淺談現(xiàn)代醫(yī)院手術室IT供配電系統(tǒng)的設計與研究
李茫茫
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
［摘要］ 隨著人們的生活水平的不斷提高，醫(yī)療條件的不斷改善，人們對健康越來越重視同時對醫(yī)療條件的要求也越來越高，對醫(yī)院手術室醫(yī)療設施提出了新的要求。以往醫(yī)院普通手術室狀況已不能滿足人們的要求，如今一些大型綜合醫(yī)院已經(jīng)引進和改建了許多由達到國際標準的手術室組成的手術部，使醫(yī)院手術的硬件環(huán)境達到一個新的水平，本文就醫(yī)院手術室供配電系統(tǒng)設計與研究作一些介紹和探討。
［關鍵詞］ 醫(yī)院；手術室；配電系統(tǒng)；設計；探討
1 對醫(yī)院手術室配電系統(tǒng)的相關規(guī)定
根據(jù)JGJ16-2008民用建筑電氣設計規(guī)范的相關要求“醫(yī)療場所采用IT系統(tǒng)供電時應符合下列規(guī)定”
1.1在2類醫(yī)療場所內(nèi),用于維持生命、外科手術和其他位于“患者區(qū)域”內(nèi)的醫(yī)用電氣設備和系統(tǒng)的供電回路,均應采用醫(yī)療IT系統(tǒng)。
1.2用途相同且相毗鄰的房間內(nèi)，至少應設置一回獨立的醫(yī)療IT系統(tǒng)。醫(yī)療IT系統(tǒng)應配置一個交流內(nèi)阻抗不少于100KΩ的絕緣監(jiān)測器并滿足下列要求：
1）測試電壓不應大于直流25V；
2）注入電流的峰值不應大于1mA；
3）在絕緣電阻降至50KΩ時,應發(fā)出信號,并應配置試驗此功能的器具。
1.3每個醫(yī)用IT系統(tǒng)應設在醫(yī)務人員可以經(jīng)常監(jiān)視的地方,并應裝設配備有下列功能組件的聲光報警系統(tǒng)：
1)應以綠燈亮表示工作正常；
2)當絕緣電阻下降到整定值時,黃燈應點亮，且應不能消除或斷開該亮燈指示；
3)當絕緣電阻下降到整定值時,可音響報警動作,該音響報警可解除；
4)當故障被清除恢復正常后，黃色信號應熄滅。
當只有一臺設備由單臺專用的醫(yī)療IT變壓器供電時,該變壓器可不裝設絕緣監(jiān)測器。
2 現(xiàn)代醫(yī)院手術室的供配電設計
1）醫(yī)院手術室保證用電可靠性應當采用雙路供電源有困難時，應設置備用電源并能在1min內(nèi)自動切換，其用電應從本建筑物配電中心專線供給。根據(jù)使用場所的要求，主要選用TN－S系統(tǒng)和IT系統(tǒng)兩種形式，不能采用 TN－C系統(tǒng)。為了減少外來塵、菌的侵入而帶來交叉感染，醫(yī)院手術室的總配電柜，應設于非潔凈區(qū)內(nèi)。
2）手術室內(nèi)用電應與輔助用房用電分開，每個手術室的干線單獨敷設。每個手術室應設有一個獨立專用配電箱，為了檢修時工作人員不進手術室，減少外來感染，配電箱不得設在手術室內(nèi)，應設在該手術室的外廊側墻內(nèi)。手術室的配電總負荷應按設計要求計算，并不應小于8kVA。手術室內(nèi)的電源宜設置漏電檢測報警裝置。
3）手術室內(nèi)醫(yī)療設備用電插座，在每側墻面上至少應安裝3個插座箱，插座箱上應設接地端子，其接地電阻不應大于1Ω。如在地面安裝插座，插座應有防水措施。
4）手術室配電管線應采用金屬管敷設，穿過墻和樓板的電線管應加套管，套管內(nèi)用不燃材料密封。進入手術室內(nèi)的電線管穿線后，管口應采用無腐蝕和不燃材料封閉，為使在火災發(fā)生時也不會因燒壞電線絕緣而短路，宜采用礦物絕緣電纜；同時手術室內(nèi)不應有明露管線。
3 醫(yī)院手術室凈化空調配電與控制設計
1）空氣凈化處理是手術室潔凈目標的關鍵，手術室強調空氣潔凈度是必要保障條件，因此手術室凈化空調電源的可靠性至關重要，對于手術室凈化空調的供電電源應是一級負荷，以雙電源供電（切換時間可以超過15s） 或以獨立回路引自低壓柜的事故母線段。
2）各手術室的空調設備應能在室內(nèi)自動或手動控制。控制裝備顯示面板應與手術室內(nèi)墻面齊平嚴密，其檢修口設在手術室之外；通常空調設備控制按鈕全部設置在手術室綜合控制面板上，方便醫(yī)護人員的使用，該綜合控制面板還包括時鐘顯示、醫(yī)護對講分機、醫(yī)療氣體壓力的檢測等其他功能。
4 醫(yī)院手術室供電安全與接地設計
醫(yī)療電氣設備不僅與人體表面接觸，有的也與人的內(nèi)臟接觸，難免有醫(yī)療電氣設備和電子儀器絕緣損壞，電流泄漏的現(xiàn)象，這就不可避免地導致醫(yī)療電擊事故的發(fā)生，為此應予以高度重視，應根據(jù)不同手術室的要求，進行合理設計，選用安全供電設備。
1）漏電斷路器的應用當流過人體電流小于30mA時，人體就不致發(fā)生心室纖顫而電擊致死，因此國際上規(guī)定低壓移動設備和插座等末端回路剩余漏電動作保護器（簡稱RCD）的額定動作電流為30mA。據(jù)IEC標準規(guī)定，在TN－S系統(tǒng)中對于由醫(yī)護人員操作，不直接接觸病人身體的正常醫(yī)療設備電源插座回路，選擇動作電流不大于30mA的RCD作附加保護；在進行諸如心臟內(nèi)部手術和中斷供電將招致生命危險的治療場所，RCD只能用在手術臺、X光機、額定功率大于5kVA的大型電氣設備、不重要的的電氣設備回路上。《民用建筑電氣設計規(guī)范》規(guī)定醫(yī)療電氣設備的 RCD動作電流宜按6mA選擇。IEC標準規(guī)定：進行心臟手術的醫(yī)療設備泄漏電流正常狀態(tài)為10μA以下，單一故障狀態(tài)為50μA以下(通過心臟電流超過 50μA就會心室纖顫而死亡，被稱微電擊致死)，相應地手術室內(nèi)電位正常時為10mV，單一故障狀態(tài)為50mV。所以對于進行心臟手術的醫(yī)療設備不宜采用漏電電流動作保護，應采取防止微電擊的保護措施。
2）作局部等電位聯(lián)結為了有效防范手術室這個特殊場所因醫(yī)療設備發(fā)生泄漏電流而產(chǎn)生嚴重后果，減少手術室內(nèi)用與方案的電位差，應采取等電位聯(lián)結，我國《醫(yī)院醫(yī)院手術室建筑技術規(guī)范》規(guī)定所有手術室均應設置安全保護接地系統(tǒng)和等電位接地系統(tǒng)。手術室內(nèi)等電位聯(lián)結的做法為在房間墻上設置等電位聯(lián)結箱，手術室內(nèi)的照明燈，手術無影燈，金屬器械柜，呼吸麻醉機，手術床，金屬門窗，空調進出風口的金屬格柵框，各種醫(yī)用氣體管道，防電磁干擾的屏蔽層，隔離變壓器一、二次繞組間的金屬屏蔽層，地板下可能的金屬網(wǎng)格等，為安全起見均應作等電位聯(lián)結，由等電位聯(lián)結端子板連成一體，可參見國標圖集02D501－2 《等電位聯(lián)結安裝》。
3）設置局部IT系統(tǒng)。《醫(yī)院醫(yī)院手術室建筑技術規(guī)范》規(guī)定心臟外科手術室的配電盤加裝隔離變壓器，即采用IT系統(tǒng)供電。該供電方式設一臺1:1專用隔離變壓器，其二次側不接地，箱內(nèi)設一套漏電檢測報警裝置(絕緣監(jiān)視裝置)以防止產(chǎn)生接地故障電流。當發(fā)生第一次單相接地故障時，一般當系統(tǒng)絕緣水平低于50kΩ時，并不自動切斷電源，而由絕緣監(jiān)視裝置發(fā)出故障報警。這時故障電流僅為醫(yī)療場所內(nèi)的一小段線路的微量對地電容電流，引起該場所內(nèi)的不同部分的電位差很小。這時醫(yī)生可根據(jù)病人病情的嚴重程度，在確保病人安全的前提下，決定是否切斷電源，并采取相應措施。發(fā)生第一次接地故障，在手術
后，應立即排除故障，防止第二次異相接地故障而引起相間短路。手術室IT系統(tǒng)設計應注意以下幾點：
a.應設置漏電檢測報警裝置。
b.隔離變壓器需設置過載和溫度監(jiān)測器。
c.手術室內(nèi)常規(guī)照明燈電源不必通過隔離變壓器。
d.上述采用不大于30mA的RCD保護的設備不必通過隔離變壓器。
e.手術室內(nèi)IT系統(tǒng)的PE線仍是醫(yī)院內(nèi)TN－S系統(tǒng)的PE線延伸，也即IT系統(tǒng)和TN－S系統(tǒng)共用同一個保護接地的接地裝置，切勿另打單獨的接地極，以防止兩個接地裝置間可能存在的電位差對人身安全造成威脅。
4)為防止無線電通信設備對醫(yī)療電器設備產(chǎn)生干擾，手術室內(nèi)禁止設置無線通信設備。同時為防雷擊電磁脈沖，保護醫(yī)療電子設備，以免對人身安全造成威脅，手術室電源應加裝電涌保護器。
5 安科瑞醫(yī)療IT系統(tǒng)介紹
5.1概述
隨著電子醫(yī)療設備在醫(yī)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(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致病人觸電身亡。另外有些醫(yī)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(yī)院這一特殊場所的電氣設計，應嚴格按照國家標準和規(guī)范要求，采用IT系統(tǒng)供電。
安科瑞醫(yī)用IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測故障定位裝置及系統(tǒng)適用于醫(yī)院的手術室、ICU(CCU)監(jiān)護病房等重要場所，能為這類場所提供安全、連續(xù)、可靠的供電解決方案。
5.2 醫(yī)用隔離電源監(jiān)控系統(tǒng)
醫(yī)用隔離電源監(jiān)控系統(tǒng)用于集中監(jiān)控醫(yī)療大樓內(nèi)所有醫(yī)療2類場所醫(yī)療IT系統(tǒng)的運行狀況。這種集中監(jiān)控系統(tǒng)可以設置在醫(yī)院電氣運行和維護人員的值班室內(nèi)，也可以集成在其它電力監(jiān)控系統(tǒng)中，由專業(yè)的電氣人員進行監(jiān)控，一旦某套IT系統(tǒng)出現(xiàn)故障，電氣維護人員也能在一時間內(nèi)做出判斷，并根據(jù)現(xiàn)場情況進行處理。
5.2.1 系統(tǒng)拓撲圖
5.2.2軟件功能
安科瑞醫(yī)用隔離電源監(jiān)控系統(tǒng)是基于觸摸屏軟件設計，軟件具有遠程測量、遠程參數(shù)設置和遠程自檢等多種功能，為醫(yī)院2類場所隔離電源系統(tǒng)的集中監(jiān)控提供了強大的系統(tǒng)集成工具。軟件的主要功能如下圖2：
圖2軟件的主要功能
■ 一次圖和現(xiàn)場分布顯示
系統(tǒng)具有一次圖及現(xiàn)場分布圖顯示功能，能直觀的了解并及時地發(fā)現(xiàn)IT供電系統(tǒng)的報警地點或區(qū)域，從而方便專業(yè)人員及時到達現(xiàn)場進行故障排查；
■ 實時數(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)實時顯示在監(jiān)控系統(tǒng)界面，這些監(jiān)測參量含IT系統(tǒng)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3；
■ 故障報警
將各醫(yī)用隔離電源系統(tǒng)出現(xiàn)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(tǒng)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(jiān)測值、故障地點以及故障發(fā)生時間等信息。同時啟動監(jiān)控系統(tǒng)的聲光報警系統(tǒng)，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(shù)設置和查詢
通過系統(tǒng)，可根據(jù)要求遠程調整和設置各醫(yī)用隔離電源系統(tǒng)中絕緣監(jiān)測儀的各類報警參數(shù)閾值，也可以任意查看這些報警參數(shù)值。參數(shù)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4。
■ 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(tǒng)的運行變化情況，有針對性的對某些系統(tǒng)進行維護和保養(yǎng)。
5.3 產(chǎn)品選型
表1醫(yī)用IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測及故障定位產(chǎn)品
6 總結
當前人們對醫(yī)院手術室的環(huán)境要求越來越高，過去的一些設計遠不能滿足人們對安全保障的要求。尤其是手術室中大量設備觸及人體內(nèi)臟和大腦等器官，如發(fā)生電氣漏電故障，很容易發(fā)生電氣事故。如何保護醫(yī)院的病人以及醫(yī)護人員不受漏電事故的傷害已經(jīng)變得非常重要，已經(jīng)受到了國內(nèi)外的繼電保護專家和醫(yī)生們的普遍關注。許多國家和國際標準都對醫(yī)療領域，尤其是那些生命攸關的場所，如手術室﹑重癥監(jiān)護室﹑心臟監(jiān)護室等處的醫(yī)用配電系統(tǒng)做出了特殊規(guī)定，其目的就是保證為該場所內(nèi)的醫(yī)療電器設備提供一個安全可靠的電源，以確保病人的安全。
參考文獻
[1] 段晉晉，現(xiàn)代醫(yī)院手術室供配電系統(tǒng)設計與研究.
[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.6版.
