医疗建筑电气安全设计探讨

罗继军， 朱明春

(北京市建筑设计研究院有限公司，北京100045)

0 引言

由于医疗建筑的特殊性，任何人为或自然因素所导致的电气系统中断，都会造成很严重的后果，如何确保医疗建筑电气系统安全运行已成为电气工程师一项重要而艰巨的任务。 笔者根据参与设计和改造的不同类型医院经验，总结了医疗场所电气安全设计方面的心得，供大家探讨。

1 医疗场所的应急电源选用的注意事项

近年来，供电系统运行经验证实，市政电力双重电源经常出现同时发生故障的案例，已不能满足一级负荷中特别重要负荷供电可靠性的要求，因此相关规范规定三级医院应配备柴油发电机组，二级医院宜配备柴油发电机组。 初步设计阶段柴油发电机组的容量可按变压器容量的10%～20%进行估算，但此种方法不适用于医疗建筑项目，尤其是三甲医院。 如何确定医疗建筑柴油发电机组的容量，下文将展开分析，以供参考。

1.1 选择应急电源形式的原则

应按医疗场所分级选择，可以依据医疗场所的允许间断供电时间和重要负荷自动转换电源的时间配置安全电源，满足医院各级设备的使用需求，详见表1。

医疗场所安全电源分类 表1

医疗场所重要负荷的供电应便于从正常工作电源自动切换到安全设施电源，医疗场所的分类以及对断电后恢复供电时间的要求，必须与相关的医务管理和技术负责人员共同研究，谨慎确定。

1.2 应急柴油发电机机组所带负荷范围的确定

可参照JGJ 312-2013《医疗建筑电气设计规范》第4.4.2 条和GBT 29328-2018《重要电力用户供电电源及自备应急电源配置技术规范》表D4-B7[医疗卫生]的要求来确定，详见表2。

一般情况下，手术部净化空调断电，会导致温度急剧上升，无法维持正常手术，因此建议将此部分用电负荷接入柴油发电机组系统，与手术、抢救有关的设备(抢救室的负荷级别可按护理单元的级别来定)同供电措施供电。

重要电力用户自备应急电源典型配置 表2

在选择柴油发电机组所带负荷范围的问题上，建议根据医院的具体使用需求，制定针对性设计方案，既要满足医院的具体使用要求，又要尽可能采取非电气保安措施，以减少柴油发电机组的容量。

1.3 其他

医院中特别重要负荷的配电要保证独立性，应以单个房间为最小单位，划分配电回路，并做到每个回路可以单独切除；在现场配备手/自动转换切除开关，若手术进行中应处于手动切除状态，无手术时处于自动状态、火灾时可消防联动切除。 需要注意的是，尽管医院中“特别重要负荷”的供电电源重要，但毕竟不是消防负荷，在发生火灾时应切除其电源，以满足消防规范要求，但切除时机一定要在火灾确认后，并且延时时间须与业主协商后确定。

2 医院中使用医疗场所局部IT 系统的注意事项

2.1 医疗场所局部IT 系统设置的必要性

IEC 规定进行心脏手术的医疗设备泄漏电流正常状态为10μA 以下，单一故障状态为50μA 以下(通过心脏电流超过50μA 时会发生心室纤颤导致死亡，被称为“微电击致死”)，相应的，手术室内电位正常时为10mV，单一故障状态为50mV，所以对于进行心脏手术的医疗设备，不宜采用剩余电流动作保护，应采取防微电击的保护措施。 为了保证2 类医疗场所的电气安全，一般采用带绝缘监视装置的医疗场所局部IT 系统(隔离电源)，即不接地电源系统。

2.2 医疗场所局部IT 系统设置的场所和设备

国内标准GB 50333-2013《医院洁净手术部建筑技术规范》第11 章的11.1.4、11.1.6 和11.1.9等条款以及GB 16895.24-2005《建筑物电气装置第7-710 部分:特殊装置或场所的要求 医疗场所》的710.413.1.5 等条款同样对医疗场所局部IT 系统的使用提出了相关规定。

在2 类医疗场所内手术台周边水平距离1.5m、高度为2.5m 的范围内，用于维持生命或进行外科手术的医疗电气设备应采用医疗场所局部IT 系统供电，但不包括上述范围内装设I△n≤30mA RCD 保护的设备；建议其他可以接入医用IT 电源系统的用电设备是:呼吸机、恒温培养箱、透析设备、麻醉设备、病人监护设备、高频外科设备、输液泵、注射泵、心肺机、心力记录仪、脉压泵、心律电子脉冲调节器等。

2.3 医疗场所局部IT 系统的组成和工作原理

医疗场所局部IT 系统由隔离变压器、绝缘监视仪、变压器负载和温度监视设备、外接报警显示设备等组成。 工作原理是利用隔离变压器把TN系统供电变成不接地的IT 系统供电，并配置绝缘监测仪在线实时检测系统的绝缘水平，以保证医疗场所局部IT 系统长期稳定地运行。

正常情况下，医疗场所局部IT 系统中仅存在线路对地电容的微小泄漏电流，为μA 级。 当医疗场所局部IT 系统中所接的负载出现对地绝缘故障，即发生第一次单相接地故障时，电源端没有接地线，泄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，故障电流为相对地电容电流的相量和，由于这个电流值很小(μA 级)，所以医疗场所局部IT 系统的使用可以有效控制对心脏等器官的直接漏电流，极大地保护了病人免受漏电流的伤害，不会造成人身电击或者其他事故，同时也不会导致开关动作，从而保证了2 类医疗场所系统供电的连续性。 当第二次发生接地故障时，如果不及时排除故障，就会形成相间短路，导致过电流保护装置动作，引起供电的中断。 为了防止IT 系统电源因二次异相接地故障时切断电源，需要及时排除设备故障，就必须装设绝缘监视及接地故障报警装置。系统中安装专用故障检测仪，当绝缘监测检测到绝缘故障时，发出信号给故障检测仪，故障检测仪器开始每一路排查，找到故障点并显示故障点的位置，通过报警装置发出声光报警信号，方便维修人员赶在第二次发生异相接地故障前及时排除故障，消除隐患。 正是由于系统中装设的绝缘监视及接地故障报警装置，保证了医疗场所局部IT 系统供电的高可靠性。

2.4 选择医疗场所局部IT 系统隔离变压器的注意事项

医疗场所局部IT 系统通常采用单相变压器，要求其额定容量为0.5 ～10kVA。 隔离变压器的一次侧与二次侧禁止使用过载保护，二次侧设置双级断路器，要求过载保护仅报警，以确保手术中患者的生命安全。 医用IT 变压器应设置过载和超温监控，且有过载的声光报警功能。 交流内阻抗≥100kΩ，当电阻减少到50kΩ 时，应发出报警信号，并备有试验设施。 当隔离变压器处于额定容量和额定频率下空载运行时，流向外壳或大地的漏电流不应＞0.5mA。 医疗IT 系统应具有显示工作状态的信号灯及声光警报装置，并应安装在能永久监视的场所，其中绿灯表示工作正常，黄灯表示故障报警，同时应显示故障类型。 故障未解除，报警音响可消除，灯光指示不允许消除，直至故障清除且恢复正常后，黄色信号灯才可以熄灭。

2.5 医疗场所局部IT 系统应符合以下国家及有关产品安全标准

(1)医疗场所局部IT 系统要满足GB 16895.24-2005/IEC60364-7-710 标准；(2)隔离变压器应符合GB 19212.16-2017/IEC 61558-2-15 ∶2011《变压器、电抗器、电源装置及其组合的安全 第16 部分:医疗场所供电用隔离变压器的特殊要求和试验》，和符合IEC 61558-2-15 标准，宜具有第三方权威检测机构出具的检测报告或标准认证；(3)实时监视隔离电源系统对地绝缘状况，根据需要设定不同的报警响应值，医用隔离电源系统中绝缘监视仪应符合GB 18216.8-2015/IEC 61557-8 ∶2007.附录A《交流1 000V 和直流1 500V 以下低压配电系统电气安全防护措施的试验、测量或监控设备 第8部分:IT 系统中绝缘监控装置 附录A:医疗绝缘监控装置(IMDS)》，宜具有第三方权威检测机构出具的检测报告或标准认证；(4)为了最大限度保证医用隔离电源系统的安全性，应选用内部阻抗高的绝缘监视仪，同时在保证测量准确性的前提下，测量电压和测量电流越小越好，而且应该保证实时监视隔离变压器负荷状况及变压器的绕阻温度，实时监视隔离电源系统各元器件与系统接地的接线状况，实时显示隔离电源系统用电负荷百分比、系统绝缘阻值等要求。

2.6 医疗场所局部IT 系统的安装注意事项

变压器应紧靠医疗场所安装，在清洁走廊内维修，尽量缩短隔离变压器与系统负载之间的距离，并应安装在柜内以免被无意地接触其带电部分。 IT系统负载供电线路的敷设应尽量避免使用金属穿线管，以降低IT 系统的固有容性泄漏电流(与GB 50333-2013《医院洁净手术部建筑技术规范》的第11 章内11.2.7 中规定采用金属管敷设的要求不一致)，笔者从实际运行经验得出，IT 系统负载供电线路的敷设应尽量避免使用金属穿线管，采用塑料管敷设使用效果更佳。

IT 变压器的供电范围不宜过大，每个手术室配一个医用IT 变压器，供电仅限于以下负荷:医疗柱或吊塔及其配出设备、插座箱、无影灯、恒温或冰柜、器械柜、手术信号及控制设备等，手术室一般照明、电动门和手术室辅助间的用电设备不应由IT 变压器的供电。

医疗场所局部IT 系统的安装一般有两种方式:分布式和集中式。 分布式适用于中小型手术部，是比较常用的方式，供电可靠性较高，发生故障的情况下影响面小，但维护工作量大，增加了空调及通风需求；集中式适用于规模比较大的手术部，可靠性高、经济性好，且因配电点在手术部洁净区域外独立集中设置，有利于解决UPS 设备空调和通风，所以维护管理方便，基本不对手术部产生影响。

3 医院医疗场所接地的注意事项

医疗场所配电系统的接地型式宜采用TN-S 或TT 系统，严禁采用TN-C 系统，并采用共用接地和等电位联结。 当个别医疗电子设备如采用单独接地方式，其自身发生接地故障或建筑物遭受雷击时，应在保证设备和人身安全方面采取措施，防止雷电反击和电磁干扰。 医疗场所的保护性接地和功能性接地应共用一套接地系统，其接地电阻应按其中最小值确定。

在1 类及2 类医疗场所“患者区域”内，应做局部等电位联结，使“患者区域”内所有可导电的部分都处于同一电位水平上，尤其是2 类医疗场所内要充分做好防止电击的措施，仅靠本体带绝缘监测的IT 系统是不够的。 医疗场所内的医疗电子设备易受干扰，建议确定采用SM 混合型等电位联结。

2 类医疗场所内均压网的垫层内不应敷设TN系统的任何金属管线，手术室内IT 系统的PE 线仍是医院内TN-S 系统的PE 线延伸，医疗场所局部IT系统和TN-S 系统是共用同一个保护接地的接地装置，切勿引入另一PE 线给手术室内电气设备进行接地，以防止两个接地装置间可能存在的电位差对人身安全造成威胁。 另外，电气装置与医疗气体释放口的安装距离不得＜0.20m，而且医疗气体管道应作防静电接地。

4 结束语

医疗建筑电气安全建设是医院基础设施建设的根本，将对医院整个运营功能的发挥产生直接的影响，只有尽力做好电气安全建设，为医院各项工作的开展打下良好的基础，才能更好地为病人服务。