淺談IT隔離電源在低壓配電系統(tǒng)和接地系統(tǒng)中的應用

　更新時間：2023-05-29　點擊量：367

[摘要]本文介紹了低壓配電系統(tǒng)和接地系統(tǒng)的原理和安/全性，分析了低壓配電系統(tǒng)對醫(yī)務人員、患者和醫(yī)療設(shè)備的影響，并提出了保護醫(yī)務人員和患者人身安/全、確保醫(yī)療設(shè)備安/全運行的措施。

【關(guān)鍵詞】TN－S；IT；國際電工委員會；剩余電流保護器；總等電位連接；局部等電位連接；IT隔離電源；隔離變壓器

【技術(shù)支持唯新：CDD-9888】【公從號：安科瑞能效管理解決方案】

0前言

是為患者提供手術(shù)和搶救的場所，承擔全院患者的手術(shù)和治療任務。的電氣配電系統(tǒng)和接地質(zhì)量直接影響患者和醫(yī)務人員的人身安/全，以及手術(shù)過程中醫(yī)療設(shè)備的正常使用。根據(jù)國家有關(guān)負荷分級和供電要求的標準，醫(yī)院需要是一ji負荷中特別重要的負荷，作為不允許中斷供電的場所。因此，對低壓配電系統(tǒng)的要求很，不僅要保證電氣設(shè)備突然故障時不能停電，還要保證患者及相關(guān)醫(yī)務人員的人身安/全。本研究總結(jié)了低壓配電系統(tǒng)和接地系統(tǒng)，重/點分析了兩種系統(tǒng)在的應用。

1低壓配電系統(tǒng)概述

根據(jù)國家有關(guān)電氣安/全規(guī)范的要求，間接接觸保護低壓配電系統(tǒng)主要是指TN－S系統(tǒng)和IT系統(tǒng)［1］。

1.1 TN－S系統(tǒng)

從變電站電源端引出的低壓配電系統(tǒng)為3L＋1N＋1PE線。N線和PE線是分開的。PE線基本不通過電流或電位；只有在接地故障發(fā)生時才通過故障電流。因此，電氣設(shè)備的暴露導電部分通常對地面幾乎沒有電位，更安/全。

1.2 IT系統(tǒng)

變電站電源端不做系統(tǒng)接地或電阻接地，只做保護接地，用戶端電氣設(shè)備接地系統(tǒng)做等電位連接系統(tǒng)。IT系統(tǒng)通常需要使用絕緣監(jiān)測器（IMD）監(jiān)測電氣設(shè)備的絕緣水平。當接地故障發(fā)生時，故障電流很小，因為故障電流沒有返回電源。保護接地的接地電阻R產(chǎn)生的地面故障電壓很低，不會造成電擊事故，也不會切斷電源。但IMD會發(fā)出報警信號，提示系統(tǒng)接地故障，術(shù)后停電維修。如果不及時維護和排除故障，繼續(xù)運行故障，當D二次接地故障變成短路時，這是因為各種醫(yī)療設(shè)備PE線相互連接，在某些情況下，當d一個醫(yī)療設(shè)備暴露導電部分接地故障時，接地故障電流通過PE線傳輸?shù)较噜忈t(yī)療設(shè)備的暴露導電部分，當D二個醫(yī)療設(shè)備暴露導電部分也發(fā)生接地故障時，也就是說，當D二次接地故障發(fā)生時，兩臺醫(yī)療設(shè)備的相線和PE線之間形成短路電流電路，導致設(shè)備操作人員發(fā)生電擊傷害事故。IT系統(tǒng)演變成TN系統(tǒng)或TT系統(tǒng)。IT系統(tǒng)演變成TN系統(tǒng)或TT系統(tǒng)。電器或剩余電流保護器只能通過電流保護。（RCD）強制切斷電源，導致手術(shù)間停電跳閘。IT系統(tǒng)一般不會引出N線，因為當引出N線時，IT系統(tǒng)會發(fā)生單相接地故障，相間對地電壓會升到380 V，N線對地電壓為220 V，導致醫(yī)療設(shè)備絕緣損壞；醫(yī)務人員直接或間接接觸的預期接觸電壓可達380 V，電擊死亡的風險越來越大［2］。不能提供220，因為N線沒有引出。限制了V電源電壓的應用。主要適用于對供電要求的地方。如醫(yī)院、重癥監(jiān)護病房等（ICU）等待系統(tǒng)短路導致停電危及患者生命安/全的場所。

2接地系統(tǒng)概述

接地系統(tǒng)包括總等電位連接和局部等電位連接?？偟入娢贿B接是通過進線配電箱旁邊的接地母排連接下級配電箱的PE線、建筑物的金屬結(jié)構(gòu)和接地裝置，形成大型接地系統(tǒng)。局部等電位連接是在局部場所連接各可導電部件，也可連接很近的PE線、金屬管道和建筑金屬構(gòu)件，形成局部接地系統(tǒng)。當單相接地故障發(fā)生時，局部等電位連接可以進一步降低接地電阻，進一步降低接觸電壓，這是局部等電位連接的優(yōu)點。

3低壓配電系統(tǒng)和接地系統(tǒng)的應用

根據(jù)國際電工委員會的標準，醫(yī)療場所根據(jù)醫(yī)療電氣設(shè)備與人體接觸的情況、停電的危險程度和允許間歇供電時間分為0、1、2類［3］?？捎糜谛呐K手術(shù)的醫(yī)療設(shè)備或中斷電源會導致生命危險的醫(yī)療設(shè)備。是兩種需要IT系統(tǒng)或TN的地方－TNS系統(tǒng)不允許使用－C系統(tǒng)。

上述IT系統(tǒng)在d一次接地故障時不切斷電源或電擊事故，只通過絕緣監(jiān)測器發(fā)出報警信號。d一次接地故障時，保護電器的動作特性應符合以下公式：

RA Id≤50V

RA—暴露可導電部分的接地電阻（Ω）；Id—當d一次接地故障發(fā)生時，W故障電流可以忽略相線和暴露導電部分的阻抗（A）。

為滿足上述公式的要求，應降低接地極的接地電阻RA，或減少設(shè)備對地面的正常泄漏電流，限制線路總長度［4］。因此，當d一次接地故障發(fā)生時，接觸電壓將控制在50 V以下，對醫(yī)護人員和手術(shù)患者進行現(xiàn)場操作是安/全的。根據(jù)國家電氣安/全相關(guān)規(guī)范和標準，在干燥環(huán)境下發(fā)生接地故障時，不允許預期接觸電壓＞50 V，潮濕環(huán)境下≤25 V，水下環(huán)境≤12 V。在IT系統(tǒng)故障狀態(tài)下，*允許不停電的接觸電壓只能是50 V，聯(lián)系醫(yī)護人員＞50 V可能有觸電危險。

IT系統(tǒng)用于的進線配電箱，但220用于監(jiān)護儀、呼吸機、麻醉機等醫(yī)療設(shè)備 V的電壓應為380／220 V變壓器，該變壓器不僅可以改變電壓，而且具有安/全隔離的效果。其容量≥0.5 kVA，但≤10 kVA。IT系統(tǒng)在隔離變壓器后進行局部等電位連接。在與局部等電位連接后，醫(yī)療設(shè)備的PE線仍與醫(yī)院TN相連－C－S系統(tǒng)或TN－S系統(tǒng)的PE線連接，但不能單獨接地，以免重復接地錯誤。因為如果在其他地方發(fā)生單相接地短路，當接地故障電流通過PE線傳輸?shù)秸Ｊ褂玫尼t(yī)療設(shè)備上的暴露導電部分時，當?shù)氐入娢贿B接面上的醫(yī)療設(shè)備和地面電位立即增加。與設(shè)備與地面之間無電位差相比，手術(shù)臺上的患者和相鄰操作醫(yī)療設(shè)備的醫(yī)務人員免受電擊傷害。如果重復接地，由于局部等電位連接與地面“0"電位之間的電位差，對人員的人身安/全非常不利。由于兩個接地系統(tǒng)之間可能存在電位差，通過其他PE線傳輸?shù)碾s散電流會沖進監(jiān)護儀、呼吸機、麻醉機等精/密醫(yī)療設(shè)備，干擾設(shè)備的各種參數(shù)，甚至突破精/密電路板。

TN用于的總進線配電箱－S系統(tǒng)，即3L＋1N＋1PE的接線方式。但IEC規(guī)定了與手術(shù)臺周圍的水平距離1.5 m，度為2.5 m內(nèi)被稱為患者環(huán)境。圍繞患者環(huán)境的手術(shù)臺相鄰懸臂吊塔應采用局部醫(yī)療IT系統(tǒng)供電。懸臂吊塔上的插座主要用于維持生命或手術(shù)的醫(yī)療設(shè)備。使用1：1變比單相隔離變壓器通過懸臂吊塔插座為生命支持醫(yī)療設(shè)備供電，連接當?shù)蒯t(yī)療IT系統(tǒng)中的所有醫(yī)療設(shè)備、隔離變壓器PE線端子和進線配電箱PE線端子，確保當?shù)鼗颊攮h(huán)境在當?shù)氐入娢贿B接的保護范圍內(nèi)。在等電位連接系統(tǒng)中，局部等電位連接端子板、插座PE線端子、醫(yī)療設(shè)備PE線端子、設(shè)備外可導電部件的電阻總和≤0.2Ω，使整個接地系統(tǒng)的電位差接近相等。

應在適當?shù)奈恢冒惭bIT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測的聲光信號，以便醫(yī)務人員在手術(shù)過程中進行監(jiān)測。不同顏色的燈應顯示系統(tǒng)的不同絕緣狀態(tài)。當絕緣電阻下降時，*下降到50 kΩ應發(fā)出信號。故障排除前不允許切斷，聲信號允許中止，但燈信號不得切斷。

在實際工程中，TN也可以在同一設(shè)計－S系統(tǒng)和IT系統(tǒng)插座，懸臂吊塔由IT系統(tǒng)供電，墻壁由TN供電－S系統(tǒng)供電。但要嚴格區(qū)分和標記，防止相關(guān)醫(yī)療設(shè)備混插。呼吸機、麻醉機、監(jiān)護儀、手術(shù)無影燈等醫(yī)療設(shè)備需要使用IT系統(tǒng)插座，以確保電氣設(shè)備在接地故障時不會跳閘。TN可用于其他手術(shù)輔助醫(yī)療設(shè)備－S系統(tǒng)插座。每個系統(tǒng)都有自己的過電流保護裝置和剩余電流保護器，以避免TN－過電流保護裝置或剩余電流保護器在S系統(tǒng)接地故障時跳閘，影響IT系統(tǒng)。單獨設(shè)計的優(yōu)點是降低隔離變壓器的容量和加熱，提隔離變壓器的使用壽命，使隔離變壓器能夠更好地服務于IT系統(tǒng)。

4.隔離電源監(jiān)控系統(tǒng)的選擇和應用

4.1概述

隨著電子醫(yī)療設(shè)備在醫(yī)院領(lǐng)域的廣泛應用，漏電流對患者的威脅越來越大，尤其是那些生命危險的地方。各種電極和傳感器直接插入手術(shù)或麻醉狀態(tài)下的人體，微小的漏電流可能導致患者觸電。此外，一些醫(yī)療設(shè)備用于維持重癥患者的生命。一旦設(shè)備停電，也會對患者的生命構(gòu)成威脅。因此，醫(yī)療特殊場所的電氣設(shè)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，ICU(CCU)對病房等重要場所進行監(jiān)測，可為此類場所提供安/全、連續(xù)、可靠的供電解決方案。

4.2應用場所

遠程監(jiān)控和自動化適用于醫(yī)院、各類、搶救室、內(nèi)窺鏡室、造影室等醫(yī)療二級場所的醫(yī)療隔離電源系統(tǒng)。

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(shè)計，軟件具有遠程測量、遠程參數(shù)設(shè)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(shè)置和查詢

通過系統(tǒng)，可根據(jù)要求遠程調(diào)整和設(shè)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。