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    醫用隔離電源在醫療場所的應用

    發布時間: 2020-08-26  點擊次數: 198次

    摘要:針對醫院對電力系統有很高的要求及使用特點,論述了醫院醫療場所的劃分以及不同場所的不同類型的電力系統;詳細介紹了醫療IT系統和特點、(隔離電源)設備、剩余電流(漏電流)監視設備的應用,以及醫用IT設備選擇時應注意的事頂。

    關鍵詞:醫用IT糸統 醫療場所 應用

    1 概述

           醫院建筑物是一個救助病人的特殊場所無論其內部結構,還是醫療設備都需要滿足醫患雙方治療、康復和安全的要求。在其建筑電氣方面,新的國標GB16895.24-2005標準對醫院的各個醫療場所按用電的安全等級進行了劃分同時針對不同的醫療場所了不同的電力系統。

          按照新的國標GB16895.24-2005標準,醫療場所劃分為0類場所、1類場所和2類場所。其中在醫療0類和1類場所中,由于醫療設備斷電不會對患者或診斷造成危害,因此可使用 TN-s系統,須配備剩余電流保護設備(BCD),在發生對地漏電故障時,故障回路可及時斷開 同時可安裝剩余電流監視設備(RCM)監視系統各回路的漏電流數值,在RCD動作之即能輸出報警信號避免負載回路斷電事故。在醫療2類場所中,醫療設備的斷電將對患者構成危害,甚至是生命的威脅,因此必須使用醫用| T系統,即使發生接地故障,系統也不會發生漏電、失電 從而保證2類場所內病人的安全和維持病人生命的診療設備的持續運行。

     

    2 醫療IT系統功能及特點

          醫用隔離電源系統<即醫用IT系統>,又叫中性點不接地的配電系統。在IT系統中,系統中性點對地完全隔離,系統負載中的導體和無負載電流經過的導電部分經接地保護線接地。在IT系統中,如果出現單相接地故障,對地漏電流只能經過系統泄露電容對系統相線構成回路,而系統泄露電容引起的容抗總是遠遠大于TN系統中的接地電阻,因此IT系統中的斷路器不會因接地電流的存在而引起過電流而動作,從而保證系統能帶故障運行。

    醫療IT系統設置在醫療2類場所的作用

    (1)隔離電源系統即中心點不接地系統,其因降低了接觸電壓和電網對地的漏電流,故有效控制對人體內部的直接漏電,從根本上杜絕產生微電擊醫療事故的危險;

    (2)防止接地系統內的漏電流竄入某些與病人連接的醫療電氣設備的對地回路;

    (3)當供電系統內出現一個對地漏電故障時,不會導致斷路器或熔斷器動作,保證供電的可靠性。同時,絕緣監視儀報警,提示故障類型,以便維修人員及時修復;

    (4)降低了對地漏電流,從而提高了防火安全性

    (5)目國家標準GBI 6895.24-2005規定中心手術部所有手術室、急診搶救室、各類重癥監護室、心臟導管及造影室等須配置隔離電源系統。

     

    3 選擇設備時應注意的事項

          醫院在選擇醫用IT設備時,應參照相關規范的技術要求,其中:

    (1)《民用建筑電氣設計規范》在14.7.6.3 中規定:在電源突然中斷后,有招致重大醫療危險的場所,應采用電力系統不接地(IT系統)的供電方式",14.2.8中規定“IT系統必須裝設絕緣監視及接地故障報警系統或顯示裝置";

    (2)《醫院潔凈手術部建筑技術規范》在8.3.1.3中規定'潔凈手術部用電應從本建筑物配電中心專配供給。根據使用場所的要求主要選用TN-s系統和IT系統兩種形式";8.3.2.3中規定“潔凈手術室內的電源宜設備漏電檢測報警裝置";

     

    (3)國家標準《建筑物電氣裝置第7一710 部分:特殊裝置或場所的要求一醫療場所 GB16895.24一2005》在710.413.1.5中規定在2類醫療場所(即手術室、ICU)內,醫療IT系統應該用于維持生命的、外科手術的和其它位于患者區域"內的醫療電氣設備和系統的供電回路。醫用IT系統應配置一個符合規范要求的絕緣監視儀。

          該規范規定了IT系統內相關產品(包括醫用隔離變壓器、醫用絕緣監視儀以及外接報警顯示)的技術指標和要求。其中醫用隔離變壓器的技術指標為變壓器應符合IEC61558-2-15及以下附加要求:

    (1)當變壓器以額定電壓和額定頻率供電,空載時出線繞組測得的對地泄漏電流和外護物的泄漏電流均不應超過0.5mA。

    (2)用于移動式和固定式設備的醫療IT系統應采用單相變壓器,其額定輸出容量不應小于 0.5KVA.但不應超過10KVA。

    (3)變壓器應緊靠醫療場所安裝,可在其內或其外,而且要安裝在柜內或外護物內以免被無意地接觸其帶電部分。

    (4)變壓器的二次側額定電壓Un不應超過交流250V。

          醫用絕緣監視儀的技術指標為:

    (1)絕緣監視儀需符合IEC61557-8并滿足下列規定要求 :

    (2)交流內阻抗應至少為100K Q;測試電壓不應大于直流25V;

    (3)即使在絕緣電阻降至50 K Q時,應發出信號。應配置試驗此功能的器具;

    (4)絕緣監視儀要求監測醫療IT變壓器的過負荷和過熱。

          外接報警顯示的技術指標為:對于每個醫療IT系統,配備有下列組件的聲光報警系統應裝設在適當的地方以便醫務人員可以經常監視(聲光信號):一只綠燈亮表示工作正常;當絕緣電阻下降到小整定值時,一只黃燈亮。應不能消除或斷開這個亮燈指示;當絕緣電阻下降到小整定值時,音響報警動作。該音響報警可以解除,當故障被清除恢復正常后,黃色信號燈應熄滅。

     

     

     

          目在各大醫院使用較多的是德國本德爾醫用IT系統其包括ES710系列醫用單相隔離變壓器、107TD47醫用絕緣監視儀、STW2電流互感器、AN450儀器電源和MK2007CBMCN外接報警顯示。其產品特點為:

    (1)德國本德爾ES710系列醫用隔離變壓器符合國標的技術要求。具備10KVA以下各種規格的變壓器具有噪聲低、對地漏電流小、啟動浪涌電流小等點。同時變壓器內置了兩個溫度芯子當變壓器超溫時,可在絕緣監視儀上輸出報警信號。同時作為手術室IT系統的電源,連續不間斷運轉時間長,符合并高于醫用隔離變壓器技術指標,其質量和技術經受了長時間實際應用的考驗。

    (2)107TD47醫用絕緣監視儀具備絕緣故障報警過負荷報警、超溫報警斷線報警和自身故障報警等五項報警。其中絕緣監視采用本德爾公司的技術,自適應脈沖信號(AMP)測量法,在系統和地之間疊加一個自適應的脈沖信號,該信號能根據系統的對地電容和系統內負載的頻率變化而自動改變測量脈沖的幅度和寬度,從而消除由系統內連接的各種醫療電氣設備帶來的對地電容和各種頻率成分的干擾。

    (3)MK2007CBM-CN外接報警顯示安裝在手術室內部顯示絕緣監視儀的各種測量數據,報警時能發出聲光報警信號。MK2007CBM-CN 與107TD47絕緣監視儀通過RS485接口進行數字通信,可進行多點顯示和集中顯示。同時還可以通過網關對進行整個醫院建筑物內的所有IT系統進行整體監控和管理。

    除了絕緣監視技術外,德國本德爾公司還能通過EDS474系統在線查找絕緣故障發生的回路。EDS474系統與醫療|T電源系統內的絕緣監視儀107TD47一起工作,當絕緣監視儀探測到絕緣故障后,EDS474系統即自動開始故障定位。 PGH474周期性地送出一個特殊的測試電流,測試信號從故障測試儀經火線流入絕緣故障部位 這個測試信號由故障分路中的電流互感器探測到,并由電子評估器評估,通過EDS474-12 絕緣故障評估儀上的發光管和PRC1470/MK2430 上的液晶顯示屏顯示出故障分路。EDS474系統的響應靈敏度為0.5毫安。

          具備了完整的絕緣監視和絕緣故障定位技術,不僅能保障醫療2類場所電力供應的持續性,保護病人免遭醫療漏電事故的傷害,并指示出帶絕緣故障的醫療電器設備,提醒醫護人員對漏電設備進行及時地維護保養,避免繼續在病人身上使用,這在目我國醫療設備周期性檢測還沒有十分完善的情況下,無疑又是對病人的一大福音。

    4 醫療IT系統(隔離電源)設備的應用

          從設計角度來說,滿足國家規范以及相關技術標準,配置醫療 IT 系統是基本原則,但醫院凈化區域一般分包給各凈化工程專業公司,各凈化公司在深化設計時一般遵循 GB50333—2002《醫院潔凈手術部建筑技術規范》。針對手術室項目,GB50333—2002《醫院潔凈手術部建筑技術規范》8.3.4 節中第2 條明確提出: “心臟外科手術室必須設置有隔離變壓器的功能性接地系統。”這樣一來,出于競標目的或者成本方面的考慮,不少設計人員就會只為心臟外科手術室或者比較重要的Ⅰ級手術室配置醫療 IT 系統,而其他級別手術室或者不重要的手術室則不進行配置,有的設計人員甚至不考慮 ICU 等二類醫療場所醫療 IT 系統的設計,畢竟一套醫療 IT 系統價格不菲,對競標價格和成本影響很大。有的醫院業主缺乏醫療 IT 系統相關知識,在進行招標時,也不考慮醫療 IT 系統。綜合各種復雜的原因,完工的不具備醫療 IT 系統的手術室,勢必存在安全隱患,對患者的安全也產生威脅。

    5 醫療 IT 系統在實際工程中的應用

          根據國標CBI 6895 24-2005刀EC60364-7-710標準和未出版的綜合醫院建筑設計規范醫療}T系統須應用于醫療2類場所,即中心手術部的所有手術室、急診搶救室、各類重癥監護室 (ICU)及心臟導管和造影室等。

          針對手術室、搶救室及心臟導管和造影室 國標規定每個房間應配有獨立的隔離電源系統。主要儀器用電插座、無影燈、多功能吊塔等各用電回路必須經過隔離變壓器照明燈帶、觀片燈、電動門等用電回路可以不通過隔離變壓器。隔離變壓器容量設計可按用電負荷計算來確定。

          手術室通過隔離變壓器供電的回路一般可按四或五路輸出來設計:無影燈一路;多功能吊塔一路;墻面儀器插座至少按兩路考慮;通常還會設計一路備用回路。(手術室內的380V插座一般不用接入隔離電源系統。)

    針對各類重癥監護室(ICU),應按照各床位配備的電氣設備的容量和其物理的空間位置決定其配置情況。一般容量計算為:

    (1)ICU床自身所需啟動容量(4床):2400W(600W/床);

    (2)ICU用電設備容量(4床):2000W (500W/床);

    (3)ICU20%備用電量(4床): 880W (220W/床)。

    ICU室總容量(4床)為5280W,即平均每 4床配一套隔離電源系統。

          應使用隔離電源供電的設備列舉如下:恒溫培養、透析設備、病人監護設備、回頻外科設備、輸液泵、注射泵、心肺機、心力記錄器脈壓機、心律電子脈沖調節器等進入人體的、實時監控的或維持生命的醫療電氣設備。

    隔離電源系統的系統配置為:

    (1)ES710/ 單相隔離變壓器1臺;

    (2)107TD47絕緣監視儀1臺;

    (3)STW2電流互感器1個;

    (4)AN450儀器穩壓電源1臺;

    (5)MK2007/MK2418外接報警顯示單元1個。

          其中,隔離變壓器可安裝于配電柜內、夾層內或吊頂上。絕緣監視儀、穩壓電源、電流互感器可安裝在配電箱內,外接報警顯示可安裝于情報面板上。

     

    6 剩余電流(漏電流)監視設備的應用

          由于我們通常在醫療0類和1類場所使用的剩余電流保護裝置(RCD)沒有剩余電流測量功能,不能顯示剩余電流的實際數值,當剩余電流達到動作值時會突然分斷,造成停電。在實際應用中,90%以上的漏電故障是日積月累形成的,對漏電流進行長期監視是防止RCD動作而突然停電的有效手段。因此,無論是發達國家還是我國,在醫院越來越多地采用剩余電流監視設備來監視TN-s系統下游回路的剩余電流數值,在RCD動作之就能判斷某一回路有絕緣下降的趨勢,避免RCD動作而造成停電。

          剩余電流監視系統由剩余電流評估儀、電流互感器、外接報警顯示(集中或分別)組成。以德國本德爾的剩余電流監視系統為例其 RCM470系統是典型的剩余電流評估儀、w系列測量電流互感器安裝在被監視的回路上,測量系統各回路中的剩余電流數值,次級接入 RCM471-12剩余電流評估儀,當被監視回路內的剩余電流數值超過響應值時,剩余電流評估儀立即發出剩余信號并在MK2430外接報警和顯示裝置上發出聲光報警并在液晶顯示屏上顯示檢測到剩余電流的數值。RCM470系統的剩余電流測量數據可以在MK2430外接報警裝置中實時瀏覽也可通過網關接入電腦系統瀏覽或存儲,以便日后對測量數據進行分析,為系統維護提供科學的依據。

          但需要注意的是剩余電流監視系統所應用的系統仍為TN-s接地供電系統不具有IT供系統的勢。只能檢測漏電狀況但不能抑制漏電狀況。剩余電流監視系統,可實現對每一監測回路剩余電流的實時監控,當測量值大于/等于報警響應值時,發出聲光報警。

          綜上所述,參照新制定的國標GB16895.24-2005/IEC60364-7-710標準,不但充分保障患者的醫療安全,還能保證醫療設備的-使用,具有很強的實用性。

    7.安科瑞醫療IT系統的介紹及選型

    7.1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,對于醫院這一特殊場所的電氣設計,應嚴格按照國家標準和規范要求,采用IT系統供電。

          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。

    7.2 醫用隔離電源監控系統

          醫用隔離電源監控系統用于集中監控醫療大樓內所有醫療2類場所醫療IT系統的運行狀況。這種集中監控系統可以設置在醫院電氣運行和維護人員的值班室內,也可以集成在其它電力監控系統中,由專業的電氣人員進行監控,一旦某套IT系統出現故障,電氣維護人員也能馬上做出判斷,并根據現場情況進行處理。

    7.2.1 系統拓撲圖

     

    圖3產品拓撲圖

    7.2.2軟件功能

          安科瑞醫用隔離電源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,為醫院2類場所隔離電源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圖4:

     

    圖4軟件的主要功能

    ■ 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

          利用安裝于各隔離電源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如圖5;

     

    ■ 故障報警

          將各醫用隔離電源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醫用隔離電源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如圖6。

     

    ■ 圖形顯示功能:

          系統可以以曲線的形式,顯示各套隔離電源系統的絕緣狀況、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。

    7.3 產品選型

     醫用 IT 系統絕緣監測及故障定位產品

     

    名稱及型號

    產品圖片

    說明

     

     

     

     

     

    AITR 系列醫用隔離變壓器

     

     

     

    AITR 系列隔離變壓器于醫療 IT 系統,鐵芯采用日本進口的硅鋼片疊加而成,損耗很小。繞組間采用了雙重絕緣處理,并設有靜電屏蔽屏,減少了繞組間的電磁干擾。線包內安裝了 PT100 溫度傳感器,用于監測變壓器溫度。整體采用真空浸漆處理,增加了機械強度和抗腐蝕性。產品具有很好的溫升性能和很低的噪聲。

     

     

    AIM-M200 醫療智能絕緣監測儀

     

     

     

    AIM-M200 醫療智能絕緣監測儀采用先進的微控制器技術,集成度高,體積小巧,安裝方便,集智能化、數字化、網絡化于一身,是手術室、重癥監護室等醫療2 類場所隔離電源系統絕緣監測的理想選擇。

     

     

     

    AKH-0.66P26 電 流互感器

     

    AKH-0.66P26 型電流互感器是與 AIM-M200 絕緣監測儀配套使用的保護型電流互感器,可測電流為60A,變比是 2000:1,電流互感器采用螺絲直接固定的方式裝于機柜內部,二次側通過接線柱引出,安裝和使用方便。

     

     

     

     

    AIL100-4/AIL100-8絕緣故障定位儀

     

    AIL100-4/AIL100-8 絕緣故障定位儀采用高靈敏度互感器配合的信號檢測電路,檢測 ASG100 測試信號發生器注入系統中的信號,準確定位絕緣故障所在的回路。其中 AIL100-4 絕緣故障定位儀能定位 4 個回2路的絕緣故障,AIL100-8 絕緣故障定位儀能定位 8 個回路的絕緣故障。

     

     

     

    ASG100 測試信號發生器

     

    ASG100 測試信號發生器采用 32 位微處理器芯片和的信號產生電路,實現特定測試信號的產生。當被監測的 IT 系統出現絕緣故障時,能及時啟動并產生測試信號,配合絕緣故障定位儀實現絕緣故障定位。

     

     

     

     

    DR-60-24 電源模塊

     

    DR-60-24 直流穩壓電源可同時為 AIM-M200 醫用智能絕緣監測儀、ASG100 測試信號發生器、AIL100 系列絕緣故障定位儀和 AID200 集中報警與顯示儀等儀表提供直流 24V 電源。該電源功率大、電壓輸出穩定、安裝方便,可滿足上述儀表的供電要求,是的電源產品。

     

     

     

    AID200 集中報警與顯示儀

     

    AID200 集中報警與顯示儀采用 LCD 液晶顯示,采用自定義協議的 CAN 通訊接口與 AIM-M200 醫療智能絕緣監測儀實現數據信息交換,可實時監控多路 AIM-M200醫療智能絕緣監測儀的數據。

     


    4.結束語

          醫療IT系統的可靠性和安全性決定了其設計要嚴格遵循國標的規定。對于醫療場所供電的其他要求,例如供電電源的切換時間要求,在JGJ16—2008《民用建筑電氣設計規范》條文說明與BG 16895.24-2005/IEC60364-7-710:2002附錄B中有詳細的要求。需要提及的是,《民用建筑電氣設計規范》條文說明中的內容詳盡,在設計中,我們要依據《民用建筑電氣設計規范》的要求進行設計。

    【參考文獻】

    [1] 范麗麗,醫療IT系統的設計與應用

    [2] 安科瑞醫療隔離電源監控系統設計與應用圖集.2018.9版

    [3] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2019.11版

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