摘  要： 本文主要介紹在醫療IT系統領域中，對比IEC標準和以美國為代表的NSPF標準的不同之處，進一步理解應用于醫療IT系統的不同的漏電保護技術。
關鍵詞 ： 漏電  絕緣監視  IEC標準  NSPF標準  醫療IT系統 

0   引言
醫療2類場所是醫院內重要場所，通常指手術室、重癥監護室或心臟監護室等，對病人而言是生命攸關的場所，也是充滿醫療器械和醫療電器設備的場所，此類場所的漏電保護和普通建筑物相比有特殊的要求，即通過局部IT系統供電。為了更好地理解應用于醫療IT系統的不同的漏電保護技術，首先對相關現行的不同國際標準作一介紹。

1　IT系統及其特點
1.1 IT系統的定義及組成
IT系統的電源端不接地或經高阻抗接地，其電氣裝置的外露導電部分，被單獨地或集中地通過保護線（PE）接至接地極。在實際應用中，IT系統一般與TN或TT系統通過隔離變壓器進行隔離。
在正常情況下，系統中僅存在線路對地電容的微小泄漏電流。圖1所示為IT系統發生第一次接地故障示意圖，當系統發生第一次單相接地故障時，故障電流為兩非故障相對地電容電流的相量和Id ，由于這個電流值甚小，不會造成人身電擊或者其它事故，也不會切斷電源，保證了系統供電的連續性。但是如果不及時排除故障，當第二次另一相發生接地故障時，相當于形成相間短路，使過電流保護裝置動作，引起供電的中斷，這對于重要的供電場所來說，是不允許的。

圖1　IT系統接地故障示意圖

　　為了防止上述短路故障的發生，T系統應設置絕緣監測器。這樣當系統發生第一次接地故障時，絕緣監測器就能及時檢測出該接地故障，并通過報警裝置發出報警信號（通常是聲光報警信號），提醒工作人員趕在第二次發生異相接地故障前及時排除故障，消除隱患，從而有效地保證系統供電的連續性。
可以在系統中安裝專門的故障檢測儀，當絕緣監測檢測到絕緣故障時，給故障檢測儀一個啟動信號，故障檢測儀開始逐路檢測，也可以利用手執式故障定位設備對可能出現故障的回路進行逐點排查，最終找到故障點并顯示故障點的位置，這樣就極大地方便了工作人員進行故障排除。
為了保證系統供電的連續性，國家《建筑物電氣裝置 第7-710部分：特殊裝置或場所的要求——醫療場所》GB16895.24-2005 / IEC60364-7-710:2002 710.53.1條規定：“……醫用IT系統的變壓器進出線回路不允許設置過負荷保護……”，以防止系統過負荷時保護開關切斷電源。這就要求系統中的絕緣監測器必須同時還具有負荷檢測和過負荷報警功能。在一些重要的場所，由于隔離變壓器持續不斷地工作，可能溫度過高而導致隔離變壓器工作異常。因此絕緣監測器還需要實時檢測變壓器的溫度，當其溫度過高時，應有相應的超溫報警信號，以提醒相關人員及時處理。
由上面的分析可知，一個典型的單相IT系統，其組成設備主要包括：隔離變壓器、絕緣監測器、電流互感器，以及外接報警與顯示儀，見圖2。

圖2　單相IT系統組成框圖

　　系統中，絕緣監測儀具有系統絕緣檢測、系統過負荷檢測和變壓器溫度檢測功能，以及相應故障的報警與顯示功能，一般安裝在現場的終端配電柜中。外接報警與顯示儀則用于集中顯示相應的檢測值，并具有超限報警功能，一般安裝在位置明顯的地方，方便人員查看，如手術室IT系統的外接報警與顯示儀通常安裝在醫院手術室的情報面板上。
1.2 IT系統的特點
a. 由于系統電源端帶電導體不接地，即使系統發生單相接地故障也只能通過系統對地電容構成回路，故障回路阻抗極大，故障電流極小，發生電擊的危險很小，所以不必及時切斷電源來防電擊，從而維持供電的不間斷，只有在發生第二此接地故障時才要求切斷電源。同時，安裝在系統中的絕緣監測器能及時地檢測并給出系統絕緣故障報警信號，提醒工作人員及時排除故障。因此IT系統是一個連續、可靠的供電系統。
b. IT系統中的絕緣監測器，一方面實時監測系統的絕緣狀態，另一方面還檢測系統的過負荷和變壓器的溫升狀態，一旦出現異常立即報警。因此IT系統能夠減少因系統發熱、漏電等原因引起的電氣火災事故，大大提高了系統的防火安全性。
c. 在IT系統中，提高回路的絕緣阻抗、降低回路對地電容，是提高系統安全性與可靠性的關鍵。因此在系統設計時要盡量縮短系統配電線路的長度，減小系統容量，減少系統分支回路數，并做好線路的絕緣防護措施。這也就限制了IT系統僅能用在重要的局部的供電場所，如化工、制藥企業的一些程序控制生產線，醫療場所的手術室、重癥監護室等場所。

2　醫療IT系統絕緣監視儀
國外相關標準有德國的DIN VDE0107﹑法國的NFC15-211﹑美國的NFPA99-1993﹑IEC（國際電工協會）60364-7-710.在國際電工協會IEC60364標準中規定，在醫療領域，由電網電源供電，用于維持生命或外科手術的醫療電器設備﹑以及用于手術室照明和類似照明設備﹑額定電壓超過AC25V或DC60V的設備，必須使用帶絕緣電阻監視儀的IT電源系統。
同時我國《民用建筑電氣設計規范》中14.7.6.3中規定在電源突然中斷后，有招致重大醫療危險的場所，應采用電力系統不接地（IT系統）的供電方式；14.2.8中規定 IT系統必須裝設絕緣監視及接地故障報警系統或顯示裝置。以及我國2002年11月26日發布，12月1日開始實施的《醫療潔凈手術部建筑技術規范》 8.3.1.3中規定潔凈手術部用電應從本建筑物配電中心專線供給。根據使用場所的要求，主要選用TN-S系統和IT系統兩種形式；8.3.2.3中規定潔凈手術室內的電源宜設置漏電檢測報警裝置；8.3.4.2中規定心臟外科手術室必須設置有隔離變壓器的功能性接地系統等相關規定。
IEC60364標準規定，醫療2類場所內用于維持生命或外科手術的醫療電器設備，額定電壓超過AC25V或DC60V的設備，必須使用帶絕緣監視儀的IT電源系統。
絕緣監視儀安裝在IT系統和大地之間，IT系統發生接地時，絕緣監視儀立刻發出報警信號，通知操作人員系統已經帶故障運行，必須盡快找出故障，以便在發生第二點接地之前排除故障。對于醫療2類場所的IT系統內安裝的絕緣監視儀，除了必須符合絕緣監視儀的通用規范IEC61557-8標準以外，還必須符合IEC60364-7-710標準的特殊要求：
(1) 內部交內阻抗應至少為100kΩ；
(2) 測試電壓不應大于直流25V；
(3) 即使在故障條件下，其注入的電流的峰值不應大于1mA；
(4) 最遲在絕緣電阻降至50kΩ時，應發出信號。應配置試驗此功能的器具；
(5) 絕緣監測器在接地中斷或電氣線路中斷時發出信號。
目前國外的隔離電源系統的價格一直以來高居不下，國內的產品很少，而且技術水平有限。安科瑞推出的絕緣監測裝置和隔離電源系統以極高的性價比，為重要的場所提供了安全可靠的供電解決方案。產品可廣泛應用于醫療、電信、冶金、煤礦、船舶、建筑機械、石油化工及交通工程等領域。

安科瑞AIM-M100絕緣監測儀

　　安科瑞AIM-M100絕緣監測儀符合標準：1、GB16895.24-2005/IEC60364-7-710:2002《建筑物電氣裝置第7-710部分：特殊IMDS或場所的要求一醫療場所》；2、JGJ 16-2008《民用建筑電氣設計規范》；3、IEC 61557-8-2007《交流100V和直流1500V以下低壓配電系統電氣安全防護檢測的實驗、測量或監控設備 第8部分：IT系統用絕緣監測裝置》       
安科瑞AIM-M100功能：
1）具有對被監測IT系統對地絕緣電阻、隔離變壓器負荷電流和繞組溫度實時監測及故障報警功能；
2）能實時監測與被測系統連線斷線故障、電流互感器斷線和短路故障、溫度傳感器斷線故障以及功能接地線斷線故障，并在故障發生時給出報警指示；
3）繼電器報警輸出、LED報警指示等多種故障指示功能；
4）采用先進的現場總線通訊技術，與外接報警和顯示儀、上位機管理軟件通訊，可以實時監控IT系統的運行狀況；
5）具有事件存儲功能，能夠記錄報警發生的時間和故障類型，方便操作人員分析系統運行狀況，及時消除故障。

3  醫療IT系統的應用方案
3.1醫療IT系統的應用
根據國標《建筑物電氣裝置第7-710部分：特殊裝置或場所的要求——醫療場所》（GB 16895.24–2005/IEC 60364–7–710：2002），將醫療場所劃分為0類場所、1類場所和2類場所。由于0類和1類場所不使用與病人直接接觸的醫療器械，或者所使用的設備斷電后不會對病人造成危害，因此可以使用TN-S系統，但須配有剩余電流動作保護器，在發生接地故障時，能及時斷開故障回路。并可同時配置剩余電流監測設備，實時監測系統各回路的泄漏電流值，在保護設備動作前發出報警信號，避免造成回路斷電，引起嚴重后果。對于2類醫療場所，醫療設備的斷電或接地故障將會危及病人生命安全。根據相關的標準和規范，這類場所必須使用醫療IT系統，來保證系統供電的連續性和安全性。
最新報批的《綜合醫院建筑設計規范》參照我國等同采用的IEC標準，根據我國具體國情，制定出了IT系統在醫院中應用場所的詳細規定，其嚴格規定了應用組2類（也稱為2類場所）為以下場所：急診搶救室；中心手術部的所有手術室；所有CU室（包括ICU，CCU，NICU，PICU，SICU等等）；心臟導管介入室和心血管造影室。每個房間應配有獨立的隔離電源系統。對于多個這類場所，可以采用如圖3所示的配電方案。

圖3　2類醫療場所配電方案

　　圖中各個手術室和重癥監護室分別采用獨立的IT供電系統，所有的IT系統由手術部與ICU總配電柜通過TN-S系統配電。各IT系統的絕緣監測器及總配電柜內的剩余電流監測設備又通過基于Modbus協議的RS485總線將各個監測信號反饋到手術部的中央監控室內，并由中央控制室的上位機通過中央控制系統軟件進行集中監控。各個IT系統與TN-S系統的運行狀態，都可以顯示在中央監控室的上位機上，方便工作人員對系統進行集中監控與管理。
各類手術室和重癥監護室根據各系統容量分別配置單獨的IT系統，主要的醫療儀器、無影燈、多功能吊塔等用電設備須從IT系統中取電。照明燈、觀片燈和電動門等可以不從IT系統取電。 圖4為采用醫療隔離電源系統的手術室或ICU配電系統圖。絕緣監測儀時刻監測IT系統的絕緣狀態，并在系統出現故障時給出報警信號，外接的報警與顯示儀通過RS485接口與絕緣監測儀進行實時的數字通信，顯示絕緣監測儀的檢測結果，并在報警時發出聲光報警信號。除了絕緣監測設備外，系統還配置了絕緣故障測試儀和絕緣故障評估儀。絕緣故障測試儀能夠在線查找故障發生的回路，它和絕緣監測儀一起工作，當絕緣監測儀探測到系統絕緣故障后，絕緣故障測試儀立即開始故障定位，由絕緣故障評估儀周期性地送出一個特殊的測試電流，測試電流流經故障部位，由電流互感器探測，并由電子評估儀對故障回路進行評估，評估的結果送報警與顯示儀中顯示。

圖4　手術室或ICU配電系統圖

　　醫療IT系統同時還配置了絕緣故障定位設備，在發現系統絕緣故障的同時，能及時定位出現故障的回路，這極大地方便了工作人員了解系統狀態并及時排查故障，從而有效地保證了醫療IT系統的安全性與可靠性。
許多國內廠家參照IEC標準，結合國情，也制定出了IT系統在醫院中應用場所的詳細規定，并相繼推出了專門用于醫院的帶絕緣監測裝置的IT系統設備。如安科瑞(ACREL)公司的：“醫用隔離電源”,其產品符合IEC的標準并具有更優的性能。
安科瑞（Acrel）公司的隔離電源系統主要包括以下部件：
1）AIM-M100絕緣監視儀
2）AITR系列隔離變壓器
3）AID100外接報警和顯示儀
4）ACLP10-24型的儀用直流穩壓電源

3.2主要產品型號規格及配置
安科瑞（Acrel）公司的醫用隔離電源柜是針對醫療2類場所的供電需求而設計的具有局部IT系統的配電柜，IT系統裝設絕緣監測裝置來監測系統的絕緣狀況，各輸出回路采用了具有短路保護功能的斷路器；其它系統輸出回路則采用了具有漏電保護功能的斷路器。產品根據使用場所的不同分為GGF-O系列手術室用隔離電源柜和GGF-I系列ICU/CCU等病房用隔離電源柜兩大類，能夠很好的滿足各類手術室和重癥監護室對電源安全性和可靠性的要求，并符合GB16895.24-2005/IEC60364-7-710:2002《建筑物電氣裝置第7-710部分：特殊裝置或場所的要求-醫療場所》和GB7251.1-2005/IEC 60439-1:1999《低壓成套開關設備和控制設備》等標準。

3.2.1 ICU、CCU病房配電解決方案（以GGF-I8隔離配電柜系統圖為例）

表1  方案配置表

3.2.2 手術室配電解決方案（以GGF-O8隔離配電柜系統圖為例）

表2  方案配置表

4 結束語
綜上所述，在醫療IT系統領域，IEC規范具有較強的實用性，因而在世界范圍內被廣泛接受并采用。以美國為代表的NSPF標準比IEC標準更嚴格，實現該標準的難度和成本比IEC標準高。

參考文獻：
[1]上海安科瑞電器股份有限公司產品資料，2011.03版.
[2]王厚余.低壓電氣裝置的設計安裝和檢驗.中國電力出版社.2007.
[3]邵建勛. 醫用IT系統在醫療場所的應用. 信息管理, 2008(6): 32 - 39.

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