医疗场所应用中IT隔离电源系统的应用以及设计

随着电子工业与医疗技术的发展，越来越多的医疗电气设备介入到患者诊断、治疗过程中，而供配电系统的型式选择与低压电气设备可靠运行以及医护人员和患者人身安全密切相关，因此必须根据医疗场所实际情况合理选择供配电系统型式。

1 概述

当人遭受工频交流电击时可能受到不同程度的伤害，例如灼伤、肌肉麻痹、停止呼吸、心室纤维性颤动等。根据 GB/T 13870.1—2008电流通过人体的效应一部分:通用部分表11及图20可知接地故障电流持续时间 0.1S且不大于50mA，接地故障电流路径是一手到双脚，此时流经人体的接地故障电流使人产生不自主肌肉收缩，但通常没有有害的电生理学效应;当故障路径是胸膛至左手时，若使故障电流不对人产生伤害，要求故障电流不大于33mA。

因此故障电流路径不一样，若使故障电流不对人造成伤害，要求故障电流限值也不同。此外，如果漏电断路器保护动作时间大于0.1S，即故障电流持续时间大于0.1S，要求故障电流限值更小才能保证不对人产生伤害。

电击对人造成严重伤害的是微电击。当故障电流路径不经过人体皮肤阻抗而流进心脏组织内部的电流所引起的人体电流效应就是微电击。例如手术时体外医用电子器件直接接触人体内部组织、器官。10μA～50μA或者50mV(距离心脏越近阈值越低)的微电击即可引发致命的心室颤动。通常情况下，医疗电气设备220V电源就近引自插座或配电箱预留回路，这些回路漏电断路器的额定剩余电流一般为30mA，无法满足此情况下的电击安全防护要求。

2 IT 系统简介

2.1 IT 系统定义

GB 14050—2008系统接地的型式及安全技术要求对IT系统的定义是:电源端的带电部分不接地或有一点通过阻抗接地，电气装置的外露可导电部分直接接地。IT系统的系统图参见图1。

图1 IT系统示意图

2.2 IT 系统特点

1) IT系统电源端无接地的中性线或经过阻抗接地，单相接地故障情况下通过非故障相的对地电容形成接地故障电流回路，接地故障电流很小，接地故障电压Uf很低，可带故障持续运行，供电连续性及安全性高。

IT系统具有预防性、修复性的特点。

在绝缘下降但未出线接地故障时，通过监测供电线路对地绝缘变化情况，在一次接地故障发生前及时处理隐患。

即使一次接地故障隐患未处理，其发生后并不会对系统运行造成危害。但一次接地故障发生后并未处理，又发生二次接地故障时要求切断供电电源。因此，二次接地故障发生前发现并处理一次接地故障，以确保故障点对地电压及故障电流不会对人员造成伤害。IT系统故障电压计算可参见 GB/T 16895.10—2010低压电气装置第4-44部分:安全防护电压骚扰和电磁骚扰防护表44.A1中Uf值。IT系统Uf值更完整内容参见GB 16895.11—2001电气装置对暂时过电压和高压系统与地之间的故障的防护图44D至图44K。2)IT系统不同于常见的TN，TT系统，其系统特性决定必须设置对地漏电流监测装置，工矿企业660V的IT系统常用漏电继电器，医疗场所IT系统常用绝缘监测器(IMD) 。

3 IT 系统在医疗场所的应用

3.1 国内外背景

国际、国内均有关于手术室、ICU，CCU等医疗场所配电系统的相关规范。目的就是为了确保医疗场所用电的安全性、可靠性，见表1。

国外IT系统应用更为成熟及广泛，我国IT系统仅应用于10kV及35kV的高压系统和矿山、井下的某些低压供电系统。

3.2 国内相关规范要求及应用

GB 16895.24—2005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、JGJ 16—2008民用建筑电气设计规范和JGJ 312—2013医疗建筑电气设计规范均对医疗场所进行了分类: 医疗场所分为0类场所、1类场所和2类场所。其中0类场所、1类场所医疗电气设备不接触患者、接触躯体外部或断电不危及生命的非重要治疗场所。2 类场所为医疗电气设备接触部件用于诸如心内诊疗室、手术室及断电危及生命的重要治疗场所。具体医疗场所内各个功能房间的类别划分详见JGJ 312—2013医疗建筑电气设计规范表3.0.2。

0类场所及1类场所可以采用TN-S系统供电。但应满足电击安全防护相关要求，具体参见GB 50054—2011第5节相关内容。JGJ 16—2008民用建筑电气设计规范明确规定: 2类场所内用于维持生命、外科手术和其他位于“患者区域”内的医用电气设备和系统的供电回路，均应采用医疗IT系统。JGJ 312—2013医疗建筑电气设计规范也有类似要求。

JGJ 16—2008民用建筑电气设计规范明确规定:医疗用途相同且相邻的一个或几个房间内，至少应设置一个独立的医疗场所局部IT系统，除只有一台设备并由单台专用的医疗场所局部IT 隔离变压器供电外，每个房间应配置绝缘故障监测装置，且应符合下列规定: 交流内阻不应小于100kΩ;测量电压不应超过直流25V; 测试电流在故障条件下峰值不应大于1mA; 应设置绝缘故障报警，在绝缘电阻迟降至50kΩ时应能报警、显示，并应配置试验设施。医疗IT变压器应装设过负荷和过热的监测装置。

实际应用中，一般是一间手术室设一台隔离变压器及一套绝缘监测系统，这样发生绝缘故障的范围小，便于手动查找和维护。面积较大的2类场所可选用带自动定位功能的漏电监测系统。目前我国医疗IT系统电压还是以220V为主。主要原因是术室接触设备负荷不大，220V能满足用电需求。380V的IT系统发生单相接地故障时非故障相电压升高为正常电压1.732倍，由此会带来设备、线缆的耐压问题、安全问题，故380V较220V的IT系统很少使用。此问题GB 16895.24及相关文献也有描述。

目前医疗场所配电系统绝大多数是以TN-S配电系统为主，个别2类场所通过隔离变压器采用局部医疗IT系统。GB 50333—2013洁净手术部建筑技术规范11.1.6条要求“心脏外科手术室用电系统须设置隔离变压器”且为强条，可见隔离变压器作为间接接触防护措施的有效性及重要性。

3.3 医疗 IT 系统构成

1) 隔离变压器。隔离变压器一次、二次线圈分别设置，内部设温度传感器，可将温度信号传至绝缘监测系统，实现超温报警。具体要求应满足GB 16895.24第710.512.1.6条对隔离变压器的要求。2) 绝缘监测系统。绝缘监测系统主要包括绝缘监测仪、报警显示仪、电流互感器，24 V 直流电源，另外可选配绝缘故障定位仪。3) 显示报警单元。一般与绝缘监视仪相互通信，在绝缘故障时可发出声光报警。

4 设计实例

4.1 工程项目背景

阳煤集团职业病防治中心大楼属一类高层，地下1层地10层，总建筑面积13555.51m2，2 类场所包括3间手术室及5间ICU。以手术室配电系统为例进行说明。

4.2 医疗 IT 系统设计

本项目手术室独立配电箱系统图见图2。

fqj