医疗设备供电系统电气安全简析

李晓强，关永飞

黑龙江省医院 医学工程科，黑龙江哈尔滨 150036

医疗设备供电系统电气安全简析

李晓强，关永飞

黑龙江省医院 医学工程科，黑龙江哈尔滨 150036

专栏——医疗设备质量保证

编者按：加强医疗设备质量保证工作、保障医疗设备的临床安全使用，已经成为了医学工程技术人员的重要工作职责。本期专栏特邀哈尔滨医科大学附属第一医院医学工程部主任刘刚担任栏目主编，选取临床应用较多的供电系统、输液泵以及除颤器三个方面，进行了医疗设备质量保证相关的探讨。

栏目主编：刘刚

哈尔滨医科大学附属第一医院医学工程部主任，研究员级高级工程师，管理学博士。黑龙江医学工程分会主任委员，中华医学会医学工程分会常委，卫生部医院管理研究所临床医学工程研究基地（黑龙江）首席专家， 2007年通过国际临床工程师认证考核。主持省市科技攻关以及省卫生厅课题多项。

栏目主编邮箱：liugang@54dr.com

本文介绍了一些供电系统方面的知识，分析了几种接地方式，重点强调了医院特殊环境下对接地的要求及对不良后果的预防。

供电系统；保护接地；隔离供电；漏电

众所周知，在现代医院工作的过程中，电子仪器、电子设备日益增加，它同各种诊断、治疗工作密切结合，医院用电质量要求更加严格，用电方式更加复杂，用电量大幅度增加，因此安全供电是医院建设过程中重要环节，特别是手术室、ICU病房这些特殊医疗场所尤为显得重要。

医用供电有如下基本要求：① 医院供电必须具有防断电措施。应具有双路供电自动切换的功能，并备有发电机组以防意外，重要场所配置UPS（不间断电源）。不同功能区的供电线路要分开，以免相互影响。② 医院供电必须具有防漏电措施。医用配电不同于一般的民用建筑的配电，在医疗环境微小的漏电电流，都会酿成严重的医疗事故。

大多数医院基本供电系统有3相3线制和3相4线制等，但这些名词术语内涵不是十分严格。根据国际电工委员会（IEC）规定的各种保护方式、术语概念，将低压配电系统按接地方式的不同分为3类，即TT、TN和IT，其中TN系统又分为TN-C、TN-S系统。下面对各种供电系统做一个扼要的介绍。

1 TT方式供电系统

TT方式是指将电气设备的金属外壳直接接地的保护系统，称为保护接地系统，也称TT系统。第1个符号T表示电力系统中性点直接接地；第2个符号T表示负载设备外露不与带电体相接的金属导电部分与大地直接连接，而与系统如何接地无关。在TT系统中负载的所有接地均称为保护接地，如图1所示。

图1 在TT系统中负载的所有接地均称为保护接地

这种供电系统的特点如下:

(1)当电气设备的金属外壳带电（相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电）时，由于有接地保护，可以大大减少触电的危险性。但是，低压断路器（自动开关）不一定能跳闸，造成漏电设备的外壳对地电压高于安全电压，属于危险电压。

(2)当漏电电流比较小时，即使有熔断器也不一定能熔断，所以还需要漏电保护器作保护，因此TT系统难以推广。

2 TN方式供电系统

这种供电系统是将电气设备的金属外壳与工作零线相接的保护系统，称作接零保护系统，用TN表示。TN方式供电系统中，根据其保护零线是否与工作零线分开而划分为TN-C和TN-S两种。

2.1 TN-C方式供电系统

它是用工作零线兼作接零保护线，可以称作保护中性线，可用NPE表示，如图2所示。

图2 TN-C方式供电系统

这种供电系统的特点如下：

(1) 由于三相负载不平衡，工作零线上有不平衡电流，对地有电压，所以与保护线所联接的电气设备金属外壳有一定的电压。

(2) 如果工作零线断线，则保护接零的漏电设备外壳带电。

(3) 如果电源的相线碰地，则设备的外壳电位升高，使中性线上的危险电位蔓延。

(4) TN-C系统干线上使用漏电保护器时，工作零线后面的所有重复接地必须拆除，否则漏电开关合不上；而且，工作零线在任何情况下都不得断线。所以，实用中工作零线只能让漏电保护器的上侧有重复接地。

(5) TN-C方式供电系统只适用于三相负载基本平衡情况。

2.2 TN-S方式供电系统

该系统是把工作零线N和专用保护线PE严格分开的供电系统，称作TN-S供电系统，如图3所示。

图3 TN-S供电系统

这种供电系统的特点如下：

(1) 系统正常运行时，专用保护线上没有电流，只是工作零线上有不平衡电流。PE线对地没有电压，所以电气设备金属外壳接零保护是接在专用的保护线PE上，安全可靠。

(2) 工作零线只用作单相负载回路。

(3) 专用保护线PE不许断线，也不许进入漏电开关。

(4) 干线上使用漏电保护器，工作零线不得有重复接地，而PE线有重复接地，但是不经过漏电保护器，所以TN-S系统供电干线上也可以安装漏电保护器。

TN-C和TN-S系统优缺点比较：

TN-C供电系统,对于单相回路存在较大的安全缺陷。单相二线供电方式,最大缺陷是在发生电器外壳碰相线时，直接将 220V 相电压施加给此时正巧触摸到的人，从而发生触电事故。但如果把接外壳的保护线 PE 和中性线 N 并联合用一根,实际上这也是极不安全的。建筑物的配电线路由于接头松脱、导线断线等故障,很可能造成图4所示A点处开路,此时当其中一台设备开关接通后，在 A点后面所有中性线上,将出现相电压,这个高电压又被设备接地引至所有插入插座的用电设备外壳上，而且其后的设备即使并未开启,外壳上也有 220V 电压，这是十分危险的。

图4 接外壳保护线PE和中性线N并联合用一根

图5 采用3相5线制的TN-S供电系统

如果采用3相5线制的TN-S 供电系统，则不会出现这种情况。如图5所示，只有当保护线断开，而且又有一台设备发生相线碰外壳，两故障同时出现时，才会出现与前述类似情况的事故，从而也极大地降低了事故出现的可能性。

3 IT方式供电系统

国内普遍称为隔离供电系统，或称为隔离变压器供电系统。一般供电电网是以大地作为参考电位，相线中的电流可以通过任何未绝缘的通道，对地构成回路，这是电击的根本原因。隔离供电是采用隔离变压器供电，电源经隔离变压器后，原电网中的地已不再是参考电位，隔离变压器任何一根输出线都不能与地构成回路，只能在两根输出线之间构成回路，隔离电源两根输出L1、L2都是相线，都应安装断路器或熔断器，这就提高了供电的安全性。IT方式供电系统供电的可靠性高、安全性好，一般用于不允许停电的场所，或者是要求严格地连续供电的地方，例如大医院的手术室。为了有效地防止微电击的发生，国际上现在普遍采用隔离供电系统(IT系统)。在手术室、心导管室、ICU病房、CCU病房、新生儿病房、心电图室、脑电图室、理疗室、透析病房等特殊医疗场所供电，都应当采用IT供电系统，或IT系统、TN-S系统同时使用。

医用IT供电系统设一台1：1专用隔离变压器，其二侧不接地，箱内设一套漏电检测报警装置（绝缘监视装置）以防止产生接地故障电流。当发生第1次单相接地故障,一般当系统绝缘水平低于50kΩ时，并不自动切断电源，而由绝缘监视装置发出故障报警。这时故障电流仅为医疗场所内的一小段线路的微量对地电容电流，引起该场所内的不同部分的电位差很小(≤50μV)。这时医护人员可根据病人病情的严重程度，可在确保病人安全的前提下，决定是否切断电源，或继续进行手术，并采取相应措施。当发生第1次接地故障，在手术后，应立即排除故障，防止第2次异相接地故障发生而引起相间短路。

综上所述，医院一般临床科室低压配电系统应严格采用TN-S系统，绝对禁止工作零线和保护接地混接。在手术室、心导管室、ICU病房、CCU病房、新生儿病房、心电图室、脑电图室、理疗室、透析病房等特殊医疗场所，应当采用IT供电系统，或IT系统与TN-S系统同时使用。在实际中，还有一种3相6线的接法，除工作零线、保护接地外，还专门另配一路接地线，这根线跟设备地线分开来接，不与其他任何线相接，用做对仪器设备的保护，因为电气元件的损坏往往只几微秒的时间，所以要将误动作电流更快的引回大地，需要仪器直接接地。例如：放射设备工作时使用10万伏高压，为保护患者的安全必须单独接地，接地电阻尽量小，地线电流容量要足够大。

[1] 王力群,王昕,燕学智.电器、电子控制与安全系统——工程机械设计与维修丛书[M].北京:化学工业出版社, 2005.

[2] 李德明,王庆志.电工电器产品质量检验[M].上海:同济大学出版社, 2007.

[3] 中国国家标准汇编[M] 2008年修订23.北京:中国标准出版社,2009.

[4] 佘少华.电器产品强制认证基础[M].北京:机械工业出版社,2008.

[5] 刘铁兵,汤黎明,戚仕涛,等.医疗设备供电系统电能质量控制的研究[J].中国医疗设备,2010,25(5):10-13.

Safety Analysis of Power Supply for Medical Equipment

Li Xiao-qiang, Guan Yong-fei
Clinical Engineering Department of Heilongjiang Provincial Hospital, Harbin Heilongjiang 150036, China

Some knowledge of the power supply system are introduced, several ways of grounding are analyzed. Requirements of the grounding are emphasized under special hospital environment, and the prevention of negative consequences is mentioned.

power supply system; protective grounding; isolated power supply; leakage of electricity

R197.32；R197.39

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2010.12.001

1674-1633(2010)12-0001-03

2010-07-08

作者邮箱：lxqiang@163.com