浅谈医疗IT系统的供电与接地设计

安科瑞 简婷  

安科瑞电气股份有限公司  上海嘉定 201801

摘 要: 本文结合某综合医院住院楼设计实例，探讨医疗场所IT系统设置要求、供电设计方案与设备选型及医疗场所IT系统的接地与运用。

关键词: IT系统 2 类医疗场所 隔离变压器 绝缘监视器 外接报警系统 测试单元 IT系统接地

1 序言

我国低压配电系统的接地型式可分为TN、TT、IT 三种系统，目前国内大型综合医院配电系统的接地形式多采用TN 系统。该系统接地故障多为金属性短路。因故障电流较大，使断路器等过电流保护装置动作，造成停电。显然TN系统不能满足医院中一些重要场所对不间断供电的使用要求。同时随着电子医疗设备在医院领域的广泛应用，电流对病人构成的潜在威胁也远远大于以前，尤其是病人在手术中或麻醉状态下，各种电极、传感器直接插入病人体内，如有极其微弱的漏电流直接流过病人的心脏，就会导致病人触电身亡，在医学上称为微电击。因此，医院这一特殊场所的漏电保护及相关要求在设计规范中已非常严格、明确。

通常IT系统应符合下列基本要求 ：

1. 在IT 系统中，所有带电部分应对地绝缘或配电变压器中性点应通过足够大的阻抗接地。电气设备外露可导电部分可单独接地或成组地接地；
2. 电气设备的外露可导电部分应通过保护导体或保护接地母线、总接地端子与接地极连接 ；
3. IT系统必须装设绝缘监视及接地故障报警或显示装置 ；
4. 在无特殊要求的情况下，IT 系统不宜引出中性导体。因此，IT 系统中包括中性导体在内的任何带电部分严禁直接接地 ；IT 系统中的电源系统对地应保持良好的绝缘状态。

2 医疗场所 IT 系统设置要求

根据建筑物电气装置第7-710 部分《特殊装置或场所的要求-医疗场所》（GB 16895.24-2005）[1](以下简称《特殊医疗场所规范》) 将医疗场所按使用接触部件所接触的部位及场所分为0、1、2 三类，各类应符合下列规定：

0 类医疗场所：不使用接触部件的医疗场所, 如医院的门诊室、候诊室、按摩室等。

1 类医疗场所 ：接触部件接触躯体外部及除2 类场所规定外的接触部件侵入躯体的任何部分。如医院的病房、产房、X光室等。

2 类医疗场所 ：将接触部件用于诸如心内诊疗术、手术室以及断电（故障）将危及生命的重要**的医疗场所。如医院的手术室、心脏导管插入室、重症监护室（ICU）、心脏监护室(CCU)、血管造影检查室等。

《民用建筑电气设计规范》（JGJ 16-2008）[2]( 以下简称《民规》) 对医疗场所类别的划分也有明确规定，详见表1 所示 ：

2.1 医疗 IT 系统的组成

医疗IT 系统主要由三部分组成 ：医用隔离变压器、绝缘监视器及外接报警显示和测试单元。

世界各国普遍采用带绝缘监视装置的医疗IT 系统（隔离电源），即采用不接地电源系统为2 类医疗场所供电。

医用隔离电源，简言之就是隔离变压器和绝缘监视仪以及报警终端放在一起。供电原理是利用隔离变压器把TN供电变成不接地的IT 供电，为了保证系统的长期稳定性，应加上绝缘监测仪对整体的绝缘水平进行在线的实时检测。

既然规范对医疗场所设置IT系统有了较明确的规定，但只有设计者能够正确理解并充分认识到医疗场所选用IT 系统的必要性和特殊性，才能合理运用。

2.2 医疗场所选用IT系统的优点

    医疗场所选用IT系统的优点主要体现在以下三个方面 ：

1. IT隔离电源系统因降低了接触电压和电网对地漏电流（有效控制对心脏的直接漏电流），故人身触电危险被降低到小程度。

众所周知，当用电设备对人体心脏直接漏电大于10μA 时，会造成对病人的微电击事故。而一般在通用建筑中采用的剩余电流漏电保护器RCD、漏电断路器 ELCB 等对地漏电保护开关，其动作响应值是mA 级的（如 ：30mA），远远不能满足医疗领域的需要。 因此，现在国际上对医疗领域中的手术室、重症监护室(ICU)、心脏监护室(CCU) 等重要场所通常采用局部“中性线不接地供电系统”（即“IT 系统”或称“隔离电源系统”）供电。通过单相0.5kVA-10kVA的隔离变压器给这些场所供电，首先可以防止其他供电回路中的漏电流通过接地线窜入手术室及重症监护室(ICU)、心脏监护室(CCU) 的医疗电器设备上对病人的**构成威胁。

另外，一旦隔离电源上所接的负载（如各种医疗电器设备）出现对地故障，因对地不构成回路，只能产生一个很小的容性漏电流，极大保护了病人免遭漏电流的伤害。

1. 当电网负载出现一个绝缘故障点时，不会引起电源开关动作（跳闸），保证了供电的连续性。

在医疗领域，某些场所对供电持续性要求很高，故设计成两路（甚至三路）电源（供电系统）自动切换，以保证这些特殊场所的供电连续性。对于TN-S 系统如果在负载端出现相对地绝缘故障时，故障电流将经过电流中性点对地构成回路，从而形成一个较大的故障电流使上上等开关或熔断器动作，导致供电中断。而如果在这些特殊场所局部采用IT 配电系统时，因其电源中性点不接地，当负载端出现一点相对地绝缘故障时，因其对地不能构成回路，只会产生一个很小的容性漏电流，对人体不会产生危害，同时也不会导致开关或熔断器动作，从而保证了手术室等重要场所供电的连续性（采用不接地IT系统供电，当一次接地故障时，发出声光预报警信号）。

1. 降低了对地漏电流，故提高了防火**性。

3 医疗场所IT系统的供电设计方案及设备选型

在了解上述要求后，如何进行设计是大家需共同面对的问题，下面从笔者所设计的工程实例进行分析，供大家参考 ：国内某综合医院住院楼手术室配电设计如图1所示。

主要设备选型 ：医院内的三相大型医疗仪器，使用时一般不与病人直接接触，可采用装设快速、高灵敏度漏电断路器的直接接地方式。但三相隔离变压器要慎用，主要原因在于三相隔离系统(IT系统)中如出现单相接地故障,非故障相的对地电压将升高到对地额定电压的倍，因而具有对地故障扩大的危险,所以应尽量采用单相隔离电源系统。下面我们只谈谈单

图1 手术室配电箱接线系统图

4 医疗场所 IT 系统的接地

4.1 接地系统的选用

医院的医疗场所和与其关联的场所内不允许采用TN －C 接地系统，通常采用TN －S 可避免以上这些问题，而在手术室局部范围内应采用IT 系统。一般电击情况下，带电导体与人体皮肤接触，仅有很少部分通过心脏，所以通过人体总电流不超过30μA，就不会因发生心室纤颤而导致死亡。如果电流直接全部通过心脏，电流超过50μA 就有心室纤颤的危险而导致死亡。IEC 标准规定 ：医疗设备允许通过患者心脏的漏电电流正常状态为10μA 以下，单一故障状态为50μA 以下，相应地手术室内电位正常时为10mV，单一故障状态为50mV。所以对特殊的医疗设备不宜采用漏电电流动作保护，而应采取防止微电击的保护措

施，即采用医疗IT 系统。

5 安科瑞IT系统介绍

5.1 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**、连续、可靠的供电解决方案。

5.2 医用隔离电源系统

医用隔离电源监控系统用于集中监控医疗大楼内所有医疗２类场所医疗IT系统的运行状况。这种集中监控系统可以设置在医院电气运行和维护人员的值班室内，也可以集成在其它电力监控系统中，由专业的电气人员进行监控，一旦某套IT系统出现故障，电气维护人员也能在**时间内做出判断，并根据现场情况进行处理。

系统拓扑图

5.3 软件功能

安科瑞医用隔离电源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，为医院2类场所隔离电源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

利用安装于各隔离电源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

将各医用隔离电源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医用隔离电源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，显示各套隔离电源系统的绝缘状况、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。

5.4安科瑞医用IT系统四件套选型

医用IT系统绝缘监测产品（四件套）包括AITR S系列医用隔离变压器、AIM-M10医疗智能绝缘监测仪、AKH-0.66P26电流互感器和AID系列（AID10、AID150）外接报警与显示仪等，产品如图5所示。

图5 医用IT系统绝缘监测产品（四件套）

6 结束语

    综上所述，在电流突然中断后，在有可能导致重大医疗危险的场所，应采用电力系统不接地（IT系统）的供电方式。设计方式为 ：设一台医用隔离变压器，在隔离变压器的次级引出IT系统的电源，以防止产生接地故障电流。将IT 系统引入2 类医疗场所手术室、急救室、重症监护室（ICU 病房）等，应设在医务人员可以经常监视的位置，医疗IT 系统配电箱内设一套漏电检测装置（绝缘监视装置），当单相接地故障时（一般当系统绝缘水平低于50kΩ 时）发出故障报警。同时，为防止微电击应采取辅助等电位接地措施，在确保病人**的前提下不切断电源，继续进行手术。

参考文献

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会. GB16895.24-2005 建筑物电气装置- 特殊装置或场所的要求- 医疗场所[S]. 北京: 中国标准出版社, 2005.

[2] 张宽、杜会陵，浅谈医疗IT系统的供电与接地设计

[3] 安科瑞IT系统绝缘监测故障定位装置及监控系统2020.01版

作者简介：张娟，女，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为IT配电，邮箱: 2885050128@qq.com，手机：18701997519（同微信），QQ:2885050128