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淺談醫(yī)用IT隔離電源在特殊供配電系統(tǒng)低壓配電柜中的應(yīng)用

更新時(shí)間：2023-03-15

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吳柯霓

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

【摘要】同其他民用建筑配電方式不同，醫(yī)用的供配電方式具有一定的特殊性，醫(yī)療電氣需要穩(wěn)定可靠的電能環(huán)境，從而為病人提供更加安全的就醫(yī)、治療環(huán)境。目前很多醫(yī)院開(kāi)始采用IT供電系統(tǒng)，利用PLC控制元件，實(shí)現(xiàn)智能化控制及通訊，這種方式不但解決了傳統(tǒng)低壓控制元件的弊端，在有效解決成本的同時(shí)，提高了低壓配電系統(tǒng)的可靠性。

【關(guān)鍵詞】醫(yī)院供配電；低壓配電；配電柜設(shè)計(jì)

1 概述

不同于普通民用建筑，醫(yī)院建筑功能具有特殊性，這是由于醫(yī)院工作特殊性決定的，基于這一點(diǎn)，醫(yī)院低壓供配電方式也具有特殊性，在醫(yī)院這一特定的環(huán)境里，電路系統(tǒng)一旦出現(xiàn)漏電、供電不穩(wěn)等問(wèn)題，很容易對(duì)就醫(yī)病人造成生命危害，因此醫(yī)院電氣設(shè)計(jì)安全要求極為嚴(yán)格。尤其在重癥監(jiān)護(hù)室、手術(shù)室等關(guān)系病患生命安全的場(chǎng)所。很多醫(yī)院為了提高供配電安全，在一些特殊場(chǎng)所采用了IT供電系統(tǒng)，即醫(yī)用隔離電源，其主要目的在于為這些特殊場(chǎng)所提供安全穩(wěn)定的供電環(huán)境，以保證醫(yī)療設(shè)備的正常運(yùn)行，保證病患安全。基于這一點(diǎn)本文針對(duì)一種醫(yī)用低壓配電柜設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

2 配電柜功能設(shè)計(jì)

(1)系統(tǒng)主空開(kāi)關(guān)并和配電柜門(mén)之間設(shè)有機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置，確保只要在主空開(kāi)關(guān)斷后才可打開(kāi)柜門(mén)(可為專用人員設(shè)有“后門(mén)")滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

(2)系統(tǒng)設(shè)有急停按鈕“E—OFF"和主功率恢復(fù)按鈕“mainpoweron"。不管系統(tǒng)工作在何種狀態(tài)，按下“E—OFF"鍵，系統(tǒng)所有功率部分均被斷開(kāi)，系統(tǒng)各部分處于無(wú)電狀態(tài)(包括UPS輸出)。按下“mainpoweron"鍵，系統(tǒng)立刻恢復(fù)到從前(除PDU分路需要人工干預(yù))工作狀態(tài)。

(3)除PDU分(thePowerDistil—butionUnit(PDU))在啟動(dòng)時(shí)需要人工干預(yù)(無(wú)停電后重啟功能)。其他各分路在停電后有延時(shí)重啟功能，且延時(shí)時(shí)間可設(shè)制(0s～30s)。

(4)分路設(shè)置有各自的分路開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的開(kāi)關(guān)功能，同時(shí)也設(shè)置獨(dú)立的狀態(tài)顯示，從而實(shí)現(xiàn)分路狀態(tài)的單獨(dú)指示。

3 如何有效實(shí)現(xiàn)配電柜功能

3.1 安全性

(1)專用的隔離變壓器是IT供電系統(tǒng)發(fā)揮作用的裝置，大型醫(yī)院供電系統(tǒng)為了確保供電的持續(xù)性、安全性，使醫(yī)用隔離變壓器。由于這種專門(mén)的供電系統(tǒng)電源端不會(huì)設(shè)置接地導(dǎo)體，因而即便發(fā)生單相接地，由于回路阻抗大，也不會(huì)發(fā)生回路電流過(guò)大的故障，僅僅構(gòu)成對(duì)地電容回路。因而不容易出現(xiàn)點(diǎn)擊危險(xiǎn)，無(wú)需切斷電源，如此供電系統(tǒng)可以不間斷的持續(xù)供電。但是若系統(tǒng)再次出現(xiàn)接地故障，則關(guān)閉電源，對(duì)發(fā)生故障的回路進(jìn)行全面檢查。除此之外，在系統(tǒng)中需要設(shè)置絕緣監(jiān)測(cè)設(shè)備，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)絕緣故障，監(jiān)測(cè)設(shè)備可以及時(shí)發(fā)出報(bào)警，使得線路故障可以被及時(shí)發(fā)現(xiàn)、排除。基于這種功能特性，IT供電系統(tǒng)的持續(xù)性、穩(wěn)定性、安全性相較于傳統(tǒng)供電系統(tǒng)更為可靠。

(2)IT供電系統(tǒng)變壓器外殼需要聯(lián)結(jié)局部等電位以及端子板，并保證其二次線圈額定電壓U=120V。在IT供電系統(tǒng)中，提高系統(tǒng)供電安全性、穩(wěn)定性的核心在于對(duì)系統(tǒng)回路對(duì)地電容進(jìn)行降低，對(duì)回路絕緣阻抗進(jìn)行提高。基于這一點(diǎn)，在進(jìn)行低壓配電柜設(shè)計(jì)時(shí)需對(duì)系統(tǒng)容量盡可能減少，對(duì)分支回路數(shù)盡可能縮減，對(duì)配電線路長(zhǎng)度盡可能縮短，同時(shí)設(shè)置可靠的線路絕緣防護(hù)。

(3)這種應(yīng)用在lT供電系統(tǒng)的隔離變壓器主要使用熔斷器作為短路保護(hù)裝置，而不是使用過(guò)負(fù)荷保護(hù)，由于在上下級(jí)饋電回路中設(shè)置熔斷器，在絕緣監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)下，不但可以有效了解系統(tǒng)狀態(tài)，還可以對(duì)系統(tǒng)變壓器運(yùn)行狀態(tài)、過(guò)負(fù)荷狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦有異常狀況出現(xiàn)，絕緣監(jiān)測(cè)就會(huì)發(fā)出警報(bào)，降低了由于系統(tǒng)發(fā)熱過(guò)度、漏電等引發(fā)的安全事故。機(jī)柜外殼設(shè)計(jì)達(dá)到IP2X的要求標(biāo)準(zhǔn)；柜門(mén)與主開(kāi)關(guān)具有聯(lián)鎖裝置，確保斷電后才可開(kāi)啟柜門(mén)，符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求；柜內(nèi)帶電的接頭和端子均采用絕緣防護(hù)且滿足IP2X標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)控制操作部分采用PELV(安保特低電壓)設(shè)計(jì)；柜內(nèi)具有良好的等電位接地連接。

3.2 功率部分實(shí)現(xiàn)

三相總輸入經(jīng)空開(kāi)引入，通過(guò)三相匯流端子，給5個(gè)分路供電。總開(kāi)關(guān)和各分路開(kāi)關(guān)下級(jí)設(shè)接觸器和熔斷器，實(shí)現(xiàn)輸出控制和電流三段保護(hù)。

3.2.1 選擇科學(xué)合理的斷路器

(1)如何選擇斷路器極限分?jǐn)嗄芰Α７侄纹鞯倪x擇中首先應(yīng)當(dāng)選擇合理的極限分?jǐn)嗄芰ΓＷC該回路發(fā)生短路時(shí)其短路電流小于斷路器分?jǐn)嗄芰Γc此同時(shí)使用級(jí)聯(lián)技術(shù)將上級(jí)斷路器同下級(jí)斷路器聯(lián)系起來(lái)，能夠有效提高斷路器的分?jǐn)嗄芰Γx型時(shí)可適當(dāng)結(jié)合實(shí)際要求參考生產(chǎn)廠商所提供的級(jí)聯(lián)表。

(2)如何選擇斷路器額定電流。在進(jìn)行斷路器的額定參數(shù)選擇時(shí)，需要將上下級(jí)斷路器考慮在內(nèi)。斷路器額定電流作為重要的額定參數(shù)，其選擇取決于斷路器所保護(hù)的下級(jí)用電設(shè)備的額定電流，此時(shí)需要保證斷路器額定電流大于下級(jí)用電設(shè)備額定電流。此外，斷路器使用范圍環(huán)境溫度超過(guò)40℃或海拔超過(guò)3km則需要進(jìn)行降容。綜合考慮設(shè)計(jì)要求和實(shí)際使用要求，最終保證額定參數(shù)適宜科學(xué)。

(3)如何確定斷路器脫扣特性。由于使用環(huán)境不同，為了提高斷路器的適用性，通常設(shè)置有不同的電磁脫扣特性，配電設(shè)計(jì)中需要依照配電柜的實(shí)際要求，選擇脫扣特性。一般情況下，斷路器設(shè)置有B、c、D三種脫扣特性。一般斷路器都會(huì)選擇c脫扣特勝，也有特殊斷路器選擇另外兩種特性。

3.2.2 導(dǎo)線的選擇

對(duì)分路容量進(jìn)行確定，即對(duì)各個(gè)分路所需要設(shè)置的斷路器額定參數(shù)進(jìn)行確定，完成斷路器的確定后即確定各個(gè)分路所需導(dǎo)線參數(shù)。需要注意的是，確定分路導(dǎo)線時(shí)保證設(shè)置在該分路上的分?jǐn)啾Ｗo(hù)設(shè)備額定參數(shù)小于導(dǎo)線額定電流，從而確定分路電流分?jǐn)啾Ｗo(hù)設(shè)備可以發(fā)揮應(yīng)用作用。除此之外還需要結(jié)合廠家所提供的選型表確定導(dǎo)線規(guī)格。

3.2.3 其他元件的選擇

除了導(dǎo)線參數(shù)的選擇，以該回路電流的分?jǐn)啾Ｗo(hù)器額定值為基礎(chǔ)確定其余回路設(shè)備的額定值是選件選擇的基本原則，也是確保回路上繼電器、交流接觸元件以及變壓器能夠發(fā)揮應(yīng)有作用的基礎(chǔ)要件。保證分?jǐn)啾Ｗo(hù)裝置額定值小于上述元件額定值，如此才能有效發(fā)揮保護(hù)裝置的保護(hù)作用。除此之外，上述元件的選擇也需要結(jié)合廠家提供的選型表。

3.3 控制部分的設(shè)計(jì)

電路邏輯控制通過(guò)PLC予以實(shí)現(xiàn)，即可編程控制器。PLC主要采用兩路實(shí)現(xiàn)選擇性輸入，一路通過(guò)變壓器進(jìn)行變壓，當(dāng)電壓變?yōu)?20V后從總輸入下方引入；另一路則直接通過(guò)UPS的輸出端進(jìn)入。路為優(yōu)先引入路，若路發(fā)生故障、斷電，則自動(dòng)切換引用第二路。PLC具有內(nèi)置電容，即便停電1年，其內(nèi)部控制數(shù)據(jù)也可以完好保存。

4 醫(yī)用隔離電源監(jiān)控系統(tǒng)的選型與應(yīng)用

4.1 概述

隨著電子醫(yī)療設(shè)備在醫(yī)院領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，漏電流對(duì)病人構(gòu)成的威脅也越來(lái)越大，尤其是那些生命攸關(guān)的場(chǎng)所，病人在手術(shù)中或麻醉狀態(tài)下，各種電極、傳感器直接插入人體內(nèi)，微小的漏電流都有可能導(dǎo)致病人觸電身亡。另外有些醫(yī)療設(shè)備用于維持重癥病人的生命，一旦設(shè)備停電，也會(huì)對(duì)病人的生命構(gòu)成威脅。因此，對(duì)于醫(yī)療這一特殊場(chǎng)所的電氣設(shè)計(jì)，應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行。安科瑞醫(yī)用IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)故障定位裝置及系統(tǒng)適用于醫(yī)院的手術(shù)室、ICU(CCU)監(jiān)護(hù)病房等重要場(chǎng)所，能為這類場(chǎng)所提供安全、連續(xù)、可靠的供電解決方案。

4.2 應(yīng)用場(chǎng)所

適用于醫(yī)院的手術(shù)室、各類重癥監(jiān)護(hù)室、搶救室、內(nèi)窺鏡室及造影室等醫(yī)療二類場(chǎng)所的醫(yī)用隔離電源系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控及自動(dòng)化。

4.3 系統(tǒng)架構(gòu)

4.4 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(shè)計(jì)，軟件具有遠(yuǎn)程測(cè)量、遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置和遠(yuǎn)程自檢等多種功能，為各類場(chǎng)所的IT配電系統(tǒng)的集中監(jiān)控提供了強(qiáng)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(chǎng)分布顯示

系統(tǒng)具有一次圖及現(xiàn)場(chǎng)分布圖顯示功能，能直觀的了解并及時(shí)地發(fā)現(xiàn)IT供電系統(tǒng)的報(bào)警地點(diǎn)或區(qū)域，從而方便專業(yè)人員及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障排查；

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與顯示

利用安裝于各IT配電系統(tǒng)中絕緣監(jiān)測(cè)儀表和絕緣故障定位儀表，采集各隔離電源系統(tǒng)的參數(shù)。采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在監(jiān)控系統(tǒng)界面，這些監(jiān)測(cè)參量含IT系統(tǒng)對(duì)地絕緣電阻、變壓器負(fù)荷電流、變壓器繞組溫度及絕緣故障回路等。

故障報(bào)警

將各IT配電系統(tǒng)出現(xiàn)的各類故障，如絕緣故障、過(guò)載故障、超溫故障以及接線斷線故障等信息進(jìn)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(cè)值、故障地點(diǎn)以及故障發(fā)生時(shí)間等信息。同時(shí)啟動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的聲光報(bào)警系統(tǒng)，及時(shí)提醒相關(guān)人員，進(jìn)行故障處理。其中，聲音報(bào)警信號(hào)可被手動(dòng)消除。

遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置和查詢

通過(guò)系統(tǒng)，可根據(jù)要求遠(yuǎn)程調(diào)整和設(shè)置各IT配電系統(tǒng)中絕緣監(jiān)測(cè)儀的各類報(bào)警參數(shù)閾值，也可以任意查看這些報(bào)警參數(shù)值。參數(shù)包括絕緣報(bào)警值、負(fù)載電流報(bào)警值和隔離變壓器溫度報(bào)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(fù)載狀況，以及隔離變壓器的溫升狀況，以及它們的變化趨勢(shì)，以便于分管理人員了解和分析各電源系統(tǒng)的運(yùn)行變化情況，有針對(duì)性的對(duì)某些系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。

4.5 安科瑞產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)

5 結(jié)束語(yǔ)

IT供電系統(tǒng)在很多特殊領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用中收到了良好的效果，并且該系統(tǒng)的漏電電流相對(duì)較小，可以進(jìn)行帶故障運(yùn)行，基于這一點(diǎn)，IT共供電系統(tǒng)應(yīng)用于醫(yī)院等特殊領(lǐng)域，相比較TN系統(tǒng)配電方式，抗干擾性更強(qiáng)。TN系統(tǒng)中發(fā)生的接地故障大多數(shù)由金屬短路造成，因而回路中會(huì)產(chǎn)生較大的故障電流，致使斷路器發(fā)生過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，切斷電流，導(dǎo)致系統(tǒng)供電終止，這很大的影響了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而IT供電系統(tǒng)則有效解決了這一問(wèn)題，因此能夠滿足在地下礦井、大型醫(yī)院、石油化工等特殊領(lǐng)域供電需求，發(fā)展前景廣闊。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

吳柯霓，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事醫(yī)用IT隔離電源系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用。