IT系統(tǒng)在醫(yī)療場所的應(yīng)用及絕緣檢測功能擴展
吳恩遠（山東省建筑設(shè)計研究院，濟南市 250001）
馬名東（中國建筑設(shè)計研究院，北京市 100044）
徐 軍（上海安科瑞電氣股份有限公司，上海市 201801）
Application of IT System in Medical Sites and Function Expansion of Insulation Monitor
Wu Enyuan (Shandong Province Architectural Design Institute, Ji’nan 250001, China)
Ma Mingdong (China Architecture Design & Research Group, Beijing 100044, China)
Xu Jun (Shanghai Acrel Ltd., Shanghai 201801, China)
Abstract The definition, composition and characteristics of IT system, the attention points of IT system using in medical sites are expounded. The expansions of the insulation monitoring functions of the IT system are introduced, including overload detection of IT system, temperature detection of the isolation transformer of IT system, the grounding fault location detection of IT system, as well as the insulation monitoring and the central monitoring system for all kinds of testing.
Key words IT system Insulation monitoring Overload detection Temperature detection of the isolation transformer Fault location
摘 要 闡述了IT系統(tǒng)的定義、組成及特點，IT系統(tǒng)在醫(yī)療場所應(yīng)用時的注意事項。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(guān)鍵詞 IT系統(tǒng) 絕緣監(jiān)測 過負荷檢測 隔離變壓器溫度檢測 故障定位
1 引言
隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和人們生活水平的逐年提高，人們對電的需求量陡然增長。與此同時，由于停電、漏電，以及線路絕緣故障引發(fā)的觸電、電氣火災(zāi)事故也隨之劇增對人們的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成了嚴重威脅。為了加強系統(tǒng)供電的安全性和可靠性，
《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》(JGJ 16-2008) 12.8.6條規(guī)定：在2類醫(yī)療場所內(nèi)，用于維持生命、外科手術(shù)和其他位于“患者區(qū)域” 內(nèi)的醫(yī)用電氣設(shè)備和系統(tǒng)的供電回路，均應(yīng)采用醫(yī)療IT系統(tǒng)。
IT系統(tǒng)具有泄漏電流小，可帶故障運行等優(yōu)點，因此在醫(yī)療場所、地下礦井、化工企業(yè)、船舶、電信、冶金、石油化工及交通工程等領(lǐng)域，IT系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。
2 IT系統(tǒng)及其特點
2. 1 IT系統(tǒng)的定義及組成
IT系統(tǒng)的電源端不接地或經(jīng)高阻抗接地，其電氣裝置的外露導(dǎo)電部分，被單獨地或集中地通過保護線（PE）接至接地極。在實際應(yīng)用中，IT系統(tǒng)一般與TN或TT系統(tǒng)通過隔離
變壓器進行隔離。
在正常情況下，系統(tǒng)中僅存在線路對地電容的微小泄漏電流。圖1所示為IT系統(tǒng)發(fā)生第一次接地故障示意圖，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)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 ，由于這個電流值甚小，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(tǒng)供電的連續(xù)性。但是如果不及時排除故障，當(dāng)?shù)诙瘟硪幌喟l(fā)生接地故障時，相當(dāng)于形成相間短路，使過電流保護裝置動作，引起供電的中斷，這對于重要的供電場所來說，是不允許的。
圖1 IT系統(tǒng)接地故障示意圖
Fig. 1 IT system grounding fault diagram
為了防止上述短路故障的發(fā)生， T系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置絕緣監(jiān)測器。這樣當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生第一次接地故障時，絕緣監(jiān)測器就能及時檢測出該接地故障，并通過報警裝置發(fā)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(fā)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(tǒng)供電的連續(xù)性。
可以在系統(tǒng)中安裝專門的故障檢測儀，當(dāng)絕緣監(jiān)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(zhí)式故障定位設(shè)備對可能出現(xiàn)故障的回路進行逐點排查，最終找到故障點并顯示故障點的位置，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(tǒng)供電的連續(xù)性，國家《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》GB16895.24-2005 / IEC60364-7-710:2002 710.53.1條規(guī)定：“……醫(yī)用IT系統(tǒng)的變壓器進出線回路不允許設(shè)置過負荷保護……”，以防止系統(tǒng)過負荷時保護開關(guān)切斷電源。這就要求系統(tǒng)中的絕緣監(jiān)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，由于隔離變壓器持續(xù)不斷地工作，可能溫度過高而導(dǎo)致隔離變壓器工作異常。因此絕緣監(jiān)測器還需要實時檢測變壓器的溫度，當(dāng)其溫度過高時，應(yīng)有相應(yīng)的超溫報警信號，以提醒相關(guān)人員及時處理。
由上面的分析可知，一個典型的單相IT系統(tǒng)，其組成設(shè)備主要包括：隔離變壓器、絕緣監(jiān)測器、電流互感器，以及外接報警與顯示儀，見圖2。
Fig. 2 Schematic diagram of the composition of single-phase IT system
系統(tǒng)中，絕緣監(jiān)測儀具有系統(tǒng)絕緣檢測、系統(tǒng)過負荷檢測和變壓器溫度檢測功能，以及相應(yīng)故障的報警與顯示功能，一般安裝在現(xiàn)場的終端配電柜中。外接報警與顯示儀則用于集中顯示相應(yīng)的檢測值，并具有超限報警功能，一般安裝在位置明顯的地方，方便人員查看，如手術(shù)室IT系統(tǒng)的外接報警與顯示儀通常安裝在醫(yī)院手術(shù)室的情報面板上。
2. 2 IT系統(tǒng)的特點
a. 由于系統(tǒng)電源端帶電導(dǎo)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(gòu)成回路，故障回路阻抗極大，故障電流極小，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)生第二此接地故障時才要求切斷電源 [1] 。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(zāi)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(guān)鍵。因此在系統(tǒng)設(shè)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(chǎn)線，醫(yī)療場所的手術(shù)室、重癥監(jiān)護室等場所。
3 IT系統(tǒng)在醫(yī)療場所的應(yīng)用
醫(yī)療IT系統(tǒng)是IT系統(tǒng)應(yīng)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(shù)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系統(tǒng)的應(yīng)用
根據(jù)國標(biāo)《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），將醫(yī)療場所劃分為0類場所、1類場所和2類場所。由于0類和1類場所不使用與病人直接接觸的醫(yī)療器械，或者所使用的設(shè)備斷電后不會對病人造成危害，因此可以使用TN-S系統(tǒng)，但須配有剩余電流動作保護器，在發(fā)生接地故障時，能及時斷開故障回路。并可同時配置剩余電流監(jiān)測設(shè)備，實時監(jiān)測系統(tǒng)各回路的泄漏電流值，在保護設(shè)備動作前發(fā)出報警信號，避免造成回路斷電，引起嚴重后果[2]。對于2類醫(yī)療場所，醫(yī)療設(shè)備的斷電或接地故障將會危及病人生命安全。根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，這類場所必須使用醫(yī)療IT系統(tǒng)，來保證系統(tǒng)供電的連續(xù)性和安全性。
采用IT系統(tǒng)的2類醫(yī)療場所包括有手術(shù)室、急診搶救室、各類重癥監(jiān)護室（ICU）、心臟導(dǎo)管及造影室等。每個房間應(yīng)配有獨立的隔離電源系統(tǒng)。對于多個這類場所，可以采用如圖3所示的配電方案。
Fig. 3 Power distribution scheme in Class II medical site
圖中各個手術(shù)室和重癥監(jiān)護室分別采用獨立的IT供電系統(tǒng)，所有的IT系統(tǒng)由手術(shù)部與ICU總配電柜通過TN-S系統(tǒng)配電。各IT系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測器及總配電柜內(nèi)的剩余電流監(jiān)測設(shè)備又通過基于Modbus協(xié)議的RS485
總線將各個監(jiān)測信號反饋到手術(shù)部的中央監(jiān)控室內(nèi)，并由中央控制室的上位機通過中央控制系統(tǒng)軟件進行集中監(jiān)控。各個IT系統(tǒng)與TN-S系統(tǒng)的運行狀態(tài)，都可以顯示在中央監(jiān)控室的上位機上，方便工作人員對系統(tǒng)進行集中監(jiān)控與管理。
各類手術(shù)室和重癥監(jiān)護室根據(jù)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(shè)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4為采用醫(yī)療隔離電源系統(tǒng)的手術(shù)室或ICU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(jié)果，并在報警時發(fā)出聲光報警信號。除了絕緣監(jiān)測設(shè)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(dāng)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(jīng)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(jié)果送報警與顯示儀中顯示。
圖4 手術(shù)室或ICU配電系統(tǒng)圖 |
Fig. 4 Powr distribution system diagram for operating room or ICU
醫(yī)療IT系統(tǒng)同時還配置了絕緣故障定位設(shè)備，在發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)絕緣故障的同時，能及時定位出現(xiàn)故障的回路，這極大地方便了工作人員了解系統(tǒng)狀態(tài)并及時排查故障，從而有效地保證了醫(yī)療IT系統(tǒng)的安全性與可靠性。
3.2 IT系統(tǒng)在醫(yī)療場所應(yīng)用時的注意事項
由于醫(yī)療場所具有其特殊性，因此在進行醫(yī)療IT系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)特別注意以下幾點：
a. 醫(yī)療IT系統(tǒng)必須采用醫(yī)療場所供電用隔離變壓器，并應(yīng)符合國標(biāo)《電力變壓器、電源裝置和類似產(chǎn)品的安全 第16部分：醫(yī)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(yī)療系統(tǒng)對地電容，提高絕緣強度， IT系統(tǒng)的配電箱要盡量安裝在使用場所附近，并盡可能減小系統(tǒng)容量以及系統(tǒng)分支數(shù)，盡量縮短系統(tǒng)配電線路的長度。
c. 對于心臟手術(shù)等手術(shù)設(shè)備與人體心臟直接接觸的手術(shù)室，要充分做好防電擊措施。有時候僅靠帶絕緣監(jiān)測的IT系統(tǒng)是不夠的，還應(yīng)做好局部等電位聯(lián)結(jié)，使保護區(qū)內(nèi)所有可導(dǎo)電的部分都處于同一電位水平上。
4 結(jié)語
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(chǎn)加工場所、醫(yī)療場所，以及重要的設(shè)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(guān)于IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測產(chǎn)品方面的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)用于IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測和故障點定位的產(chǎn)品也為數(shù)不多。因此，在期待國家標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備與故障點定位設(shè)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(yīng)用。
參考文獻
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