大型医疗设备电气设计与研究

李战赠， 肖 彦

(中国建筑设计研究院有限公司，北京 100044)

0 引言

随着我国经济的高速发展和医疗卫生体制改革的深入，医疗建筑市场规模不断扩大。很多新建医疗建筑集门诊、医技、病房、科研、办公、后勤供应等多种功能于一身，建设标准高、建筑面积大、医疗工艺复杂，是民用建筑工程设计中最为复杂和特殊的类型之一。医疗建筑中工艺用电设备很多，如ICU、CCU、NICU、DSA、MRI、手术室、影像科、放射科、核医学、血液透析等，尤其大型医疗设备由于设备数量多，单机装机容量大，是电气设计中最重要，也是设计难度最大的一部分。

1 典型大型医疗设备技术要求文件电气参数解析

大型医疗设备主要分为磁共振成像设备、X射线设备、高能射线设备和核素设备这四类，常见的有CT、DSA、MRI、DR、数字胃肠机、钼靶、ECT、PET-CT、后装机、直线加速器等。

设备生产厂家提供的技术文件(如《场地准备快速指南》、《机房设计参考导则》、《项目指导手册和场地要求》等)名字不同但内容基本类似，基本上都包含土建、电气、暖通空调和给排水等相关专业的要求。技术文件中电气专业一般包含设备最大功率、设备连续功率、设备峰值电流、设备连续电流、过流保护器额定电流推荐值、配电电缆最小截面要求、接地保护和机房照明等容，但需要留意的是，不同设备要求各不相同，即使同一类设备，生产厂家不同，要求也不尽相同。

2 负荷等级及供电要求

厂家提供的技术要求文件中基本没有与供电负荷等级相关的内容，但为了供电安全，设计人员首先要确定设备的负荷等级。负荷等级的划分可参照执行的规范主要是JGJ 312-2013《医疗建筑电气设计规范》和JGJ 16-2008《民用建筑电气设计规范》。

JGJ312-2013《医疗建筑电气设计规范》“表4.2.1医疗建筑用电负荷分级”规定：三级、二级医院的内镜检查室、影像科、放射治疗室和核医学的设备及照明用电为一级负荷，电子显微镜、影像科诊断用电设备为二级负荷。JGJ 16-2008《民用建筑电气设计规范》“附录A民用建筑中各类建筑物的主要用电负荷分级”中表A第23项中规定：二级及以上医院的核磁共振、介入治疗用CT及X光机扫描室、加速器机房为一级负荷，电子显微镜、一般诊断用CT及X光机用电为二级负荷。

综上所述，二级及以上医院的大型医疗设备，除一般诊断用CT及X光机用电为二级负荷外，基本上都是一级负荷。实际项目中，同一类设备不止一台，机房都布置在一起，很难区分具体使用功能，并且大多数情况下既可用于治疗，又可用于诊断，故笔者建议定义为一级负荷，电源采用双电源互投，由变电所低压配电柜放射式供电。

3 电气设计需确定的问题

在医院建设初期，建设方无法确定大型医疗设备的具体品牌和型号，提供不了电气专业设计所需资料，因此需设计师充分了解各种大型医疗设备的技术要求，合理预留电气条件，避免设备定型后出现大量修改而导致不必要的经济损失。

首先，确定大型医疗设备电气参数。设备的安装功率，一般对应产品技术要求文件中的额定功率，或者最大功率和瞬时功率。《全国民用建筑工程设计技术措施-电气》明确电力设备台数在三台及以下时需要系数建议为1，但由于医疗设备的特殊性，每台设备的计算负荷不建议按设备安装功率取值，宜参照产品技术要求文件中的连续功率、平均功率或持续功率。同样，设备的计算电流，宜参照设备技术文件中的连续工作电流。国标图集《医疗建筑电气设计与安装》中列出了主要医疗设备的电气参数，可供参考。

其次，选择变电所低压配电柜为医疗设备配电的出线断路器。常规情况下断路器长延时整定值的选择参照设备计算电流；由于医疗设备的计算电流参照于设备连续工作电流，远小于根据设备安装功率计算得出的电流，设备技术文件中虽然有尖峰电流、连续电流等电气参数，但这些数据都不建议用于断路器整定值的选择。断路器长延时整定值的选择应参照技术要求文件中推荐的最小断路器过负荷整定电流。需注意的是，推荐电流介于连续电流和尖峰电流之间。

最后，选择配电电缆。电缆截面的大小不但要满足断路器长延时整定值、动稳定和热稳定的要求，还应满足医疗设备对电源电阻和电压降的要求。生产厂家在技术要求文件中会提供不同供电距离下的推荐电缆截面积。同一类设备，不同生产厂家，对供电电缆推荐的截面积也不尽相同，比如典型设备CT机，生产厂家主要有GE、飞利浦和西门子三个，对供电电缆的截面要求见表1～3。根据实际供电距离，查阅每个设备厂家推荐的电缆截面积，按其中最大的预留，例如假定配电柜至变电所低压配电柜的供电距离为65m，根据表1～3可知，三个厂家对应的推荐电缆截面积分别为70mm2、70mm2和95mm2，则建议电缆截面积按95 mm2预留。

西门子公司CT供电电缆截面积要求 表1

GE公司CT供电电缆截面积要求 表2

飞利浦公司CT供电电缆截面积要求 表3

综上所述，变电所内大型医疗设备配电回路的设计关键是断路器长延时整定值和配电电缆的选择这两点，只要断路器整定值和电缆选择合理到位，就不会导致此部分电气设计的反复。

4 典型医疗设备运行测试

为了掌握大型医疗设备实际工作状态，了解大型医疗设备运行时最大功率、峰值电流、连续功率和连续电流，对CT、MRI、DSA这三种典型的医疗设备进行检验测试，并根据多次测试中典型实验数据绘制电流-时间关系图。

测试的CT 设备是GE公司生产的Light speed VCT & Pro32，由产品技术文件可知本设备最大功率为150kVA，连续功率为25kVA，设备最大瞬间峰值电流为253A，连续电流为38A。

由于CT机配电柜电源由变电所低压配电柜放射式供电，变电所所有出线回路均配置多功能仪表，因此电流和电压值可由仪表读出。根据设备工作时所记录的电流数据和对应时间，选取最典型的时间段，绘制测试实验图如图1所示。

图1 CT机电流-时间关系图

由测试结果可知，测试阶段内设备最大尖峰电流为86A，持续约2s左右，最长不超过5s；设备工作电流在9A左右，一般不超过10A；设备待机电流为7.5A，一般不超过10A。设备工作周期与病人的检查情况有关，时间不固定。测试尖峰电流大小和病人检查时设备曝光大小有关，所测试尖峰电流并不一定是最大尖峰电流。变电所电压基本为400V，设备工作功率约6.7kW，测试最大功率为56.6kW。

测试的DSA设备是飞利浦公司的Allura Xper FD 20血管机，测试信息详见图2，根据测试数据可知，测试阶段内设备最大尖峰电流为56A，持续约2s左右，设备工作电流在14A左右。设备工作周期与病人手术情况有关，时间不固定。测试尖峰电流大小和病人手术时曝光大小有关，所测试尖峰电流并不一定是设备最大尖峰电流。变电所电压基本为400V，设备工作功率约9.2kW，测试最大功率为36.9kW。

图2 DSA电流-时间关系图

测试的MRI设备是飞利浦公司的Achieva 3.0T磁共振机，测试信息见图3～4，分别是主机电源和配套设备电源。测试阶段内设备最大电流分别为41A和33A，持续约1min左右，设备工作电流分别为18A和31A左右。设备工作周期与病人手术情况有关，时间不固定。测试尖峰电流大小和病人情况有关，所测试尖峰电流并不一定是设备最大尖峰电流。变电所电压基本为400V，设备工作功率约32kW，测试最大功率为48.7kW。

图3 MRI电流-时间关系图1

图4 MRI电流-时间关系图2

5 结束语

目前行业内大型医疗设备配电主要有设置专用变压器和共用变压器这两种方式。专用变压器的常规做法是设置一台专用变压器，仅为大型医疗设备供电，大型医疗设备的备用电源由本区域内其他变压器提供。仅JGJ/T 16-92《民用建筑电气设计规范》版第10.10.5条中规定了“宜设置专用变压器”的条件，08版已取消此项要求。

医疗设备的安装容量虽然都很大，但工作电流很小，相对于变压器额定电流可忽略不计。放电时基本上都是短时脉冲电流，时间很短，电流值也不大，不会对变压器产生冲击，因此，笔者建议宜采用与医院其他负荷共用变压器的供电方式，既能满足供电要求，又符合经济、节能的设计理念。