摘 要：阐述了IT系统的定义、组成及特点，IT系统在医疗场所应用时的注意事项。介绍了医用IT供电系统，IT系统绝缘监测功能的扩展，IT系统过负荷检测，IT系统隔离变压器温度检测，IT系统接地故障定位检测，以及绝缘监测、各类检测的中央监控系统。
关键词：IT系统 绝缘监测 过负荷检测 隔离变压器温度检测
0 引言
病人是医院或医疗机构所有活动的中心，所有员工的努力都是为了照顾和治疗病人。如果电力供应突然中断，病人的康复甚至健康就会受到影响甚至威胁。重症监护室(ICU)中的时间非常宝贵,可靠的电气系统尤为重要。因此使用最新的、最稳定的电力供应系统对医院来说是至关重要的。
什么是医用隔离电源：医用隔离电源，简单说就是隔离变压器和绝缘监视仪以及报警终端三个放在一起。供电原理很简单，说白了就是利用隔离变压器把TN供电变成不接地的IT供电，实际上一个隔离变压器就能实现应用的功能，但考虑到系统的长期稳定性，才会放上绝缘监测仪进行在线的实时检测整体的绝缘水平。
1 医疗领域选用IT系统（IT系统，即中性点不接地系统）的必要性
a. IT隔离电源系统因降低了触电压和电网对地漏电流（有效控制对心脏的直接漏电流），故人身触电危险被降低到最小程度。众所周知，当用电设备对人体心脏直接漏电大于10uA时，会造成对 病人的微电击事故。而一般在通用建筑中采用的RCD、ELCB等对地漏电保护开关，地动作响应值是mA级的（如：30mA），远远不能满足医疗领域的需要。
因此，现在国际上对医疗领域中的手术室、ICU、CCU等重要场所通常采用局部“中性线不接地供电系统”（即“IT系统”或称“隔离电源系统”）供电。同过单相3KVA-10KVA的隔离变压器给这些场所供电，首先可以防止其他供电回路中的漏电流通过接地线窜入手术室、ICU、CCU的医疗电器设备上对病人的安全构成威胁；另外，一旦隔离电源上所接的负载（如各种医疗电器设备）出现对地故障，因对地不构成回路，只能产生一个很小的容性漏电流，极大的保护了病人免遭漏电流的伤害。
b. 当电网负载出现第一个绝缘故障点时，不会引起电源空开动作（跳闸），保证了供电的连续性。在医疗领域，某些场所对供电持续性要求很高，故设计成两路（甚至三路）电源（接地供电系统）自动切换，以保证这些特殊场所的供电连续性。但如果在负载端出现相对绝缘故障时，故障电流将经过电流中性点对地构成回路，从而形成一个较大的故障电流使上一级空开或熔断器动作，最终导致供电中断，而如果在这些特殊场所局部采用IT配电系统时，因其电源中性点不接地，当负载端出现第一点相对地绝缘故障时，因其对地不能构成回路，只会产生一个很小的容性漏电流，对人体不会产生危害，同时也不会导致空开动作，从而保证了手术室供电的连续性。
c. 降低了对地漏电流，故提高了防火安全性。
2 国内/外相关规定
许多国家和国际标准都对医疗领域，尤其是那些性命攸关的场所，如手术室、重症监护室、心脏监护室等的电器作了特殊规定。其目的就是保证为该场所内的医疗电器提供一个安全可靠的电源，以确保病人的安全。
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。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，必须使用带绝缘监视仪的IT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《医院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建筑物配电中心专配供给。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备漏电检测报警装置”；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。
3 医用IT不接地供电系统设计的注意事项
1）必须装设绝缘监视及接地故障报警或显示装置。在ＩＴ系统的配电线路中，当发生第一次接地故障时，应由绝缘监视器发出音响或灯光信号，其动作电流应符合Ra×Id≤50V；当IT系统的配电线路发生第二次异相接地故障时，应切断故障电路，并符合下列要求：①当IT系统不引出N线，应在0.4s内切断故障回路，并符合Zs×Ia≤Uo；②当IT系统引出N线，应在0.8s内切断故障回路，并符合Zs×Ia≤0.5Uo。公式中，Zs:相线和ＰＥ线故障回路阻抗(Ω)；Ia:保护电器切断故障回路的动作电流(A)；Uo:相线对地标称电压（V）。建议IT系统不引出N线。
2）隔离变压器需设置过载和温度监测器。
3）尽量减少系统容量，减小系统线路的长度；手术室内常规照明灯电源不必通过隔离变压器。
4）采用≤30mA的RCD保护的设备不必通过隔离变压器。
5） 增加线路的绝缘等级,辅助以局部等电位接地，等电位干线保证在16mm2，支线在6mm2以上。IT系统的PE线仍是医院内TNS系统的PE线延伸，也即IT系统和TNS系统共用同一个保护接地的接地装置，切勿另打单独的接地极，引入另一PE线给手术室内电气设备进行接地，以防止2个接地装置间可能存在的电位差对人身安全造成威胁。
4 医用IT不接地供电系统的实际应用
在医疗过程中，为了进行各种目的的测量、诊断或治疗，病人常常和各种电气设备连接，电极有可能进入人体或牢固地附着在人体表面（如：心电图、脑电图），还可能从人体内导出液体，经过处理后再输入体内（如：肾透析），这些将使人体失去皮肤电阻的保护。当病人处于麻醉状态，或因痛觉丧失了对电击的自然反映，会导致人体不能自行脱离电源，造成宏电击。除上述情况外，在一些手术过程中，导电体会直接触及心脏（如：埋置心脏起搏器或打开心脏的手术），这时如果有10μA的漏电流直接流过心脏，就会导致病人死亡，在医学上称之为微电击。
目前国内心脏手术室、ICU、心血管造影、抢救室、血液透析等已采用局部IT系统。病人接触的用电设备均为单相设备，通过隔离变压器配出的IT系统均为单相。医院专用隔离电源的品种很多，但原理几乎都是隔离、提高绝缘阻抗最大限度降低漏电，并加入自动检测报警功能，使医护人员随时掌握电力系统的运行状况。
医疗IT不接地供电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1。
图1 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。
带绝缘监视的医用IT系统各部分的功能：
(1) 医用隔离变压器
1)IT系统须由专用的医用隔离变压器供电。
2)《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 710.512.1.6中规定:医用隔离变压器应符合IEC61558-2-15的要求。
3)单相医用隔离变压器二次线圈的额定电压应不超过230V。
4)医用隔离变压器的金属外壳需与局部等电位联结端子板联结。
5)根据最新报批的《综合医院建筑设计规范》，医用隔离变压器额定功率应为3.15～8kVA。
6)三相隔离变压器在最新报批的《综合医院建筑设计规范》中被禁止使用。
7)医用隔离变压器的上级和下级馈电回路不允许装设过负荷保护，可用熔断器作短路保护。
(2) 绝缘监视器
1)《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 710.413.1.5中规定:医用绝缘监视仪应符合IEC61557-8的要求。
2)医用绝缘监视仪交流内阻抗应至少为100kΩ。
3)测量电压不应大于直流25V。
4)即使在故障情况下，其注入电流的峰值不应大于1mA。
5)最迟在绝缘电阻降至50 kΩ时，应发出信号。应配置试验此功能的器具。
6)监视IT系统中隔离变压器的绕组温度及负载电流。
(3) 外接报警显示和测试单元
安装在病人或医务工作者的工作场所。用来显示医疗场所内监视仪器的测量数据和报警情况，通知IT系统的使用者关于系统的运行情况。它能显示绝缘监视仪的所有信息，还可并联多个外接报警显示器和测试单元，通过RS485接口实现通信。
5 医用IT系统的应用实例
以上海安科瑞电气股份有限公司的医疗IT产品GGF-I6.3 重症监护室隔离电源柜为例。
应用于2类医疗场所的隔离供电系统隔离变压器AITR，绝缘监测仪AIM-M100，报警与显示仪AID100。
图2 手术室或ICU配电系统图
图2中GGF-I6.3 重症监护室隔离电源柜其工作原理：单端出现对地故障不会造成漏电，绝缘监测仪AIM-M100持续监控输出线路对地绝缘。当其中一条线发生对地短路故障时，没有实际的漏电流通过。另外隔离变压器AITR还可以防止接地系统内的漏电流窜入与病人连接的设备回路。一旦发生一端接地的故障后，绝缘监测仪AIM-M100就能够检测到这个故障并通过报警与显示仪AID100发出报警，而此时电源不会被切断，保证了供电的连续性。医护人员可以根据报警与显示仪AID100上显示的预期漏电流大小和手术的实际情况及时处理，因而人身触电的危险被降低到了最小。
a) AITR隔离变压器主要特点
• 初次级变比为1：1；
• 泄露电流<180uA；
• 绕组与地之间采用加强绝缘，
• 两绕组间屏蔽；
• 每个绕组内都预埋PT100温度传感器。
b) AIM-M100绝缘监测仪
• 系统绝缘电阻实时测量；
• 变压器绕组温度实时测量；
• 变压器负荷实时测量；
• 绝缘、超温、过载、故障报警、故障记录、自检；
• RS485、CAN通讯接口
c) AID100外接报警与显示仪
• 系统绝缘电阻实时显示；
• 变压器负荷实时显示；
• 运行和故障指示
• 报警参数设置；
• RS485通讯接口，基于Modbus —RTU总线协议
d) ACLP10-24仪用电源
• 输入220VAC（可波动范围85%~115%)；
• 输出24VDC（三路输出）；
• 最大输出功率10VA
6 医用隔离电源柜的规格及配置
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。
6.1 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
6.2 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
7 结束语
带有绝缘监测的IT系统能够为局部场所提供安全、可靠、连续的供电，这是其它系统无法媲美的。因此在一些重要的生产加工场所、医疗场所，以及重要的设备运行场所，可以优先考虑使用IT系统。目前我国还没有出台关于IT系统绝缘监测产品方面的规范、标准，国内用于IT系统绝缘监测和故障点定位的产品也为数不多。因此，在期待国家标准尽快出台的同时，尚需努力开发出各类用于IT系统的绝缘监测设备与故障点定位设备。相信在不久的将来，随着人们对IT系统的充分认识，IT系统也会得到越来越广泛的应用。
参考文献：
[1]安科瑞电气股份有限公司产品资料,2011.03版
[2]邵建勋. 医用IT系统在医疗场所的应用. 信息管理, 2008(6): 32 - 39.
