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安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要: 根據(jù)不同類(lèi)別場(chǎng)所的要求,總結(jié)醫(yī)院電氣設(shè)計(jì)中采用的接地系統(tǒng)型式,介紹了 IT 接地系統(tǒng)在場(chǎng)所中的作用,并提出 IT 接地系統(tǒng)在應(yīng)用中需注意的幾點(diǎn)問(wèn)題。
關(guān)鍵詞: 場(chǎng)所; 接地系統(tǒng); IT 系統(tǒng); 電位差
0 引 言
隨著科技的不斷進(jìn)步,在現(xiàn)代診斷與臨床治療中,電氣設(shè)備和電子儀器得到了越來(lái)越多地應(yīng)用,設(shè)備使用過(guò)程中的電氣顯得尤為重要,既要防止醫(yī)院人員受到設(shè)備剩余電流引起的電ji傷害,也要保證設(shè)備的可靠運(yùn)行[1]。因此,場(chǎng)所接地系統(tǒng)的正確選用必須在電氣設(shè)計(jì)中引起足夠的重視。
1 場(chǎng)所的分類(lèi)
在診療中電氣設(shè)備與病人身體接觸的情況不同,發(fā)生剩余電流故障對(duì)人體的傷害也有區(qū)別。按照電氣防護(hù)的要求,依據(jù)電氣設(shè)備的部件與人體接觸的程度以及場(chǎng)所停電對(duì)患者造成的影響,醫(yī)院場(chǎng)所分為如下三類(lèi):
(1)0 類(lèi): 不使用電氣設(shè)備接觸部件的場(chǎng)所,如普通門(mén)診診室、推拿室、石膏室、病理科、檢驗(yàn)科等。
(2)1 類(lèi): 電氣設(shè)備接觸部件需要與患者體表、體內(nèi)( 除2類(lèi)場(chǎng)所所述部位外) 接觸的場(chǎng)所,如病房、治療室、透析室、內(nèi)鏡檢查、超聲檢查、影像科等。
(3)2 類(lèi): 電氣設(shè)備接觸部件需要與患者體內(nèi)( 指心臟或接近心臟部位) 接觸、室以及電源中斷或故障后將危及患者生命的場(chǎng)所,如室、重癥監(jiān)護(hù)室、急診搶救室、心血管造影檢查室等。
在以上三類(lèi)場(chǎng)所中,2 類(lèi)場(chǎng)所對(duì)電氣防護(hù)的要求高,此類(lèi)場(chǎng)所內(nèi)基本均為高危病人或者患者,往往運(yùn)行有多臺(tái)需進(jìn)入病人體內(nèi)進(jìn)行治療以及維持病人生命的設(shè)備,哪怕有較小的剩余電流導(dǎo)致的微電ji,都會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生ji大的危險(xiǎn),同時(shí)又要保證在監(jiān)護(hù)或中保持可靠的系統(tǒng)供電,不能因接地故障出現(xiàn)而發(fā)生斷電的情況。
2 場(chǎng)所接地系統(tǒng)型式的選擇
建筑物中的接地型式主要包括 TN-S、TN-C、 IT、TT 系統(tǒng),其中 TT 系統(tǒng)是指將電氣設(shè)備的金屬外殼直接接地的保護(hù)系統(tǒng),主要應(yīng)用于保護(hù)點(diǎn)較分散的室外場(chǎng)所。而根據(jù) JGJ 312—2013《建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]中第9. 3. 1 條規(guī)定: “場(chǎng)所配電系統(tǒng)的接地形式嚴(yán)禁采用 TN-C 系統(tǒng)”,這是由于 TN-C 系統(tǒng)中中性線( PE) 和保護(hù)線( N)共用,當(dāng)非故障狀態(tài)下三相負(fù)荷不平衡或發(fā)生接地故障時(shí),TN-C 系統(tǒng)的保護(hù)中性導(dǎo)體( PEN) 有電流通過(guò),另外還有些設(shè)備引起的諧波電流也會(huì)注入 PEN,這些電流會(huì)產(chǎn)生電壓降,導(dǎo)致設(shè)備的金屬外殼帶電,危及場(chǎng)所的人身。目前,醫(yī)院場(chǎng)所中常用的接地系統(tǒng)類(lèi)型主要是TN-S和IT系統(tǒng)。
醫(yī)院的 0 類(lèi)和 1 類(lèi)場(chǎng)所的配電系統(tǒng)般采用 TN-S 的接地型式,從醫(yī)院變電室的低壓配電柜出線開(kāi)始,系統(tǒng)的中性線( N) 與保護(hù)線( PE) *分開(kāi),PE 線末端做重復(fù)接地,以減少 PE 線斷線造成的危險(xiǎn)。設(shè)備所接插座的配電回路均帶剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置,動(dòng)作電流般為30 mA,當(dāng)設(shè)備帶電部分接觸到金屬外殼或發(fā)生漏電時(shí),與 PE 線形成單相回路,引發(fā)過(guò)電流保護(hù)裝置動(dòng)作,切斷電源,則可有效避免觸電事故的發(fā)生。同時(shí)變壓器中性點(diǎn)接地,設(shè)備外露部分與中性線相連,當(dāng)中性線斷開(kāi),如三相負(fù)荷不平衡狀況發(fā)生,中性點(diǎn)電位將升高,但是設(shè)備外殼和 PE 線都無(wú)電位,不會(huì)導(dǎo)致觸電事故??梢?jiàn),在電氣設(shè)備不與患者體內(nèi)接觸的非 2 類(lèi)場(chǎng)所,采用 TN-S 接地系統(tǒng)可以滿足電氣的要求。通常的做法是在這些場(chǎng)所內(nèi)設(shè)置局部等電位聯(lián)結(jié)箱,將用電設(shè)備的可導(dǎo)電部位與之連接,并將局部等電位聯(lián)結(jié)箱接至大樓的共用接地極。
TN-S 接地系統(tǒng)不能適用于醫(yī)院的 2 類(lèi)場(chǎng)所,這是由于 TN-S 系統(tǒng)中剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置的動(dòng)作響應(yīng)值為 mA 級(jí),般為 30 mA,遠(yuǎn)大于 IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的設(shè)備允許通過(guò)患者心臟的剩余電流值 10 μA,對(duì)心臟造成微電ji而引發(fā)危險(xiǎn)。同時(shí)由于 2 類(lèi)場(chǎng)所對(duì)供電可靠性的高標(biāo)準(zhǔn)要求,又要求系統(tǒng)不能只要出現(xiàn)剩余電流現(xiàn)象就引發(fā)開(kāi)關(guān)動(dòng)作切斷供電,因此在 2 類(lèi)場(chǎng)所,如室、重癥監(jiān)護(hù)室中,配電系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)采用IT 接地型式[3-4]。
3 IT 系統(tǒng)在場(chǎng)所中的應(yīng)用
IT 系統(tǒng)的電源中性點(diǎn)不與大地直接連接( 或通過(guò)高阻抗電阻接地) ,其用電設(shè)備的金屬外殼通過(guò)保護(hù)線直接接地。系統(tǒng)中如果出現(xiàn)單相接地故障,對(duì)地剩余電流只能經(jīng)過(guò)系統(tǒng)剩余電流電容對(duì)系統(tǒng)相線構(gòu)成回路,而系統(tǒng)剩余電容引起的容抗總是遠(yuǎn)大于 TN 系統(tǒng)中的接地電阻,故障剩余電流僅為極小的對(duì)地電容電流,引起故障場(chǎng)所內(nèi)不同部位的電位差很小,不會(huì)因其接地電流的存在而引起過(guò)電流,導(dǎo)致開(kāi)關(guān)動(dòng)作,保證系統(tǒng)能夠帶故障運(yùn)行。根據(jù) JGJ 312—2013《建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中第 5. 4. 4 要求,2 類(lèi)場(chǎng)所用于維持生命、外科、重癥患者的實(shí)時(shí)監(jiān)控和其他位于患者區(qū)域的電氣設(shè)備及系統(tǒng)的回路,均應(yīng)采用場(chǎng)所局部 IT 系統(tǒng)供電。
IT 系統(tǒng)又稱(chēng)為隔離電源系統(tǒng),般由隔離變壓器、絕緣監(jiān)測(cè)裝置、過(guò)負(fù)荷和超溫監(jiān)測(cè)裝置、外接報(bào)警裝置等設(shè)備組成。將 TN 系統(tǒng)引來(lái)的供電電源通過(guò)隔離變壓器的二次側(cè)線圈引出 IT 系統(tǒng)的電源,由絕緣監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)單相接地故障的發(fā)生,并通過(guò)外接報(bào)警裝置發(fā)出故障報(bào)警[3-4]。 IT 系統(tǒng)應(yīng)用于 2 類(lèi)場(chǎng)所中,可以起到以下作用:
(1)隔離電源系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),用電設(shè)備發(fā)生接地故障時(shí)對(duì)地不構(gòu)成回路,降低接觸電壓和電網(wǎng)對(duì)地的剩余電流,可有效控制剩余電流對(duì)患者人體的傷害,避免發(fā)生微電ji事故。
(2)通過(guò)隔離變壓器的二次側(cè)供電,可防止大樓接地系統(tǒng)內(nèi)其他供電回路中的剩余電流進(jìn)入到 2 類(lèi)場(chǎng)所與患者接觸的電氣設(shè)備上而產(chǎn)生危險(xiǎn)。
(3)當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)di個(gè)對(duì)地剩余電流絕緣故障時(shí),不會(huì)引發(fā)斷路器或熔斷器動(dòng)作,保證供電的連續(xù)可靠性。
(4)降低對(duì)地剩余電流,從而提高防火性。
IT 系統(tǒng)在應(yīng)用中,還應(yīng)注意如下問(wèn)題:
(1)隔離變壓器的次側(cè)與二次側(cè)應(yīng)設(shè)置短路保護(hù),不應(yīng)設(shè)置動(dòng)作于切斷電源的過(guò)負(fù)荷保護(hù),這是為了維持供電的連續(xù)性,線路短時(shí)間過(guò)負(fù)荷并不會(huì)立即引起災(zāi)害,在某些情況下可讓導(dǎo)線超過(guò)允許溫度運(yùn)行,即使影響使用壽命,也要先保證重要負(fù)荷的不間斷供電。
(2)單相隔離變壓器的二次側(cè)應(yīng)設(shè)置雙極開(kāi)關(guān)保護(hù)電器,這是因?yàn)?IT 系統(tǒng)不配出中性線,系統(tǒng)中單相負(fù)荷所需的 220 V 電源由 TN 系統(tǒng)中單相 220 V 電源經(jīng) 1∶ 1 隔離變壓器的二次側(cè)提供,所以 IT 系統(tǒng)中的配電線路均為帶電導(dǎo)線,需采用雙極開(kāi)關(guān)作為短路保護(hù)。
(3)必須配置絕緣監(jiān)測(cè)裝置,當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)di個(gè)接地故障時(shí)可帶故障繼續(xù)供電,同時(shí)絕緣監(jiān)測(cè)裝置報(bào)警,提示故障發(fā)生,提醒工作人員及時(shí)維修處理,如果沒(méi)有監(jiān)測(cè)及報(bào)警設(shè)備,發(fā)生二次及多次接地故障會(huì)引發(fā)過(guò)電流保護(hù)裝置動(dòng)作,導(dǎo)致供電中斷,甚至?xí)a(chǎn)生相間短路。
(4)在室等 2 類(lèi)場(chǎng)所還應(yīng)設(shè)置局部等電位聯(lián)結(jié),將場(chǎng)所內(nèi)的 PE 線、設(shè)備外露可導(dǎo)電部分、安裝了抗電磁干擾場(chǎng)的屏蔽物、防靜電地板下的金屬物、隔離變壓器的金屬屏蔽層等進(jìn)行等電位聯(lián)結(jié),場(chǎng)所內(nèi)的電位差。
(5)IT 系統(tǒng)應(yīng)與建筑物的 TN-S 系統(tǒng)共用同接地裝置,即利用建筑物底板鋼筋作為共同的接地極,不應(yīng)為 IT 系統(tǒng)另設(shè)人工接地極,否則兩個(gè)接地裝置之間產(chǎn)生電位差,也在場(chǎng)所中會(huì)引發(fā)電ji。
某室的 IT 配電系統(tǒng)如圖 1 所示。
圖1 某室IT配電系統(tǒng)圖
不同的室可能同時(shí)實(shí)施不同的,使用不同的電子儀器,為避免設(shè)備相互干擾,每間需要設(shè)置 IT 系統(tǒng)的室,都應(yīng)單獨(dú)設(shè)置隔離變壓器。隔離變壓器的位置應(yīng)盡量縮短與室插座端的距離,并方便通風(fēng)散熱與檢修,般安裝在室的非潔凈走廊的外墻上,并在附近預(yù)留接地端子箱,作為 IT 系統(tǒng)的接地端。所有室的接地端子箱宜由單獨(dú)的接地干線聯(lián)結(jié),不應(yīng)與其他接地系統(tǒng)的接地干線混用,并與大樓的總等電位接地箱相連。為施工及日后管理方便,在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中,可將各不同用途、不同型式的接地干線分別由總等電位經(jīng)由各區(qū)域電氣豎井引至末端,可以保證建筑物內(nèi)所有電氣設(shè)備都接至同接地裝置上,避免出現(xiàn)電位差。
4 安科瑞IT系統(tǒng)介紹
4.1概述
隨著電子設(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。另外有些設(shè)備用于維持重癥病人的生命,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)院這特殊場(chǎng)所的電氣設(shè)計(jì),應(yīng)嚴(yán)格按照家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求,采用IT系統(tǒng)供電。
安科瑞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)院的室、ICU(CCU)監(jiān)護(hù)病房等重要場(chǎng)所,能為這類(lèi)場(chǎng)所提供、連續(xù)、可靠的供電解決方案。
4.2 隔離電源監(jiān)控系統(tǒng)
隔離電源監(jiān)控系統(tǒng)用于集中監(jiān)控大樓內(nèi)所有2類(lèi)場(chǎng)所IT系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。這種集中監(jiān)控系統(tǒng)可以設(shè)置在醫(yī)院電氣運(yùn)行和維護(hù)人員的值班室內(nèi),也可以集成在其它電力監(jiān)控系統(tǒng)中,由專(zhuān)業(yè)的電氣人員進(jìn)行監(jiān)控,旦某套IT系統(tǒng)出現(xiàn)故障,電氣維護(hù)人員也能在di時(shí)間內(nèi)做出判斷,并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行處理。
4.2.1 系統(tǒng)拓?fù)鋱D
圖2產(chǎn)品拓?fù)鋱D
4.2.2軟件功能
安科瑞隔離電源監(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,為醫(yī)院2類(lèi)場(chǎng)所隔離電源系統(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圖3:
圖3軟件的主要功能
■ 次圖和現(xiàn)場(chǎng)分布顯示
系統(tǒng)具有次圖及現(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(zhuān)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
利用安裝于各隔離電源系統(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如圖4;
■ 故障報(bào)警
將各隔離電源系統(tǒng)出現(xiàn)的各類(lèi)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)處理和記錄,并可直接在顯示界面上彈出顯示故障類(lèi)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)。
■ 遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置和查詢(xún)
通過(guò)系統(tǒng),可根據(jù)要求遠(yuǎn)程調(diào)整和設(shè)置各隔離電源系統(tǒng)中絕緣監(jiān)測(cè)儀的各類(lèi)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)警值等如圖5。
■ 圖形顯示功能:
系統(tǒng)可以以曲線的形式,顯示各套隔離電源系統(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)。
4.3 產(chǎn)品選型
表1 IT 系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)及故障定位產(chǎn)品
5 結(jié) 語(yǔ)
隨著我衛(wèi)生事業(yè)的不斷發(fā)展,醫(yī)院的建設(shè)規(guī)模逐年增長(zhǎng),必須重點(diǎn)考慮場(chǎng)所未來(lái)運(yùn)營(yíng)的性。電氣設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)家相關(guān)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn),采用合理的電氣接地系統(tǒng),為病人和醫(yī)護(hù)工作者提供、可靠的環(huán)境。
參考文獻(xiàn)
[1] 民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范: JGJ 16—2008[S]
[2] 劉建,場(chǎng)所接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
[3] 安科瑞IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)故障定位裝置及監(jiān)控系統(tǒng)(中英文)2020.01
作者簡(jiǎn)介:
劉細(xì)鳳,女,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向?yàn)镮T配電,