潔凈手術室配電系統(tǒng)

摘  要：闡述了醫(yī)療IT配電系統(tǒng)潔凈手術室電源的電氣設計及必要性，介紹了IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測功能的擴展：IT系統(tǒng)過負荷檢測，IT系統(tǒng)隔離變壓器溫度檢測，IT系統(tǒng)接地故障定位檢測，以及絕緣監(jiān)測、各類檢測的中央監(jiān)控系統(tǒng)。

關鍵詞：潔凈手術室　醫(yī)療IT系統(tǒng)　絕緣監(jiān)測　醫(yī)用隔離電源柜

1　前言

隨著醫(yī)療電子電器技術的飛速發(fā)展，現(xiàn)代醫(yī)療日益依賴于電氣和電子設備。人們對醫(yī)院手術室的環(huán)境要求越來越高，過去的一些設計遠不能滿足人們對安全保障的要求。尤其是手術室中大量設備觸及人體內臟和大腦等器官，如發(fā)生電氣漏電故障，很容易發(fā)生電氣事故。如何保護醫(yī)院的病人以及醫(yī)護人員不受漏電事故的傷害已經變得非常重要，已經受到了外的繼電保護專家和醫(yī)生們的普遍關注。許多國家和標準都對醫(yī)療領域，尤其是那些生命攸關的場所，如手術室﹑重癥監(jiān)護室﹑心臟監(jiān)護室等處的醫(yī)用配電系統(tǒng)做出了特殊規(guī)定，其目的就是保證為該場所內的醫(yī)療電器設備提供一個安全可靠的電源，以確保病人的安全。

2　醫(yī)療IT配電系統(tǒng)的必要性

2.1 電擊對人體的傷害

電流流入人體主要有三種后果。首先是灼傷，特別是在電流流入和流出人體的地方。其次是肌肉的麻痹，它可能短暫地使呼吸停止。第三是電擊造成心臟發(fā)生心室纖維性顫動，這種心室纖維性顫動會造成心室和心瓣膜的失調，從而使血液循環(huán)停止。前兩種結果會使人感到不適，但很少造成持久性損傷，而發(fā)生心室纖維性顫動則需盡快進行處理，否則會造成腦損傷或死亡。

在正常情況下，人體對電擊的自然反映可以避免或減少電流對人體的傷害。*，人體的皮膚電阻可以限制流過人體的流量。，肌肉在受到電擊時會收縮，一般能夠使人體迅速脫離電源。但是*，當用電設備對人體心臟直接漏電電流大于10uA時，就會導致病人死亡，在醫(yī)學上稱之為微電擊。在醫(yī)療過程中，為了進行各種目的的測量、診斷或治療，病人常常和各種電氣設備連接，電有可能進入人體或牢固地附著在人體表面（如：心電圖、腦電圖），還可能從人體內導出液體，經過處理后再輸入體內（如：腎透析），這些將使人體失去皮膚電阻的保護。當病人處于麻醉狀態(tài)，或因痛覺喪失失去了對電擊的自然反映，會導致人體不能自行脫離電源，從而對病人造成生命危險。

2.2 醫(yī)療IT配電系統(tǒng)設計的相關規(guī)定

一般通用建筑中所用的RCD等對地漏電保護開關，其動作響應值是m*（30mA），遠遠不能滿足醫(yī)療領域的需要。因此，現(xiàn)在上對醫(yī)療領域中的手術室﹑ICU﹑CCU等重要場所，除了按要求做局部等電位聯(lián)結外，配電系統(tǒng)通常采用局部中性點不接地的供電系統(tǒng)（即IT系統(tǒng)或稱隔離電源系統(tǒng)）供電。通過單相3KVA-10KVA的隔離變壓器給這些場所供電，首先可以防止其它回路中的漏電電流通過接地線竄入手術室﹑ICU﹑CCU的醫(yī)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負載（如各種醫(yī)療電氣設備）出現(xiàn)對地故障，因對地不能構成電氣回路，所以只能產生一個很小的容性漏電流，可控制對心臟等器官的直接漏電流，大地保護了病人免造漏電流的傷害。

同樣也出臺了相對應的安全設計規(guī)范?！睹裼媒ㄖ姎庠O計規(guī)范》第12.8.6 條規(guī)定：在2 類醫(yī)療場所內，用于維持生命、外科手術和其他位于“患者區(qū)域”內的醫(yī)用電氣設備和系統(tǒng)的供電回路，均應采用醫(yī)療IT 系統(tǒng)。另《醫(yī)院潔凈手術部建筑技術規(guī)范》第8.3.4 條第2 款規(guī)定：心臟外科手術室設置有隔離變壓器的功能性接地系統(tǒng)。國標《建筑物電氣裝置第7 - 710部分：特殊裝置或場所的要求——醫(yī)療場所》（GB 16895.24–2005 / IEC 60364–7– 710：2002），對醫(yī)療場所做了相應的劃分。在病人體表或體內使用的實時監(jiān)控儀器；用于手術的儀器設備；維持病人生命和軀體功能的設備；用于打開心臟、大腦的設備。在此類場合醫(yī)療設備電源中斷會引起病人生命危險；微弱的漏電流會產生‘微電擊’。在2類場所中每個房間至少配備一套醫(yī)用IT電源供電（隔離供電電源），該電源系統(tǒng)安裝絕緣監(jiān)視儀。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﹑重癥監(jiān)護室﹑心臟監(jiān)護室﹑血管造影檢查室﹑早產嬰兒監(jiān)護室等。均屬于2類場所在應用組2類的醫(yī)療場所，使用帶絕緣監(jiān)視的隔離電源系統(tǒng)，即IT系統(tǒng)。

2.3 醫(yī)療IT配電系統(tǒng)的特點

a. 由于系統(tǒng)電源端帶電導體不接地，即使系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障也只能通過系統(tǒng)對地電容構成回路，故障回路阻抗大，故障電流小，發(fā)生電擊的危險很小，所以不必及時切斷電源來防電擊，從而維持供電的不間斷，只有在發(fā)生此接地故障時才要求切斷電源 。同時，安裝在系統(tǒng)中的絕緣監(jiān)測器能及時地檢測并給出系統(tǒng)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(tǒng)是一個連續(xù)、可靠的供電系統(tǒng)。

b. IT系統(tǒng)中的絕緣監(jiān)測器，一方面實時監(jiān)測系統(tǒng)的絕緣狀態(tài)，另一方面還檢測系統(tǒng)的過負荷和變壓器的溫升狀態(tài)，一旦出現(xiàn)異常立即報警。因此IT系統(tǒng)能夠減少因系統(tǒng)發(fā)熱、漏電等原因引起的電氣火災事故，大大提高了系統(tǒng)的防火安全性。

c. 在IT系統(tǒng)中，提高回路的絕緣阻抗、降低回路對地電容，是提高系統(tǒng)安全性與可靠性的關鍵。因此在系統(tǒng)設計時要盡量縮短系統(tǒng)配電線路的長度，減小系統(tǒng)容量，減少系統(tǒng)分支回路數(shù)，并做好線路的絕緣防護措施。這也就限制了IT系統(tǒng)僅能用在重要的局部的供電場所，如化工、制藥企業(yè)的一些程序控制生產線，醫(yī)療場所的手術室、重癥監(jiān)護室等場所。

3　醫(yī)療IT潔凈手術室的供配電的設計

醫(yī)療IT系統(tǒng)是IT系統(tǒng)應用的一個典型實例。醫(yī)院因其職能的特殊性，對其配電方式有特殊的要求。如外科手術室、重癥監(jiān)護室等，都需要采用IT系統(tǒng)，以提供一個安全、可靠、連續(xù)的配電系統(tǒng)。

3.1 醫(yī)療IT供配電系統(tǒng)

根據《民用建筑電氣設計規(guī)范》第12.8.6 條的規(guī)定：在2 類醫(yī)療場所內， 用于維持生命、外科手術和其他位于“患者區(qū)域”內的醫(yī)用電氣設備和系統(tǒng)的供電回路，均應采用醫(yī)療IT 系統(tǒng)。另《醫(yī)院潔凈手術部建筑技術規(guī)范》第8.3.4 條第2 款規(guī)定：心臟外科手術室設置有隔離變壓器的功能性接地系統(tǒng)。

當手術室采用IT 系統(tǒng)后，手術室供醫(yī)用電氣設備使用的電路采用隔離變壓器供電，當電氣設備絕緣損壞時，其故障電流僅是系統(tǒng)范圍內較小的對地電容電流，可不切斷電源繼續(xù)進行手術，病人安全也得以保障。局部IT 系統(tǒng)裝設剩余電流動作檢測報警裝置，以便及早發(fā)現(xiàn)和排除故障，防止次異相接地而形成相間短路。

各類手術室和重癥監(jiān)護室根據各系統(tǒng)容量分別配置單獨的IT系統(tǒng)，主要的醫(yī)療儀器、無影燈、多功能吊塔等用電設備須從IT系統(tǒng)中取電。照明燈、觀片燈和電動門等可以不從IT系統(tǒng)取電。圖1為采用醫(yī)療隔離電源系統(tǒng)的手術室配電系統(tǒng)圖。絕緣監(jiān)測儀時刻監(jiān)測IT系統(tǒng)的絕緣狀態(tài)，并在系統(tǒng)出現(xiàn)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(jiān)測儀進行實時的數(shù)字通信，顯示絕緣監(jiān)測儀的檢測結果，并在報警時發(fā)出聲光報警信號。除了絕緣監(jiān)測設備外，系統(tǒng)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在線查找故障發(fā)生的回路，它和絕緣監(jiān)測儀一起工作，當絕緣監(jiān)測儀探測到系統(tǒng)絕緣故障后，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，并由電子評估儀對故障回路進行評估，評估的結果送報警與顯示儀中顯示。

3.2主要產品型號規(guī)格及配置

安科瑞（Acrel）公司的醫(yī)用隔離電源柜是針對醫(yī)療2類場所的供電需求而設計的具有局部IT系統(tǒng)的配電柜，IT系統(tǒng)裝設絕緣監(jiān)測裝置來監(jiān)測系統(tǒng)的絕緣狀況，各輸出回路采用了具有短路保護功能的斷路器；其它系統(tǒng)輸出回路則采用了具有漏電保護功能的斷路器。產品根據使用場所的不同分為GGF-O系列手術室用隔離電源柜和GGF-I系列ICU/CCU等病房用隔離電源柜兩大類，能夠很好的滿足各類手術室和重癥監(jiān)護室對電源安全性和可靠性的要求，并符合GB16895.24-2005/IEC60364-7-710:2002《建筑物電氣裝置第7-710部分：特殊裝置或場所的要求-醫(yī)療場所》和GB7251.1-2005/IEC 60439-1:1999《低壓成套開關設備和控制設備》等標準。

3.2.1 ICU、CCU病房配電解決方案（以GGF-I8隔離配電柜系統(tǒng)圖為例）

3.2.2 手術室配電解決方案（以GGF-O8隔離配電柜系統(tǒng)圖為例）

3.3 醫(yī)療IT供配電系統(tǒng)設計的注意事項

（1）裝設絕緣監(jiān)視及接地故障報警或顯示裝置。在ＩＴ系統(tǒng)的配電線路中，當發(fā)生*次接地故障時，應由絕緣監(jiān)視器發(fā)出音響或燈光信號，其動作電流應符合Ra×Id≤50V；當IT系統(tǒng)的配電線路發(fā)生次異相接地故障時，應切斷故障電路，并符合下列要求：

①當IT系統(tǒng)不引出N線，應在0.4s內切斷故障回路，并符合Zs×Ia≤Uo；

②當IT系統(tǒng)引出N線，應在0.8s內切斷故障回路，并符合Zs×Ia≤0.5Uo。公式中，Zs:相線和ＰＥ線故障回路阻抗(Ω)；Ia:保護電器切斷故障回路的動作電流(A)；Uo:相線對地標稱電壓（V）［1］。建議IT系統(tǒng)不引出N線。

（2）隔離變壓器需設置過載和溫度監(jiān)測器。

（3）盡量減少系統(tǒng)容量，減小系統(tǒng)線路的長度；手術室內常規(guī)照明燈電源不必通過隔離變壓器。

（4）采用≤30mA的RCD保護的設備不必通過隔離變壓器。

（5) 增加線路的絕緣等級,輔助以局部等電位接地，等電位干線保證在16mm2，支線在6mm2以上。IT系統(tǒng)的PE線仍是醫(yī)院內TNS系統(tǒng)的PE線延伸，也即IT系統(tǒng)和TNS系統(tǒng)共用同一個保護接地的接地裝置，切勿另打單獨的接地，引入另一PE線給手術室內電氣設備進行接地，以防止2個接地裝置間可能存在的電位差對人身安全造成威脅。

4　結束語

黃金有價，生命無價。隨著人民生活水平的不斷提高，涉及人身安全的潔凈手術室的電氣設計，將會越來越完善。帶有絕緣監(jiān)測的IT系統(tǒng)能夠為局部場所提供安全、可靠、連續(xù)的供電，這是其它系統(tǒng)無法媲美的。因此在一些重要的生產加工場所、醫(yī)療場所，以及重要的設備運行場所，可以優(yōu)先考慮使用IT系統(tǒng)。目前我國還沒有出臺關于IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測產品方面的規(guī)范、標準，用于IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測和故障點定位的產品也為數(shù)不多。因此，在期待國家標準盡快出臺的同時，尚需努力開發(fā)出各類用于IT系統(tǒng)的絕緣監(jiān)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(tǒng)的充分認識，IT系統(tǒng)也會得到越來越廣泛的應用。

參考文獻：

[1]上海安科瑞電氣股份有限公司產品資料，2011.03版.

[2]王厚余.低壓電氣裝置的設計安裝和檢驗.版.北京：中國電力出版社，2007：48 - 52.

[3]邵建勛.醫(yī)用IT系統(tǒng)在醫(yī)療場所的應用. 信息管理,2008(6):32 -39.