浅谈医用隔离电源在医院手术室电气设计中的应用

 【摘要】简要介绍医院手术室电气设计中关于应急电源、医疗IT系统和谐波治理等方面的内容。

 

       随着国民经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，人们对于医疗服务的需求也在迅速增长。目前我国的医院手术室，一般需要专业医疗设备公司在后期进行深化设计，但是，手术室的配电系统及接地等电气设计内容，在建筑设计阶段完成。在此，本文结合近期完成的冷水江人民医院设计项目，对医院手术室电气设计过程中需要注意的几个方面做以下简析。

 

      冷水江人民医院属于地区三级乙等中心医院。项目主要包括1栋10层的门诊楼和1栋21层的住院楼，总建筑面积约7.6万m2。其中手术部设置在住院楼的4层，包括洁净手术室11间（其中100级洁净手术室1间，1000级洁净手术室4间，10000级洁净手术室6间）。另外在急诊部、分娩部、妇科以及外科设置小手术室。

 

       根据《综合医院建筑设计规范》和《医疗建筑电气设计规范》，重要手术室的照明及涉及生命安全的设备属于一级负荷中的特别重要负荷。在本项目中，采用了2路10kV电源加自备柴油发电机的方式，可以满足特别重要负荷的供电要求。2路10kV电源引自不同的35kV及以上城市区域变电站，同时供电，互为热备用。本工程的一级负荷总容量为平时1584kW（其中特别重要负荷130kW），消防时484kW。发电机的容量应满足特别重要负荷的要求、消防负荷的要求以及部分一级负荷的要求，并适当考虑经济性，Z后本项目的发电机容量确定为600kW。发电机的储油量，宜保证运行时间不小于24h。本项目发电机房设置于地下室，由于规范限制地下储油间容量不大于1m3，储油间的油箱供油时间约为6.5h，设计考虑在室外设置4m3埋地油罐，以保证发电机24h的运行时间。

 

      规范中要求手术室的自动恢复供电时间不大于0.5s，10kV电源切换和发电机自动启动都无法满足这个要求，因此在手术室设置以蓄电池为备用电源的应急电源系统。目前常用的方式为UPS和EPS两类应急电源，其特点比较如下：

       从表1可以看出，在线式UPS的优点就是切换时间为零，这对于大型电子计算机系统等不允许断电的设备供电来说是必不可少的。而手术室的呼吸机和监控仪等医疗设备，在不大于0.5s的短暂断电后重新启动，不会造成不良后果。因此，在医护手术室的应急电源选择中，采用EPS具有节能和造价方面的巨大优势。

       由于医院本身具有两路10kV电源和自备发电机，因此EPS的应急时间不需要很长，本项目中设置为60min。EPS的设置，应采用相对集中的原则，便于管理和维护。本项目中的手术部下设11间手术室,在手术部的非洁净区设配电间，EPS和手术部的配电总箱（2台总箱，电源分别引自变电所不同母线段）均设置在配电间内。

EPS接到其中一个总箱的母线上，EPS容量为120kVA，需要800×800×2200（mm）的标准配电柜5台，电所不同母线段）均设置在配电间内。EPS接到其中一个总箱的母线上，EPS容量为120kVA，需要800×800×2200（mm）的标准配电柜5台，设计中应注意配电间的面积及结构荷载。以前在参考资料上看到过EPS同时接入两台总箱的做法，理论上可以提高供电可靠性，但是配电系统过于复杂，本项目没有采用。急诊部、分娩部等处的小手术室，如果从手术部的大型EPS引备用电源，线路过长且管理不方便，本项目采用就地设置小型EPS的做法，EPS容量一般为5~8kVA。

 

       根据相关规范，手术室属于2类医疗场所，需要采用单相隔离变压器供电的医用IT系统，并且配备绝缘检测器。在《医疗建筑电气设计规范》第5.3.1条中明确规定：医用IT系统隔离变压器的一次侧与二次侧严禁设置动作于切断电源的过负荷保护，应设置短路保护。塑壳断路器可以选择不带过负荷保护的脱扣器，而医用IT系统为单相220V，常用的微型断路器无法做到这点。因此，本设计中采用熔断器进行短路保护。根据规范要求，IT系统隔离变压器二次侧需要在相线和中线上均设置熔断器进行保护。

 

       目前的医院建筑中，存在着大量的谐波源电气设备，如气体放电灯电子镇流器、变频水泵、调速电梯和X光机等大型医疗设备，这些设备产生的谐波，有可能对手术室的电子设备产生干扰，造成严重后果，因此在设计中予以认真考虑。

本项目变电所设2台变压器，采用DYn11型接线绕组，分列运行。设计中将手术室的主供电源、X光机和电梯等高谐波电气设备分别由不同的变压器供电，可以降低谐波源设备对手术室的干扰。变电所的低压母线设置有源谐波保护器，可以有效抑制系统中的谐波。设计中总是将有源谐波保护器装设于变压器低压开关柜列的末端，每台变压器的低压母线段均配置一套。谐波保护器的电流互感器应采用高精度谐波专用型，二次侧电流一般为1A。有源谐波保护器的电流规格一般按照以下公式选取：

Ithd=St×15%×K1×K2

Ithd:谐波电流(A)

St:变压器额定容量(kVA)

K1:变压器负载率，医院建筑一般不大于75%

K2：补偿系数，一般取值0.5~2.0，医疗建筑可取1.2~1.5

       本项目变压器单台容量为2000kVA，计算选用的有源谐波保护器规格为270A。在手术室的末级配电箱，设置小型无源谐波保护器。无源谐波保护器可以导轨安装，并联在电路中，吸收2kHz~10MHz频率各种能量的谐波干扰。

在设计阶段医疗设备的选型往往尚未确定，因此配电系统的谐波含量很难正确计算。设计中可以采用预留谐波保护器安装空间和接线端子的办法，待医疗建筑设备安装到位投入试运行阶段，由专业谐波治理公司进行实测确定配电系统中的谐波含量，再确定谐波保护器的规格以达到较好的保护效果。

 

6.1概述

       随着电子医疗设备在医院领域的广泛应用，漏电流对病人构成的威胁也越来越大，尤其是那些生命攸关的场所，病人在手术中或麻醉状态下，各种电极、传感器直接插入人体内，微小的漏电流都有可能导致病人触电身亡。另外有些医疗设备用于维持重症病人的生命，一旦设备停电，也会对病人的生命构成威胁。因此，对于医疗这一特殊场所的电气设计，应严格按照国家标准和规范进行。安科瑞医用IT系统绝缘监测故障定位装置及系统适用于医院的手术室、ICU(CCU)监护病房等重要场所，能为这类场所提供安全、连续、可靠的供电解决方案。

 

6.2应用场所

      适用于医院的手术室、各类重症监护室、抢救室、内窥镜室及造影室等医疗二类场所的医用隔离电源系统的远程监控及自动化。

6.3系统架构

6.4系统功能

安科瑞IT配电监控系统是基于触摸屏软件设计，软件具有远程测量、远程参数设置和远程自检等多种功能，为各类场所的IT配电系统的集中监控提供了强大的系统集成工具。软件的主要功能如下：

 

一次图和现场分布显示

系统具有一次图及现场分布图显示功能，能直观的了解并及时地发现IT供电系统的报警地点或区域，从而方便专业人员及时到达现场进行故障排查；

实时数据采集与显示

利用安装于各IT配电系统中绝缘监测仪表和绝缘故障定位仪表，采集各隔离电源系统的参数。采集到的数据实时显示在监控系统界面，这些监测参量含IT系统对地绝缘电阻、变压器负荷电流、变压器绕组温度及绝缘故障回路等。

故障报警

将各IT配电系统出现的各类故障，如绝缘故障、过载故障、超温故障以及接线断线故障等信息进行统一处理和记录，并可直接在显示界面上弹出显示故障类型、监测值、故障地点以及故障发生时间等信息。同时启动监控系统的声光报警系统，及时提醒相关人员，进行故障处理。其中，声音报警信号可被手动消除。

远程参数设置和查询

通过系统，可根据要求远程调整和设置各IT配电系统中绝缘监测仪的各类报警参数阈值，也可以任意查看这些报警参数值。参数包括绝缘报警值、负载电流报警值和隔离变压器温度报警值等。

图形显示功能

系统可以以曲线的形式，显示各IT配电系统的绝缘状况、负载状况，以及隔离变压器的温升状况，以及它们的变化趋势，以便于分管理人员了解和分析各电源系统的运行变化情况，有针对性的对某些系统进行维护和保养。

 

6.5安科瑞产品功能和技术参数

 

 

 

 

 

综上所述，医院手术室的电气设计在配电系统、应急电源配置、接地系统和谐波抑制等方面具有特殊性，设计者应根据项目的实际情况全面考虑，确定设计方案，以达到既满足要求，又节约投资的良好使用效果。

 

[1]中国建筑设计研究院，全国智能建筑技术情报网.医院建筑电气设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2011

[2]彭彤涌.浅谈医院手术室电气设计.

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版