[摘要]結(jié)合新修訂的國家標準圖集19D706-2“醫(yī)療建筑電氣設計與安裝"，梳理手術(shù)部、的定義和設計規(guī)范，提出各種供配電系統(tǒng)解決方案，分析IT系統(tǒng)設計、UPS選擇等關(guān)鍵和難點問題。

【關(guān)鍵詞】2類醫(yī)療場所；IT系統(tǒng)；微電擊；患者區(qū)；在線工頻UPS；清潔手術(shù)部；自動恢復供電時間；接地故障

1概述清潔手術(shù)部的英文全稱是Clean Operating Department，是由潔凈、潔凈輔助室、非潔凈輔助室等部分或全部組成的獨立功能區(qū)。潔凈的英文全稱是Cleanoperating Room，采用空氣凈化技術(shù)，將手術(shù)環(huán)境中空氣中的微生物顆粒和顆?？偭拷档偷皆试S水平。電擊或中斷供電將嚴重危及患者的生命安/全。因此，對供電安/全性和可靠性有很的要求。

國家標準圖集19D706-2《醫(yī)療建筑電氣設計與安裝》(以下簡稱《圖集》)16頁列出了手術(shù)部供電的三個常用示例；56~59頁列出了配電的兩個常用示例，同時，電氣平面布置、專用插座箱、74~75頁手術(shù)部、配電系統(tǒng)、128頁、137頁、144頁從產(chǎn)品選擇的角度提出了配電系統(tǒng)的解決方案。為了讓電氣設計師更有效地參考圖集，有必要對的供配電系統(tǒng)進行更詳細的分析。

供配電系統(tǒng)設計設計設計設計

2.1參考規(guī)范

電氣設計常用的設計規(guī)范包括：

a．JGJ 《醫(yī)療建筑電氣設計規(guī)范》312-2013；

b．GB 《綜合醫(yī)院建筑設計規(guī)范》51039-2014；

c．GB 5033-2013《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)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年《建筑電氣設備第7-710部分:特殊設備或場所要求醫(yī)療場所》。國內(nèi)與醫(yī)院電氣設計相關(guān)的規(guī)范大多參考IEC IEC目前為60364-7-710 60364-7-710正在修訂中，已有英文版征求意見稿，建議大家關(guān)注。

2.2負荷分類、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、術(shù)前準備室、術(shù)后恢復室、麻醉室、心血管造影室等場所涉及患者生命安/全的設備及照明用電是一級負荷中特別重要的負荷，其他為一級負荷。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)療電氣設備接觸部位需要接觸患者體表和體內(nèi)的醫(yī)療場所(除2類醫(yī)療場所所述部位外)；

c．2類：醫(yī)療電氣設備的接觸部件需要接觸患者體內(nèi)的醫(yī)療場所（指心臟或靠近心臟部位），電源中斷危及患者生命［2-3］。

在醫(yī)療場所類別劃分中，屬于2類醫(yī)療場所，涉及生命安/全的電氣設備和照明自動恢復供電時間t≤0.5 s，自動恢復供電時間0.5 s<t≤15 s。如表2所示，手術(shù)部各醫(yī)療場所的類別劃分和自動恢復供電的時間。

關(guān)于2類醫(yī)療場所，從其定義可以看出，重點關(guān)注兩個方面：

a．微電擊：心臟或靠近心臟，其重點是“微電擊"。根據(jù)IEC標準，心臟手術(shù)醫(yī)療電氣設備的正常泄漏電流不得超過10μA，接地故障發(fā)生時，故障電流不得超過50μA。如果通過人體心臟的電流超過50，μA可能導致心室纖顫死亡，稱為微電擊死亡［4］。

b．電源可靠性：電源中斷危及患者生命，強調(diào)電源中斷的嚴重后果。

2.2.3電源選擇

JGJ 312-2013第3.0.三條要求恢復供電時間小于或等于0.5 s時，自備備用電源的供電維護時間不得小于3 h［1］。

GB 潔凈手術(shù)部5033-2013的供電要求如下：

a．第11.1.二：清潔手術(shù)部應采用獨立雙路電源供電［5］；

b．第11.1.三條有生命支持電氣設備的潔凈應設置應急電源。自動恢復供電時間應滿足以下要求：①在線切換應能夠?qū)崿F(xiàn)生命支持電氣設備。②非治療場所和設備應小于或等于15 s。③應急電源的工作時間不應小于3000 min［5］。

根據(jù)綜合負荷分類、醫(yī)療場所類別、自動恢復供電時間等相關(guān)要求，二級以上醫(yī)院手術(shù)部采用獨立雙電源+柴油發(fā)電機供電。

手術(shù)部需要自動恢復供電時間t≤0.5 對于s的負載，應設置不間斷電源裝置（UPS），UPS應急電源的工作時間不小于3000 min。自動恢復供電時間0.5 s<t≤15 S負荷，其應急電源可采用不間斷電源裝置（UPS），柴油發(fā)電機組也可以使用。

醫(yī)療建筑電負荷分級表1

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(shù)部整體供配電方案比較

手術(shù)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(shù)部供配電方案：

方案一：手術(shù)部集中設UPS，IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)共用配電箱方案，結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

方案二：分布設UPS（總箱），IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)共用配電箱方案，結(jié)構(gòu)示意如圖2、圖3所示。

方案三：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(jié)構(gòu)示意如圖4、圖5所示。

方案四：手術(shù)部集中設UPS，IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)分設配電箱方案，結(jié)構(gòu)示意如圖6所示。

方案五：手術(shù)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(jié)構(gòu)示意如圖7所示。

手術(shù)部供電方案分析：

a．集中式UPS：適用于大型手術(shù)部的，可適當考慮同時使用系數(shù)，UPS總安裝容量小，經(jīng)濟性好。獨立設置的UPS間，可設置機房空調(diào)，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(shù)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(shù)部全部負荷納入UPS供電，提了整個手術(shù)部的供電可靠性，但同時增加了UPS的安裝容量和前期投資，可在要求可靠性且資金充裕的醫(yī)院建設中使用。方案五僅將手術(shù)部IT系統(tǒng)及1類場所納入UPS供電，既保證了供電可靠性，又體現(xiàn)出很的經(jīng)濟性，因此該方案在手術(shù)部的供配電設計中被廣泛使用。

圖2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：專用配電箱一對一配置UPS，供電可靠性，單臺UPS故障時不影響其它。弊端是UPS總安裝容量大、投資，配電箱放置在清潔走廊側(cè)，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)。方案二將全部負荷納入UPS供電，提了的供電可靠性，但同時增加了UPS的安裝容量和前期投資，可在要求可靠性且資金充裕的醫(yī)院建設中使用。方案三僅將IT系統(tǒng)納入UPS供電，既保證了供電可靠性，又體現(xiàn)出很的經(jīng)濟性，此方案也是手術(shù)部供配電設計中經(jīng)常使用的方案之一。方案二與方案三同時演化出手術(shù)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：把內(nèi)治療與非治療用電分開，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(shù)部的供配電設計可根據(jù)工程實際情況，結(jié)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(shù)部通常設有多間，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IT系統(tǒng)的相序，確保手術(shù)部整體三相平衡。

圖4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配電系統(tǒng)設計

《圖集》選用了2種典型的配電系統(tǒng)方案。56頁為IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)分設配電箱方案，結(jié)構(gòu)示意如圖8所示。57頁為IT系統(tǒng)與非IT系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)示意如圖9所示。2個典型的配電系統(tǒng)方案，可與2.3節(jié)中不同的手術(shù)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(cè)與二次側(cè)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(shù)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(chǔ)上，增加脈動直流保護；B型RCD在AC型功能的基礎(chǔ)上，增加脈動直流保護及直流保護。

3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(jù)JGJ 312-2013第5.4.4條：2類醫(yī)療場所除手術(shù)臺驅(qū)動機構(gòu)、X射線設備、額定容量超過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(shù)、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(nèi)離手術(shù)臺周邊水平距離1.5 m，度為2.5 m內(nèi)的區(qū)域被稱為“患者區(qū)域"，如圖10所示。根據(jù)IT系統(tǒng)設置要求及“患者區(qū)域"的示意圖可知，內(nèi)的吊塔、治療用電插座箱、無影燈應納入IT系統(tǒng)供電。照明、中央情報面板等與“微電擊"無關(guān)，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(shù)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(jié)。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(shù)設備之間一小段非故障線段極小的對地電容電流，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/警并及時消除故障，大大提了系統(tǒng)供電的可靠性。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/警裝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)生第二次接地故障時，相當于TN系統(tǒng)接地短路，斷路器動作［7］。

圖10“患者區(qū)域"示意圖

采用IT系統(tǒng)，電氣設備的正常泄漏電流值小于10μA，發(fā)生個接地故障時，故障電流值小于50μA，不會對手術(shù)患者產(chǎn)生“微電擊"；同時，發(fā)生個接地故障時，絕緣監(jiān)測裝置僅發(fā)出報/警并不切斷電源，可充分保證生命支持系統(tǒng)的電氣設備持續(xù)供電，從而保證的用電安/全。

3.2 UPS選型

依據(jù)電路結(jié)構(gòu)的不同，UPS主要分為后備式UPS、互動式UPS、在線式UPS 3種：

圖11 IT系統(tǒng)接地故障示意圖

a.后備式UPS和互動式UPS結(jié)構(gòu)類似，市電供電時逆變器不工作，切換到蓄電池供電時，將有4 ms左右的逆變器轉(zhuǎn)換延時時間，廣泛應用于家用計算機，建筑電氣設計中涉及較少。

b．在線式UPS結(jié)構(gòu)示意如圖12所示，不論市電是否正常，均由逆變器向負載供電，能有效隔離市電電網(wǎng)的電壓波動、頻率漂移等電能質(zhì)量問題，真正實現(xiàn)了對負載的穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、不間斷供電，且在市電和蓄電池間的轉(zhuǎn)換時間為零。因此，在線式UPS在醫(yī)療、通信、金融等行業(yè)應用廣泛，也是電氣設計人員應該熟悉的重點類型［8］。

按常用產(chǎn)品分類，UPS可分為工頻UPS、頻UPS：

a．頻機與工頻機*大的區(qū)別是使用IGBT替代晶閘管整流，無隔離變壓器。

b．工頻機結(jié)構(gòu)示意如圖13所示，相較于頻機，在輸入端電能質(zhì)量要求上接受度較廣。而輸出端加裝隔離變壓器，有效降低零地電壓值，在增加隔離層保護的基礎(chǔ)上對后端負載提供持續(xù)、可靠穩(wěn)定的電源供給。

JGJ 312-2013第4.4.6條規(guī)定：要求中斷供電時間小于或等于0.5 s的一級負荷中特別重要的負荷，應設不間斷電源裝置（UPS），且宜為在線式。TN-S系統(tǒng)中的不間斷電源裝置（UPS）輸出端為三相時，應加裝三相隔離變壓器并做重復接地。GB 50333-2013第11.1.3條：有生命支持電氣設備的潔凈要設置應急電源。自動恢復供電時間應符合下列要求：生命支持電氣設備應能實現(xiàn)在線切換。結(jié)合規(guī)范要求及UPS結(jié)構(gòu)特點，建議設計采用在線式工頻UPS。

圖12在線式UPS結(jié)構(gòu)示意

圖13工頻UPS結(jié)構(gòu)示意

4隔離電源監(jiān)控系統(tǒng)的選型與應用

4.1概述

隨著電子醫(yī)療設備在醫(yī)院領(lǐng)域的廣泛應用，漏電流對病人構(gòu)成的威脅也越來越大，尤其是那些生命攸關(guān)的場所，病人在手術(shù)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(gòu)成威脅。因此，對于醫(yī)療這一特殊場所的電氣設計，應嚴格按照國家標準和規(guī)范進行。安科瑞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、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。

4.2應用場所

適用于醫(yī)院的、各類、搶救室、內(nèi)窺鏡室及造影室等醫(yī)療二類場所的隔離電源系統(tǒng)的遠程監(jiān)控及自動化。

4.3系統(tǒng)架構(gòu)

4.4系統(tǒng)功能

安科瑞IT配電監(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，為各類場所的IT配電系統(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：

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IT配電系統(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。

故障報/警

將各IT配電系統(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(guān)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(diào)整和設置各IT配電系統(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。

圖形顯示功能

系統(tǒng)可以以曲線的形式，顯示各IT配電系統(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)。

4.5安科瑞產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)

5結(jié)語

供配電系統(tǒng)設計不同于一般場所的設計要配電系統(tǒng)復雜，對電源安/全性、可靠性要求更，需要電氣設計人員對國家相關(guān)規(guī)范及IEC標準有透徹的理解，更需要大家不斷學習、交流、探討，更新知識，了解*新產(chǎn)品及技術(shù)的發(fā)展，為醫(yī)院提供優(yōu)質(zhì)的供配電系統(tǒng)設計，更好地保障廣大患者的生命安/全。筆者水平有限，不足之處懇請批評指正。

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