特殊供配電系統(tǒng)低壓配電柜設(shè)計(jì)分析

尹俊偉

摘 要：同其他民用建筑配電方式不同，醫(yī)用的供配電方式具有一定的特殊性，醫(yī)療電氣需要穩(wěn)定可靠的電能環(huán)境，從而為病人提供更加安全的就醫(yī)、治療環(huán)境。目前很多醫(yī)院開始采用IT供電系統(tǒng)，利用PLC控制元件，實(shí)現(xiàn)智能化控制及通訊，這種方式不但解決了傳統(tǒng)低壓控制元件的弊端，在有效解決成本的同時(shí)，提高了低壓配電系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：醫(yī)院供配電；低壓配電；配電柜設(shè)計(jì)

1 概述

不同于普通民用建筑，醫(yī)院建筑功能具有特殊性，這是由于醫(yī)院工作特殊性決定的，基于這一點(diǎn)，醫(yī)院低壓供配電方式也具有特殊性，在醫(yī)院這一特定的環(huán)境里，電路系統(tǒng)一旦出現(xiàn)漏電、供電不穩(wěn)等問題，很容易對就醫(yī)病人造成生命危害，因此醫(yī)院電氣設(shè)計(jì)安全要求極為嚴(yán)格。尤其在重癥監(jiān)護(hù)室、手術(shù)室等關(guān)系病患生命安全的場所。很多醫(yī)院為了提高供配電安全，在一些特殊場所采用了IT供電系統(tǒng)，即醫(yī)用隔離電源，其主要目的在于為這些特殊場所提供安全穩(wěn)定的供電環(huán)境，以保證醫(yī)療設(shè)備的正常運(yùn)行，保證病患安全?；谶@一點(diǎn)本文針對一種醫(yī)用低壓配電柜設(shè)計(jì)進(jìn)行簡要分析。

2 配電柜功能設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)主空開關(guān)并和配電柜門之間設(shè)有機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置，確保只要在主空開關(guān)斷后才可打開柜門（可為專用人員設(shè)有“后門”）滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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，系統(tǒng)各部分處于無電狀態(tài)（包括UPS輸出）。按下“main power 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）分路設(shè)置有各自的分路開關(guān)，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的開關(guān)功能，同時(shí)也設(shè)置獨(dú)立的狀態(tài)顯示，從而實(shí)現(xiàn)分路狀態(tài)的單獨(dú)指示。

3 如何有效實(shí)現(xiàn)配電柜功能

3.1 安全性

（1）專用的隔離變壓器是IT供電系統(tǒng)發(fā)揮作用必須的裝置，大型醫(yī)院供電系統(tǒng)為了確保供電的持續(xù)性、安全性，必須使用醫(yī)用隔離變壓器。由于這種專門的供電系統(tǒng)電源端不會(huì)設(shè)置接地導(dǎo)體，因而即便發(fā)生單相接地，由于回路阻抗大，也不會(huì)發(fā)生回路電流過大的故障，僅僅構(gòu)成對地電容回路。因而不容易出現(xiàn)點(diǎn)擊危險(xiǎn)，無需切斷電源，如此供電系統(tǒng)可以不間斷的持續(xù)供電。但是若系統(tǒng)再次出現(xiàn)接地故障，則必須關(guān)閉電源，對發(fā)生故障的回路進(jìn)行全面檢查。除此之外，在系統(tǒng)中需要設(shè)置絕緣監(jiān)測設(shè)備，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)絕緣故障，監(jiān)測設(shè)備可以及時(shí)發(fā)出報(bào)警，使得線路故障可以被及時(shí)發(fā)現(xiàn)、排除?；谶@種功能特性，IT供電系統(tǒng)的持續(xù)性、穩(wěn)定性、安全性相較于傳統(tǒng)供電系統(tǒng)更為可靠。

（2）IT供電系統(tǒng)變壓器外殼需要聯(lián)結(jié)局部等電位以及端子板，并保證其二次線圈額定電壓U=120V。在IT供電系統(tǒng)中，提高系統(tǒng)供電安全性、穩(wěn)定性的核心在于對系統(tǒng)回路對地電容進(jìn)行降低，對回路絕緣阻抗進(jìn)行提高?；谶@一點(diǎn)，在進(jìn)行低壓配電柜設(shè)計(jì)時(shí)需對系統(tǒng)容量盡可能減少，對分支回路數(shù)盡可能縮減，對配電線路長度盡可能縮短，同時(shí)設(shè)置可靠的線路絕緣防護(hù)。

（3）這種應(yīng)用在IT供電系統(tǒng)的隔離變壓器主要使用熔斷器作

為短路保護(hù)裝置，而不是使用過負(fù)荷保護(hù)，由于在上下級饋電回路中設(shè)置熔斷器，在絕緣監(jiān)測裝置的監(jiān)測下，不但可以有效了解系統(tǒng)狀態(tài)，還可以對系統(tǒng)變壓器運(yùn)行狀態(tài)、過負(fù)荷狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)測，一旦有異常狀況出現(xiàn)，絕緣監(jiān)測就會(huì)發(fā)出警報(bào)，降低了由于系統(tǒng)發(fā)熱過度、漏電等引發(fā)的安全事故。

機(jī)柜外殼設(shè)計(jì)達(dá)到IP2X的要求標(biāo)準(zhǔn)；柜門與主開關(guān)具有聯(lián)鎖裝置，確保斷電后才可開啟柜門，符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求；柜內(nèi)帶電的接頭和端子均采用絕緣防護(hù)且滿足IP2X標(biāo)準(zhǔn)；對控制操作部分采用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 功率部分實(shí)現(xiàn)

三相總輸入經(jīng)空開引入，通過三相匯流端子，給5個(gè)分路供電?？傞_關(guān)和各分路開關(guān)下級設(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 選擇科學(xué)合理的斷路器

（1）如何選擇斷路器極限分?jǐn)嗄芰Α７侄纹鞯倪x擇中首先應(yīng)當(dāng)選擇合理的極限分?jǐn)嗄芰?，保證該回路發(fā)生短路時(shí)其短路電流小于斷路器分?jǐn)嗄芰Γc此同時(shí)使用級聯(lián)技術(shù)將上級斷路器同下級斷路器聯(lián)系起來，能夠有效提高斷路器的分?jǐn)嗄芰?，選型時(shí)可適當(dāng)結(jié)合實(shí)際要求參考生產(chǎn)廠商所提供的級聯(lián)表。（2）如何選擇斷路器額定電流。在進(jìn)行斷路器的額定參數(shù)選擇時(shí)，需要將上下級斷路器考慮在內(nèi)。斷路器額定電流作為最重要的額定參數(shù)，其選擇取決于斷路器所保護(hù)的下級用電設(shè)備的額定電流，此時(shí)需要保證斷路器額定電流大于下級用電設(shè)備額定電流。此外，斷路器使用范圍環(huán)境溫度超過40℃或海拔超過3km則需要進(jìn)行降容。必須綜合考慮設(shè)計(jì)要求和實(shí)際使用要求，最終保證額定參數(shù)適宜科學(xué)。（3）如何確定斷路器脫扣特性。由于使用環(huán)境不同，為了提高斷路器的適用性，通常設(shè)置有不同的電磁脫扣特性，配電設(shè)計(jì)中需要依照配電柜的實(shí)際要求，選擇脫扣特性。一般情況下，斷路器設(shè)置有B、C、D三種脫扣特性，一般斷路器都會(huì)選擇C脫扣特性，也有特殊斷路器選擇另外兩種特性。

3.2.2 導(dǎo)線的選擇

對分路容量進(jìn)行確定，即對各個(gè)分路所需要設(shè)置的斷路器額定參數(shù)進(jìn)行確定，完成斷路器的確定后即確定各個(gè)分路所需導(dǎo)線參數(shù)。需要注意的是，確定分路導(dǎo)線時(shí)必須保證設(shè)置在該分路上的分?jǐn)啾Ｗo(hù)設(shè)備額定參數(shù)小于導(dǎo)線額定電流，從而確定分路電流分?jǐn)啾Ｗo(hù)設(shè)備可以發(fā)揮應(yīng)用作用。除此之外還需要結(jié)合廠家所提供的選型表確定導(dǎo)線規(guī)格。

3.2.3 其他元件的選擇

除了導(dǎo)線參數(shù)的選擇，以該回路電流的分?jǐn)啾Ｗo(hù)器額定值為基礎(chǔ)確定其余回路設(shè)備的額定值是選件選擇的基本原則，也是確?；芈飞侠^電器、交流接觸元件以及變壓器能夠發(fā)揮應(yīng)有作用的基礎(chǔ)要件。必須保證分?jǐn)啾Ｗo(hù)裝置額定值小于上述元件額定值，如此才能有效發(fā)揮保護(hù)裝置的保護(hù)作用。除此之外，上述元件的選擇也需要結(jié)合廠家提供的選型表。

3.3 控制部分的設(shè)計(jì)

電路邏輯控制通過PLC予以實(shí)現(xiàn)，即可編程控制器。PLC主要采用兩路實(shí)現(xiàn)選擇性輸入，一路通過變壓器進(jìn)行變壓，當(dāng)電壓變?yōu)?20V后從總輸入下方引入；另一路則直接通過UPS的輸出端進(jìn)入。第一路為優(yōu)先引入路，若第一路發(fā)生故障、斷電，則自動(dòng)切換引用第二路。PLC具有超強(qiáng)的內(nèi)置電容，即便停電1年，其內(nèi)部控制數(shù)據(jù)也可以完好保存。

4 結(jié)束語

IT供電系統(tǒng)在很多特殊領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用中收到了良好的效果，并且該系統(tǒng)的漏電電流相對較小，可以進(jìn)行帶故障運(yùn)行，基于這一點(diǎn)，IT共供電系統(tǒng)應(yīng)用于醫(yī)院等特殊領(lǐng)域，相比較TN系統(tǒng)配電方式，抗干擾性更強(qiáng)。TN系統(tǒng)中發(fā)生的接地故障大多數(shù)由金屬短路造成，因而回路中會(huì)產(chǎn)生較大的故障電流，致使斷路器發(fā)生過流保護(hù)動(dòng)作，切斷電流，導(dǎo)致系統(tǒng)供電終止，這極大的影響了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而IT供電系統(tǒng)則有效解決了這一問題，因此能夠滿足在地下礦井、大型醫(yī)院、石油化工等特殊領(lǐng)域供電需求，發(fā)展前景廣闊。

參考文獻(xiàn)

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