醫(yī)療系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì)方案

蘭建斌 黃美萍

（福建省壽寧縣氣象局，福建 壽寧 355500）

雷電的活動(dòng)會(huì)在電子系統(tǒng)的電源總線、數(shù)據(jù)通信、信號(hào)等線路上引起電壓瞬間的激增，如果激增的瞬態(tài)電壓超過(guò)了電子設(shè)備中元器件的承受能力，就會(huì)造成破壞性的后果。所有的醫(yī)療電子設(shè)備(包括計(jì)算機(jī)、閉路電視設(shè)備、不間斷電源、傳感器和數(shù)據(jù)采集裝置等)都存在著這種危險(xiǎn)。

人們往往對(duì)雷電防護(hù)工作不夠重視，或者簡(jiǎn)單地認(rèn)為防雷無(wú)非是安裝防雷器件和降低地線接地電阻即萬(wàn)事大吉，然而,從近幾年的實(shí)際情況來(lái)看,這樣的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。

1 瞬態(tài)過(guò)電壓的原理

所謂“瞬態(tài)過(guò)電壓”是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的導(dǎo)體間測(cè)得的電壓在很短的時(shí)間(幾微秒～幾毫秒)內(nèi)的急劇增加(從幾伏到幾萬(wàn)伏)。1.1瞬態(tài)過(guò)電壓的起因

雷電實(shí)際的放電電流可達(dá)幾百kA的量級(jí)。對(duì)于裝有防雷裝置的建筑物，盡管雷擊電流可按預(yù)定的方式瀉入大地，但它將通過(guò)電感、電容和電阻的耦合產(chǎn)生瞬態(tài)過(guò)電壓。

1.2 瞬態(tài)過(guò)電壓引發(fā)的問(wèn)題

雷電動(dòng)作引起的瞬態(tài)過(guò)電壓的作用效果：干擾、衰變、損壞和故障停機(jī)。

1.2.1 干擾

盡管這種情況一般不會(huì)造成物理性的損壞，但會(huì)干擾數(shù)字或模擬電平，從而引起數(shù)據(jù)丟失，軟件和數(shù)據(jù)損壞，電子計(jì)算機(jī)無(wú)法解釋的退出服務(wù)、死機(jī)，以及過(guò)流開(kāi)關(guān)的錯(cuò)誤跳閘等諸如此類(lèi)的麻煩情況。這對(duì)正在進(jìn)行的醫(yī)療工作是一個(gè)非常糟糕的情況,極易引起醫(yī)療事故的發(fā)生。

1.2.2 衰變

電子設(shè)備和電路系統(tǒng)長(zhǎng)期暴露在較低等級(jí)的瞬態(tài)過(guò)電壓下，使其工作壽命減少和發(fā)生故障的可能性增大。在用戶(hù)不知曉的情況下，這是一種非常糟糕的情況,很容易引起誤診、誤斷等醫(yī)療事故的發(fā)生。

1.2.3 損壞

瞬態(tài)過(guò)電壓過(guò)高將會(huì)造成一些精密儀器的電路板和I/O板的損壞。而這些損壞一般很難看出，因?yàn)橹挥刑貏e強(qiáng)烈的瞬態(tài)過(guò)電壓才會(huì)燒毀電路板。

1.2.4 故障停機(jī)

干擾、局部衰變、損壞都可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備或系統(tǒng)的故障。這將意味著：正在進(jìn)行的檢查或手術(shù)無(wú)法正常的進(jìn)行，甚至引發(fā)醫(yī)療事故。

1.3 瞬態(tài)過(guò)電壓損壞的物理途徑

幾乎所有的電子器件和電路遭瞬態(tài)過(guò)電壓的損壞方式都是一樣的，即兩種主要的物理途徑，發(fā)熱和絕緣破壞；而兩者都是因電源的“續(xù)流”所造成。

2 對(duì)雷電的防護(hù)

目前,對(duì)雷電的防護(hù)有很多方面的措施,就目前我們所遇到的情況而言,有以下幾種防雷措施。這些防雷害措施包括：加強(qiáng)建筑物防雷系統(tǒng)；接地和屏蔽接地；合理選擇設(shè)備擺放位置；合理選擇電纜走線路徑和電纜屏蔽。

2.1 加強(qiáng)建筑物防雷

除在建筑物頂部增設(shè)避雷帶(針、網(wǎng))防護(hù)外，在建筑物的外層按照相關(guān)規(guī)定增加滿(mǎn)足要求的接地導(dǎo)體，可以加強(qiáng)該建筑物的防雷性能。建筑物的外層接地導(dǎo)體愈多，其內(nèi)部的電磁場(chǎng)就愈小，瞬態(tài)過(guò)電壓侵入干擾電子設(shè)備的可能性也就愈小。這就是說(shuō)，對(duì)于內(nèi)部裝有重要電子醫(yī)療設(shè)備的建筑物，可以采取在其外部增設(shè)接地導(dǎo)體的做法來(lái)增加防護(hù)。

2.2 接地與連接

屋面所有的金屬均應(yīng)在防雷設(shè)施的保護(hù)之下,并且與防雷設(shè)施有可靠的連接。所有的引入管線(水管、暖氣管、電力和數(shù)據(jù)電纜的防護(hù)金屬管等)都應(yīng)當(dāng)連接到一個(gè)單獨(dú)的地參考點(diǎn)上。然后再將它與總地線端子(接地極)連接，這樣可減少建筑物內(nèi)的雷電流。如果電力或數(shù)據(jù)電纜需要在建筑物之間穿透的話(huà)，則它們的接地系統(tǒng)應(yīng)該相互連接，以使所有設(shè)備有一個(gè)共同地參考點(diǎn)。

2.3 設(shè)備擺放位置的選擇

為了盡量的減少因雷擊所造成的危害,設(shè)備和一些科室的設(shè)置應(yīng)該科學(xué)的選擇其場(chǎng)所,比如手術(shù)室應(yīng)設(shè)置在2、3層,因?yàn)榫鸵话愕拇髽嵌?這兩個(gè)層次防雷電波侵入是比較理想的。另外電子設(shè)備的擺放也有很大的學(xué)問(wèn)：電子設(shè)備的擺放位置不能靠近大電流和感應(yīng)瞬態(tài)過(guò)電壓威脅的地方；設(shè)備不能擺放在建筑物的頂層，因該處太靠近樓頂?shù)谋芾揍樅头览紫到y(tǒng)的導(dǎo)體網(wǎng)；設(shè)備也不能太靠近建筑物的外墻，尤其是外墻拐角處，因雷電流將優(yōu)先流經(jīng)該處；設(shè)備的擺放位置也不能太靠近諸如天線、煙囪等高大建筑物。

2.4 電纜布線與屏蔽

電力、數(shù)據(jù)通信和電話(huà)電纜在建筑物內(nèi)同樣也可能受到瞬態(tài)過(guò)電壓的威脅。設(shè)備布線應(yīng)盡可能避開(kāi)類(lèi)似于設(shè)在建筑物頂部或墻內(nèi)的可能通過(guò)雷電流的導(dǎo)體。

當(dāng)電源線和數(shù)據(jù)線之間形成的環(huán)形面積較大時(shí)，從耦合感應(yīng)的效果來(lái)說(shuō)，它將會(huì)獲得更多的雷電能量，因此應(yīng)盡量避免。為減少環(huán)形面積，電源、數(shù)據(jù)通信和電話(huà)線等線路應(yīng)彼此隔離的并排鋪設(shè)。

對(duì)電纜施行屏蔽是另一種十分有效的方法，它將有助于減少電纜受到電磁輻射或?qū)ν猱a(chǎn)生電磁輻射。通常電力電纜由金屬管或電纜槽防護(hù)，數(shù)據(jù)電纜用外層金屬編織帶屏蔽防護(hù)。

2.5 建筑物間的數(shù)據(jù)傳輸采用光纜

對(duì)于建筑物之間的數(shù)據(jù)傳輸，采用光纜是最佳的防護(hù)方式，它將在建筑物之間實(shí)現(xiàn)電氣上的徹底隔離，防止包括瞬態(tài)過(guò)電壓在內(nèi)的各種電磁干擾問(wèn)題。

3 裝設(shè)浪涌保護(hù)器(SPD)

浪涌保護(hù)器(SPD)是對(duì)上述防護(hù)技術(shù)和方法的補(bǔ)充和支持。配置運(yùn)用浪涌保護(hù)器(SPD)的目的，就是在干擾源與需要防護(hù)的設(shè)備之間提供適當(dāng)?shù)乃矐B(tài)過(guò)電壓防護(hù)，以保護(hù)設(shè)備。重點(diǎn)的防護(hù)部位包括：電源的雷電防護(hù)；電源的開(kāi)關(guān)瞬變防護(hù)；不間斷電源(UPS)的防護(hù)；數(shù)據(jù)通信、電話(huà)線路的防護(hù)；重要儀器、設(shè)備的防護(hù)。

選擇浪涌保護(hù)器(SPD)最重要的是所選擇的器件必須滿(mǎn)足以下要求：

3.1 承受能力。它應(yīng)能承受安裝位置預(yù)計(jì)的最大瞬態(tài)過(guò)電壓，由于雷電是多脈沖過(guò)程，所以它應(yīng)能承受多次沖擊。

3.2 過(guò)壓值的控制。浪涌保護(hù)器(SPD)應(yīng)能將瞬態(tài)過(guò)電壓控制在被防護(hù)設(shè)備的允許承受值以下。例如，某設(shè)備工作允許最高瞬態(tài)過(guò)電壓值為700V，則其防護(hù)裝置允許通過(guò)的瞬態(tài)過(guò)電壓控制值應(yīng)選擇在700V以上，考慮適當(dāng)?shù)陌踩嗔浚瑒t該防護(hù)裝置的最高允許通過(guò)電壓應(yīng)低于600V。

3.3 系統(tǒng)兼容性。浪涌保護(hù)器(SPD)不應(yīng)妨礙和干擾被防護(hù)設(shè)備及其系統(tǒng)的正常工作。對(duì)具體設(shè)備(系統(tǒng))的防護(hù)裝置的選擇應(yīng)依據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進(jìn)行。值得強(qiáng)調(diào)的是，對(duì)浪涌保護(hù)器(SPD)的選擇和正確安裝是十分重要的:

3.3.1 必須選擇經(jīng)過(guò)氣象主管機(jī)構(gòu)備案的產(chǎn)品,因?yàn)榻?jīng)過(guò)備案的這些產(chǎn)品都是經(jīng)過(guò)相關(guān)部門(mén)的檢測(cè),其安全性、可靠性都可以得到保證。

3.3.2 對(duì)浪涌保護(hù)器(SPD)必須進(jìn)行正確的安裝,因?yàn)檫@不僅是電氣安全所必須的要求,而且不正確的安裝將大大地降低浪涌保護(hù)器(SPD)的預(yù)期保護(hù)效果,因此必須按照相關(guān)的說(shuō)明書(shū)進(jìn)行安裝。

4 結(jié)語(yǔ)

雷電是我國(guó)南方地區(qū)春夏季非常頻發(fā)的一種氣象災(zāi)害。到目前為止還沒(méi)有任何一種裝置（或方法）能阻止雷電的產(chǎn)生，沒(méi)有能阻止雷擊到建筑物上的器具和方法。壽寧縣年均雷暴日數(shù)為65天，2009年8月13日至22日，壽寧城關(guān)地區(qū)連續(xù)10天都是電閃雷鳴，雷電已經(jīng)是本地區(qū)非常嚴(yán)重的一種自然災(zāi)害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年雷電災(zāi)害對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成的損失居氣象災(zāi)害之首。究其原因就是人們對(duì)防雷電災(zāi)害的不重視，不能正確利用雷電防護(hù)設(shè)施。只要科學(xué)、合理、得當(dāng)?shù)剡M(jìn)行預(yù)防，可以避免或減少很多不必要的災(zāi)害發(fā)生和經(jīng)濟(jì)損失，確保醫(yī)療設(shè)備的正常使用。

[1]平帥.淺議核電磁脈沖的防護(hù).防雷技術(shù).第五期.