醫(yī)用低壓配電柜(MDP)的設(shè)計(jì)

吳曉亮

(河北匯能電子技術(shù)有限公司,河北石家莊 050035)

醫(yī)用低壓配電柜(MDP)的設(shè)計(jì)

吳曉亮

(河北匯能電子技術(shù)有限公司,河北石家莊 050035)

醫(yī)院的供配電方式與其他民用建筑有較大區(qū)別,為了保證對(duì)該場(chǎng)所內(nèi)的醫(yī)療電器提供一個(gè)安全可靠的電源,以確保病人的安全,本系統(tǒng)采用IT供電系統(tǒng),運(yùn)用PLC邏輯控制及通訊的優(yōu)勢(shì),替換傳統(tǒng)低壓控制電路器件,即節(jié)省了成本,由提高了系統(tǒng)的可靠性和操作性。

低壓配電;斷路器級(jí)聯(lián);PLC;IT供電系統(tǒng)

1 引言

醫(yī)院因其工作的特殊性,醫(yī)院的供配電方式與其他民用建筑有較大區(qū)別,尤其在醫(yī)院的特殊環(huán)境里,漏電流對(duì)病人構(gòu)成了潛在的危險(xiǎn),因此對(duì)電氣安全設(shè)計(jì)提出了特殊而且嚴(yán)格的要求。尤其是那些生命攸關(guān)的場(chǎng)所,如外科手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)室等地均需安裝醫(yī)用IT供電系統(tǒng)(IT指不接地供電系統(tǒng),此系統(tǒng)俗稱(chēng)醫(yī)用隔離電源),其目的就是為了保證對(duì)該場(chǎng)所內(nèi)的醫(yī)療電器提供一個(gè)安全可靠的電源,以確保病人的安全。為此,筆者設(shè)計(jì)了一種醫(yī)用低壓配電柜(MDP)。

2 功能要求

1)系統(tǒng)主空開(kāi)關(guān)并和配電柜門(mén)之間設(shè)有機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置,確保只要在主空開(kāi)關(guān)斷后才可打開(kāi)柜門(mén)(可為專(zhuān)用人員設(shè)有“后門(mén)”)滿(mǎn)足IEC60204-6.2.2要求。

2)系統(tǒng)設(shè)有急停按鈕“E-OFF”和主功率恢復(fù)按鈕“main power on”。不管系統(tǒng)工作在何種狀態(tài),按下“E-OFF”鍵,系統(tǒng)所有功率部分均被斷開(kāi),系統(tǒng)各部分處于無(wú)電狀態(tài)(包括UPS輸出)。按下“main pow er on”鍵,系統(tǒng)立刻恢復(fù)到從前(除PDU分路需要人工干預(yù))工作狀態(tài)。

3)除PDU分路(the Power Distribution Unit(PDU))在啟動(dòng)時(shí)需要人工干預(yù)(無(wú)停電后重啟功能)。其他各分路在停電后有延時(shí)重啟功能,且延時(shí)時(shí)間可設(shè)制(0s～30s)。

4)各分路有各自相應(yīng)的狀態(tài)指示功能和分路開(kāi)關(guān)功能。

3 功能實(shí)現(xiàn)

3.1 安全性設(shè)計(jì)

①I(mǎi)T系統(tǒng)須由專(zhuān)用的醫(yī)用隔離變壓器供電。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(guò)系統(tǒng)對(duì)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(xiǎn)很小,所以不必及時(shí)切斷電源來(lái)防電擊,從而維持供電的不間斷,只有在發(fā)生第二次接地故障時(shí)才要求切斷電源。同時(shí),安裝在系統(tǒng)中的絕緣監(jiān)測(cè)器能及時(shí)地檢測(cè)并給出系統(tǒng)絕緣故障報(bào)警信號(hào),提醒工作人員及時(shí)排除故障。因此該系統(tǒng)是一個(gè)連續(xù)、可靠的供電系統(tǒng)。

②單相醫(yī)用隔離變壓器二次線圈的額定電壓120V,醫(yī)用隔離變壓器的金屬外殼需與局部等電位聯(lián)結(jié)端子板聯(lián)結(jié);在該系統(tǒng)中,提高回路的絕緣阻抗、降低回路對(duì)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(jì)時(shí)要盡量縮短系統(tǒng)配電線路的長(zhǎng)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(hù)措施。

③隔離變壓器的上級(jí)和下級(jí)饋電回路不允許裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù),可用熔斷器作短路保護(hù)。系統(tǒng)中的絕緣監(jiān)測(cè)器,一方面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的絕緣狀態(tài),另一方面還檢測(cè)系統(tǒng)的過(guò)負(fù)荷和變壓器的溫升狀態(tài),一旦出現(xiàn)異常立即報(bào)警。因此該系統(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。

機(jī)柜外殼設(shè)計(jì)達(dá)到IP2X的要求標(biāo)準(zhǔn);柜門(mén)與主開(kāi)關(guān)具有聯(lián)鎖裝置,確保斷電后才可開(kāi)啟柜門(mén),符合IEC60204-6.2.2 b要求;柜內(nèi)帶電的接頭和端子均采用絕緣防護(hù)且滿(mǎn)足IP2X標(biāo)準(zhǔn);對(duì)控制操作部分采用PELV(安保特低電壓)設(shè)計(jì);柜內(nèi)具有良好的等電位接地連接。

3.2 功率部分設(shè)計(jì)

三相總輸入經(jīng)空開(kāi)引入,通過(guò)三相匯流端子,給5個(gè)分路供電?？傞_(kāi)關(guān)和各分路開(kāi)關(guān)下級(jí)設(shè)接觸器和熔斷器,實(shí)現(xiàn)輸出控制和電流三段保護(hù)。

3.2.1 斷路器的選擇

(1)斷路器極限分?jǐn)嗄芰?Icu)的選擇:斷路器的極限分?jǐn)嗄芰?Icu)應(yīng)大于其所在電路處的短路電流(Isc)即Icu>Isc;上下級(jí)斷路器可采用級(jí)聯(lián)技術(shù),降低下一級(jí)斷路器的分?jǐn)嗉?jí)別。選型時(shí)可參考斷路器生產(chǎn)廠商提供的級(jí)聯(lián)表。

根據(jù)要求,主斷路器CB1分?jǐn)嗄芰?Icu)選為1600A大于要求1000A;分路斷路器CB2～CB5的分?jǐn)嗄芰?Icu)選為1000A～620A。路斷路器CB6～CB9的分?jǐn)嗄芰?Icu)選為小于620A即可。具體參數(shù)見(jiàn)元器件清單(表1)。

(2)斷路器額定電流的選擇:在選擇斷路器額定參數(shù)時(shí),要考慮到上下級(jí)斷路器之間的選擇型。即:通過(guò)上下級(jí)斷路器之間的電流選擇性、時(shí)間選擇性和能量選擇性來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路的全選擇性或局部選擇性,可參考斷路器生產(chǎn)廠商提供的選擇性表。額定電流(In)的選擇取決于它要保護(hù)的下級(jí)用電設(shè)備的額定電流(I),即In>I;斷路器在環(huán)境溫度和海拔高度超出規(guī)定值范圍(40℃;3km)使用時(shí)要做降容使用。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,綜合考慮各級(jí)分路容量分配,選擇合適的額定值,具體參數(shù)見(jiàn)元器件清單。分路分配形式見(jiàn)原理圖(圖1)。

(3)斷路器脫扣特性的選擇:斷路器根據(jù)使用環(huán)境的不同,設(shè)計(jì)有B、C、D等不同電磁脫扣特性。根據(jù)此配電柜的使用要求,除CB1路斷路器選用B脫扣特性外,其他斷路器均選用C脫扣特性。

3.2.2 導(dǎo)線參數(shù)選擇

在各分路容量確定后,即各分路所用斷路器的額定值得以確定后,各分路所用導(dǎo)線的參數(shù)也得以確定。在選擇導(dǎo)線時(shí)要遵守這個(gè)原則,就是分路所選導(dǎo)線的額定電流(I0)值應(yīng)該大于其上端的電流分?jǐn)啾Ｗo(hù)裝置的額定值(In),即I0>In。再結(jié)合各廠家提供的導(dǎo)線選型表選型。

3.2.3 其他元件的選擇

變壓器和繼電器、交流接觸器等元件的額定值的選擇,要本著大于本級(jí)電流分?jǐn)啾Ｗo(hù)裝置的額定值的要求選取。這樣才能起到對(duì)元件的保護(hù)作用。具體參數(shù)見(jiàn)元器件清單(表1)。

表1 元器件清單

3.3 控制部分設(shè)計(jì)

采用可編程控制器(PLC)對(duì)電路進(jìn)行邏輯控制,PLC采用兩路選擇性輸入,一路從總輸入下方通過(guò)變壓器變壓到120V后引入;另一路從UPS輸出端引入。兩路優(yōu)先第一路,第一路斷電時(shí)自動(dòng)切換到第二路。PLC內(nèi)置超強(qiáng)電容,停電狀態(tài)下可保持?jǐn)?shù)據(jù)近1年。原理圖見(jiàn)圖1。

圖1 邏輯控制原理圖

4 結(jié)論

該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)在一些醫(yī)院實(shí)際應(yīng)用,效果良好,該系統(tǒng)具有泄漏電流小,可帶故障運(yùn)行的特點(diǎn);比目前國(guó)內(nèi)大部分醫(yī)院采用的 TN系統(tǒng)配電接地方式性能優(yōu)于很多,TN系統(tǒng)接地故障多為金屬性短路,故障電流大,使斷路器等過(guò)電流保護(hù)裝置動(dòng)作,造成停電。因此該系統(tǒng)在大型醫(yī)院、地下礦井、石油化工等領(lǐng)域應(yīng)用前景。

[1]王增堯.低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范.北京.:北京中國(guó)計(jì)劃版社,1995.

[2] 孫娟.機(jī)械安全.機(jī)械電氣設(shè)備.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2003.

[3] 董保生.低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.

[4] 黃兢業(yè).低壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的絕緣配合.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

The design of medical low-voltage distribution cabinet(MDP)

WU Xiao-liang

(Hebei HuiNeng electronic technology Co.,L TD050035,Hebei province Shijiazhuang)

There w as difference of themeans of the pow er supp ly betw een the the hospital and the civil construction.In o rder to ensure the safety and reliability of source of themedical device and guarantee safety of patients,the system was designed by IT power supp ly system,w hich use the advantagesof PLC logic contro l to rep lace the traditional low-vo ltage control circuit devices,w hich can save cost and imp rove maintainability and operability and extend the function.

Low-voltage distribution;Circuit breaker cascade;PLC;IT power supp ly system

TP271

:A

1001-9383(2011)02-0049-04

2011-04-20

吳曉亮(1974-),男,河北省石家莊市人,主要從事電氣工程及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).