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医用隔离电源柜的设计与应用
阅读次数：215发布时间：2011/12/27 12:49:29
阐述洁净手术室、ICU/CCU重症监护室的配电系统方案，以及其内部器件组成和应用功能；介绍了AIM-M100绝缘监测仪的功能，以及系统方案应用的一些注意事项。
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江苏安科瑞电器制造有限公司
地址：江苏省江阴市南闸镇东盟工业园东盟路5号
联系人：师晴晴 （技术支持）
Abstract: Elaborate operating room, ICU / CCU program distribution system ａnd its components ａnd applications within the device; introduced AIM-M100 monitor extension insulation, as well as system solutions applications of some note.
0 引 言
在医院的供电系统中，对手术室、重症监护室这类重要的场所（2类医疗场所）的供电，不仅要保证供电的可靠性高，还要保证供电的安全性好。为此，国家标准GB16895.24-2005/IEC 60364-7-710:2002《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》和JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》中明确规定了这类医疗场所要采用可靠性和安全性较高的局部IT系统来供电，并且系统中要装绝缘监测装置来实时的监测系统的绝缘情况。
1 医疗场所分类及其供电要求
根据国家标准GB16895.24-2005/IEC60364-7-710:2002《建筑物电气装置7-710部分：特殊装置或场所的要求 医疗场所》，对医疗场所分为了3种类别，0类、1类和2类场所。0类场所是指不需要和患者身体进行接触的场所：例如门诊室和按摩室等。1类医疗场所是指医疗设备的接触部件接触躯体外部或者医疗设备的断电不会对病人产生危害的场所：例如病房和产房等。2类场所是指需要和病人体内进行接触，并且断电则有可能导致重大医疗事故的场所：例如洁净手术室、ICU/CCU病房等。该场所必需要充分考虑微电击的危险和供电的持续性，不重要的供电回路可以采用TN/TT系统，重要的回路则必须要采用IT系统进行供电：例如维持于维持生命的、外科手术的和其他位于“患者区域”内的医疗电气设备和系统的供电回路。
2 GGF系列医用隔离电源柜的特点和应用
安科瑞医疗IT系统隔离电源柜（见图1），通过内部AITR系列的隔离变压器，将TN-S或TT系统变成IT系统，并根据需求输出多个支路，以给手术室或ICU/CCU病房不同设备提供电源。由于AITR系列隔离变压器的绕组之间，以及各绕组与铁芯之间都采用了加强绝缘处理，使得变压器的绝缘强度远远高于国内外同类产品，另外变压器采用H级的绝缘材料，可以使得变压器的温升极低。因而能可靠保障IT系统与TN或TT系统之间的安全隔离要求；IT系统安装了安科瑞绝缘监测仪AIM-M100,能够同时对IT系统对地的绝缘状况、隔离变压器的温升，以及隔离变压器的负载情况进行实时监测，从而能很好的保证IT系统供电的安全性和可靠性。
安科瑞GGF系列医用隔离电源柜分为用于洁净手术室隔离电源柜（GGF-O系列）和ICU/CCU
重症监护室隔离电源柜（GGF-I系列）隔离电源柜。
GGF-O8医用隔离电源柜的的系统图（以8KVA为例）如下：
图2： 洁净手术室隔离电源系统图
在图2系统图中，因为2类场所对供电的可持续性要求很高，在GB16895.24-2005 《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》中明确的规定了医疗2类场所的双电源自动转换时间需要小于0.5S。所以根据现场安装的需求可以安置双电源自动切换装置，其中双电源自动转换装置一路连接专线供给的正常工作电源，另一路则为备用的安全电源。如果医院现场具有手术室楼层配电柜，则隔离电源柜中可以不装双电源自动转换装置，可以直接从手术室楼层配电柜专线接入。在配电柜中通过Interpact INS负荷开关可以带电分断整个配电系统的电源。ADL3000多功能电能表可以对整个手术室的电压电流进行实时的显示。在进线处也安装了浪涌保护器，可以起到对雷击浪涌的保护。配电柜配电系统中分为TN-S系统和IT系统，其中TN-S系统主要给洁净手术室中非重要回路用电设备提供电源，并且在每条馈出回路中增加动作电流为30mA的漏电保护器提供接地故障保护；在回路中一路可以提供给洁净手术室的无影灯电源，因无影灯一般内置隔离变压器和绝缘监测装置，则不需要增加漏电保护器；另外有一路提供AC380V的电源，主要供给洁净手术室的三相用电设备：例如CT和MR等。其它的八路单相电源主要供给手术室的非重要用电设备：例如观片灯、书写台、电动门和手术台等电源。手术室重要回路则需要采用IT系统进行供电。根据现场的需求可以在IT系统的隔离变压器之前接入在线式UPS，提供不间断的电源供应。当TN-S系统通过隔离变压器，原来的地将不复存在，成为IT配电系统形式。在IT系统中，安装了AIM-M100绝缘监测仪，主要对IT系统的系统对地电阻、变压器的负荷电流和变压器的初次级绕组温度进行实时的测量。其中，测量变压器的负荷电流和绕组温度需要通过安装在配电柜内部AKH0.66-P26型电流互感器和内置在隔离变压器初次级的PT100热敏电阻来测量的。另外通过安装在中央控制面板上的AID100外接报警与显示仪，医护人员可以方便的查看手术室内部的系统运行情况。AID100外接报警与显示仪的低压直流电源是通过内置在配电柜中的ACLP10-24仪用电源来提供，并且通过基于Modbus协议的RS485总线和主机绝缘监测仪进行相互通讯。根据洁净手术室重要回路对配电要求的特殊性，需要在每条馈出回路中放置C65H型断路器，其具有带短路保护不带过载保护功能，可以限度的减少断电、停电这类的电气事故。重要的配电回路主要给以下的回路提供电源：例如手术室的墙壁插座（供医疗用电设备使用）、吊塔电源和中央控制面板电源等。
其中GGF-O系列医用隔离电源柜的参数见表1：
| 电气参数 | |
| 变压器额定容量（KVA） | 6.3/8/10 |
| 额定电流（A） | 63/80 |
| 额定工作电压（V AC） | 380/220 |
| 额定频率（Hz） | 50 |
| 额定短时耐受电流（KA/1s） | 6 |
| 机械参数 | |
| 机械尺寸（W×H×D mm） | 600×1800×400 |
| 防护等级 | IP31 |
| 安装方式 | 落地 |
| 进出线方式 | 底部 |
| 相关配置 | |
| IT系统 | 有 |
| TN-s系统 | 有 |
| 隔离变压器 | 有 |
| 双电源切换装置 | 可选 |
| 绝缘监测装置 | 有 |
| 柜门 | 有 |
表1：GGF-O系列医用隔离电源柜技术参数
图3 重症监护室隔离电源系统图
GGF-I系列隔离电源柜主要用于ICU/CCU重症监护室的供电系统，在系统图中（图3 6.3KVA为例）采用单独IT 系统给每个床位的吊塔提供电源。根据医疗现场对不间断电源的要求，在变压器总进线端预置接口，方便接入在线式UPS，提供不间断电源保障。重症监护室里的电源需求主要集中在吊塔电源上，一般一个病床的吊塔电源容量在2000W左右，这样就可以
根据床位的多少来设置变压器的容量和隔离电源系统的套数。在每条馈出回路中也增加了C65H型断路器，可以起到带短路保护不带过载保护的功能。
其中GGF-I系列医用隔离电源柜的参数见表2：
| 电气参数 | |
| 变压器额定容量（KVA） | 3.15/6.3/8/10 |
| 额定电流（A） | 14/32/40/45 |
| 额定工作电压（V AC） | 220 |
| 额定频率（Hz） | 50 |
| 额定短时耐受电流（KA/1s） | 6 |
| 机械参数 | |
| 机械尺寸（W×H×D mm） | 600×1500×400 |
| 防护等级 | IP31 |
| 安装方式 | 落地 |
| 进出线方式 | 底部 |
| 相关配置 | |
| IT系统 | 有 |
| TN-s系统 | 无 |
| 隔离变压器 | 有 |
| UPS | 可选 |
| 绝缘监测装置 | 有 |
| 柜门 | 有 |
表2 GGF-I系列医用隔离电源柜技术参数
采用IT系统的洁净手术室和ICU/CCU重症监护室都需要有独立的隔离电源系统。医疗场所采用图4的配电方式：从图中可以看出各个手术室和重症监护室采用手术部与ICU总配电柜进行供电。各配电柜通过基于Modbus协议的RS485总线把系统的监测信息传输给医院的中央监控系统，这样每个2类场所的系统运行数据都可以在中央监控系统的上位机软件进行实时的处理。方便工作人员对监控系统进行集中监控和管理。
图4 2类医疗场所配电方案
3 GGF系列医用隔离电源柜应用注意事项
3.1 为了降低医疗系统对地电容，医用隔离电源柜应尽量放在使用场所附近，并且尽可能减少系统的容量，使用较少的系统配电回路支数，尽量缩短系统的配电线路长度。
3.2 对于进行人体心脏手术或者与人体内部接触的手术室，要充分做好防止电气的措施。仅靠带绝缘监测的IT系统是远远不够的，还要做好局部等电位联结，这样使得保护区伸臂范围以内所有可导电的部分都处于同一电位水平上。
4 结 语
结合本文介绍的GGF系列医用隔离电源柜在医疗2类场所的应用，随着医院设施逐步的现代化及设计人性化要求，带有绝缘监测装置的IT配电系统将更加普遍的应用于医疗场所，相应的也需要根据不同的医疗场所来设计不同的配电系统解决方案，来满足市场需求。特别是医疗2类场所，对配电系统的安全性和可靠性将有更高要求。所以开发这些场所的配电系统具有很好的现实意义！
参考文献
1. 中国建筑标准设计研究院08SD706-2 医疗场所电气设计与设备安装[S].北京：中国建筑标准设计研究院，2009.
2. 王厚余 .低压电气装置的设计安装和检验（2版）[M].北京：中国电力出版社，2007.
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