IT接地系統(tǒng)在醫(yī)療場所中的應(yīng)用

謝泉明

（福州市建筑設(shè)計院有限責(zé)任公司，福建 福州 350000）

隨著國家的飛速發(fā)展，我國經(jīng)濟和人民生活水平也不斷提高，對電力的需求迅速增加。同時，因斷電、漏電、觸電、電線絕緣等原因造成的火災(zāi)事故也頻繁發(fā)生，對人民的生命和財產(chǎn)安全造成了嚴(yán)重威脅。因此，提高系統(tǒng)供電的安全性和可靠性是國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的一項重要內(nèi)容。二級醫(yī)療機構(gòu)應(yīng)對基礎(chǔ)生命支持系統(tǒng)、手術(shù)室患者區(qū)域、醫(yī)療電氣設(shè)備和系統(tǒng)電源電路進行相關(guān)優(yōu)化，使用現(xiàn)如今最科學(xué)合理的醫(yī)療保健IT系統(tǒng)，提高醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量和安全水平。IT系統(tǒng)具有泄漏電流小和容錯能力強等優(yōu)勢。因此，IT系統(tǒng)在醫(yī)療設(shè)施、地下礦山、化工廠、船舶、化工及交通工程等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。IT接地系統(tǒng)在醫(yī)療場所的應(yīng)用為眾多的患者和醫(yī)護人員建立了科學(xué)技術(shù)先進、功能齊全，安全可靠的環(huán)境，有著非常重要的應(yīng)用價值。

1 IT系統(tǒng)及其特點

1.1 定義和配置IT系統(tǒng)

IT系統(tǒng)是指在電源中性點不接地系統(tǒng)中,將所有設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分均經(jīng)各自的保護線PE分別直接接地，則此系統(tǒng)被稱為IT供電系統(tǒng)。在實際應(yīng)用中，IT系統(tǒng)通常與TN或TT系統(tǒng)通過使用隔離變壓器進行隔離。當(dāng)IT接地系統(tǒng)第一次發(fā)生單相對地故障時，系統(tǒng)故障電流為兩相故障之和，即對地之間的電容電流。電流額定值太小，不會發(fā)生觸電等事故，也不會切斷電源，確保了系統(tǒng)電源供電的連續(xù)性。但是，如果在發(fā)生問題時不及時解決，將會導(dǎo)致更嚴(yán)重的事故發(fā)生。如果發(fā)生相間短路，應(yīng)打開過流保護裝置，并暫時停止IT系統(tǒng)的使用，這可以有效避免上面提到的問題。另外，IT系統(tǒng)需要屏障監(jiān)控功能測試儀，這樣可以為系統(tǒng)提供第一個接地屏障。絕緣監(jiān)測設(shè)備可及時檢測系統(tǒng)是否正常運行，并且提供來自警報設(shè)備的警告信號（通常是聲音和視頻），讓工作人員提醒您應(yīng)加快處理問題，并在因疏忽導(dǎo)致的問題變成負面問題之前解決，以此有效地保證了系統(tǒng)供電的連續(xù)性。并且，可以在系統(tǒng)中安裝特殊的故障檢測器，當(dāng)測試儀檢測到絕緣問題時，裝置激活并發(fā)送問題提示。順便說一下，故障檢測器會檢測并排除潛在的故障電路，最后定位并記錄故障位置，從而方便維修人員解決故障問題。

變壓器的輸入、輸出電路不得安裝過載保護。因為一旦系統(tǒng)過載，安全開關(guān)會切斷電源。由此可以看出，系統(tǒng)隔離監(jiān)視器可以在系統(tǒng)過載關(guān)鍵設(shè)置安裝過載檢測和報警功能，保證供電設(shè)備可以正常的連續(xù)運行，防止分離變壓器的高溫漂移。另外，隔離監(jiān)測器還必須實時確定變壓器溫度。如果溫度過高，則會觸發(fā)過熱警報，維修負責(zé)人此時應(yīng)對其進行修理。從上面的分析可以看出，這是典型的單相IT系統(tǒng)，其主要部件包括獨立變壓器、隔離監(jiān)視器、電源變壓器以及相關(guān)的外部顯示和報警設(shè)備。在系統(tǒng)中，絕緣監(jiān)測通常安裝在終端配電箱，即現(xiàn)場終端配電箱內(nèi)，包括系統(tǒng)絕緣材料、系統(tǒng)過熱功能、變壓器溫度檢測功能、故障報告報警和相關(guān)指示功能。接著，相應(yīng)的檢測值由報警顯示裝置顯示出來，包括過載警告功能。報警裝置通常安裝在不顯眼的地方，這也方便了維修人員進行維修工作。另外，用于外部信號和IT系統(tǒng)（如醫(yī)院手術(shù)室）的顯示設(shè)備通常安裝在手術(shù)室的智能面板上。

1.2 IT系統(tǒng)特點

（1）即使IT系統(tǒng)只有一個端口連接，IT系統(tǒng)的接地功能也可以由系統(tǒng)與大地之間的電容形成，系統(tǒng)開路具有高阻抗和減少電流的作用。因此，在發(fā)生事故時不必立即關(guān)閉電源，以免觸電，可以在出現(xiàn)二次接地故障的情況下關(guān)閉系統(tǒng)。同時，該系統(tǒng)包括一個可以及時檢測到系統(tǒng)故障的絕緣監(jiān)視器。系統(tǒng)將絕緣故障及時通知維修團隊，保證維修團隊在第一時間就可以采取維修行動。因此，IT系統(tǒng)是一個持續(xù)可靠的供電系統(tǒng)。

（2）IT系統(tǒng)隔離監(jiān)控。保證實時監(jiān)控系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、變壓器因溫度過載出現(xiàn)故障，一旦出現(xiàn)故障可以立即向維修人員報告異常情況。因此，IT系統(tǒng)可以減少因過熱和接地引起的電氣火災(zāi)，這顯著提高了系統(tǒng)的安全性。

（3）在IT系統(tǒng)中，增加電路絕緣電阻與圓形接地電容是提高系統(tǒng)安全性和可靠性的關(guān)鍵。因此，系統(tǒng)中分配通道的長度必須設(shè)計的盡可能短，減少系統(tǒng)中分配電路的數(shù)量。這也大大增加了IT系統(tǒng)的可靠性與安全性。

2 醫(yī)療IT系統(tǒng)的選擇

（1）IT系統(tǒng)降低觸電電壓和電力系統(tǒng)漏地電流（有效控制漏入鐵芯），降低受害者觸電的風(fēng)險。眾所周知，當(dāng)電子設(shè)備在出現(xiàn)故障后會泄漏一部分電流，當(dāng)漏電流達到一定量時患者就會出現(xiàn)休克，醫(yī)學(xué)上稱為“微震”。醫(yī)療場所的IT接地系統(tǒng)應(yīng)為國際醫(yī)學(xué)領(lǐng)域手術(shù)室、ICU、CCU和其他關(guān)鍵位置中的“中性電力系統(tǒng)”（IEC標(biāo)準(zhǔn)包括“醫(yī)療IT系統(tǒng)”和“獨立能源系統(tǒng)”)提供0.5～10kVA的單相電源，隔離變壓器可以防止這些電源電路的漏電流通過地線進入手術(shù)室、ICU、CCU等其他醫(yī)療設(shè)施，減少了對患者安全的潛在威脅。另外，如果接入電網(wǎng)的負載是隔離的（各種醫(yī)療電氣設(shè)備、配電元件、配電線等）并且沒有與大地充分絕緣。由于IT接地系統(tǒng)的特性，因此泄漏電流不會產(chǎn)生接地回路，只發(fā)生微弱的電容泄漏電流，由此可以保護患者免受泄漏電流的傷害。

（2）如果IT接地系統(tǒng)第一次短路可能導(dǎo)致系統(tǒng)開關(guān)和保險絲發(fā)生故障，這將無法保證供電的可靠性。在醫(yī)療場所，專為某些要求較高的二路（或三路）電源設(shè)計了TN-S供電模式，為這些場所提供了可以自動切換特定地點的電路系統(tǒng)。但是，如果IT接地系統(tǒng)發(fā)生接地絕緣故障時，故障電流會流過電源，從故障點到地面的循環(huán)會產(chǎn)生更大的循環(huán)。造成故障電流、舊斷路器或保險絲損壞，從而導(dǎo)致醫(yī)療場所出現(xiàn)停電。在中性線未接地或絕緣不良的情況下，地線不能形成回路，電容只會發(fā)生小量的漏電，對人體不會造成過大的傷害。通過避開斷路器和保險絲來避免觸電危險，確保醫(yī)療場所的持續(xù)供電，供電系統(tǒng)的運行也會更加安全可靠。

（3）IT接地系統(tǒng)可以減少和避免電流泄漏，安全性更高。

3 IT系統(tǒng)的設(shè)計與選擇

3.1 根據(jù)相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，醫(yī)療區(qū)域應(yīng)分為零類、一類、二類標(biāo)準(zhǔn)

（1）第零類。不使用接觸點的區(qū)域，如門診、候診室、按摩院等醫(yī)療設(shè)施。

（2）第一類。醫(yī)療設(shè)備接觸身體外部或醫(yī)療設(shè)備的電擊不會影響患者或身體。例如，在醫(yī)院和產(chǎn)科護理等高風(fēng)險環(huán)境中的診斷室、X光室等。

（3）第二類。醫(yī)療電氣設(shè)備因輻射而危及患者生命的醫(yī)療設(shè)施；例如，急診室、手術(shù)室、重癥監(jiān)護室、心血管影像室、心導(dǎo)管實驗室、早期護理室。

3.2 獲準(zhǔn)連接IT系統(tǒng)的電子設(shè)備

實時監(jiān)測電氣設(shè)備對患者身體的影響，例如，手術(shù)器械和監(jiān)控患者心臟、大腦和其他內(nèi)臟器官的設(shè)備，并在吸氣器、恒溫箱、透析器、麻醉機、心電監(jiān)護儀護理設(shè)備、多功能手術(shù)、電外科、注射泵、注射泵、心肺機、脈搏記錄儀、脈搏壓縮器、起搏器電子心臟裝置、體外循環(huán)等設(shè)備中使用。

4 IT系統(tǒng)基本配置

4.1 醫(yī)用隔離變壓器

系統(tǒng)類型取決于手術(shù)室的大小和整個手術(shù)的類型，以此計算醫(yī)用隔離變壓器所需的具體后備功率容量。中國和國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)決定：“醫(yī)療IT系統(tǒng)必須使用單相隔離變壓器。其額定輸出功率應(yīng)小于0.5kVA”。因此，建議在手術(shù)室創(chuàng)建多個分區(qū)，關(guān)鍵區(qū)域遠離變壓器。通用隔離變壓器（單相/三相）有6種規(guī)格：3.15kVA、4kVA、5kVA、6.3kVA、8kVA和10kVA。變壓器的初級和次級繞組是獨立繞制的，初級和次級繞組之間有一個屏蔽層，并連接到在單端子中，固定變壓器外殼與鐵芯隔離。變壓器有一個內(nèi)部溫度傳感器，可以用絕緣監(jiān)測器進行監(jiān)測。監(jiān)控變壓器溫度并觸發(fā)過熱警報。

4.2 監(jiān)測特殊醫(yī)學(xué)隔離

隔離電氣系統(tǒng)配備絕緣監(jiān)測器。檢查隔離電氣系統(tǒng)中所有電路的絕緣情況執(zhí)行實時監(jiān)控和警報。AMP脈沖是一種新型醫(yī)療隔離監(jiān)護儀測量方式，AMP脈沖測量方式優(yōu)于傳統(tǒng)上行模式，是最可靠的電壓測量方法。測量額定電壓由微處理器控制，自動適應(yīng)監(jiān)控的系統(tǒng)條件，以確保運行可靠性和抗干擾能力，以此適應(yīng)具有故障因素的電網(wǎng)系統(tǒng)（關(guān)鍵逆變器組件、磁通量分量和電磁干擾）。不同頻率的電波適用于醫(yī)療電氣設(shè)備的監(jiān)控設(shè)計，醫(yī)療隔離監(jiān)護儀的隔離狀態(tài)響應(yīng)值：50～500千歐可調(diào)，監(jiān)視器預(yù)期值過大時可從5A調(diào)整到50A；120℃以上為變壓器繞組溫度的預(yù)警溫度，變壓器負載監(jiān)視器會指示當(dāng)前負載與額定負載之間的關(guān)系，系統(tǒng)具有多種功能以提高系統(tǒng)的可靠性。并且該系統(tǒng)擁有LED顯示測量結(jié)果、LED報警、控制菜單及其POST功能等。

4.3 變壓器負載和溫度監(jiān)測

在安裝變壓器后，配電線路有一個電流互感器，與醫(yī)療隔離變壓器中負載的隔離監(jiān)視器一起使用進行負載監(jiān)控。

4.4 外接報警裝置

警報指示器可用于監(jiān)控電氣系統(tǒng)出現(xiàn)的任何故障，并且可以實現(xiàn)多點報警顯示。可安裝在手術(shù)室和護士站、中控室等位置，在出現(xiàn)問題時可以被相關(guān)工作人員第一時間發(fā)現(xiàn)。警告指示器的安裝數(shù)量取決于需要著重進行監(jiān)控的位置，并且根據(jù)需求數(shù)量，每個IT接地系統(tǒng)至少配備一份外部報警指示器。報警顯示裝置可并聯(lián)多臺外接顯示器，可以在單獨的監(jiān)視器上同步圖像或數(shù)字等數(shù)據(jù)。

4.5 設(shè)備專用電源

內(nèi)部轉(zhuǎn)換電源AC230V AC/CC24V外接報警電源，一臺IT接地系統(tǒng)的專用電源最多可為三個外部報警設(shè)備進行持續(xù)供電。

4.6 絕緣故障檢測系統(tǒng)

多個手術(shù)室和重癥監(jiān)護室需要配備滿足其使用需求的IT接地系統(tǒng)。例如，基本的醫(yī)療設(shè)備，手術(shù)燈等電氣設(shè)備必須由IT接地系統(tǒng)供電，由此可以保證醫(yī)療IT系統(tǒng)或重癥監(jiān)護室中的電力分配問題。IT接地系統(tǒng)可通過隔離柵檢測系統(tǒng)進行實時的監(jiān)控隔離工作，在出現(xiàn)事故或發(fā)生故障時會發(fā)出警報，外接報警及顯示裝置由實時數(shù)字通訊和單獨監(jiān)控，提供程序絕緣測試結(jié)果，并且報警出現(xiàn)時會伴隨著紅色的聲光報警。絕緣故障檢測系統(tǒng)還配備了非易失性電壓表，絕緣故障測試系統(tǒng)可以更精準(zhǔn)的跟蹤故障電路。當(dāng)系統(tǒng)檢測到系統(tǒng)中出現(xiàn)潛在的故障問題時，絕緣故障測試系統(tǒng)立即開始尋找故障點。隨時檢測潛在故障點的運行狀態(tài)，并送出特殊的電流進行測試。故障電路帶有絕緣屏障，檢測結(jié)果將會發(fā)送到警報和設(shè)備以供相關(guān)工作人員查看。醫(yī)療IT接地系統(tǒng)還配備了電子阻斷裝置，當(dāng)系統(tǒng)絕緣損壞時，隔離故障檢測系統(tǒng)會發(fā)現(xiàn)電路出現(xiàn)的故障，幫助維修人員跟蹤故障情況并即使解決出現(xiàn)的故障問題。因此，醫(yī)療場所的安全性和可靠性得到了有效保障。

5 在醫(yī)療場所中應(yīng)用IT接地系統(tǒng)的注意事項

在設(shè)計IT系統(tǒng)時，應(yīng)特別注意以下幾點。

（1）醫(yī)療場所的IT系統(tǒng)必須使用隔離系統(tǒng)為醫(yī)療場所供電，并且符合變壓器和相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。醫(yī)療場所的IT系統(tǒng)必須使用單相變壓器設(shè)備，額定輸出容量在0.5kVA以上且不超過是千伏安。電源必須使用單獨的三相變壓器，輸出線電壓為250V以下。

（2）醫(yī)療系統(tǒng)接地能力降低。IT接地系統(tǒng)配電箱應(yīng)在安裝時應(yīng)量減少系統(tǒng)容量，減少系統(tǒng)中的電路數(shù)量，減少系統(tǒng)配電線路的長度。

（3）直接與心臟相連的手術(shù)器械應(yīng)采取適當(dāng)措施避出現(xiàn)設(shè)備免觸電，只應(yīng)用絕緣監(jiān)測IT系統(tǒng)是無法保證其安全性的，應(yīng)將所有可導(dǎo)電部件存放在受保護的區(qū)域。

6 結(jié)語

現(xiàn)代醫(yī)院快速增長的設(shè)備數(shù)量以及日新月異的技術(shù)，對電氣接地安全和供電要求越來越高且事關(guān)患者生命安全，IT接地系統(tǒng)的可靠性高、安全性好等特點，大大保障了醫(yī)療場所的安全性。但是，現(xiàn)如今的IT接地系統(tǒng)仍有許多不完善的地方，這就要求電氣設(shè)計人員在設(shè)計過程中加強對IT接地系統(tǒng)的優(yōu)化，不斷提高醫(yī)療場所在使用醫(yī)療設(shè)備時的安全性，不斷完善對醫(yī)療建筑的電氣設(shè)計，為患者提供舒適的就診環(huán)境和安全可靠的治療條件。