,并不直接引起电气灾害,因此没必要因为过负荷而切断IT系统供电电源。

  1类和2类医疗场所应选择安装A型或B型剩余电流保护器。常规建筑RCD通常选用AC型,仅对突然施加或缓慢上升的剩余正弦交流电流进行剩余电流保护。A型RCD在AC型功能的基础上,增加脉动直流保护;B型RCD在AC型功能的基础上,增加脉动直流保护及直流保护。

  根据JGJ 312-2013第5.4.4条:2类医疗场所除手术台驱动机构、X射线 kVA的设备、非生命支持系统的电气设备外,用于维持生命、外科手术、重症患者的实时监控和其他位于患者区域的医疗电气设备及系统的回路,均应采用医疗场所局部IT系统供电[1]。

  在医院的2类医疗场所内离手术台周边水平距离1.5 m,高度为2.5 m内的区域被称为“患者区域”,如图10所示。根据IT系统设置要求及“患者区域”的示意图可知,手术室内的吊塔、治疗用电插座箱、无影灯应纳入IT系统供电。手术室照明、中央情报面板等与“微电击”无关,可不纳入IT系统供电,但为保证其供电连续性,建议纳入UPS供电。

  通过隔离变压器二次回路导体不接地,电气设备外露可导电部分接到电气装置的PE线上,并设置辅助等电位联结。当出现接地故障时,故障电流仅为流过自隔离变压器到手术设备之间一小段非故障线段极小的对地电容电流,不大于50A。因此故障时可以不切断电源,使电气设备继续运行,并可通过绝缘监测装置发出报警并及时消除故障,大大提高了系统供电的可靠性。医用IT系统需与绝缘故障监测装置配合使用,当绝缘电阻值降至50 k时发出报警,声光报警装置设置在站等便于监视的场所。第一次接地故障时,IT系统实际变成了TN系统运行,不切断电源。但是如果不及时排除故障,当发生第二次接地故障时,相当于TN系统接地短路,断路器动作[7]。

  采用医用IT系统,电气设备的正常泄漏电流值小于10A,发生第一个接地故障时,故障电流值小于50A,不会对手术患者产生“微电击”;同时,发生第一个接地故障时,绝缘监测装置仅发出报警并不切断电源,可充分保证生命支持系统的电气设备持续供电,从而保证手术室的用电安全。

  a.后备式UPS和互动式UPS结构类似,市电供电时逆变器不工作,切换到蓄电池供电时,将有4 ms左右的逆变器转换延时时间,广泛应用于家用计算机,建筑电气设计中涉及较少。

  JGJ 312-2013第4.4.6条规定:要求中断供电时间小于或等于0.5 s的一级负荷中特别重要的负荷,应设不间断电源装置(UPS),且宜为在线式。TN-S系统中的不间断电源装置(UPS)输出端为三相时,应加装三相隔离变压器并做重复接地。GB 50333-2013第11.1.3条:有生命支持电气设备的洁净手术室要设置应急电源。自动恢复供电时间应符合下列要求:生命支持电气设备应能实现在线切换。结合规范要求及UPS结构特。


南宫28