医疗IT系统在医疗电气设计中的应用

１　医疗领域选用ＩＴ系统（即中性点不接地配电系统）的必要性

（1）ＩＴ系统因降低了触电电压和电网对地漏电流（有效控制对心脏的直接漏电），故人身触电危险被降到最小程度。

众所周知，当用电设备对人体心脏直接漏电达到１０μА时，会导致病人触电身亡，医学上称之为“微电击”。而在一般民用建筑中常规选用的ＲＣＤ、ＥＬＣＢ等对地漏电断路器，其动作响应值均为３０ｍＡ，远远不能满足医疗领域的要求。

因此，现在国际上针对医疗领域中的手术室、ＩＣＵ、ＣＣＵ等重要场所通常采用局部“中性点不接地的供电系统”（ＩＥＣ标准称之为“医疗ＩＴ系统”或　“隔离电源系统”）供电。通过单相０．５kＶＡ～１０kＶＡ的隔离变压器人这些场所供电，可以防止其它供电回路中的漏电流通过接地线窜入手术室、ＩＣＵ、ＣＣＵ等２类医疗场所的医疗电器设备上，从而避免因此对病人安全所构成的威胁。

其次，一旦隔离电源系统中所接的负载（如各种医疗电器设备、配电元器件、配电线路等）出现对地绝缘故障，因为电源端无接地线，故漏电流对地不能构成回路，对地只能产生一个微弱的容性漏电流，最大限度保护了病人免遭漏电的伤害。

（2）ＩＴ系统一旦出现第一个对地漏电故障，不会导致系统断路器或熔断器动作，因而保证了电源供电的可靠性。

在医疗领域，某些场所对供电持续性要求很高，故设计成两路（甚至三路）电源（ＴＮ－Ｓ供电系统）自动切换，以保证这些特殊场所的供电连续性。但如果在负载端出现相对地绝缘故障时，故障电流将经过电源中性点对地构成回路，从而形成一个较大的故障电流，使上一级断路器或熔断器因过电流动作，最终导致供电中断。而如果在这些特殊场所局部采用ＩＴ配电系统时，因其电源中性点不接地，当负载端出现第一点相对地绝缘故障时，对地不能构成回路，只会产生一个很小的容性漏电，对人体不会产生危害，同时也不会导致断路器或熔断器动作，从而保证了重要医疗场所供电的持续性与可靠性。

（3）ＩＴ系统因降低了对地漏电流，从而提高了防火安全性。

２　国内、外相关规范

许多国家和国际标准都对医疗领域，尤其是那些生命攸关的场所，如手术室、重症监护室、心脏监护室等的配电系统作了特殊的规定。其目的就是保证为这些场所内的医疗电器设备提供一个安全、可靠的电源，以确保病人的安全。

相关标准举例如下：中国ＧＢ　１６８９５．２４－２００５

ＩＥＣ（国际电工委员会） ＩＥＣ６０３６４－７－７１０：２００２

德国 ＤＩＮ　ＶＤＥ　０１００－７１０

法国 ＮＦＣ　１５－２１１

意大利 ＣＥＩ　６４－４

美国 ＮＦＰＡ　９９－１９９３

澳大利亚 ＡＳ２５００

英国 ＨＴＭ２００７/２０１４，ＢＳ７６７１

巴西 ＮＢＲ　１３５４３

在中国ＧＢ１６８９５．２４－２００５和国际电工委员会ＩＥＣ６０３６４－７－７１０：２００２标准中均规定，在医疗领域２类医疗场所内，用于维持生命的、外科手术的和其它位于“患者区域”内的医疗电器设备和系统的供电回路应选用带绝缘监视的医疗ＩＴ系统供电。

同时我国２００８年８月１日正式实施的《民用建筑电气设计规范》中１２．８．６医疗场所采用ＩＴ系统供电时应符合下列规定：①在２类医疗场所内，用于维持生命、外科手术和其它位于“患者区域”内的医用 电气设备和系统的供电回路，均应采用医疗ＩＴ系统；②用途相同且相毗邻的房间内，至少应设置一回独立的医疗ＩＴ系统。医疗ＩＴ系统应配置一个交流内阻抗不少于１００ｋΩ的绝缘监测器并满足下列要求：１）测试电压不应大于直流２５Ｖ；２）注入电流的峰值不应大于１ｍＡ；３）最迟在绝缘电阻降至５０ｋΩ时，应发出信号，并应配置试验此功能的器具；③每个医疗ＩＴ系统应设在医务人员可以经常监视的地方，并应装设配备有下列功能组件的声光报警系统：１）应以绿灯亮表示工作正常；２）当绝缘电阻下降到最小整定值时，黄灯应点亮，且应不能消除或断开该亮灯指示；３）当绝缘电阻下降到最小整定值时，可音响报警动作，该音响报警可解除；４）当故障被清除恢复正常后，黄色信号应熄灭。当只有一台设备由单台专用的医疗ＩＴ变压器供电时，该变压器可不装设绝缘监测器；④医疗ＩＴ变压器应装设过负荷和过热的监测装置。１２．８．１０辅助等电位联结应符合下列规定：４当变压器以额定电压和额定频率供电时，空载时出线绕组测得的对地泄漏电流和外护物的泄漏电流均不应超过０．５ｍＡ。５用于移动式和固定式设备的医疗ＩＴ系统应采用单相隔离变压器，其额定输出容量不应小于０．５kＶＡ，并不应超过１０kＶＡ.同时，在条文说明中规定１２．８．１－１２．８．６，１２．８．１０是根据国家标准《特殊装置或场所的要求　医疗场所》ＧＢ１６８９５．２４的规定。其中２类场所包括：抢救室（门诊手术室）、手术室、ＣＵ室、导管介入室、血管照影检查室。

３ 医疗建筑如何设计选用ＩＴ系统

（1）根据ＧＢ１６８９５．２４－２００５标准，将用于不同目的的医疗房间划分为０类场所、１类场所以及２类场所。

０类场所：不使用接触部件的场所，如门诊室、候诊室、按摩室等

一类场所：医疗设备的接触部件接触躯体外部或医疗设备的断电不会对病人或诊断造成危害的医疗场所，如：病房、产房、Ｘ光室等。

二类场所：医疗电器设备的微弱漏电或断电将导致病人生命危险的医疗场所中，如：急诊抢救室、手术室、重症监护室、心血管造影检查室、心导管室、早产儿监护室等。

在二类医疗场所中，必须使用带绝缘监视的隔离电源系统（ＩＴ系统）供电。在０类和１类医疗场所，可以使用中性点接地系统（ＴＮ－Ｓ系统）供电。

（2）建议接入ＩＴ系统的用电设备

在病人体表或体内使用的实时监视仪器、手术仪器设备、支持病人生命或躯体功能的设备、用于打开心脏、大脑等器官的设备，如呼吸机、恒温培养箱、透析机、麻醉机、心电监护设备、高频外科设备、电刀、输液泵、注射泵、心肺机、心力记录器、脉压机、心律电子脉冲调节器及体外循环机等。

（3）ＩＴ系统的基本配置

1）医疗专用隔离变压器

根据手术室规模及常见手术类型并考虑一定的备用容量，计算所需医用隔离变压器的容量（见下图）。

根据国标ＧＢ１６８９５．２４－２００５和国际电工委员会ＩＥＣ６０３６４－７－７１０：２００２标准规定：“医疗ＩＴ系统应采用单相隔离变压器，其额定输出容量不应小于０．５kＶＡ，但不应超过１０kＶＡ”。建议一间手术室配置一套隔离变压器。隔离变压器一般有（单相/三相）３．１５/４/５/６．３/８/１０kＶＡ等六种规格可供选择。变压器初级绕组与次级绕组独立缠绕，在初级绕组和次级绕组之间有屏蔽层，并连接到独立的端子上，变压器的固定架与铁芯隔离。变压器内置温度传感器，可通过绝缘监视仪对变压器温度进行监测并发出超温报警。

2）医疗专用绝缘监视仪

一个隔离电源系统配一台绝缘监视仪，对该隔离电源系统中所有回路的绝缘状况进行实时监测并发出报警信息。

新型医疗专用绝缘监视仪采用ＡＭＰ脉冲测量法，ＡＭＰ脉冲测量法比传统的叠加直流测量电压的方法更可靠，其基于一个时钟测量电压，这个测量电压由微处理器控制，能自动与被监视系统状况相适应，具有很强的抗干扰能力。能适应当今现代化的具有各种干扰因素的电网系统（关键是变频成份、直流成份和电磁干扰）。对具备各种频率、波形的医疗电器设备的监视尤为适用。

医疗专用绝缘监视仪绝缘状况响应值在５０~５００kΩ范围内可调；过负荷监视响应值在５~５０A范围内可调；变压器绕组温度超过１２０℃时发出超温报警；变压器负荷监视，并显示当前负荷与额定负荷的百分比；具有多种接线监视功能，提高监视可靠性；液晶显示测量结果，发光二极管报警；具有菜单控制及通电自检功能。

3）变压器负载和温度监视设备

在变压器后配电线路配置电流互感器，用于配合绝缘监视仪对医用隔离变压器的负荷情况进行监测。

4）外接报警 显示设备

报警显示设备可对某一隔离电源系统进行多点报警显示，即可同时装于手术室、护士站、集中控制室等多个场所。系统配置报警显示设备的数量由需要报警显示的地点的数量决定，每个ＩＴ系统至少配置一台外接报警显示仪。

报警显示设备可并联多个外接显示，分别安装在不同的场所。

同步液晶/数码管显示绝缘监视仪上的测量和报警信息：

状态行 　注释

－－ＩＴ　ＳＹＳＴＥＭ－－ 正常状态，无故障

Ｏｖｅｒ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ 变压器超温

Ｏｖｅｒ　Ｌｏａｄ 变压器过负荷

Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ　ｆａｕｌｔ 绝缘故障，系统对地绝缘阻抗小于响应值ＲＡＬＡＲＭ

Ｏｐ．Ｌｉｇｈｔ　ｆａｕｌｔ 手术室 无影灯绝缘故障

Ｓｙｓｔｅｍ　ｃｏｎｎｅｃｔ 绝缘监视仪与系统电源连接中断

ＰＥ　ｃｏｎｎｅｃｔ 绝缘监视仪接地线连接中断

ＣＴ　ｃｏｎｎｅｃｔ 电流互感器ＳＴＷ２与绝缘监视仪连接中断

Ｓｈｏｒｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ＣＴ 电流互感器ＳＴＷ２次级短路

Ｄｅｖｉｃｅ　ｅｒｒｏｒ 仪器内部故障

5）仪器专用电源

内部转换电源，将ＡＣ２３０Ｖ转换为ＡＣ/ＤＣ２４Ｖ.给外接报警显示设备供电，一个仪器专用电源最多可给３个外接报警显示设备提供电源。

6）绝缘故障定位系统

根据实际需求，当隔离电源系统回路数过多或用户有“在不断电的情况下精确、快速检测故障所处回路”的要求时，可加装该定位系统，用于在线查找发生对地故障的回路。

４ 结束语

随着我国医疗建设的不断发展，最近几年新建、扩建的现代化的医院越来越多。作为电气设计人员，一方面期待着国家有关规范、行业标准与国际接轨，进一步完善。另一方面在设计过程中，应推广采用先进技术，体现“以人为本、安全第一”的设计理念，为病人和医护人员提供一个技术先进、功能齐全，安全可靠的医疗环境。