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摘 要： 本文主要介绍在医疗IT系统领域中，对比IEC标准和以美国为代表的NSPF标准的不同之处，进一步理解应用于医疗IT系统的不同的漏电保护技术。
关键词 ： 漏电 绝缘监视 IEC标准 NSPF标准 医疗IT系统
0 引言
医疗2类场所是医院内重要场所，通常指手术室、重症监护室或心脏监护室等，对病人而言是生命攸关的场所，也是充满医疗器械和医疗电器设备的场所，此类场所的漏电保护和普通建筑物相比有特殊的要求，即通过局部IT系统供电。为了更好地理解应用于医疗IT系统的不同的漏电保护技术，首先对相关现行的不同国际标准作一介绍。
1 IT系统及其特点
1.1 IT系统的定义及组成
IT系统的电源端不接地或经高阻抗接地，其电气装置的外露导电部分，被单独地或集中地通过保护线（PE）接至接地极。在实际应用中，IT系统一般与TN或TT系统通过隔离变压器进行隔离。
在正常情况下，系统中仅存在线路对地电容的微小泄漏电流。图1所示为IT系统发生第一次接地故障示意图，当系统发生第一次单相接地故障时，故障电流为两非故障相对地电容电流的相量和Id ，由于这个电流值甚小，不会造成人身电击或者其它事故，也不会切断电源，保证了系统供电的连续性。但是如果不及时排除故障，当第二次另一相发生接地故障时，相当于形成相间短路，使过电流保护装置动作，引起供电的中断，这对于重要的供电场所来说，是不允许的。
图1 IT系统接地故障示意图
为了防止上述短路故障的发生，T系统应设置绝缘监测器。这样当系统发生第一次接地故障时，绝缘监测器就能及时检测出该接地故障，并通过报警装置发出报警信号（通常是声光报警信号），提醒工作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，从而有效地保证系统供电的连续性。
可以在系统中安装专门的故障检测仪，当绝缘监测检测到绝缘故障时，给故障检测仪一个启动信号，故障检测仪开始逐路检测，也可以利用手执式故障定位设备对可能出现故障的回路进行逐点排查，最终找到故障点并显示故障点的位置，这样就极大地方便了工作人员进行故障排除。
为了保证系统供电的连续性，国家《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》GB16895.24-2005 / IEC60364-7-710:2002 710.53.1条规定：“……医用IT系统的变压器进出线回路不允许设置过负荷保护……”，以防止系统过负荷时保护开关切断电源。这就要求系统中的绝缘监测器必须同时还具有负荷检测和过负荷报警功能。在一些重要的场所，由于隔离变压器持续不断地工作，可能温度过高而导致隔离变压器工作异常。因此绝缘监测器还需要实时检测变压器的温度，当其温度过高时，应有相应的超温报警信号，以提醒相关人员及时处理。
由上面的分析可知，一个典型的单相IT系统，其组成设备主要包括：隔离变压器、绝缘监测器、电流互感器，以及外接报警与显示仪，见图2。
图2 单相IT系统组成框图
系统中，绝缘监测仪具有系统绝缘检测、系统过负荷检测和变压器温度检测功能，以及相应故障的报警与显示功能，一般安装在现场的终端配电柜中。外接报警与显示仪则用于集中显示相应的检测值，并具有超限报警功能，一般安装在位置明显的地方，方便人员查看，如手术室IT系统的外接报警与显示仪通常安装在医院手术室的情报面板上。
1.2 IT系统的特点
a. 由于系统电源端带电导体不接地，即使系统发生单相接地故障也只能通过系统对地电容构成回路，故障回路阻抗极大，故障电流极小，发生电击的危险很小，所以不必及时切断电源来防电击，从而维持供电的不间断，只有在发生第二此接地故障时才要求切断电源。同时，安装在系统中的绝缘监测器能及时地检测并给出系统绝缘故障报警信号，提醒工作人员及时排除故障。因此IT系统是一个连续、可靠的供电系统。
b. IT系统中的绝缘监测器，一方面实时监测系统的绝缘状态，另一方面还检测系统的过负荷和变压器的温升状态，一旦出现异常立即报警。因此IT系统能够减少因系统发热、漏电等原因引起的电气火灾事故，大大提高了系统的防火安全性。
c. 在IT系统中，提高回路的绝缘阻抗、降低回路对地电容，是提高系统安全性与可靠性的关键。因此在系统设计时要尽量缩短系统配电线路的长度，减小系统容量，减少系统分支回路数，并做好线路的绝缘防护措施。这也就限制了IT系统仅能用在重要的局部的供电场所，如化工、制药企业的一些程序控制生产线，医疗场所的手术室、重症监护室等场所。
2 医疗IT系统绝缘监视仪
国外相关标准有德国的DIN VDE0107﹑法国的NFC15-211﹑美国的NFPA99-1993﹑IEC（国际电工协会）60364-7-710.在国际电工协会IEC60364标准中规定，在医疗领域，由电网电源供电，用于维持生命或外科手术的医疗电器设备﹑以及用于手术室照明和类似照明设备﹑额定电压超过AC25V或DC60V的设备，必须使用带绝缘电阻监视仪的IT电源系统。
同时我国《民用建筑电气设计规范》中14.7.6.3中规定在电源突然中断后，有招致重大医疗危险的场所，应采用电力系统不接地（IT系统）的供电方式；14.2.8中规定 IT系统必须装设绝缘监视及接地故障报警系统或显示装置。以及我国2002年11月26日发布，12月1日开始实施的《医疗洁净手术部建筑技术规范》 8.3.1.3中规定洁净手术部用电应从本建筑物配电中心专线供给。根据使用场所的要求，主要选用TN-S系统和IT系统两种形式；8.3.2.3中规定洁净手术室内的电源宜设置漏电检测报警装置；8.3.4.2中规定心脏外科手术室必须设置有隔离变压器的功能性接地系统等相关规定。
IEC60364标准规定，医疗2类场所内用于维持生命或外科手术的医疗电器设备，额定电压超过AC25V或DC60V的设备，必须使用带绝缘监视仪的IT电源系统。
绝缘监视仪安装在IT系统和大地之间，IT系统发生接地时，绝缘监视仪立刻发出报警信号，通知操作人员系统已经带故障运行，必须尽快找出故障，以便在发生第二点接地之前排除故障。对于医疗2类场所的IT系统内安装的绝缘监视仪，除了必须符合绝缘监视仪的通用规范IEC61557-8标准以外，还必须符合IEC60364-7-710标准的特殊要求：
(1) 内部交内阻抗应至少为100kΩ；
(2) 测试电压不应大于直流25V；
(3) 即使在故障条件下，其注入的电流的峰值不应大于1mA；
(4) 最迟在绝缘电阻降至50kΩ时，应发出信号。应配置试验此功能的器具；
(5) 绝缘监测器在接地中断或电气线路中断时发出信号。
目前国外的隔离电源系统的价格一直以来高居不下，国内的产品很少，而且技术水平有限。安科瑞推出的绝缘监测装置和隔离电源系统以极高的性价比，为重要的场所提供了安全可靠的供电解决方案。产品可广泛应用于医疗、电信、冶金、煤矿、船舶、建筑机械、石油化工及交通工程等领域。
安科瑞AIM-M100绝缘监测仪
安科瑞AIM-M100绝缘监测仪符合标准：1、GB16895.24-2005/IEC60364-7-710:2002《建筑物电气装置第7-710部分：特殊IMDS或场所的要求一医疗场所》；2、JGJ 16-2008《民用建筑电气设计规范》；3、IEC 61557-8-2007《交流100V和直流1500V以下低压配电系统电气安全防护检测的实验、测量或监控设备 第8部分：IT系统用绝缘监测装置》
安科瑞AIM-M100功能：
1）具有对被监测IT系统对地绝缘电阻、隔离变压器负荷电流和绕组温度实时监测及故障报警功能；
2）能实时监测与被测系统连线断线故障、电流互感器断线和短路故障、温度传感器断线故障以及功能接地线断线故障，并在故障发生时给出报警指示；
3）继电器报警输出、LED报警指示等多种故障指示功能；
4）采用先进的现场总线通讯技术，与外接报警和显示仪、上位机管理软件通讯，可以实时监控IT系统的运行状况；
5）具有事件存储功能，能够记录报警发生的时间和故障类型，方便操作人员分析系统运行状况，及时消除故障。
3 医疗IT系统的应用方案
3.1医疗IT系统的应用
根据国标《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》（GB 16895.24–2005/IEC 60364–7–710：2002），将医疗场所划分为0类场所、1类场所和2类场所。由于0类和1类场所不使用与病人直接接触的医疗器械，或者所使用的设备断电后不会对病人造成危害，因此可以使用TN-S系统，但须配有剩余电流动作保护器，在发生接地故障时，能及时断开故障回路。并可同时配置剩余电流监测设备，实时监测系统各回路的泄漏电流值，在保护设备动作前发出报警信号，避免造成回路断电，引起严重后果。对于2类医疗场所，医疗设备的断电或接地故障将会危及病人生命安全。根据相关的标准和规范，这类场所必须使用医疗IT系统，来保证系统供电的连续性和安全性。
最新报批的《综合医院建筑设计规范》参照我国等同采用的IEC标准，根据我国具体国情，制定出了IT系统在医院中应用场所的详细规定，其严格规定了应用组2类（也称为2类场所）为以下场所：急诊抢救室；中心手术部的所有手术室；所有CU室（包括ICU，CCU，NICU，PICU，SICU等等）；心脏导管介入室和心血管造影室。每个房间应配有独立的隔离电源系统。对于多个这类场所，可以采用如图3所示的配电方案。
图3 2类医疗场所配电方案
图中各个手术室和重症监护室分别采用独立的IT供电系统，所有的IT系统由手术部与ICU总配电柜通过TN-S系统配电。各IT系统的绝缘监测器及总配电柜内的剩余电流监测设备又通过基于Modbus协议的RS485总线将各个监测信号反馈到手术部的中央监控室内，并由中央控制室的上位机通过中央控制系统软件进行集中监控。各个IT系统与TN-S系统的运行状态，都可以显示在中央监控室的上位机上，方便工作人员对系统进行集中监控与管理。
各类手术室和重症监护室根据各系统容量分别配置单独的IT系统，主要的医疗仪器、无影灯、多功能吊塔等用电设备须从IT系统中取电。照明灯、观片灯和电动门等可以不从IT系统取电。 图4为采用医疗隔离电源系统的手术室或ICU配电系统图。绝缘监测仪时刻监测IT系统的绝缘状态，并在系统出现故障时给出报警信号，外接的报警与显示仪通过RS485接口与绝缘监测仪进行实时的数字通信，显示绝缘监测仪的检测结果，并在报警时发出声光报警信号。除了绝缘监测设备外，系统还配置了绝缘故障测试仪和绝缘故障评估仪。绝缘故障测试仪能够在线查找故障发生的回路，它和绝缘监测仪一起工作，当绝缘监测仪探测到系统绝缘故障后，绝缘故障测试仪立即开始故障定位，由绝缘故障评估仪周期性地送出一个特殊的测试电流，测试电流流经故障部位，由电流互感器探测，并由电子评估仪对故障回路进行评估，评估的结果送报警与显示仪中显示。
图4 手术室或ICU配电系统图
医疗IT系统同时还配置了绝缘故障定位设备，在发现系统绝缘故障的同时，能及时定位出现故障的回路，这极大地方便了工作人员了解系统状态并及时排查故障，从而有效地保证了医疗IT系统的安全性与可靠性。
许多国内厂家参照IEC标准，结合国情，也制定出了IT系统在医院中应用场所的详细规定，并相继推出了专门用于医院的带绝缘监测装置的IT系统设备。如安科瑞(ACREL)公司的：“医用隔离电源”,其产品符合IEC的标准并具有更优的性能。
安科瑞（Acrel）公司的隔离电源系统主要包括以下部件：
1）AIM-M100绝缘监视仪
2）AITR系列隔离变压器
3）AID100外接报警和显示仪
4）ACLP10-24型的仪用直流稳压电源
3.2主要产品型号规格及配置
安科瑞（Acrel）公司的医用隔离电源柜是针对医疗2类场所的供电需求而设计的具有局部IT系统的配电柜，IT系统装设绝缘监测装置来监测系统的绝缘状况，各输出回路采用了具有短路保护功能的断路器；其它系统输出回路则采用了具有漏电保护功能的断路器。产品根据使用场所的不同分为GGF-O系列手术室用隔离电源柜和GGF-I系列ICU/CCU等病房用隔离电源柜两大类，能够很好的满足各类手术室和重症监护室对电源安全性和可靠性的要求，并符合GB16895.24-2005/IEC60364-7-710:2002《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》和GB7251.1-2005/IEC 60439-1:1999《低压成套开关设备和控制设备》等标准。
3.2.1 ICU、CCU病房配电解决方案（以GGF-I8隔离配电柜系统图为例）
表1 方案配置表
3.2.2 手术室配电解决方案（以GGF-O8隔离配电柜系统图为例）
表2 方案配置表
4 结束语
综上所述，在医疗IT系统领域，IEC规范具有较强的实用性，因而在世界范围内被广泛接受并采用。以美国为代表的NSPF标准比IEC标准更严格，实现该标准的难度和成本比IEC标准高。
参考文献：
[1]上海安科瑞电器股份有限公司产品资料，2011.03版.
[2]王厚余.低压电气装置的设计安装和检验.中国电力出版社.2007.
[3]邵建勋. 医用IT系统在医疗场所的应用. 信息管理, 2008(6): 32 - 39.
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