高层医疗建筑电气设计的体会

高层医疗建筑电气设计的体会





摘要：文章就高层医疗建筑电气设计的特殊性谈了几点看法和体会。
关键词：医疗电气设备负荷等级电气安全ＩＴ系统防微电击保护照明设计
　　近年来，广州市建工设计院完成了多个高层医疗建筑的设计。例如广州医学院第一附属医院东晓路医院综合楼（地下１层、地上１６层、总建筑面积２．４万ｍ２）、广州市红十字会医院门诊楼（地下１层，地上１２层，总建筑面积１．７万ｍ２）、武警广东省总队医院住院大楼（地下１层、地上１６层）等高层医疗建筑。笔者结合电气设计的特殊性，总结出了以下几点看法和体会。
１负荷等级及供电电源
高层医疗建筑按《高规》属于一类高层建筑，除具有一般一类高层建筑的一级负荷外，还有许多医疗设备用电属于一级负荷，如急诊部、监护病房、手术部、分娩室、婴儿室、血液病房的净化室、血液透析室、病理切片分析、ＣＴ扫描室、血库、高压氧仓、加速器机房、治疗室、配血室的电力照明等。由于高层医疗建筑具有较大容量的一级负荷，属于一级负荷用电单位，应由两路１０ｋＶ高压电源供电，当一路电源发生故障时，另一路电源立即启动供电，保证各种医疗设备的正常运行。这两个１０ｋＶ高压电源一般是由当地电力系统的两个区域的变电站分别引来。尽管如此，仍有可能出现全部市电中断的情况，因此，在已有两路市电的情况下，还应根据负荷对中断供电时间的要求，增设能在１５ｓ内向负荷供电的快速自起动柴油发电机组或可靠的不间断电源装置（ＵＰＳ）作为自备应急电源。


２医疗电气设备

　　在医院电气设计中，需注意与医院主管部门协商，要求其详细提供各医疗电气设备的设备容量及其特殊的用电要求。如广州医学院第一附属医院东晓路医院综合楼的电气设计，笔者就是按上述方法进行的。医院基建办先后提供了心电图室、Ｂ超室（５ｋＷ／房）、Ｘ光室（７０ｋＷ／台）、介入室（８０ｋＷ／台／房）、碎石室（６０ｋＷ／台）、ＥＲＣＰ（胃肠仪）（５ｋＷ／台）、检验室（１５ｋＷ／房）、实验室（１０ｋＷ／室）等医疗电气设备的设备容量，同时要求心电图室、Ｂ超室、手术室、检验室、实验室、睡眠中心均需配置地线（接地电阻＜４Ω），Ｘ光室、碎石室、介入治疗室、ＥＲＣＰ均需配置专用地线（接地电阻＜４Ω）等信息。而当有些医院主管部门确实不能提供有关医疗电气设备的数据时，电气设计人员只能参考相近的医疗电气设备资料，预留医疗电气设备的用电。同时需注意，应根据具体情况，正确选取医疗动力的需用系数值。


３电气安全措施

　　《民用建筑电气设计规范》（ＪＧＪ／Ｔ１６－９２）第１４．７．６．２条规定：“使用插入体内接近心脏或直接插入心脏内的医疗电气设备的器械，应采取防止微电击保护措施。防微电击措施宜采用等电位接地方式，使用ＩＩ类电气设备供电。防微电击等电位联结，应包括室内给水管、金属窗框、病床的金属框架及患者有可能在２．５ｍ范围以内直接或间接触及到的各部分金属部件。用于上述部件进行等电位联结的保护线（或接地线）的电阻值，应使上述金属导体相互间的电位差限制在１０ｍＶ以下。”第１４．７．６．３条规定：“在电源突然中断后，有招致重大医疗危险的场所，应采用电力系统不接地（ＩＴ系统）的供电方式。”


　　为能正确选用防电击措施，ＩＥＣ按医疗电气设备与人体接触的状况，也就是电接触的危险程度，将医疗场所作如下分组：

　　Ｏ组场所：在此场所内，不使用医疗时与人体接触的可导电器件；

　　１组场所：此场所内，上述可导电医疗器件与人体外部接触，或进入人体与人体内部接触，但不包括２组场所；

　　２组场所：此场所内，进行诸如心脏内部手术和中断供电将导致生命危险的治疗。

　　ＩＥＣ要求医疗场所的重要用电负载自动倒换电源，并按允许间断供电时间的长短（ｔ），将医疗场所作

-
所内，不使用医疗时与人体接触的可导电器件；

　　１组场所：此场所内，上述可导电医疗器件与人体外部接触，或进入人体与人体内部接触，但不包括２组场所；

　　２组场所：此场所内，进行诸如心脏内部手术和中断供电将导致生命危险的治疗。

　　ＩＥＣ要求医疗场所的重要用电负载自动倒换电源，并按允许间断供电时间的长短（ｔ），将医疗场所作如下分级：

　　（１）ｔ≤０．５ｓ场所：在此场所内电气设备要求在０．５ｓ内恢复供电；

　　（２）０．５ｓ＜ｔ≤１５ｓ场所：在此场所内电气设备可在大于０．５ｓ但不大于１５ｓ的时间内恢复供电。

上述分组和分级的明细设计时尚需与医院主管部门协商确定。

３．１防电击措施

3.1.1接地系统和自动切断电源防电击措施

（１）ＴＮ系统：

　　①医院的医疗场所和与其有关的场所、邻近非医疗场所均应采取ＴＮ－Ｓ系统，不允许出现ＰＥＮ线；

　　②在１组场所内的末端回路３２Ａ及３２Ａ以下的电源插座回路，应装用ＩΔｎ≤３０ｍＡ的ＲＣＤ作附加保护；

　　③在２组场所内只能在下列电气设备的回路内才可装用ＩΔｎ≤３０ｍＡ的ＲＣＤ，动作于自动切断电源：手术台、Ｘ光机、额定功率大于５ｋＶＡ的大型电气设备不重要（不影响生命安全）的电气设备。


应注意：勿使一个ＲＣＤ保护的电气设备数量过多，以免引起ＲＣＤ不必要的跳闸而导致供电中断；在１组和２组场所内只允许装用对回路电流直流分量不敏感的Ａ型或Ｂ型ＲＣＤ。


　　（２）医疗ＩＴ系统：在２组场所内离手术台周边水平距离１．５ｍ，高度为２．５ｍ内（被称作“病人环境”）的用于维持生命或进行外科手术的医疗电气设备，应采用ＩＴ系统供电，但不包括上述用ＩΔｎ≤３０ｍＡ的ＲＣＤ保护的设备。


　　按ＩＥＣ医用电气设备产品标准，进行心脏手术的设备，其正常泄漏电流不得大于１０μＡ；当发生一个接地故障时，其泄漏电流不得大于５０μＡ（相应地，手术室内电位差正常时＜１０ｍＶ，单一故障状态＜５０ｍＶ）（人体电阻为１ｋΩ以上），若通过病人心脏的电流一旦超过５０μＡ，可导致病人心室纤颤而死亡，被称作微电击致死，为此需严格限制其第一次故障电流。其主要措施是：在手术室内或其贴近处安装一台１∶１的医用隔离变压器，其二次回路不接地，以ＩＴ系统供电。这时第一次故障电流仅为非故障带电导体的对地电容电流，其幅值极小，这样才能有效地满足发生一个接地故障时泄漏电流不大于５０μＡ的要求。发生第一次接地故障后不切断电路、不中断对装置的供电是ＩＴ系统的主要优点。


　　《民规》第１４．２．８条：“ＩＴ系统必须装设绝缘监视及接地故障报警或显示装置”。

　　《低压配电设计规范》（ＧＢ５００５４－９５）第４．４．１３条：“在ＩＴ系统的配电线路中，当发生第一次接地故障时，应由绝缘监视电器发出音响或灯光信号，其动作电流应符合下式要求：Ｒａ·Ｉｄ≤５０Ｖ”；


　　第４．４．１５条：“ＩＴ系统的配电线路，当发生第２次异相接地故障时，应由过电流保护电器或漏电电流动作保护器切断故障电路”。

　　具体做法：在ＩＴ系统的电源处装设一个绝缘监测器，最迟在绝缘电阻降低至５０ｋΩ时，它应发出报警信号，为此需另配置一台测试绝缘的仪器来检验绝缘监测器的这一性能。


　　每一ＩＴ系统应在适当位置配备声（报警声响）光（信号灯）信号，以便医务人员能实时监察系统的绝缘状况，利用第二故障（此故障将使预期危险电流变成实际的故障电流）尚未发生的时机及时采取措施、消除隐患。


　　医用ＩＴ系统的隔离变压器需设置过载和温度监测器。

3.1.2等电位联结

　　为了进一步减少１组和２组场所内的电位差，应在该等场所内实施局部等电位联结，将该场所内高度在２．５ｍ以下的部分都纳入局部等电位联结范围：

　　（１）ＰＥ线；

　　（２）装置外导电部分；

　　（３）防电场干扰的屏蔽层；

　　（４）隔离变压器一、二次绕组间的金属屏蔽层；

　　（５）地板下可能有的金属网格；

　　（６）特低电压手术灯的金属外壳等。

　　具体做法是在该场所内分配电箱近旁，靠近柱旁距地０．５ｍ处设置一局部等电位联结端子板，并与柱内至少２根主筋可靠连接。如果该等场所建在２楼以上，则局部等电位端子板应用１６ｍｍ２的铜芯线穿塑料管或利用４０×４镀锌扁钢引至建筑物的总接地体（或与隔离变压器前的ＴＮ－Ｓ系统的ＰＥ线连接），将上述各部分用≥６ｍｍ２的铜芯线以放射式联结于局部等电位端子板。在２组场所等电位联结系统中，局部等电位联结端子板与插座ＰＥ线端子、固定式设备ＰＥ线端子及装置外可导电部分等之间的联结线和连接点的电阻总和不应大于０．２Ω任何两个可导电体间的电位差在１０ｍＶ以下。２组场所内医用ＩＴ系统的ＰＥ线是医院内ＴＮ－Ｓ系统的ＰＥ线的延伸，ＩＴ系统和ＴＮ－Ｓ系统共用同一个保护接地的接地装置，切勿为该等场所另设单独的接地极和ＰＥ线，因为这样做极易在该场所


-
联结于局部等电位端子板。在２组场所等电位联结系统中，局部等电位联结端子板与插座ＰＥ线端子、固定式设备ＰＥ线端子及装置外可导电部分等之间的联结线和连接点的电阻总和不应大于０．２Ω任何两个可导电体间的电位差在１０ｍＶ以下。２组场所内医用ＩＴ系统的ＰＥ线是医院内ＴＮ－Ｓ系统的ＰＥ线的延伸，ＩＴ系统和ＴＮ－Ｓ系统共用同一个保护接地的接地装置，切勿为该等场所另设单独的接地极和ＰＥ线，因为这样做极易在该场所内形成＞５０ｍＶ的电位差，增大电击危险。

３．２电气设备的选用

3.2.1医用IT系统的隔离变压器

　　此变压器二次侧的标称电压不得超过交流２５０Ｖ。单相隔离变压器可用来供电给移动式或固定式设备，其容量不小于０．５ｋＶＡ，也不大于１０ｋＶＡ。如果医用ＩＴ系统内有三相负荷，应为其装用单独的三相变压器，其相电压也不应超过２５０Ｖ。


3.2.2开关设备

　　医院内每一个末端回路应具有短路防护和过载防护功能，但是上述为医用ＩＴ系统装用的隔离变压器的电源侧和负载侧的回路上，是不允许装设过载防护电器的，因为没有必要因防过载而切断重要医疗设备的电源，但可装用熔断器作短路防护。


3.2.32组医疗场所IT系统内的插座

　　ＩＴ系统插座插孔布置的形式应能防止ＴＮ－Ｓ系统等其它系统用电设备的插头插入，或者它应具备明显的永久性的ＩＴ系统标志，以防用于ＩＴ系统的隔离变压器过载损坏。


３．３对电源的不间断供电要求


医疗电气设备按允许间断供电时间的场所分级，可见医院中的用电设备有≤０．５ｓ、≤１５ｓ和＞１５ｓ三级。对于间断供电时间不大于０．５ｓ的医疗电气设备（包括安全照明），应增设不间断电源装置（ＵＰＳ）作为自备应急电源；当电网电源中断或电网电压低于标称电压的９０％时，为避免电压质量问题引起医疗事故，需通过转换开关将供电自动转换至自备电源上。


３．４防火

　　医院是病人集聚的场所，一旦发生火灾，由于病人行动缓慢或难于行动，将有极大的危险。所以，在医院电气装置中应做好电气防火工作，２组场所内除该场所本身使用的电气设备线路外，其它无关的电气线路不得进入该场所。


４照明设计

　　医院的照明设计相对一般民用建筑有其一定的特殊性，主要是满足医疗诊断、抢救治疗和病人恢复休息的需要，同时要具有明亮、舒适、安全的光环境。

　　诊治对光源和周围色彩有特定要求，需要用显色性良好的光源。诊室、病房、急诊观察室、治疗室等处宜采用高显色荧光灯，以便于观察病人的情况；病房、急诊观察室、治疗室等处的顶灯采用漫反射型灯具，以减少眩光。


　　病房照明既要有利于病人生活和休息，又要考虑到为医疗提供充足的光照条件，一般照明照度值为１００～２００Ｌｘ。但要分开病人平时生活和治疗时期两方面的照明考虑，且宜每个床位照明单独设开关控制。平时要考虑减少眩光、强光直射对病人的影响，又要考虑到治疗所需要的足够照度。一般照明可采用吸顶式格栅日光灯，避免灯光直接照射到病人的视野内；局部照明为每床１床头灯，在门口、地脚等处设置值班常夜灯和地脚灯，既方便医护人员查房，又不影响病人休息。此外，《民规》第１１．９．６．１３条规定：“候诊室、传染病院的诊室和厕所、呼吸器科、血库、穿刺、妇科冲洗、手术室等场所应设置紫外线杀菌灯。如为固定安装时应避免直接照射到病人的视野范围之内。”紫外线杀菌灯按医院一般的要求，可按２～３Ｗ／ｍ２考虑，其布置应使灯管周围有一定的空间，有利于提高杀菌效率。


参考文献

　　１《高层民用建筑设计防火规范》（ＧＢ５００４５－９５）（２００１年版）

　　２《民用建筑电气设计规范》（ＪＧＪ／Ｔ１６－９２）

　　３《低压配电设计规范》（ＧＢ５００５４－９５）