大型醫(yī)院應(yīng)對醫(yī)療設(shè)備供電質(zhì)量異常的解決對策

劉元明，劉歡，余世準(zhǔn)

湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬太和醫(yī)院 a.綜合事務(wù)部；b.院務(wù)辦公室；c.醫(yī)學(xué)工程部，湖北 十堰 442000

先進(jìn)的醫(yī)療診斷和治療儀器在現(xiàn)代化醫(yī)院中起著越來越重要的作用，提供高質(zhì)量的電能保障是消除或降低醫(yī)療設(shè)備風(fēng)險，確保為病人診斷和治療準(zhǔn)確的重要因素。實際使用中，由于供電質(zhì)量異常問題，如突然停電和電壓浪涌、尖峰、波形畸變、頻率偏移等，經(jīng)常會對醫(yī)療設(shè)備造成不可預(yù)知的破壞。這些問題輕則造成醫(yī)療設(shè)備工作出錯，數(shù)據(jù)丟失，重則使設(shè)備系統(tǒng)崩潰，甚至損壞。其中，電源電壓不穩(wěn)，偏高或偏低，或者供電突然中斷是對中大型醫(yī)療設(shè)備危害最大的因素，它會直接影響大型醫(yī)療設(shè)備的使用壽命，甚至造成嚴(yán)重破壞乃至報廢。因此，在醫(yī)療設(shè)備配電工程及設(shè)備運行中，確保醫(yī)療設(shè)備電源配置合理、性能穩(wěn)定、功率負(fù)荷匹配、電氣設(shè)計規(guī)范，使用環(huán)境穩(wěn)定、安全措施到位等顯得尤為重要。

1 醫(yī)療設(shè)備配電系統(tǒng)常見問題分析

1.1 供電質(zhì)量下降

供電質(zhì)量主要是指供電裝置正常工作，不出現(xiàn)供電突然中斷現(xiàn)象，為醫(yī)療設(shè)備提供的高質(zhì)量電能，確保醫(yī)療設(shè)備能夠穩(wěn)定運行。導(dǎo)致供電質(zhì)量下降的因素有很多，首先，大量供電設(shè)備的使用。在多種醫(yī)療設(shè)備的使用過程中，存在著大量不同步的啟、停電的情況，容易造成醫(yī)療設(shè)備供電產(chǎn)生異常情況。其次，由非線性器件造成。開關(guān)電源、可控硅管、調(diào)光系統(tǒng)、不間斷電源、交流穩(wěn)壓器、變頻空調(diào)都是非線性設(shè)備。非線性器件輸入的電流脈沖疊加很大，對正常的醫(yī)療設(shè)備供電會產(chǎn)生破壞作用。最后，大功率設(shè)備的存在也會帶來新的供電質(zhì)量問題[1]。如果不注意恰當(dāng)處理，就會造成醫(yī)療設(shè)備供電質(zhì)量的降低。

1.2 電壓波動

電壓波動是電網(wǎng)中比較常見的問題，正常的電網(wǎng)電壓波動范圍應(yīng)≤10%，而我國的電網(wǎng)電壓通常會超過此范圍，波動范圍可達(dá)±15%甚至±20%，這主要是配電變壓器材料、容量以及環(huán)路阻抗造成的[2]。電壓持續(xù)過高或過低都會使設(shè)備的電源系統(tǒng)發(fā)生故障，輕則燒斷保險絲，重則損壞電源系統(tǒng)和多臺醫(yī)療設(shè)備。

1.3 頻率偏移

我國的供電網(wǎng)絡(luò)頻率標(biāo)準(zhǔn)是50 Hz，使用大電網(wǎng)供電頻率偏差很小，一般情況下，供電頻率偏移不會對用電設(shè)備造成影響，但是對于一些精度較高而又需要電網(wǎng)頻率同步或作基準(zhǔn)的設(shè)備會影響很大。

1.4 供電中斷

電力不足和供電線路質(zhì)量差，會因為超負(fù)荷跳閘、三相嚴(yán)重不平衡、缺相造成保護(hù)等原因，使供電中斷。供電中斷會對MRI、CT造成極大的損害：① 計算機數(shù)據(jù)記錄丟失或系統(tǒng)軟件損壞，嚴(yán)重時會造成計算機主機、硬盤、光驅(qū)、磁帶機損壞；② 直接影響CT球管的壽命和控制電路、高壓箱的安全以及MRI的磁體線圈、梯度功放、射頻功放等部件的安全。嚴(yán)重時會立即損壞這些部件。CT機球管在工作時溫度很高，當(dāng)供電中斷后強迫冷卻即終止，會大大縮短球管的使用壽命，甚至可能損壞球管。③ 容易造成梯度功放等高功率電路損壞，冷頭停止工作，會損壞液氦[2]。

1.5 電源干擾

電源干擾大至可分為尖峰電壓、浪涌電壓、噪聲干擾、奇次諧波等，強烈的干擾可造成醫(yī)療設(shè)備的電路板損壞、計算機控制出現(xiàn)紊亂、高壓系統(tǒng)不穩(wěn)定，危及整機的安全[3]。

2 供電質(zhì)量異常對醫(yī)療設(shè)備的影響

大型醫(yī)院醫(yī)療設(shè)備配置的是高精密和高價格的儀器，一旦出現(xiàn)破壞，很容易導(dǎo)致重大的經(jīng)濟損失。電能質(zhì)量異常對醫(yī)療設(shè)備的影響有兩種情況：一種是同處于某個用電支路的幾個病區(qū)，當(dāng)供電系統(tǒng)輸送到醫(yī)院受污染的電源時，電能質(zhì)量下降對全院所有醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生的影響是共性的，涉及范圍廣，發(fā)生故障的醫(yī)療設(shè)備品種和數(shù)量多。第二種情況是醫(yī)院內(nèi)部施工、改造、裝修時許多用電量大的施工機械無序地亂搭電源，造成局部用電支路電能下降，連接在該支路上的醫(yī)療設(shè)備就會受到影響[4]。醫(yī)院的很多醫(yī)療設(shè)備和微電子技術(shù)是相聯(lián)系的，有資料表明，超過60%的醫(yī)療設(shè)備出現(xiàn)故障的原因和供電質(zhì)量相關(guān)，不僅容易擊穿醫(yī)療設(shè)備中的半導(dǎo)體器件，還有可能導(dǎo)致醫(yī)療設(shè)備的自動控制系統(tǒng)產(chǎn)生混亂，而且還會對計算機信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行破壞，導(dǎo)致設(shè)備接收數(shù)據(jù)失敗，這也是醫(yī)療設(shè)備提前老化的主要因素[5]。對于數(shù)字式的醫(yī)療設(shè)備來說，可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)破壞和文件丟失，甚至造成硬件系統(tǒng)的完全毀壞。

3 應(yīng)對醫(yī)療設(shè)備供電質(zhì)量異常的解決對策

3.1 電源配置合理

大型醫(yī)院用電屬于一級負(fù)荷，如急診部、監(jiān)護(hù)病房、手術(shù)部、分娩室、血液凈化室、磁共振室、CT掃描室、高壓氧艙、加速器機房等場所，都配備有重要的醫(yī)療器械，具有較大容量與較小容量的一級用電負(fù)荷，應(yīng)由兩路10 kV高壓電源供電，當(dāng)一路電源發(fā)生故障時，另一路電源立即啟動供電，保證各種醫(yī)療設(shè)備的正常運行。這兩個10 kV高壓電源一般是由當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)的兩個區(qū)域的變電站分別引來。盡管如此，仍有可能出現(xiàn)全部市電中斷的情況，因此，還應(yīng)根據(jù)負(fù)荷對中斷供電時間的要求，增設(shè)能在15 s內(nèi)向負(fù)荷供電的快速自起動柴油發(fā)電機組或可靠的不間斷電源裝置（UPS）作為自備應(yīng)急電源供電[6]。

3.2 電源性能穩(wěn)定

醫(yī)療設(shè)備和供電電能之間是密切聯(lián)系的。電能質(zhì)量對醫(yī)療設(shè)備起著決定性作用。在電能質(zhì)量控制中，主要建立起9項電能控制的參數(shù)，包括電壓偏差、交流諧波、電流波動、浪涌電壓、尖波、瞬態(tài)過電壓與暫態(tài)過電壓、突發(fā)電壓下陷和三相電壓平衡度以及噪聲，建立起這些控制項目的參數(shù)檢測、原始數(shù)據(jù)的要求、數(shù)據(jù)處理方式和數(shù)據(jù)分析等[7]。在日常的檢修工作中，工作人員應(yīng)按照要求進(jìn)行設(shè)備的及時檢測，判斷醫(yī)療設(shè)備是否存在著安全故障問題，并及時采取措施解決。

3.3 功率負(fù)荷匹配

各種醫(yī)療設(shè)備功率和用電情況是不一樣的，因此要改善醫(yī)療設(shè)備的入網(wǎng)情況。如電源插頭接觸電阻大，要有針對性地使用不同的電源插頭，選擇合適的插座。在條件允許的情況下，盡量使用繼電器來減少醫(yī)療設(shè)備和電阻的接觸。如果電源存在切換問題，要對精密的醫(yī)療設(shè)備配置不間斷的電源轉(zhuǎn)換設(shè)備來避免出現(xiàn)電源的間斷性問題[8]。

3.4 電氣設(shè)計規(guī)范

在醫(yī)院電氣設(shè)計中，需要注意與醫(yī)院相關(guān)部門進(jìn)行充分的溝通與協(xié)商，要求詳細(xì)提供醫(yī)療電氣設(shè)備的容量及其特殊的用電要求。當(dāng)相關(guān)部門確實不能提供有關(guān)醫(yī)療電氣設(shè)備的數(shù)據(jù)時，電氣設(shè)計人員可以參考相近的醫(yī)療電氣設(shè)備資料，考慮預(yù)留最大用電空間，保證現(xiàn)有的以及新增加的醫(yī)療電氣設(shè)備的用電負(fù)荷。同時，應(yīng)根據(jù)具體情況，正確選取醫(yī)療動力需用的系數(shù)值。

3.5 使用環(huán)境穩(wěn)定

良好的電源環(huán)境是確保醫(yī)療設(shè)備安全運行的重要條件，根據(jù)不同醫(yī)療設(shè)備的不同要求對電源環(huán)境進(jìn)行必要的改善。具體措施可分為兩種不同的情況：① 對需要凈化的電源設(shè)備，如B超、CT機等，要配置凈化穩(wěn)壓電源，確保醫(yī)療設(shè)備的工作環(huán)境比較穩(wěn)定。② 對監(jiān)護(hù)室和手術(shù)室等特殊醫(yī)療室，除需要接入雙電源之外，還要設(shè)置小型的發(fā)電機，避免在停電情況下，出現(xiàn)醫(yī)療設(shè)備不能使用，造成重大醫(yī)療事故的嚴(yán)重后果[8]。

3.6 安全措施到位

3.6.1 接地系統(tǒng)和自動切斷電源措施

采用共用接地系統(tǒng)和等電位連接。在采用共用接地系統(tǒng)的建筑物內(nèi)的醫(yī)療電氣設(shè)備,很難設(shè)置單獨接地。因為設(shè)備外殼，整個建筑物的金屬構(gòu)件，鋼筋、電氣保護(hù)接地系統(tǒng)都接入共用接地系統(tǒng)。要想從電子設(shè)備單獨引出接地線到室外單獨接地極，且要與共用接地系統(tǒng)完全隔離以避免反擊過電壓很難實現(xiàn)。應(yīng)采取以下辦法解決：

（1）TN（保護(hù)接零）系統(tǒng)：① 醫(yī)院的醫(yī)療場所和與其有關(guān)的場所、鄰近非醫(yī)療場所均應(yīng)采取TN-S（接零保護(hù)）系統(tǒng)，不允許出現(xiàn)PEN線；② 可導(dǎo)電醫(yī)療器件與人體外部接觸，或進(jìn)入人體與人體內(nèi)部接觸場所內(nèi)的末端回路32A及32A以下的電源插座回路，應(yīng)裝用IΔn≤30 mA的RCD作附加保護(hù)；③ 在進(jìn)行如心臟內(nèi)部手術(shù)等中斷供電將導(dǎo)致生命危險的場所內(nèi)，只能在下列電氣設(shè)備的回路內(nèi)才可裝用IΔn≤30 mA的RCD，如手術(shù)臺、X光機、額定功率＞5 kVA的大型電氣設(shè)備不重要（不影響生命安全）的電氣設(shè)備[9]。

（2）醫(yī)療IT（保護(hù)接地）系統(tǒng)：進(jìn)行如心臟內(nèi)部手術(shù)等場所，離手術(shù)臺周邊水平距離1.5 m，高度為2.5 m內(nèi)（被稱作“病人環(huán)境”）的用于維持生命或進(jìn)行外科手術(shù)的醫(yī)療電氣設(shè)備，應(yīng)采用IT系統(tǒng)供電，但不包括上述用IΔn≤30 mA的RCD保護(hù)的設(shè)備。為此需嚴(yán)格限制其第一次故障電流?？稍谑中g(shù)室內(nèi)或其貼近處安裝1臺1：1的醫(yī)用隔離變壓器，其二次回路不接地，以IT系統(tǒng)供電。優(yōu)點是當(dāng)發(fā)生第一次接地故障后不切斷電路、不中斷對裝置的供電，當(dāng)發(fā)生第二次接地故障時，由過電流保護(hù)電器或漏電電流動作保護(hù)器切斷故障電路。

（3）等電位聯(lián)結(jié)：在醫(yī)療過程中，為了進(jìn)行各種目的的測量、診斷或治療，病人常和各種電氣設(shè)備連接，這種使用插入體內(nèi)接近心臟或直接插入心臟內(nèi)的醫(yī)療器械，應(yīng)采取防止微電擊保護(hù)措施的等電位接地方式，使用有足夠絕緣保護(hù)裝置的II類電氣設(shè)備供電。

具體做法：在心臟內(nèi)部手術(shù)和中斷供電將導(dǎo)致生命危險的治療場所內(nèi)，醫(yī)用IT系統(tǒng)的PE線是醫(yī)院內(nèi)TN-S系統(tǒng)的PE線的延伸，IT系統(tǒng)和TN-S系統(tǒng)共用同一個保護(hù)接地的接地裝置，切勿為該場所另設(shè)單獨的接地極和PE線，因為這樣做極易在該場所內(nèi)形成＞50 mV的電位差，增大電擊危險[10-11]。在醫(yī)療設(shè)備較多之處，應(yīng)采用鋼管和封閉鋼線槽敷線，以避免單相接地短路電流較多地流過共用接地系統(tǒng)，引起對電子設(shè)備的干擾。

3.6.2 特殊場所不中斷供電措施

醫(yī)療電氣設(shè)備按允許間斷供電時間的場所分級，其用電設(shè)備有≤0.5 s、≤15 s和＞15 s三級。對于間斷供電時間≤0.5 s的醫(yī)療電氣設(shè)備（包括安全照明），應(yīng)增設(shè)不間斷電源裝置（UPS）作為自備應(yīng)急電源；當(dāng)電網(wǎng)電源中斷或電網(wǎng)電壓低于標(biāo)稱電壓的90%時，為避免電壓質(zhì)量問題引起醫(yī)療事故，需通過轉(zhuǎn)換開關(guān)將供電自動轉(zhuǎn)換至自備電源供電。

3.6.3 設(shè)備防火

醫(yī)療設(shè)備一旦發(fā)生故障很容易引起火災(zāi)，由于病人行動緩慢或難于行動，將有極大的生命危險。所以，在醫(yī)療設(shè)備使用時應(yīng)做好電氣防火工作，可導(dǎo)電醫(yī)療器件除該場所本身使用的電氣設(shè)備線路外，其他無關(guān)的電氣線路不應(yīng)混合放置在一起，以免引起線路發(fā)熱而造成醫(yī)療設(shè)備間的相互影響。

4 設(shè)備照明設(shè)計

醫(yī)療設(shè)備運行中的照明設(shè)計相對一般的照明設(shè)計有一定的特殊性，主要應(yīng)滿足醫(yī)療診斷、搶救治療和病人適應(yīng)的需要，要具有明亮、舒適、安全的光照度。診治對光源和周圍色彩有特定要求，需要用顯色性良好的光源。檢查室、治療室等宜采用高顯色熒光燈，以便于觀察病人的情況，減少眩光和強光直射對診斷或治療產(chǎn)生的影響，或引起病人不適、心情躁動而影響檢查及治療效果。

5 小結(jié)

醫(yī)療設(shè)備效能的發(fā)揮和安全程度依賴于人的使用管理水平?？傮w來說，醫(yī)院的供電質(zhì)量對醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生很大的影響，和病人的生命安全息息相關(guān)。為了保證醫(yī)院的正常運行，開展對醫(yī)療設(shè)備電能質(zhì)量的研究是非常必要的，它能夠為醫(yī)療設(shè)備安全運行提供一定的保障。

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