摘 要：闡述了醫療IT配電系統潔凈手術室電源的電氣設計及必要性，介紹了IT系統絕緣監測功能的擴展：IT系統過負荷檢測，IT系統隔離變壓器溫度檢測，IT系統接地故障定位檢測，以及絕緣監測、各類檢測的中央監控系統。
關鍵詞:潔凈手術室 醫療IT系統 絕緣監測 隔離電源柜
1 前言
隨著醫療電子電器技術的飛速發展，現代醫療日益依賴于電氣和電子設備。人們對醫院手術室的環境要求越來越高，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，如發生電氣漏電故障，很容易發生電氣事故。如何保護醫院的病人以及醫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生們的普遍關注。許多和標準都對醫療領域，尤其是那些生命攸關的場所，如手術室﹑重癥監護室﹑心臟監護室等處的配電系統做出了特殊規定，其目的就是保證為該場所內的醫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 醫療IT配電系統的必要性
2.1 電擊對人體的傷害
電流流入人體主要有三種后果。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。三是電擊造成心臟發生心室纖維性顫動，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，在醫學上稱之為微電擊。在醫療過程中，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，電極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，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 醫療IT配電系統設計的相關規定
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），遠遠不能滿足醫療領域的需要。因此，現在上對醫療領域中的手術室﹑ICU﹑CCU等重要場所，除了按要求做局部等電位聯結外，配電系統通常采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，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（如各種醫療電氣設備）出現對地故障，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，可有效控制對心臟等器官的直接漏電流，極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范。《民用建筑電氣設計規范》12.8.6 條規定：在2 類醫療場所內，用于維持生命、外科手術和其他位于“患者區域”內的電氣設備和系統的供電回路，均應采用醫療IT 系統。另《醫院潔凈手術部建筑技術規范》8.3.4 條2 款規定：心臟外科手術室設置有隔離變壓器的功能性接地系統。標《建筑物電氣裝置7 - 710部分：特殊裝置或場所的要求——醫療所》（GB 16895.24–2005 / IEC 60364–7– 710：2002），對醫療場所做了相應的劃分。在病人體表或體內使用的實時監控儀器；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IT電源供電（隔離供電電源），該電源系統安裝絕緣監視儀。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﹑重癥監護室﹑心臟監護室﹑血管造影檢查室﹑早產嬰兒監護室等。均屬于2類場所在應用組2類的醫療場所，使用帶絕緣監視的隔離電源系統，即IT系統。
2.3 醫療IT配電系統的特點
a. 由于系統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回路，故障回路阻抗極大，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，從而維持供電的不間斷，只有在發生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并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. IT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，提高回路的絕緣阻抗、降低回路對地電容，是提高系統安全性與可靠性的關鍵。因此在系統設計時要盡量縮短系統配電線路的長度，減小系統容量，減少系統分支回路數，并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、制藥企業的一些程序控制生產線，醫療場所的手術室、重癥監護室等場所。
3 醫療IT潔凈手術室的供配電的設計
醫療IT系統是IT系統應用的一個典型實例。醫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、重癥監護室等，都需要采用IT系統，以提供一個安全、可靠、連續的配電系統。
3.1 醫療IT供配電系統
根據《民用建筑電氣設計規范》12.8.6 條的規定：在2 類醫療場所內， 用于維持生命、外科手術和其他位于“患者區域”內的電氣設備和系統的供電回路，均應采用醫療IT 系統。另《醫院潔凈手術部建筑技術規范》8.3.4 條2 款規定：心臟外科手術室設置有隔離變壓器的功能性接地系統。
當手術室采用IT 系統后，手術室供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范圍內較小的對地電容電流，可不切斷電源繼續進行手術，病人安全也得以保障。局部IT 系統裝設剩余電流動作檢測報警裝置，以便及早發現和排除故障，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。圖1為采用醫療隔離電源系統的手術室配電系統圖。絕緣監測儀時刻監測IT系統的絕緣狀態，并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，并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在線查找故障發生的回路，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主要產品型號規格及配置
安科瑞（Acrel）公司的隔離電源柜是針對醫療2類場所的供電需求而設計的具有局部IT系統的配電柜，IT系統裝設絕緣監測裝置來監測系統的絕緣狀況，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7-710部分：特殊裝置或場所的要求-醫療場所》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隔離配電柜系統圖為例）
3.3 醫療IT供配電系統設計的注意事項
（1）裝設絕緣監視及接地故障報警或顯示裝置。在ＩＴ系統的配電線路中，當發生*次接地故障時，應由絕緣監視器發出音響或燈光信號，其動作電流應符合Ra×Id≤50V；當IT系統的配電線路發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系統不引出N線，應在0.4s內切斷故障回路，并符合s×Ia≤Uo；
②當IT系統引出N線，應在0.8s內切斷故障回路，并符合s×Ia≤0.5Uo。公式中，s: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系統不引出N線。
（2）隔離變壓器需設置過載和溫度監測器。
（3）盡量減少系統容量，減小系統線路的長度；手術室內常規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系統的PE線仍是醫院內TNS系統的PE線延伸，也即IT系統和TNS系統共用同一個保護接地的接地裝置，切勿另打單獨的接地極，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。帶有絕緣監測的IT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，可以先考慮使用IT系統。目前我還沒有出臺關于IT系統絕緣監測產品方面的規范、標準，用于IT系統絕緣監測和故障點定位的產品也為數不多。因此，在期待標準盡快出臺的同時，尚需努力開發出各類用于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應用。
參考文獻：
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