淺談醫(yī)用IT隔離電源在手術室供配電系統(tǒng)設計中的應用

時間：2023-05-22作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：52

楊翠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

【摘要】結合新修訂的標準圖集19D706-2《醫(yī)療建筑電氣設計與安裝》，對手術部、手術室的定義及設計中需參考的規(guī)范進行梳理，提出多種手術室供配電系統(tǒng)解決方案，同時對手術室供配電系統(tǒng)中的IT系統(tǒng)設計、UPS選型等重點及難點問題進行分析。

【關鍵詞】2類醫(yī)療場所；IT系統(tǒng)；微電擊；患者區(qū)域；在線式工頻UPS；潔凈手術部；自動恢復供電時間；接地故障

1概述

潔凈手術部的英文全稱是Clean Operating Department，是由潔凈手術室、潔凈輔助用房和非潔凈輔助用房等一部分或全部組成的獨立功能區(qū)域。潔凈手術室的英文全稱是CleanOperating Room，是采用空氣凈化技術，把手術環(huán)境空氣中的微生物粒子及微粒總量降到允許水平的手術室，發(fā)生電擊或中斷供電將嚴重危及患者的生命安全，因此手術室對供電安全性、可靠性要求較高。

標準圖集19D706-2《醫(yī)療建筑電氣設計與安裝》（以下簡稱《圖集》）16頁對手術部供電列舉了3種常用的示例；56~59頁對手術室配電列舉了2種常用的示例，同時對手術室電氣平面布置、手術室**插座箱進行示例；74~75頁對手術部、手術室配電系統(tǒng)進行示例；128頁、137頁、144頁從產品選用角度提出了手術室配電系統(tǒng)的解決方案。為了讓電氣設計人員較有效地參考《圖集》內容，有必要對手術室供配電系統(tǒng)進行較詳細的分析。

2手術室供配電系統(tǒng)設計

2.1參考規(guī)范

手術室電氣設計常用的設計規(guī)范有：

a．JGJ 312-2013《醫(yī)療建筑電氣設計規(guī)范》；

b．GB 51039-2014《綜合醫(yī)院建筑設計規(guī)范》；

c．GB 50333-2013《醫(yī)院潔凈手術部建筑技術規(guī)范》；

d．GB 50052-2009《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》；

e．GB 16895.24-2005/IEC 60364-7-710：

2002《建筑物電氣裝置*7-710部分：特殊裝置或場所的要求醫(yī)療場所》。國內與醫(yī)院電氣設計有關的規(guī)范，大多參考IEC 60364-7-710，目前IEC 60364-7-710正在修編，已有英文版征求意見稿，建議大家予以關注。

2.2負荷分級、醫(yī)療場所類別及電源選擇

2.2.1負荷分級

JGJ 312-2013表4.2.1中規(guī)定，二級以上醫(yī)院手術室、術前準備室、術后恢復室、麻醉室、造影檢查室等場所中涉及患者生命安全的設備及其照明用電為一級負荷中特別重要的負荷，其他屬于一級負荷。手術室用電負荷等級如表1所示。

2.2.2醫(yī)療場所類別

GB 51039-2014及GB 16895.24-2005/IEC 60364-7-710：2002對醫(yī)療場所的分類如下：

a．0類：不使用醫(yī)療電氣設備接觸部件的醫(yī)療場所；

b．1類：醫(yī)療電氣設備接觸部件需要與患者體表、體內（除2類場所所述部位以外）接觸的醫(yī)療場所；

c．2類：醫(yī)療電氣設備接觸部件需要與患者體內（指心臟或接近心臟部位）接觸以及電源中斷危及患者生命的醫(yī)療場所［2-3］。

醫(yī)療場所類別劃分中手術室屬于2類醫(yī)療場所，手術室內涉及生命安全的電氣設備及照明自動恢復供電時間t≤0.5 s，不涉及的要求自動恢復供電時間0.5 s<t≤15 s。手術部內各醫(yī)療場所的類別劃分與要求自動恢復供電的時間如表2所示。

關于2類醫(yī)療場所，從其定義可知重點強調兩個方面：

a．微電擊：心臟或接近心臟部位，其關注點是“微電擊”。按IEC標準，進行心臟手術的醫(yī)療電氣設備正常泄漏電流不得大于10μA，當發(fā)生一個接地故障時，其故障電流不得大于50μA。因通過人體心臟的電流如果**過50μA就可能導致心室纖顫而死亡，被稱作微電擊致死［4］。

b．供電可靠性：電源中斷危及患者生命，強調的是中斷供電帶來的嚴重后果。

2.2.3電源選擇

JGJ 312-2013*3.0.3條規(guī)定：要求恢復供電時間小于或等于0.5 s時，自備備用電源供電維持時間不應小于3 h［1］。

GB 50333-2013對潔凈手術部供電要求如下：

a．*11.1.2條：潔凈手術部應采用獨立雙路電源供電［5］；

b．*11.1.3條：有生命支持電氣設備的潔凈手術室要設置應急電源。自動恢復供電時間應符合下列要求：①生命支持電氣設備應能實現(xiàn)在線切換。②非**場所和設備應小于等于15 s。③應急電源工作時間不應小于30 min［5］。

綜合負荷分級、醫(yī)療場所類別以及自動恢復供電時間等相關要求，二級以上醫(yī)院手術部供電應采用獨立雙路電源供電+柴油發(fā)電機的供電方式。

手術部內對于要求自動恢復供電時間t≤0.5 s的負荷，應設置不間斷電源裝置（UPS），UPS應急電源工作時間不小于30 min。對于要求自動恢復供電時間0.5 s<t≤15 s的負荷，其應急電源可采用不間斷電源裝置（UPS），也可采用柴油發(fā)電機組。

表1醫(yī)療建筑用電負荷分級



表2醫(yī)療場所及設施的類別劃分與要求自動恢復供電的時間



注：（a）指的是涉及生命安全的電氣設備及照明。

2.3手術部整體供配電方案比較

手術部供電系統(tǒng)按UPS設置位置劃分，可分為集中式和分布式，按IT系統(tǒng)與非IT（TN-S）系統(tǒng)的組合方式劃分，可分為共用配電箱及分設配電箱方式。以下列舉常見的5種手術部供配電方案：

方案一：手術部集中設UPS，IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)共用配電箱方案，結構示意如圖1所示。

方案二：手術室分布設UPS（總箱），IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)共用配電箱方案，結構示意如圖2、圖3所示。

方案三：手術室分布設UPS（IT系統(tǒng)），IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)共用配電箱方案，結構示意如圖4、圖5所示。

方案四：手術部集中設UPS，IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)分設配電箱方案，結構示意如圖6所示。

方案五：手術部集中設UPS（IT系統(tǒng)），IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)分設配電箱方案，結構示意如圖7所示。

手術部供電方案分析：

a．集中式UPS：適用于大型手術部的手術室，可適當考慮同時使用系數(shù)，UPS總安裝容量小，經濟性好。獨立設置的UPS間，可設置機房空調，有利于散熱、巡視、檢修、降噪等，進一步增加了供電可圖1手術部集中設UPS，IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)共用配電箱方案靠性。弊端是當UPS故障時，受影響區(qū)域較大。



方案一、方案四、方案五均為集中式UPS系統(tǒng)。

方案一、方案四將手術部全部負荷納入UPS供電，提高了整個手術部的供電可靠性，但同時增加了UPS的安裝容量和前期投資，可在要求高可靠性且資金充裕的醫(yī)院建設中使用。方案五僅將手術部IT系統(tǒng)及1類場所納入UPS供電，既保了供電可靠性，又體現(xiàn)出很高的經濟性，因此該方案在手術部的供配電設計中被廣泛使用。



圖2手術室分布設UPS（總箱），IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)共用配電箱方案



圖3手術室分布設UPS（總箱），IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)共用配電箱方案Ⅱ

b．分布式UPS：**配電箱一對一配置UPS，供電可靠性高，單臺UPS故障時不影響其它室。弊端是UPS總安裝容量大、投資高，配電箱放置在清潔走廊側，散熱條件不佳，巡視、維護不方便，運維不當有安全事故的隱患。如采用分布式UPS方案，建議設置UPS監(jiān)控系統(tǒng)，對運行參數(shù)及電池狀態(tài)進行遠程監(jiān)控。

方案二、方案三為分布式UPS系統(tǒng)。方案二將手術室全部負荷納入UPS供電，提高了手術室的供電可靠性，但同時增加了UPS的安裝容量和前期投資，可在要求高可靠性且資金充裕的醫(yī)院建設中使用。方案三僅將手術室IT系統(tǒng)納入UPS供電，既保了供電可靠性，又體現(xiàn)出很高的經濟性，此方案也是手術部供配電設計中經常使用的方案之一。方案二與方案三同時演化出手術部雙總箱末端互投的供配電方案（圖3、圖5），可供電氣設計人員靈活選用。IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)分別設置配電箱：把手術室內與非**用電分開，是降低投資、降低三相不平衡因素的有效措施，可進一步增強安全系數(shù)。手術部的供配電設計可根據工程實際情況，結合項目投資等因素，選擇適用的供配電方案。在設計時，需重點注意三相平衡的問題。手術部通常設有多間手術室，而IT系統(tǒng)為單相負荷，嚴重三相不平衡時會導致斷路器跳閘，設計時應注明每間手術室IT系統(tǒng)的相序，確保手術部整體三相平衡。



圖4手術室分布設UPS（IT系統(tǒng)），IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)共用配電箱方案Ⅰ



圖5手術室分布設UPS（IT系統(tǒng)），IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)共用配電箱方案Ⅱ

2.4手術室配電系統(tǒng)設計

《圖集》選用了2種典型的手術室配電系統(tǒng)方案。56頁為手術室IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)分設配電箱方案，結構示意如圖8所示。57頁為IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)，結構示意如圖9所示。2個典型的手術室配電系統(tǒng)方案，可與2.3節(jié)中不同的部供配電方案配合使用。

需要注意，醫(yī)療場所局部IT系統(tǒng)隔離變壓器的一次側與二次側設置短路保護，不設置動作于切斷電源的過負荷保護。過負荷的后果是劣化絕緣，并不直接引起電氣災害，因此沒必要因為過負荷而切斷IT系統(tǒng)供電電源。



圖6手術部集中設UPS，IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)分設配電箱方案共用配電箱方案

1類和2類醫(yī)療場所應選擇安裝A型或B型剩余電流保護器。常規(guī)建筑RCD通常選用AC型，僅對突然施加或緩慢上升的剩余正弦交流電流進行剩余電流保護。A型RCD在AC型功能的基礎上，增加脈動直流保護；B型RCD在AC型功能的基礎上，增加脈動直流保護及直流保護。

3手術室供配電系統(tǒng)設計重點難點問題分析

3.1 IT系統(tǒng)設計要點

3.1.1何處設置

根據JGJ 312-2013*5.4.4條：2類場所除手術臺驅動機構、X射線設備、額定容量**過5 kVA的設備、非生命支持系統(tǒng)的電氣設備外，用于維持生命、外科手術、重癥患者的實時監(jiān)控和其他位于患者區(qū)域的醫(yī)療電氣設備及系統(tǒng)的回路，均應采用醫(yī)療場所局部IT系統(tǒng)供電［1］。

3.1.2患者區(qū)域

在醫(yī)院的2類醫(yī)療場所內離手術臺周邊水平距離1.5 m，高度為2.5 m內的區(qū)域被稱為“患者區(qū)域”，如圖10所示。根據IT系統(tǒng)設置要求及“患者區(qū)域”的示意圖可知，手術室內的吊塔、**用電插座箱、無影燈應納入IT系統(tǒng)供電。手術室照明、*情報面板等與“微電擊”無關，可不納入IT系統(tǒng)供電，但為保證其供電連續(xù)性，建議納入UPS供電。



圖7手術部集中設UPS（IT系統(tǒng)），IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)分設配電箱方案



圖8 IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)分設配電箱方案



圖9 IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)共用配電箱方案

3.1.3接地故障分析

IT系統(tǒng)電源端不做系統(tǒng)接地，只做保護接地。其接地故障示意圖，如圖11所示。

通過隔離變壓器二次回路導體不接地，電氣設備外露可導電部分接到電氣裝置的PE線上，并設置輔助等電位聯(lián)結。當出現(xiàn)接地故障時，故障電流僅為流過自隔離變壓器到手術設備之間一小段非故障線段較小的對地電容電流，不大于50μA。因此故障時可以不切斷電源，使電氣設備繼續(xù)運行，并可通過絕緣監(jiān)測裝置發(fā)出報警并及時故障，大大提高了系統(tǒng)供電的可靠性。醫(yī)用IT系統(tǒng)需與絕緣故障監(jiān)測裝置配合使用，當絕緣電阻值降至50 kΩ時發(fā)出報警，聲光報置設置在護士站等便于監(jiān)視的場所。**次接地故障時，IT系統(tǒng)實際變成了TN系統(tǒng)運行，不切斷電源。但是如果不及時排除故障，當發(fā)生*二次接地故障時，相當于TN系統(tǒng)接地短路，斷路器動作［7］。


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