摘 要：本文结合大型综合医院工程的配电设计实例，介绍了大型综合医院的负荷分级、供电系统、应急电源系统、照明系统及医疗特殊场所的医用隔离电源柜低压配电系统的设计，并对相应规范在设计过程中的操作性及应用进行了简要论述，以供电气设计人员参考。
关键词：供电系统；医疗供电解决方案；应急电源；绝缘监测仪；照明系统
0 引言
随着时代的发展及科学技术的进步，医疗技术及人民生活水平不断提高，医院中的新型医疗电气设备不断增多，人们对医院配电系统设计的要求也越来越高，大型综合医院配电系统设计显得尤为重要。
1 工程概况
某大学附属医院属三级甲等医院，该院医疗综合楼建筑面积为109 505 m2，建筑高度为68．55 m，地下有3层，地上有16层。地下3层及地下2层部分平时为汽车停车场，战时作为人防使用。变配电所、水泵房、楼宇自动化管理控制室、信息中心等设备用房均设在地下2层。地下1层为柴油发电机房、放疗科、中心供应室、洗衣房等。1～3层为门诊医技楼，4层为手术室及ICU，5层为行政办公楼及设备层，6层为产科及产房，7～16层为标准护理单元。医院设置病房420间、诊室52间、手术室23间，其中4层设洁净手术室21间、I级(百级)手术室4间、Ⅱ级(千级)手术室8间、Ⅲ级9间。安科瑞结合对该工程的配电系统设计体会，对医疗特殊场所的配电系统设计进行简要论述。
2 供电系统
2.1 负荷分级
在确定医院供电系统之前，首先根据供电要求进行负荷分级。IEC标准中供电等级按照恢复供电时间分为0．5 S内、15 S内、大于15 S。而我国国内规范将用电负荷根据供电可靠性及中断供电所造成的损失或影响的程度，分为一级负荷、二级负荷及三级负荷。该工程主要依据的规范有JGJ 49--1988《综合医院建筑设计规范》、GB50333--2002(医院洁净手术部建筑技术规范》、JGJ 16--2008《民用建筑电气设计规范》等。
I EC标准和JGJ 16--2008《民用建筑电气设计规范》第12．8．2条规定，按医疗电气设备与人体接触的状况和断电的后果，将医疗场所作如下分类：0类场所为不使用接触部件的医疗场所；1类场所为接触部件接触躯体外部及除2类场所规定外的接触部件侵入躯体的任何部分；2类场所为将接触部件用于诸如心内诊疗术、手术室以及断电将危及生命的重要治疗场所（ICU病房配电解决方案以GGF-I8隔离配电柜系统化图为例）。可见，医院的负荷等级应以医疗场所与人体生命的安全程度及电气设备与人体的接触程度进行划分。
根据我国现行规范标准并参照IEC标准，根据供电可靠性及中断供电所造成的损失或影响程度，消防设备、医用客梯、氧气供应系统设备、真空吸引系统设备、中心供应室内的医用蒸汽、洁净空调系统用电设备、走道照明用电及生活泵用电等，按一级负荷供电。其中，所有消防设备、重症监护室、急救室、重要手术室（手术室配电解决方案以以GGF-O8隔离配电柜系统化图为例）等涉及患者生命安全的设备及照明用电，为一级负荷中特别重要的负荷。一般空调电源、客梯用电、自动扶梯电源、电子显微镜、高级病房照明用电等为二级负荷，其他用电按三级负荷设计。
2.2 供电方案
用电设备负荷采用两路10 kV独立市电电源作为常用电源，电缆专线供电，自设柴油发电机组作为第三电源。电压波动大的空调用电负荷属季节性负荷，采用一台专用变压器供电；电压波动小的照明及一般医疗用电(插座)采用两台变压器供电；电压要求高且自身压降大，医用数字减影成像系统设备(如x光机、CT机等)，单独采用一台变压器供电，电力负荷单独采用一台变压器供电。变压器容量为：2×2 500 kVA+2×1 600 kVA+800 kVA，变压器安装指标为82 VA／m2。配电系统的主接线图如图1所示。
图1 配电系统的主接线图
低压系统的供电分为4大部分，即照明部分(由TMl、TM2变压器及1、2段母线承担)、医疗设备、空调通风部分及动力部分(由TM3、TM4、TM5变压器及3、4、6段母线承担)。
运行方式为两路10 kV电源采用单母线分段接线，平时两路分列运行，互为备用。当一路电源故障时，通过手动、自动联络开关，由另一路电源负担全部负荷。高压主进线开关与联络开关之间设电气联锁，任何情况下只能闭合两个开关。0．4／0．23 kV低压侧采用单母线分段接线，共6段母线。5台变压器对应5段母线，其中l段与2段母线互投；3段与4段母线互投；6段母线为空调母线段；5段母线为应急母线段，为一、二级负荷在两路市电均失电情况下供电。正常情况下，应急母线引自2、4段低压母线；紧急情况下，应急母线的电源引自柴油发电机组出线。当2、4段母线失电时，将在15 s内起动应急柴油发电机组完成供电。
对于重要手术室及重要医疗设备等对间断供电时问要求更高的设备，需在末端配置UPS设备来满足要求。
2.3 应急电源的选择
对于不同医疗场所的电源等级要求，应急电源系统根据医院规模不同，采用双电源切换或柴油发电机组系统、应急电源系统(EPS)。
应急电源(第三电源)供电方案首先考虑采用柴油发电机组系统。由于受建筑的使用功能和面积等因素的限制，为节约有效使用面积，柴油发电机组设置在地下一层，但存在进排风、排烟、机组冷却、噪音、消防、柴油储存、供油系统等问题。为解决这些问题，采取了一系列相应措施，如增没进排风井、排烟井，通风专业设计进风机、排风机等。为达到环保要求，烟气通过排烟管经消声器沿排烟竖井一直排至五层裙房，再从侧墙引出。排烟口处装设二次燃烧网，使废气在高温下进行二次燃烧，以达到排放标准。另外一个供电方案是采用一套大容量的应急电源系统(EPS)来代替柴油发电机组，转换时间≤O.2 s。它的最大优点是可以带感性、阻性负载，适应负载能力强，从而解决了柴油发电机进排风及排烟井等问题。而EPS的缺点是供电时间偏短，设备费用较高，占地面积大。经过两个方案比对，为提高供电的可靠性，节约投资，应急电源最终选用柴油发电机组。
2.4 供电系统主要监控设备
3 低压配电系统
3.1 配电系统及线路
低压配电系统采用放射式与树干式相结合的配电方式，个别部分采用链接方式配电。冷水机组、大型医疗设备(X光机、CT机、MIR机、DSA机、ECT机)、中心供应室、净化机房、电梯、自动扶梯及屋面消防设备分别由变电所低压屏放射式供电。
消防用电设备、应急照明及特殊要求的医疗用电没备均采用两路供电。一路电源由正常母线配出，另一路电源由应急母线配出，即一、二级负荷均为双路供电末端自投。
根据GB50333--2002第8．3．1条《医院洁净手术部建筑技术规范》，洁净手术部的供电采用双路电源，直接从本建筑物的10／0．4 kV的变电所供给，末端采用ATS(自动转换开关)自动切换。ATS一般切换时间在l s内，满足规范要求。对恢复供电时间<0．5 s的重要手术室，配置UPs不间断电源(UPS转换时间≤4 ms)来满足要求。
考虑到该工程综合楼面积较大，医院内有大量患者的特殊性，除医院的公共部分(包括急救室、手术室及走道等)照明采用双电源供电末端自动切换外，对医院的一般照明(包括一般病房、诊室等)采用2条密集型插接式母线槽供电，在每层的电井内设层照明总箱。层照明配电总箱内装设手动双投开关。两条母线槽互为备用，单号楼层电源引自1号母线槽，双号楼层电源引自2号母线槽，每条母线均可承担综合楼的全部照明用电负荷。当任一楼层照明线路出现故障或检修时，电气专业维修人员只要合上楼层照明总箱手动转换开关，即可保证故障层或检修层的一般照明用电。
根据IEC标准，按人们对某些外界环境影响条件及人的能力，将人分为5类(BAI—BA5)。医院的患者属于牛理和智力有缺陷的BA3类人员，医院属人员疏散缓慢的场所，公共部分的照明均按应急照明系统(消防负荷)设计，即按一级负荷中的重要负荷设计。由于采用柴油发电机作为第三电源(应急电源)，而柴油发电机的起动时间＜15 s，为避免火灾时因电源突然中断而导致人员伤亡，在公共部分除设计火灾疏散标志照明外，还设计了自带蓄电池的应急灯，使照度不小于正常照度的50％，供电时间≥90 min。考虑医院属于人员密集场所，火灾时电线电缆所产生的有毒气体对人的身体有害，甚至会威胁生命，设计时所有电线、电缆均采用低烟无卤耐火或阻燃电线、电缆穿钢管或封闭式金属桥架在楼板或吊顶内敷设。
3.2 医用放射线设备的配电系统
医用放射线设备是医院的重要设备。该工程中放射科配备的医用放射线设备包括x光机、ECT机、NMR—CT机、DSA机、CT机等。JGJ 16--2008《民用建筑电气设计规范》第9．7．2条规定，根据医用放射线设备的不同特点，将医疗设备的工作制进行划分。根据JGJ 49--1988《综合医院建筑设计规范》，放射科配备的医用放射线设备的主机电源均采用双路供电。系统电源由变电所低压屏放射式供电，直接送至设备控制室。医用放射线设备的工作原理不同，但对电源的电压要求很高。在各没备厂家的技术要求中，应对电源内阻提出要求。设备对电源电压的要求越高，电源内阻越小。在施工图设计阶段，根据医院方提供的设备容量，参考国内同等规模的医院放射科设备按规范要求选择导线截面，即医用放射线设备的配电线路导线截面要同时满足设备的内阻及压降要求，以保证设备的电源电压。内阻及压降受3方面因素的影响，即变压器阻抗、变压器至设备的配线长度、配线截面。
根据JGJ 16--2008《民用建筑电气设计规范》，为保障医用放射线设备安全、运行可靠，引入NMR-CT机室的所有电气管线均穿阻燃塑料管，引入的管线采用专用滤波器进行滤波。
3.3 低压配电系统主要监控仪表
3.4 手术部、ICU、血透等场所的配电系统
根据《医院洁净手术部建筑技术规范》，4层洁净手术部的用电由变电所采用双电源直接供给，末端切换。在4层设手术部总配电箱，每个手术室单独设配电箱，电源由4层手术部总配电箱配出。
每个手术室配电箱设置在洁净走廊，即每个手术室的外侧墙内。洁净手术室的负荷4个I级和1个Ⅱ级手术室为15 kW，其余手术室为10 kW。根据医院布局及规模，考虑部分手术室内需要设置高低温冷柜等三相设备，手术室的电源进线采用三相进线。与病人接触的电源部分，采用单相供电。为洁净手术部设置的洁净空调机房设备用电也从变电所采用双电源直接供给，末端切换。
根据《医院洁净手术部建筑技术规范》第8．3．4条规定，心脏外科手术室必须设置隔离变压器的功能性接地系统。根据JGJ 16--2008《民用建筑电气设计规范》第12．8．6条第1款规定，在2类场所内用于维持生命、外科手术和其他位于患者区域(在离手术台1．5 m的水平范围，高度为2．5 m的垂直范围)内的医用电气设备和系统的供电回路，均采用局部IT(隔离)电源，辅以局部等电位联结，防止心脏手术及检查中的微电击，这样可以最大限度地保证病人的安全。
ICU、血透等场所也采用局部IT系统。目前医院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。安科瑞（Acrel）公司的医用隔离电源柜及其配套绝缘监测装置是针对医疗Ⅱ类场所的供电需求而开发设计的，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，并符合国家相关标准。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。配套产品包括AIM系列的绝缘监测仪、AID系列的报警与显示仪、ACLP10-24型的仪用直流稳压电源、AITR系列隔离变压器等。手术室或ICU配电系统图如图2所示。
安科瑞公司的医疗IT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
3.5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。
3.5.1 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
3.5.2 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 电气接地及电气安全保护
电气安全保护是指防止电流经由人体任何部位，通过限制可能流经人体的电流，使之小于电击电流。在故障情况下，若触及外露可导电部分，可能引起流经人体的电流大于电击电流时，能在规定的时间内自动断开电源；若发生短路或过负载，过热或电弧引起可燃物燃烧或使人遭受灼伤时，能在规定的时间内自动断开电源。
医疗电气设备防电击措施有局部等电位联结、特低电压供电、1：l隔离变压器供电、过电流保护、剩余电流保护断路器(一般场所的移动式设备均采用剩余电流断路器保护，采用局部IT系统的设备除外)、共用接地系统等。
该工程10 kV高压系统为中性点不接地系统，低压配电系统的接地形式为TN—S系统，局部为IT系统(如手术室、ICU加护病房等)，建筑物内的电气装置做等电位联结(总等电位联结MEB及局部等电位联结LEB)。电气装置内的PE保护线与接地干线、各种金属管路及建筑物结构等互相连接。在强弱电井内分别敷设一条40 mm×4 mm镀锌扁钢作接地干线，与强电井内母线槽的金属外壳连接。在各层强弱电井、相关各室内设局部等电位联结端子箱，将室内高度在2．5 m以下的配电箱PE母排、电气装置的金属外壳及其他金属管道、金属窗框、病床的金属框架等均进行等电位联结。
一般医疗用电系统供电回路装有剩余电流保护器(RCD)。手术室等场所用电采取防微电击措施。在手术室、ICU加护病房、层流病房等设专用配电箱(内设隔离变压器及绝缘监察装置)。
固定式或手握式医疗电气设备(急救和手术用电设备等除外)，高度在2．5 m以下的设备装设剩余电流保护器。由于该工程施工图设计完成于2005年10月，根据旧版JGJ／T 16一1992《民用建筑电气设计规范》第14．3．1条规定，漏电电流保护装置的的动作电流宜按下列数值选择：手握式用电设备为15 mA，医疗电气设备为6 mA。根据我国国情，只有少数进口剩余电流保护装置的动作电流可以整定到6 mA，有些维持生命的电气医疗设备一旦断电也将危及病人。在该工程设计中，对所有需要将剩余电流保护装置的动作电流整定到6 mA的医疗电气设备均采用局部IT系统供电。新版JGJ 16--2008《民用建筑电气设计规范》第7．7．10条明确规定，用于电子信息设备、医疗电气设备的剩余电流保护器应采用电磁式。
5 照明设计
综合医院建筑不仅包括病房、门诊楼、医技楼等医疗用房，而且也包括各种医疗服务设施，如中心供应室、真空吸引室、手术室专用气体站房等。医院的照明设计不但要满足各种医疗技术的要求，还要考虑到医疗用房的特殊性。光源的选择对病人起着重要的心理治疗作用，对于医护人员观察病人的病情、正确诊断治疗也有很大的帮助。
GB 50034--2004((建筑照明设计标准》对医院的照度标准值、统一眩光值(UGR)、显色指数均有设计标准。照明光源应选择光效高、显色性好的光源，还要满足规范中规定的功率密度限值，即进行节能设计。为提高功率因数，减少频闪及眩光，克服噪声对病人的影响，该工程主要场所(如诊室、病房、急诊观察室等)，采用高显色格栅荧光灯(T5管)配电子镇流器，使功率因数C0Sφ≥0．9；根据功能需要，对特殊场所的照明(如侧听室的照明)可采用白炽灯，以减少荧光灯配电感镇流器产生的噪声影响；眼科暗室采用可连续调光的白炽灯；手术室采用专用无影灯；手术部清洁走廊、检验中心的细菌培养等处，均采用清洁灯具吸顶安装；血库、污物、污染等处设置紫外线杀菌灯；核废液处理、柴油发电机房等采用防爆灯具。
6 结束语
医院配电系统设计不同于一般的民用设计，需要电气设计人员不断学习、更新知识，与同行们互相交流、探讨，学习了解有关国家及IEC标准，这样才能使大型综合医院配电系统的设计不断优化，更好地适应时代的发展。
参考文献：
[1]上海安科瑞电气股份有限公司产品资料，2011.03版.
[2]周银双，张宏.大型综合医院配电系统优化设计探讨[J].低压电器,2009.22.
[3]曹荣桂，于冬．医院管理学[M]．北京：人民卫生出版.
