浅谈医疗场所电气安全设计

秦国经, 王超楠

(中国建筑第八工程局有限公司 西北分公司工程设计研究院, 陕西 西安 710082)

0 引 言

医院建筑不同于一般的公共建筑,因其使用对象特殊、工艺及安全防护要求高,一直是建筑电气设计中的难点。结合若干年工程实践经验,本文对医院设计中的电气安全设计提出一些措施和实施方法。

目前,医院电气设计所遵循的规范包括GB 51348—2019《民用建筑电气设计标准》、GB 50333—2013《医院洁净手术部建筑设计规范》、JGJ 312—2013《医疗建筑电气设计规范》、GB 51039—2014《综合医院建筑设计规范》、GB 16895.21—2011/IEC 60364-4-41:2005《低压电气装置 第4-41部分:安全保护电击防护》。

1 医疗场所的分类和分级

按IEC标准,医院内有两种划分场所的方式:一是按医疗电气设备与人体接触的状况和断电的后果,将医疗场所进行分类;另一是按医疗场所电源转换时,按允许间断供电的时间将医疗场所进行分级。这两种划分互相独立而互无影响。

按医疗电气设备与人体接触状况的场所分类:0类场所,不使用有与人体接触的接触部分的医疗电气设备;1类场所,使用有与人体表面接触或进入人体内的接触部分(除2类场所外)的医疗电气设备;2类场所,使用做心脏手术的医疗电气设备(即接触部分进入心脏或接触心脏的医疗设备)或中断供电将导致生命危险的医疗电气设备[1]。

医疗场所类别划分和安全供电级别划分示例表详见JGJ 312—2013《医疗建筑电气设计规范》表3.0.2。

2 电击防护

2.1 基本防护和故障防护两者兼有的防护

在1类和2类医疗场所内应尽量采用SELV,用电设备的标称电压不应超过交流方均根值25 V或无纹波直流60 V。带电部分应加以绝缘、外护物或遮拦等防直接接触电击措施。在2类医疗场所内特低压电气设备的外露导电部分,例如手术台的灯具,都应与等电位联结导体相连结。

2.2 基本防护

不允许采用阻挡物作保护和采用置于伸臂范围之外的措施做防护。只允许采用带电部分绝缘或采用遮拦或外护物做防护。

2.3 故障防护

2.3.1 切断电源

在1类或2类医疗场所,对于IT、TN和TT系统,其接触电压不应超过25V;对于TN和IT系统,应采用规范规定切断时间值。TN及IT系统自动切断电源时间如表1所示。

由表1可知:1类、2类医疗场所,采用TN系统时,国内外规范标准中自动切换时间不完全相同;1类、2类医疗场所,采用TN系统供电的设备,当设置辅助等电位联结时,其自动切换时间与常规场所时间相同;2类场所的IT系统,因隔离变压器容量小,二次短路电流小。

2.3.2 TN系统

(1) 不得采用TN-C系统,采用TN-C-S系统时在电源进线处需将PEN线分开为PE线和中性线,即在医院内不应出现PEN线。

(2) 1类场所内32 A及以下的末端回路,应采用额定剩余动作电流IΔn≤30 mA的剩余电流动作保护器(RCD)(作为附加防护)。

(3) 在2类医疗场所,仅限于手术台驱动机构的供电回路、X光机、额定功率大于5 kVA的大型医疗设备、不影响生命安全的电气设备的回路采用IΔn≤30 mA的RCD,其他回路不得装设RCD。同时,一个RCD所保护的电气设备不应过多,以免引起RCD不必要的跳闸而导致医疗用电中断。且只允许装对回路直流分量不敏感的A型和B型RCD。

2.3.3 IT系统

按照IEC标准,进行心脏手术的医疗电气设备的正常泄漏电流不得大于10 μA;当发生一个接地故障时,其故障电流不得大于50 μA。超过50 μA就可导致心室纤颤而死亡。为限制故障电流,需在手术室安装1台1∶1的隔离变压器,其二次回路导体不接地,所供医疗电气设备的外露导电部分接电气装置的PE线,以局部医疗IT系统供电。

(1) 在医院的2类医疗场所内离手术台周边水平距离1.5 m,高度2.5 m内的环境称作病人环境,在此环境内用于维持生命或进行外壳的医疗电气设备,应采用局部医疗IT。

(2) 用途相同、相毗邻的几个房间内,至少需设置一个独立的医疗IT系统。

(3) 医疗IT系统需配置一个绝缘检测仪,要符合GB/T 18216.8—2015《交流1 000 V和直流1 500 V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》的要求。

(4) 医疗IT系统应在适当位置设置与绝缘检测器配套的声光信号设备,以便医护人员能监查系统的绝缘情况。IEC要求配套的声光信号设备如下:用绿色信号灯来表示IT系统绝缘情况正常;用黄色信号灯来表示IT系统的绝缘值已降低到最低水平;在正常绝缘情况得到恢复或第一次接地故障排除前,此信号灯不得熄灭;用报警声响信号表示IT系统的绝缘电阻值已降低到最低水平,此声响信号可以消除。

2.3.4 辅助等电位联结

在IEC 60364-7-710:2018 CDV版中1类、2类医疗场所的辅助等电位联结范围较之前的版本并无变化,根据标准IEC 60364-4-41:2017及BS 7671-710:2018的规定,1类、2类医疗场所的辅助等电位联结范围包括固定设备可同时触及的外露可导电部分、外界可导电部分、保护导体及其他所有可以联结的设备。因此为了最大限度地减少1类和2类医疗场所内的电位差,除采用局部医疗IT系统外,还应在该场所内实施严格的局部等电位联结,即在该场所内分配电箱旁设置一个局部等电位联接板。

在2类医疗场所等电位联结系统中,局部等电位联结端子板与插座PE线端子、固定式设备PE线端子以及装置外可导电部分等之间的联结点和连结点的电阻和应不大于0.2 Ω。

等电位联结母线应位于医疗场所内或靠近医疗场所。

3 电气设计和设备的选择

3.1 接地系统及等电位联结

按照GB 51348—2019《民用建筑电气设计标准》[2],医院除设总等电位联结(MEB),在手术室、CCU、ICU、DSA、抢救室等均设置局部等电位联结(LEB)。2类医疗场所的端子排设于配电箱下部的单独空间。局部等电位的范围包括PE线、设备金属外壳、金属管道、金属框架、病床金属框架等。IT系统内的局部等电位联结不应与TN系统的PE线有任何通路联结,具体可采用如下方法:在结构板上做绝缘层,然后在上面做细石混凝土垫层,在垫层内按铺设钢筋网形成均压网,均压网对角线两处用镀锌圆钢,在距地30 cm作转接盒,再用BVR-25的铜导线接到局部等电位联结端子板,均压网垫层内不应再敷TN系统的任何金属管线。

IT系统与TN-S系统应共用同一个保护接地装置,做局部等电位联结时,两者的PE线应接至同一LEB端子排,以最大限度地避免出现电位差。

3.2 局部IT系统

国内医院手术室、ICU(CCU)等处设置的医用IT系统,隔离变压器一次侧、二次侧电压通常为单相220 V。

IT系统为中性点不接地系统。在医院2类系统需要与患者体内接触以及电源中断或故障后将危及患者生命的医疗场所,应设置局部IT系统。如急诊抢救室、重症监护室、手术室、DSA等。在手术室附近设一台单相隔离变压器,额定容量0.5～10 kVA;每间手术室独立设置一台单相医用隔离变压器,手术室内宜设多处单相IT系统插座箱。IT系统插座插孔的布置形式应区别于TN-S系统,或有永久性明显标志。CCU(ICU)可分区域设医用隔离变压器,在每张病床处设单相IT系统插座箱。每个医用IT系统必须设绝缘监视装置,在绝缘电阻降至50 kΩ时发出声光报警,声光报警应设于护士站医护人员可见的墙上。

在局部IT系统以外的普通插座回路及医疗设备供电回路上应设剩余电流保护动作与切断电源[3]。

3.3 医用IT系统与电气分隔

医用IT系统与电气分隔的异同点:保障人身安全的原理不同,医疗IT系统使用于保障人身安全及供电连续性场所,电气分隔主要侧重于保障人身安全。

3.4 其他设备

照明回路:在1类或2类医疗场所内,应配置两个不同电源,其中一个为应急电源。

开关设备和控制设备:每个终端设备需设置短路保护和过负荷保护,医疗IT系统的变压器进出线不允许装设过负荷保护。

插座回路:用于2类医疗场所的医疗IT系统,至少有两个独立回路供电的多个插座;每个插座各自装设过电流保护;IT系统插座插孔布置的形式应能防止TN-S系统或TT系统用电设备的插头插入,或者其应具有明显的永久性IT系统标志,以防误插。

4 结 语

医院建筑由于其本身功能的特殊性和复杂性,使其对电气设计有严格的要求。病人行动不变,包括对电击在内的各种危险情况反应迟钝,电击的后果往往比较严重。所以保证医疗设备的可靠、安全用电是每个设计人员的首要任务。同时对于2类医疗场所,辅助等电位联结是必要的,且总等电位联结不能代替辅助等电位联结。