淺談醫(yī)用IT隔離電源在特殊供配電系統(tǒng)低壓配電柜中的應(yīng)用

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

 

【摘要】同其他民用建筑配電方式不同，醫(yī)用的供配電方式具有一定的特殊性，醫(yī)療電氣需要穩(wěn)定可靠的電能環(huán)境，從而為病人提供更加安全的就醫(yī)、治療環(huán)境。目前很多醫(yī)院開始采用IT供電系統(tǒng)，利用PLC控制元件，實現(xiàn)智能化控制及通訊，這種方式不但解決了傳統(tǒng)低壓控制元件的弊端，在有效解決成本的同時，提高了低壓配電系統(tǒng)的可靠性。

【關(guān)鍵詞】醫(yī)院供配電；低壓配電；配電柜設(shè)計

      不同于普通民用建筑，醫(yī)院建筑功能具有特殊性，這是由于醫(yī)院工作特殊性決定的，基于這一點，醫(yī)院低壓供配電方式也具有特殊性，在醫(yī)院這一特定的環(huán)境里，電路系統(tǒng)一旦出現(xiàn)漏電、供電不穩(wěn)等問題，很容易對就醫(yī)病人造成生命危害，因此醫(yī)院電氣設(shè)計安全要求極為嚴格。尤其在重癥監(jiān)護室、手術(shù)室等關(guān)系病患生命安全的場所。很多醫(yī)院為了提高供配電安全，在一些特殊場所采用了IT供電系統(tǒng)，即醫(yī)用隔離電源，其主要目的在于為這些特殊場所提供安全穩(wěn)定的供電環(huán)境，以保證醫(yī)療設(shè)備的正常運行，保證病患安全。基于這一點本文針對一種醫(yī)用低壓配電柜設(shè)計進行簡要分析。

     (1)系統(tǒng)主空開關(guān)并和配電柜門之間設(shè)有機械聯(lián)動裝置，確保只要在主空開關(guān)斷后才可打開柜門(可為專用人員設(shè)有“后門")滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準要求。(2)系統(tǒng)設(shè)有急停按鈕“E—OFF"和主功率恢復(fù)按鈕“mainpoweron"。不管系統(tǒng)工作在何種狀態(tài)，按下“E—OFF"鍵，系統(tǒng)所有功率部分均被斷開，系統(tǒng)各部分處于無電狀態(tài)(包括UPS輸出)。按下“mainpoweron"鍵，系統(tǒng)立刻恢復(fù)到從前(除PDU分路需要人工干預(yù))工作狀態(tài)。(3)除PDU分(thePowerDistil—butionUnit(PDU))在啟動時需要人工干預(yù)(無停電后重啟功能)。其他各分路在停電后有延時重啟功能，且延時時間可設(shè)制(0s～30s)。(4)分路設(shè)置有各自的分路開關(guān)，實現(xiàn)獨立的開關(guān)功能，同時也設(shè)置獨立的狀態(tài)顯示，從而實現(xiàn)分路狀態(tài)的單獨指示。

3如何有效實現(xiàn)配電柜功能

     (1)專用的隔離變壓器是IT供電系統(tǒng)發(fā)揮作用的裝置，大型醫(yī)院供電系統(tǒng)為了確保供電的持續(xù)性、安全性，使醫(yī)用隔離變壓器。由于這種專門的供電系統(tǒng)電源端不會設(shè)置接地導(dǎo)體，因而即便發(fā)生單相接地，由于回路阻抗大，也不會發(fā)生回路電流過大的故障，僅僅構(gòu)成對地電容回路。因而不容易出現(xiàn)點擊危險，無需切斷電源，如此供電系統(tǒng)可以不間斷的持續(xù)供電。但是若系統(tǒng)再次出現(xiàn)接地故障，則關(guān)閉電源，對發(fā)生故障的回路進行全面檢查。除此之外，在系統(tǒng)中需要設(shè)置絕緣監(jiān)測設(shè)備，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)絕緣故障，監(jiān)測設(shè)備可以及時發(fā)出報警，使得線路故障可以被及時發(fā)現(xiàn)、排除。基于這種功能特性，IT供電系統(tǒng)的持續(xù)性、穩(wěn)定性、安全性相較于傳統(tǒng)供電系統(tǒng)更為可靠。

     (2)IT供電系統(tǒng)變壓器外殼需要聯(lián)結(jié)局部等電位以及端子板，并保證其二次線圈額定電壓U=120V。在IT供電系統(tǒng)中，提高系統(tǒng)供電安全性、穩(wěn)定性的核心在于對系統(tǒng)回路對地電容進行降低，對回路絕緣阻抗進行提高。基于這一點，在進行低壓配電柜設(shè)計時需對系統(tǒng)容量盡可能減少，對分支回路數(shù)盡可能縮減，對配電線路長度盡可能縮短，同時設(shè)置可靠的線路絕緣防護。

     (3)這種應(yīng)用在lT供電系統(tǒng)的隔離變壓器主要使用熔斷器作為短路保護裝置，而不是使用過負荷保護，由于在上下級饋電回路中設(shè)置熔斷器，在絕緣監(jiān)測裝置的監(jiān)測下，不但可以有效了解系統(tǒng)狀態(tài)，還可以對系統(tǒng)變壓器運行狀態(tài)、過負荷狀態(tài)等進行監(jiān)測，一旦有異常狀況出現(xiàn)，絕緣監(jiān)測就會發(fā)出警報，降低了由于系統(tǒng)發(fā)熱過度、漏電等引發(fā)的安全事故。機柜外殼設(shè)計達到IP2X的要求標(biāo)準；柜門與主開關(guān)具有聯(lián)鎖裝置，確保斷電后才可開啟柜門，符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準要求；柜內(nèi)帶電的接頭和端子均采用絕緣防護且滿足IP2X標(biāo)準；對控制操作部分采用PELV(安保特低電壓)設(shè)計；柜內(nèi)具有良好的等電位接地連接。

三相總輸入經(jīng)空開引入，通過三相匯流端子，給5個分路供電。總開關(guān)和各分路開關(guān)下級設(shè)接觸器和熔斷器，實現(xiàn)輸出控制和電流三段保護。

3．2．1選擇科學(xué)合理的斷路器

    (1)如何選擇斷路器極限分斷能力。分段器的選擇中首先應(yīng)當(dāng)選擇合理的極限分斷能力，保證該回路發(fā)生短路時其短路電流小于斷路器分斷能力，與此同時使用級聯(lián)技術(shù)將上級斷路器同下級斷路器聯(lián)系起來，能夠有效提高斷路器的分斷能力，選型時可適當(dāng)結(jié)合實際要求參考生產(chǎn)廠商所提供的級聯(lián)表。(2)如何選擇斷路器額定電流。在進行斷路器的額定參數(shù)選擇時，需要將上下級斷路器考慮在內(nèi)。斷路器額定電流作為重要的額定參數(shù)，其選擇取決于斷路器所保護的下級用電設(shè)備的額定電流，此時需要保證斷路器額定電流大于下級用電設(shè)備額定電流。此外，斷路器使用范圍環(huán)境溫度超過40℃或海拔超過3km則需要進行降容。綜合考慮設(shè)計要求和實際使用要求，最終保證額定參數(shù)適宜科學(xué)。(3)如何確定斷路器脫扣特性。由于使用環(huán)境不同，為了提高斷路器的適用性，通常設(shè)置有不同的電磁脫扣特性，配電設(shè)計中需要依照配電柜的實際要求，選擇脫扣特性。一般情況下，斷路器設(shè)置有B、c、D三種脫扣特性。一般斷路器都會選擇c脫扣特勝，也有特殊斷路器選擇另外兩種特性。

3．2．2導(dǎo)線的選擇

    對分路容量進行確定，即對各個分路所需要設(shè)置的斷路器額定參數(shù)進行確定，完成斷路器的確定后即確定各個分路所需導(dǎo)線參數(shù)。需要注意的是，確定分路導(dǎo)線時保證設(shè)置在該分路上的分斷保護設(shè)備額定參數(shù)小于導(dǎo)線額定電流，從而確定分路電流分斷保護設(shè)備可以發(fā)揮應(yīng)用作用。除此之外還需要  結(jié)合廠家所提供的選型表確定導(dǎo)線規(guī)格。

3．2．3其他元件的選擇

    除了導(dǎo)線參數(shù)的選擇，以該回路電流的分斷保護器額定值為基礎(chǔ)確定其余回路設(shè)備的額定值是選件選擇的基本原則，也是確保回路上繼電器、交流接觸元件以及變壓器能夠發(fā)揮應(yīng)有作用的基礎(chǔ)要件。保證分斷保護裝置額定值小于上述元件額定值，如此才能有效發(fā)揮保護裝置的保護作用。除此之外，上述元件的選擇也需要結(jié)合廠家提供的選型表。

3.3控制部分的設(shè)計

    電路邏輯控制通過PLC予以實現(xiàn)，即可編程控制器。PLC主要采用兩路實現(xiàn)選擇性輸入，一路通過變壓器進行變壓，當(dāng)電壓變?yōu)?20V后從總輸入下方引入；另一路則直接通過UPS的輸出端進入。第一路為優(yōu)先引入路，若第一路發(fā)生故障、斷電，則自動切換引用第二路。PLC具有內(nèi)置電容，即便停電1年，其內(nèi)部控制數(shù)據(jù)也可以完好保存。

4醫(yī)用隔離電源監(jiān)控系統(tǒng)的選型與應(yīng)用

    隨著電子醫(yī)療設(shè)備在醫(yī)院領(lǐng)域的廣泛應(yīng)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(dǎo)致病人觸電身亡。另外有些醫(yī)療設(shè)備用于維持重癥病人的生命，一旦設(shè)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(shè)計，應(yīng)嚴格按照國家標(biāo)準和規(guī)范進行。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(shù)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。

4.2應(yīng)用場所

    適用于醫(yī)院的手術(shù)室、各類重癥監(jiān)護室、搶救室、內(nèi)窺鏡室及造影室等醫(yī)療二類場所的醫(yī)用隔離電源系統(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(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。

      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)束語

      IT供電系統(tǒng)在很多特殊領(lǐng)域的實際應(yīng)用中收到了良好的效果，并且該系統(tǒng)的漏電電流相對較小，可以進行帶故障運行，基于這一點，IT共供電系統(tǒng)應(yīng)用于醫(yī)院等特殊領(lǐng)域，相比較TN系統(tǒng)配電方式，抗干擾性更強。TN系統(tǒng)中發(fā)生的接地故障大多數(shù)由金屬短路造成，因而回路中會產(chǎn)生較大的故障電流，致使斷路器發(fā)生過流保護動作，切斷電流，導(dǎo)致系統(tǒng)供電終止，這很大的影響了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而IT供電系統(tǒng)則有效解決了這一問題，因此能夠滿足在地下礦井、大型醫(yī)院、石油化工等特殊領(lǐng)域供電需求，發(fā)展前景廣闊。

     [1]董保生．低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備[M]．北京：中國標(biāo)準出版社．2006．

     [2]吳曉亮．醫(yī)用低壓配電柜(MDP)的設(shè)計[J]．河北省科學(xué)院學(xué)報，2011(6)：49—52．

     [3]黃兢．低壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的絕緣配合．北京：中國標(biāo)準出版社，2008

     [4]尹俊偉. 特殊供配電系統(tǒng)低壓配電柜設(shè)計分析

     [5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022年05版.

 

作者簡介：任運業(yè)，男，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事醫(yī)用IT隔離電源系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用。