深入探讨医用隔离电源及医院智能供配电设计 - 安科瑞戚培跃工控博客技术论文

戚培跃先生

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·深入探讨医用隔离电源及医院智能供配电设计

深入探讨医用隔离电源及医院智能供配电设计

发表评论（5）作者：戚培跃发布时间：2011年3月31日

    深入探讨医用隔离电源及医院智能供配电设计

    上海安科瑞电气股份有限公司（China Acrel）
    专业提供医用IT供电系统（不接地隔离电源）及医院整体智能配电系统

    关于目前国内医院供配电情况的概述：

    医院因其工作的特殊性，医疗建筑也因此成为功能、结构想对复杂的民用建筑。医院的供配电方式与其他民用建筑有较大区别，尤其在医院的特殊环境里，漏电流对病人构成了潜在的危险，因此对电气安全设计提出了特殊而且严格的要求。尤其是那些生命攸关的场所，如外科手术室、重症监护室等地均需安装医用IT供电系统（IT指不接地供电系统，此系统俗称医用隔离电源)，其目的就是为了保证对该场所内的医疗电器提供一个安全可靠的电源，以确保病人的安全。
    我国现有的医院供配电系统，大多是上世纪八十年代左右的设计，设计思路已经跟不上国际发展的趋势，并存在设备和供电线路老化等诸多问题。2005年北京供电公司和市卫生局曾对全市医疗单位的用电安全进行了大检查，结果发现存在不少安全隐患。工作人员素质不高，工作时间睡觉、离岗，配电系统不完善，应急预案可行性不强等问题普遍存在。
    这里分享几个案例，应该会引起相关朋友的警觉：
    1、2004年8月8日凌晨，西安交通大学第二医院突然停电，此时手术台上还有两名病人，一人等待缝合伤口，另一人腹腔已经打开。一个小时后医院恢复供电，在此期间手术室内一直靠蜡烛照明。清晨5时许，开腔病人陈小红才结束了手术，直接送往二院重症监护室，一直昏迷不醒，下午5时许，经抢救无效，陈小红停止了呼吸。
    2、2004年12月27日，一产妇在临桂县人民医院手术室进行抢救时，突然遇上断电１０余分钟，１个多小时后，抢救医生宣布病人死亡。
    3、2005年12月15日，吉林省辽源市中心医院大楼发生火灾，最终造成40人死亡，300余人受伤。国务院吉林省辽源“12•15”特大火灾事故调查组宣布，造成这起火灾事故的直接原因：大火是因为辽源市中心医院配电室内供电电缆短路引燃可燃物所致。
    除了上面的案例外，还有很多在手术过程中出现漏电问题导致病患死亡或瘫痪的事件发生，事实上对于收治重症病人、做大手术的大医院来说，配电室、手术室、急症室、重症救治中心都是要害部门，医院应该有预见意外风险的危机意识。
    天灾不可逆，人祸本可防。“海恩法则”认为：每一起严重事故的背后，必然有２９次轻微事故和３００次未遂先兆，以及１０００个事故隐患。卫生主管部门重视医院应急用电设施建设，并做到防患于未然，给病人生命以更好的保障当然也需要有好的产品配合——这里推荐给大家的是上海安科瑞电气股份有限公司（China Acrel）医用IT供电系统


    上海安科瑞电气股份有限公司（China Acrel）情况简介

    安科瑞公司致力于医院安全供配电十余年，在医院与手术室安全供电组件设计与制造界处于领先地位，为多家医院提供了可靠的供电设备，其产品在欧洲十分畅销。例如知名的圣路易斯门诊, 卢森堡伊丽莎白女皇医院, 柏林莫斯科大学门诊都采用ESA Grimma的供配电产品。

    德国ESA Grimma是世界上仅有的几家能够提供最先进，最安全，最稳定的医院专用供配电产品的公司之一。ESA Grimma在它的宣传手册中提到：

    病人是医院或医疗机构所有活动的中心，所有员工的努力都是为了照顾和治疗病人。如果电力供应突然中断，病人的康复甚至健康就会受到影响甚至威胁。重症监护室(ICU)中的时间非常宝贵,可靠的电气系统尤为重要.
    因此使用最新的、最稳定的电力供应系统对医院来说是至关重要的。这也是Acrel公司开发 HospEC®系统的原因。HospEC®系统严格执行ICE 60364第7-710 部分的各项规定，旨在为医疗机构提供稳定的电力供应。
    独立检测实验室持续监督本公司的发展，保障了本公司产品的质量稳定；本公司和具有丰富经验的策划工程师、检测工程师、“ 委员会（DKE）成员以及TÜV 工作站保持经常联系，以保证本公司产品的最高安全性。
    HospEC®系统可灵活弹性设计，所以能够被运用在许多不同的范围。它设计简单、安装容易，使运转和维修都明显的节省了成本。

    医用IT供电系统（不接地隔离电源）

    医用IT供电系统也称为医用不接地供电系统，或医用隔离电源。之所以会重视医用IT供电系统，是因为在医院的特殊环境里，漏电流对病人构成了潜在的危险。尤其在手术室、监护室等特殊地方，因病人在麻醉状态下失去或降低防卫能力，各种电极、传感器或者管道直接插入病人体内，这是如果有10微安的电流直接流过病人心脏，就会造成病人触电死亡，医学上称之为“微电击”。

    因此这对电气安全设计也提出了特殊的要求，尤其是那些生命攸关的场所，如外科手术室、重症监护室等地均需安装医用IT系统(亦称医用隔离电源)，其目的就是为了保证对该场所内的医疗电器提供一个安全可靠的电源，以确保病人的安全。

    根据国际电工协会（IEC）有关规定，IT供电系统需要包括绝缘监视仪、隔离变压器、变压器负载和温度监视设备、外接报警显示设备，因此许多国际与国家标准认定，使用IT供电系统是医疗场所供电安全可靠的关键。同时因医用IT供电系统因为使用情况的特殊性，还有四个必要要求：

    •第一个绝缘故障的发生不会导致保护装置动作切断供电，以至维持生命设备出现故障或停止工作
    •医疗电器设备可以正常工作
    •故障电流被减小到安全范围内
    •由于供电故障被避免，因此手术室不会发生突然停电事故

    IEC 60364-7-710:2002-11 要求第二类医疗场所全部使用 IT 供电系统 (不接地系统)

    710.713.1.5 第二类医疗场所中, IT 供电系统应用于：
    • 为医疗电气设备和生命维持系统供电的回路
    • 患者区域内的其他设备
    下列房间需要特别注意:

    麻醉室手术室手术准备室手术恢复室
    心脏导管插入室重症监护室血管造影检查室早产儿监护室
    德国ESA Grimma公司提供的医用IT系统产品包括下列部件：

    •TRAK型医疗场所专用隔离变压器（图1）

    标准：
    变压器一次侧绕组与二次侧绕组之间安装有静态屏蔽层, 静态屏蔽层连接至隔离端子. 固定支
    架与变压器铁心间绝缘隔离.此外,隔离变压器的温度和负荷情况受到持续监测

    特点：
    •单相隔离变压器符合以下标准
    - IEC 60364-7-710:2002-11 - DIN VDE 0100-710:2002-11 - DIN EN60742:1995-09
    - IEC60742:1983 + A1:1992 - IEC 61558-2-15:1999
    •内置温度传感器
    •额定功率 3,15到10 kVA

    •ILT-107-V.4型监视仪，进行绝缘、负荷与温度监测（图2）

    用于在医疗场所监测IT供电系统（隔离电源）绝缘阻抗的ILT-107-V.4 设备符合IEC 60364-7-710: 2002-11与 DIN VDE 0100-710 (VDE 0100 Teil 710): 2002-11标准。同时,ILT-107-V.4设备也对IT隔离变压器的过温和过载状态进行监测，是用于IT系统监测的多功能设备。

    特点：
    •监测绝缘电阻50 … 500 kW (AC 0..265V医用 IT供电系统)
    •离测变压器负载电流 5 … 50 A (通过电流互感器)
    •监测隔离变压器温度 (通过PTC或温度断路器)
    •缘测电阻 100 … 500 kΩ (AC 0..30 V 用于手术室灯光的IT系统 )
    •保证对绝缘电阻安全监测的监测原理符合IEC 61557-8标准, 即使在交流IT系统中含有电池连接的直流电路
    •对监测装置连接的不间断监测增加了系统安全性,例如:
    - 与系统,PE与电流变压器的连接
    - 与温度传感器的连接
    •安装简便,液晶文字显示清晰明了,友好菜单操作界面
    •通过现场总线与BMTI 3或BMTI 4 远程报警与显示终端进行数据交换

    •BMTI型外接报警显示和测试单元（图3）

    远程报警指示器与测试功能集合, 复制监测设备的报警与操作状态信息,产品符合IEC 60364-7-710:2002-11标准. 图形显示功能为医疗工作者提供清晰简明的信息。
    BMTI4操作与报警终端和切换设备及检测设备之间以CAN总线进行连接, 安装花费小并且节省时间。

    特点
    • 大屏幕背光液晶显示器显示，信息结构清晰一目了然
    • 直观的菜单界面，轻触式按钮，操作简便
    • 声光报警
    • 附带操作状态显示LED (红,绿,黄)
    • CAN总线技术安装简便
    • 单设备显示绝缘监视仪的所有信息 (甚至若干IT供电系统的信息)
    • 通过设置软件轻松调整文字信息
    • 可调整显示其他任务
    • 仪器表面防水薄膜，易清洗
    • 多种外壳供选，可嵌入式或悬挂式安装

    •IFS-W4型绝缘故障定位设备（图 4）

    通常, 绝缘故障定位系统由以下部分组成：IFS-PSG 测试信号发生器,BMTI4 操作与报警终端和带有变流器的IFS-W4绝缘故障定位系统

    特点：
    • 包含IFS-W4变流器在内的该设备用于分析 IFS-PSG所产生的测试电流信号.
    • 本设备按顺序分析各个变流器传来的信号. 如果信号超过响应值, 则故障显示LED点亮,警报接继
    电器接通.
    • 一台 IFS-W4中集成有四台电流互感器
    • IFS 系统符合“IEC 61557-9:1999-09中:1000 V AC与 1500 V DC低压配电系统安全性 -测试测量和保护性监测设备 - Part 9: IT 系统绝缘故障定位设备”的标准。

    •IFS-PSG型测试信号发生器（图 5）

    在 ILT-107-V.4检测到绝缘故障后, 绝缘故障搜索设备自动启动 . 在故障测试系统启动后, 会产生不超过1 mA 的测试电流信号.

    •MPM 24/12 V.4型数字输入/输出单元（图 6）

    特点：
    • 带参数选项的输入 / 输出单元用于向HospEC®（德国ESA Grimma医院智能配电系统的英文简称，代表 Hospital Energy Control）传输继电器信号和作为无电势接触器输出信号或命令
    • 通过CAN OPEN PDO's 设置参数
    • 通过DIP开关手动操作
    • 24 个无电势输入用于开启接触元件（分离接触器或连接接触器）
    • 12 个继电器输出（接触器）
    • 插头式终端
    • 现场自动化功能接掌灯光控制（MINI-SPS）







    HospEC ○R医疗场所专用电力供应智能控制系统（智能配电系统）

    为了确保医院电力的可靠性，德国ESA Grimma公司为手术室等2类场所提供专用的双电源自动切换和监视模块，小于0.5秒并且在20秒内可以调整的切换时间可适用于所有医疗设备负载。监视数据、报警信息和操作信息集中显示在液晶显示屏上，并可通过系统总线接口，在外接报警显示设备上显示和发出声光报警。以双电源选择方式为基础，发展而来的HospEC ○R则是一整套完整且智能化的医疗场所专用的供配电系统。

    HospEC ○R采用系统总线进行整体配置。从技术人员的观点来看，现代医院是一个复杂的结构体，因为它们拥有许多科技设备。一目了然的总线系统不只能够迅速传递信息，并且可清晰的总览监控所有的设备。一览无余的系统总线不仅可以让医院技术人员掌控所有的任务，同时还保证了稳定的电力供应。所有的信息可在消毒医疗区之外监控，也就是说监控人员无需进入消毒区域。

    HospEC ○R组成包括：
    - 低压总配电柜 - 建筑物总配电柜 - IT(IPS)配电盘 - 切换开关和监控单元
    - 表面压箔的警示器和操控面板 - 用于数据收集和分析的中央显示与控制系统

    HospEC ○R通过开放式标准区域总线系统连接系统组件
    - 通过数据线进行稳定安全的数据交换 - 总线系统保证数据冗余度
    - 通过网关和其它系统连接 - 添加功能时非常简单

    使用HospEC ○R系统的优点
    - 按照德国工业标准电工、电子和电信技术DIN VDE 0100 中第710项的要求，稳定的监控、储存、控制和显示系统的工作状态。
    - 开放式整体系统结构，通过数字式输入和输出设备或总线连接器和其它总线系统连接，以实现与其它系统的兼容性。
    - 通过计算机、警示器和操控面板在关键地点（如大门管理员处、护士站等）显示工作状态，警告和故障警示。
    - 节约能源，设备运转最优化，降低成本
    - 在规划、安装和运转期间都能节省时间和降低成本
    - 由于所有的系统组件互相监控，系统的实用性和可靠性非常高。
    　