(一)醫用隔離變壓器系統簡介
一、醫用隔離變壓器系統(即IT中性點不接地供配電系統)有其必要性:
1.醫用隔離變壓器系統因降低了接觸電壓和電網對地漏電流(有效控制對心臟的直接漏電流),故人身觸電危險被降到最小程度。
眾所周知,當用電設備對人體心臟直接漏電大於10uA時,會造成對病人的微電擊事故。而在一般通用建築中所採用的RCD、ELCB等對地漏電保護開關,其動作回響值是mA級(如:30mA),遠遠不能滿足醫療領域的需要。
因此,現在國際上對醫療領域中的手術室、ICU、CCU等重要場所通常採用局部“中性點不接地的供電系統”(即“IT系統”或稱“隔離電源系統”)供電。通過單相3KVA-10KVA的隔離變壓器給這些場所供電,首先可以防止其它供電迴路中的漏電流通過接地線竄入手術室、ICU、CCU的醫療電氣設備上對病人的安全構成威脅;另外,一旦隔離電源上所接的負載(如各種醫療電氣設備)出現對地故障,因對地不能構成迴路,只能產生一個很小的容性漏電流,極大地保護了病人免遭漏電流的傷害。
2.當電網負載端出現第一個絕緣故障點時,不會引起電源空開動作(跳閘),保證了供電的連續性。
在醫療領域,某些場所對供電持續性要求很高,故設計成兩路(甚至三路)電源(接地供電系統)自動切換,以保證這些特殊場所的供電連續性。但如果在負載端出現相對絕緣故障時,故障電流將經過電源中性點對地構成迴路,從而形成一個較大的故障電流,使上一級空開或熔斷器動作,最終導致供電中斷。而如果在這些特殊場所局部採用IT配電系統時,因其電源中性點不接地,當負載端出現第一點相對地絕緣故障時,因其對地不能構成迴路,只會產生一個很小的容性漏電流,對人體不會產生危害,同時也不會導致空開動作,從而保證了手術室供電的連線性。
3.降低了對地漏電流,故提高了防火安全性。
二、醫用隔離變壓器系統國內/外相關規定:
許多國家和國際標準都對醫療領域,尤其是那些生命攸關的場所,如手術室、重症監護室、心臟監護室等的電器作了特殊的規定。其目的就是保證為該場所內的醫療電器提供一個安全可靠的電源,以確保病人的安全。相關標準如下:
德國DINVDE0107
美國NFPA99-1993
芬蘭SFS6000
奧地利OEVE-EN7
法國NFC15-211
義大利CEI64-4
澳大利亞AS2500
英國HTM2007/2014,BS7671
巴西NBR13543
IEC(國際電工協會)6034-7-710
醫用隔離變壓器系統在國際電工協會IEC60364標準中規定,在醫療領域,由電網電源供電,用於維持生命或外科手術的醫療電器設備,以及用於手術室照明和類似照明設備,額定電壓超過AC25V或DC60V的設備,必須使用帶絕緣電阻監視儀的IT系統。
醫用隔離變壓器系統在我國《民用建築電氣設計規範》中14.7.6.3中規定“在電源突然中斷後,有招致重大醫療危險的場所,應採用電力系統不接地(IT系統)的供電方式”;14.2.8中規定“IT系統必須裝設絕緣監視及接地故障報警系統或顯示裝置”。以及我國2002年11月26日發布、12月1日開始實施的《醫院潔淨手術部建築技術規範》8.3.1.3中規定“潔淨手術部用電應從本建築物配電中心專配供給。根據使用場所的要求,主要選用TN-S系統和IT系統兩種形式”;8.3.2.3中規定“潔淨手術室內的電源宜設備漏電檢測報警裝置”;8.3.4.2中規定“心臟外科手術室必須設定有隔離變壓器的功能性接地系統”等相關規定。
三、醫用IT電源系統工作原理:
1、醫用隔離變壓器系統的原理
醫用隔離變壓器系統,簡單說就是隔離變壓器和絕緣監視儀以及報警終端三個放在一起。供電原理很簡單,說白了就是利用隔離變壓器把TN供電變成不接地的IT供電,實際上一個隔離變壓器就能實現套用的功能,但考慮到系統的長期穩定性,才會放上絕緣監測儀進行線上的實時檢測整體的絕緣水平。
醫用隔離變壓器系統的電源端不接地或經高阻抗接地,其電氣裝置的外露導電部分,被單獨地或集中地通過保護線(PE)接至接地極。在實際套用中,IT系統一般與TN或TT系統通過隔離變壓器進行隔離。在正常情況下,系統中僅存線上路對地電容的微小泄漏電流。圖1所示為IT系統發生第一次接地故障示意圖,當系統發生第一次單相接地故障時,故障電流為兩非故障相對地電容電流的相量和Id,由於這個電流值甚小,不會造成人身電擊或者其它事故,也不會切斷電源,保證了系統供電的連續性。但是如果不及時排除故障,當第二次另一相發生接地故障時,相當於形成相間短路,使過電流保護裝置動作,引起供電的中斷,這對於重要的供電場所來說,是不允許的。
為了防止上述短路故障的發生,T系統應設定絕緣監測器。這樣當系統發生第一次接地故障時,絕緣監測器就能及時檢測出該接地故障,並通過報警裝置發出報警信號(通常是聲光報警信號),提醒工作人員趕在第二次發生異相接地故障前及時排除故障,消除隱患,從而有效地保證系統供電的連續性。可以在系統中安裝專門的故障檢測儀,當絕緣監測檢測到絕緣故障時,給故障檢測儀一個啟動信號,故障檢測儀開始逐路檢測,也可以利用手執式故障定位設備對可能出現故障的迴路進行逐點排查,最終找到故障點並顯示故障點的位置,這樣就極大地方便了工作人員進行故障排除。
為了保證系統供電的連續性,國家《建築物電氣裝置第7-710部分:特殊裝置或場所的要求—醫療場所》GB16895.24-2005/IEC60364-7-710:2002710.53.1條規定:“……醫用IT系統的變壓器進出線迴路不允許設定過負荷保護……”,以防止系統過負荷時保護開關切斷電源。這就要求系統中的絕緣監測器必須同時還具有負荷檢測和過負荷報警功能。在一些重要的場所,由於隔離變壓器持續不斷地工作,可能溫度過高而導致隔離變壓器工作異常。因此絕緣監測器還需要實時檢測變壓器的溫度,當其溫度過高時,應有相應的超溫報警信號,以提醒相關人員及時處理。由上面的分析可知,一個典型的單相IT系統,其組成設備主要包括:隔離變壓器、絕緣監測器、電流互感器,以及外接報警與顯示儀,見圖2。
醫用隔離變壓器系統中,絕緣監測儀具有系統絕緣檢測、系統過負荷檢測和變壓器溫度檢測功能,以及相應故障的報警與顯示功能,一般安裝在現場的終端配電櫃中。外接報警與顯示儀則用於集中顯示相應的檢測值,並具有超限報警功能,一般安裝在位置明顯的地方,方便人員查看,如手術室IT系統的外接報警與顯示儀通常安裝在醫院手術室的情報面板上。
2、醫用隔離變壓器系統的特點
a.醫用隔離變壓器系統由於電源端帶電導體不接地,即使系統發生單相接地故障也只能通過系統對地電容構成迴路,故障迴路阻抗極大,故障電流極小,發生電擊的危險很小,所以不必及時切斷電源來防電擊,從而維持供電不間斷,只有在發生第二此接地故障時才要求切斷電源。同時,安裝在系統中的絕緣監測器能及時地檢測並給出系統絕緣故障報警信號,提醒工作人員及時排除故障。因此IT系統是一個連續、可靠的供電系統。
b.醫用隔離變壓器系統中的絕緣監測器,一方面實時監測系統的絕緣狀態,另一方面還檢測系統的過負荷和變壓器的溫升狀態,一旦出現異常立即報警。因此IT系統能夠減少因系統發熱、漏電等原因引起的電氣火災事故,大大提高了系統的防火安全性。c.在IT系統中,提高迴路的絕緣阻抗降低迴路對地電容,是提高系統安全性與可靠性的關鍵。因此在系統設計時要儘量縮短系統配電線路的長度,減小系統容量,減少系統分支迴路數,並做好線路的絕緣防護措施。這也就限制了IT系統僅能用在重要的局部的供電場所,如化工、製藥企業的一些程式控制生產線,醫療場所的手術室、重症監護室等場所。
3、醫用隔離變壓器系統在新改擴建醫院中的設計與套用
1.)醫用隔離變壓器系統在醫療領域所有的以檢查或治療為目的,與病人直接接觸的設備(包括其導線),有三種套用情況:
●套用組0類:該醫療場所內沒有使用電網電源的醫療電器設備。
例如:門診室、候診室、按摩室等
●套用組1類:該醫療場所內有使用電網電源的醫療電器設備,這些設備沒有任何部件插入病人體內的。
例如:病房、產房、X光室等
●套用組2類:該醫療場所有使用電網電源的醫療電器設備,這些設備用於心臟或人體內部手術、對病人進行實時監視或用於維持病人生命等作用。
例如:麻醉室、手術室、手術準備室、手術石膏室、手術恢復室、心臟導管插入室、重症監護室、心臟監護室、血管造影檢查室、早產兒監護室等
醫用隔離變壓器系統在套用組2類的醫療場所,必須使用帶絕緣電阻監視的隔離電源系統(IT系統)。在套用組0類和1類的醫療場所,可使用帶漏電流保護的接地系統,即TN-S系統。
2.)醫用隔離變壓器系統被建議接入的用電設備:
a)呼吸機b)恆溫培養箱
c)透析設備d)麻醉設備
e)病人監護設備f)高頻外科設備
g)輸液泵h)注射泵
i)心肺機j)心力記錄器
k)脈壓機l)心律電子脈衝調節器等
3.)醫用隔離變壓器系統在手術室/ICU病房/CCU病房的基本配置:
⑴隔離變壓器
⑵絕緣監視儀
⑶變壓器負載和溫度監視設備
⑷外接報警顯示設備
醫用隔離變壓器系統根據國際電工協會(IEC)有關規定,IT供電系統需要包括絕緣監視儀、隔離變壓器、變壓器負載和溫度監視設備、外接報警顯示設備,因此許多國際與國家標準認定,使用IT供電系統是醫療場所供電安全可靠的關鍵。同時因醫用IT供電系統因為使用情況的特殊性,還有四個必要要求:·第一個絕緣故障的發生不會導致保護裝置動作切斷供電,以至維持生命設備出現故障或停止工作·醫療電器設備可以正常工作·故障電流被減小到安全範圍內·由於供電故障被避免,因此手術室不會發生突然停電事故IEC60364-7-710:2002-11要求第二類醫療場所全部使用IT供電系統(不接地系統)710.713.1.5第二類醫療場所中,IT供電系統套用於:·為醫療電氣設備和生命維持系統供電的迴路·患者區域內的其他設備下列房間需要特別注意:麻醉室手術室手術準備室手術恢復室心臟導管插入室重症監護室血管造影檢查室早產兒監護室
醫用隔離變壓器系統在各個手術室和重症監護室分別採用獨立的IT供電系統,所有的IT系統由手術部與ICU總配電櫃通過TN-S系統配電。各IT系統的絕緣監測器及總配電櫃內的剩餘電流監測設備又通過基於Modbus協定的RS485匯流排將各個監測信號反饋到手術部的中央監控室內,並由中央控制室的上位機通過中央控制系統軟體進行集中監控。各個IT系統與TN-S系統的運行狀態,都可以顯示在中央監控室的上位機上,方便工作人員對系統進行集中監控與管理。
醫用隔離變壓器系統在各類手術室和重症監護室根據各系統容量分別配置單獨的IT系統,主要的醫療儀器、無影燈、多功能吊塔等用電設備須從IT系統中取電。照明燈、觀片燈和電動門等可以不從IT系統取電。絕緣監測儀時刻監測IT系統的絕緣狀態,並在系統出現故障時給出報警信號,外接的報警與顯示儀通過RS485接口與絕緣監測儀進行實時的數字通信,顯示絕緣監測儀的檢測結果,並在報警時發出聲光報警信號。除了絕緣監測設備外,系統還配置了絕緣故障測試儀和絕緣故障評估儀。絕緣故障測試儀能夠線上查找故障發生的迴路,它和絕緣監測儀一起工作,當絕緣監測儀探測到系統絕緣故障後,絕緣故障測試儀立即開始故障定位,由絕緣故障評估儀周期性地送出一個特殊的測試電流,測試電流流經故障部位,由電流互感器探測,並由電子評估儀對故障迴路進行評估,評估的結果送報警與顯示儀中顯示。
醫用隔離變壓器系統同時還配置了絕緣故障定位設備,在發現系統絕緣故障的同時,能及時定位出現故障的迴路,這極大地方便了工作人員了解系統狀態並及時排查故障,從而有效地保證了醫療IT系統的安全性與可靠性。
4、醫用隔離變壓器系統在醫療場所套用時的注意事項
由於醫療場所具有其特殊性,因此在進行醫用隔離變壓器系統設計時應特別注意以下幾點:
a.醫用隔離變壓器系統必須採用醫療場所供電用隔離變壓器,並應符合國標《電力變壓器、電源裝置和類似產品的安全第16部分:醫療場所供電用隔離變壓器的特殊要求》的要求。
b.為了降低醫療系統對地電容,提高絕緣強度,醫用隔離變壓器系統的配電箱要儘量安裝在使用場所附近,並儘可能減小系統容量以及系統分支數,儘量縮短系統配電線路的長度。
c.對於心臟手術等手術設備與人體心臟直接接觸的手術室,要充分做好防電擊措施。有時候僅靠帶絕緣監測的IT系統是不夠的,還應做好局部等電位聯結,使保護區內所有可導電的部分都處於同一電位水平上。
帶有絕緣監測的醫用隔離變壓器系統能夠為局部場所提供安全、可靠、連續的供電,這是其它系統無法媲美的。因此在一些重要的生產加工場所、醫療場所,以及重要的設備運行場所,可以優先考慮使用IT系統。目前我國還沒有出台關於IT系統絕緣監測產品方面的規範、標準,國內用於IT系統絕緣監測和故障點定位的產品也為數不多。因此,在期待國家標準儘快出台的同時,尚需努力開發出各類用於IT系統的絕緣監測設備與故障點定位設備。相信在不久的將來,隨著人們對IT系統的充分認識,IT系統也會得到越來越廣泛的套用。
(二)醫用隔離變壓器系統品牌簡介
1,德國格力馬
ESA格力馬公司多年以來,一直致力於為醫院等醫療場所提供安全、穩定的供電解決方案。其研發的HospEC®系列產品為醫院等醫療場所提供主變電室方案、主建築物低壓變電、配電室方案、醫院智慧型網路管理系統、FolioTec醫用控制臺和報警系統、重要醫療場所(手術室、ICU、CCU病房)等的IT隔離供電系統等。ESAGrimma在它的宣傳手冊中提到:病人是醫院或醫療機構所有活動的中心,所有員工的努力都是為了照顧和治療病人。如果電力供應突然中斷,病人的康復甚至健康就會受到影響甚至威脅。重症監護室(ICU)中的時間非常寶貴,可靠的電氣系統尤為重要。因此使用最新的、最穩定的電力供應系統對醫院來說是至關重要的。這也是ESA公司開發HospEC®系統的原因。HospEC®系統嚴格執行ICE60364第7-710部分的各項規定,旨在為醫療機構提供穩定的電力供應。獨立檢測實驗室持續監督本公司的發展,保障了本公司產品的質量穩定;本公司和具有豐富經驗的策劃工程師、檢測工程師、“委員會(DKE)成員以及TÜV工作站保持經常聯繫,以保證本公司產品的最高安全性。HospEC®系統可靈活彈性設計,所以能夠被運用在許多不同的範圍。它設計簡單、安裝容易,使運轉和維修都明顯的節省了成本。格力馬為客戶提供個性化諮詢、項目設計、產品供應和安裝調試等一條龍服務。合作夥伴和客戶包括ABB、西門子、ALSTOM、德國鐵路等許多跨國企業及世界各大醫院。公司希望能把ESA格力馬公司在以上領域裡多年積累的世界先進技術、理念和產品帶入中國,為中國經濟的發展作出一份貢獻。
2,芬蘭澄諾灝亞(CNHY)
1912年,來自芬蘭坦佩雷市的澄諾灝亞先生(CHINAHOYA)建立了一家專業生產醫用隔離變壓器系統的工廠,迄今已有百年歷史。澄諾灝亞(CNHY)位於北歐斯堪的納維亞半島芬蘭共和國的坦佩雷市。坦佩雷位於芬蘭西南部,距首都赫爾辛基180公里,人口19萬,是芬蘭第三大城市。坦佩雷地處兩大湖泊之間的狹長地帶,風景優美,貫穿市中心的坦梅爾河是坦佩雷工業的發源地。早在19世紀,坦佩雷就已成為芬蘭的工業中心,素有“芬蘭的曼徹斯特”之稱,紡織、機械、電氣久負盛名。自1912年澄諾灝亞(CNHY)專伺研發生產醫用IT電源系統以來,已先後為世界各大醫院提供了大量高精尖的電氣安全產品及服務,其醫用IT系統在歐美市場占據50%以上的市場份額,是世界上一流的醫用電氣安全供貨商。澄諾灝亞(CNHY)產品質優價廉服務周到,是各大三甲醫院首選品牌。芬蘭澄諾灝亞電氣控制有限公司是芬蘭首批通過ISO-9001:2000質量體系認證的企業。公司產品通過了IEC國際電工組織、芬蘭SFS6000等認證,其年營業額在2000萬歐元以上。公司雄厚的技術研發力量和紮實的售後服務使得公司取得了飛速發展。芬蘭澄諾灝亞電氣控制有限公司致力於醫院安全供配電百餘年,在醫院與手術室安全供電組件設計與製造界處於領先地位,為多家醫院提供了可靠的供電設備,其產品在歐美十分暢銷。例如知名的聖路易斯醫院,盧森堡伊莉莎白女皇醫院都採用CNHY的供配電產品。諾灝亞(CNHY)是世界上僅有的幾家能夠提供最先進,最安全,最穩定的醫院專用供配電產品的公司之一。澄諾灝亞還在法國、瑞典、俄羅斯和中國都設有分支機構或代表處。
3,西班牙塞里克魯
塞里克魯電源系統(北京)有限公司(SALICRUPOWERSYSTEM(BEIJING)CO.,LTD.,以下簡稱北塞或SALICRUBEIJING)是由西班牙SALICRU公司投資的中國獨家子公司.是西班牙(中國)商會會員。公司自1994年成立以來,一直作為世界著名電源製造商---西班牙第一大電源公司西班牙SALICRU公司在中國的獨家公司,獨家生產和經營SALICRU的產品,至今已有15年歷史,SALICRUBEIJING一直是西班牙SALICRU公司在中國的銷售和服務總部和中國地區辦事處所在地,全面負責中國地區的SALICRU的UPS、ILUEST、穩壓電源、直流電源、應急電源等產品的經營、銷售、服務和市場管理等業務。SALICRUBEIJING公司除了擁有西班牙SALICRU公司的德國TUV-ISO9001國際質量認證、ISO14001環保認證和CE認證外,在中國還擁有英國UKAS-ISO9001國際質量認證。
4,義大利康泰歐
,義大利康泰歐公司提供RI系列的絕緣監視儀,型號分別為HRI-R22,HRI-R24,HRI-R40。通常用於電壓在AC230V(單相或三相系統)和AC/DC24V(單相系統)的醫療區域。儀器可以檢測絕緣狀況,負荷電流狀況,變壓器溫度狀況,可以做到數字顯示,並且提供RS485通訊接口以及MODBUS-RTU通訊協定或者您需要的通訊協定。以上參數用戶可以根據需要進行不同的選擇和組合。
以上進口品牌產品均符合以下標準或規範:中國《醫院潔淨手術部建築設計規範》GB50333-2002,中國《民用建築設計規範》JGJ/T16-92,國際電工委員會《建築物電氣裝置:特殊裝置或場所-醫療場所》IEC60364-7-710:2002