大型医院应对医疗设备供电质量异常的解决对策

刘元明，刘欢，余世准

湖北医药学院附属太和医院 a.综合事务部；b.院务办公室；c.医学工程部，湖北 十堰 442000

先进的医疗诊断和治疗仪器在现代化医院中起着越来越重要的作用，提供高质量的电能保障是消除或降低医疗设备风险，确保为病人诊断和治疗准确的重要因素。实际使用中，由于供电质量异常问题，如突然停电和电压浪涌、尖峰、波形畸变、频率偏移等，经常会对医疗设备造成不可预知的破坏。这些问题轻则造成医疗设备工作出错，数据丢失，重则使设备系统崩溃，甚至损坏。其中，电源电压不稳，偏高或偏低，或者供电突然中断是对中大型医疗设备危害最大的因素，它会直接影响大型医疗设备的使用寿命，甚至造成严重破坏乃至报废。因此，在医疗设备配电工程及设备运行中，确保医疗设备电源配置合理、性能稳定、功率负荷匹配、电气设计规范，使用环境稳定、安全措施到位等显得尤为重要。

1 医疗设备配电系统常见问题分析

1.1 供电质量下降

供电质量主要是指供电装置正常工作，不出现供电突然中断现象，为医疗设备提供的高质量电能，确保医疗设备能够稳定运行。导致供电质量下降的因素有很多，首先，大量供电设备的使用。在多种医疗设备的使用过程中，存在着大量不同步的启、停电的情况，容易造成医疗设备供电产生异常情况。其次，由非线性器件造成。开关电源、可控硅管、调光系统、不间断电源、交流稳压器、变频空调都是非线性设备。非线性器件输入的电流脉冲叠加很大，对正常的医疗设备供电会产生破坏作用。最后，大功率设备的存在也会带来新的供电质量问题[1]。如果不注意恰当处理，就会造成医疗设备供电质量的降低。

1.2 电压波动

电压波动是电网中比较常见的问题，正常的电网电压波动范围应≤10%，而我国的电网电压通常会超过此范围，波动范围可达±15%甚至±20%，这主要是配电变压器材料、容量以及环路阻抗造成的[2]。电压持续过高或过低都会使设备的电源系统发生故障，轻则烧断保险丝，重则损坏电源系统和多台医疗设备。

1.3 频率偏移

我国的供电网络频率标准是50 Hz，使用大电网供电频率偏差很小，一般情况下，供电频率偏移不会对用电设备造成影响，但是对于一些精度较高而又需要电网频率同步或作基准的设备会影响很大。

1.4 供电中断

电力不足和供电线路质量差，会因为超负荷跳闸、三相严重不平衡、缺相造成保护等原因，使供电中断。供电中断会对MRI、CT造成极大的损害：① 计算机数据记录丢失或系统软件损坏，严重时会造成计算机主机、硬盘、光驱、磁带机损坏；② 直接影响CT球管的寿命和控制电路、高压箱的安全以及MRI的磁体线圈、梯度功放、射频功放等部件的安全。严重时会立即损坏这些部件。CT机球管在工作时温度很高，当供电中断后强迫冷却即终止，会大大缩短球管的使用寿命，甚至可能损坏球管。③ 容易造成梯度功放等高功率电路损坏，冷头停止工作，会损坏液氦[2]。

1.5 电源干扰

电源干扰大至可分为尖峰电压、浪涌电压、噪声干扰、奇次谐波等，强烈的干扰可造成医疗设备的电路板损坏、计算机控制出现紊乱、高压系统不稳定，危及整机的安全[3]。

2 供电质量异常对医疗设备的影响

大型医院医疗设备配置的是高精密和高价格的仪器，一旦出现破坏，很容易导致重大的经济损失。电能质量异常对医疗设备的影响有两种情况：一种是同处于某个用电支路的几个病区，当供电系统输送到医院受污染的电源时，电能质量下降对全院所有医疗设备产生的影响是共性的，涉及范围广，发生故障的医疗设备品种和数量多。第二种情况是医院内部施工、改造、装修时许多用电量大的施工机械无序地乱搭电源，造成局部用电支路电能下降，连接在该支路上的医疗设备就会受到影响[4]。医院的很多医疗设备和微电子技术是相联系的，有资料表明，超过60%的医疗设备出现故障的原因和供电质量相关，不仅容易击穿医疗设备中的半导体器件，还有可能导致医疗设备的自动控制系统产生混乱，而且还会对计算机信息系统中的数据进行破坏，导致设备接收数据失败，这也是医疗设备提前老化的主要因素[5]。对于数字式的医疗设备来说，可能会导致数据破坏和文件丢失，甚至造成硬件系统的完全毁坏。

3 应对医疗设备供电质量异常的解决对策

3.1 电源配置合理

大型医院用电属于一级负荷，如急诊部、监护病房、手术部、分娩室、血液净化室、磁共振室、CT扫描室、高压氧舱、加速器机房等场所，都配备有重要的医疗器械，具有较大容量与较小容量的一级用电负荷，应由两路10 kV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10 kV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，还应根据负荷对中断供电时间的要求，增设能在15 s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）作为自备应急电源供电[6]。

3.2 电源性能稳定

医疗设备和供电电能之间是密切联系的。电能质量对医疗设备起着决定性作用。在电能质量控制中，主要建立起9项电能控制的参数，包括电压偏差、交流谐波、电流波动、浪涌电压、尖波、瞬态过电压与暂态过电压、突发电压下陷和三相电压平衡度以及噪声，建立起这些控制项目的参数检测、原始数据的要求、数据处理方式和数据分析等[7]。在日常的检修工作中，工作人员应按照要求进行设备的及时检测，判断医疗设备是否存在着安全故障问题，并及时采取措施解决。

3.3 功率负荷匹配

各种医疗设备功率和用电情况是不一样的，因此要改善医疗设备的入网情况。如电源插头接触电阻大，要有针对性地使用不同的电源插头，选择合适的插座。在条件允许的情况下，尽量使用继电器来减少医疗设备和电阻的接触。如果电源存在切换问题，要对精密的医疗设备配置不间断的电源转换设备来避免出现电源的间断性问题[8]。

3.4 电气设计规范

在医院电气设计中，需要注意与医院相关部门进行充分的沟通与协商，要求详细提供医疗电气设备的容量及其特殊的用电要求。当相关部门确实不能提供有关医疗电气设备的数据时，电气设计人员可以参考相近的医疗电气设备资料，考虑预留最大用电空间，保证现有的以及新增加的医疗电气设备的用电负荷。同时，应根据具体情况，正确选取医疗动力需用的系数值。

3.5 使用环境稳定

良好的电源环境是确保医疗设备安全运行的重要条件，根据不同医疗设备的不同要求对电源环境进行必要的改善。具体措施可分为两种不同的情况：① 对需要净化的电源设备，如B超、CT机等，要配置净化稳压电源，确保医疗设备的工作环境比较稳定。② 对监护室和手术室等特殊医疗室，除需要接入双电源之外，还要设置小型的发电机，避免在停电情况下，出现医疗设备不能使用，造成重大医疗事故的严重后果[8]。

3.6 安全措施到位

3.6.1 接地系统和自动切断电源措施

采用共用接地系统和等电位连接。在采用共用接地系统的建筑物内的医疗电气设备,很难设置单独接地。因为设备外壳，整个建筑物的金属构件，钢筋、电气保护接地系统都接入共用接地系统。要想从电子设备单独引出接地线到室外单独接地极，且要与共用接地系统完全隔离以避免反击过电压很难实现。应采取以下办法解决：

（1）TN（保护接零）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（接零保护）系统，不允许出现PEN线；② 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场所内的末端回路32A及32A以下的电源插座回路，应装用IΔn≤30 mA的RCD作附加保护；③ 在进行如心脏内部手术等中断供电将导致生命危险的场所内，只能在下列电气设备的回路内才可装用IΔn≤30 mA的RCD，如手术台、X光机、额定功率＞5 kVA的大型电气设备不重要（不影响生命安全）的电气设备[9]。

（2）医疗IT（保护接地）系统：进行如心脏内部手术等场所，离手术台周边水平距离1.5 m，高度为2.5 m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≤30 mA的RCD保护的设备。为此需严格限制其第一次故障电流。可在手术室内或其贴近处安装1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。优点是当发生第一次接地故障后不切断电路、不中断对装置的供电，当发生第二次接地故障时，由过电流保护电器或漏电电流动作保护器切断故障电路。

（3）等电位联结：在医疗过程中，为了进行各种目的的测量、诊断或治疗，病人常和各种电气设备连接，这种使用插入体内接近心脏或直接插入心脏内的医疗器械，应采取防止微电击保护措施的等电位接地方式，使用有足够绝缘保护装置的II类电气设备供电。

具体做法：在心脏内部手术和中断供电将导致生命危险的治疗场所内，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＞50 mV的电位差，增大电击危险[10-11]。在医疗设备较多之处，应采用钢管和封闭钢线槽敷线，以避免单相接地短路电流较多地流过共用接地系统，引起对电子设备的干扰。

3.6.2 特殊场所不中断供电措施

医疗电气设备按允许间断供电时间的场所分级，其用电设备有≤0.5 s、≤15 s和＞15 s三级。对于间断供电时间≤0.5 s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供电。

3.6.3 设备防火

医疗设备一旦发生故障很容易引起火灾，由于病人行动缓慢或难于行动，将有极大的生命危险。所以，在医疗设备使用时应做好电气防火工作，可导电医疗器件除该场所本身使用的电气设备线路外，其他无关的电气线路不应混合放置在一起，以免引起线路发热而造成医疗设备间的相互影响。

4 设备照明设计

医疗设备运行中的照明设计相对一般的照明设计有一定的特殊性，主要应满足医疗诊断、抢救治疗和病人适应的需要，要具有明亮、舒适、安全的光照度。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。检查室、治疗室等宜采用高显色荧光灯，以便于观察病人的情况，减少眩光和强光直射对诊断或治疗产生的影响，或引起病人不适、心情躁动而影响检查及治疗效果。

5 小结

医疗设备效能的发挥和安全程度依赖于人的使用管理水平。总体来说，医院的供电质量对医疗设备产生很大的影响，和病人的生命安全息息相关。为了保证医院的正常运行，开展对医疗设备电能质量的研究是非常必要的，它能够为医疗设备安全运行提供一定的保障。

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