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分析探讨医疗电子领域中IT系统的应用

2362486 2017-09-21 | rar | 0.03 MB | 次下载 | 1积分

资料介绍

　　摘要：讨论医疗IT系统应用中的集中监控系统的设计、UPS与医疗IT系统的结合应用、IT系统断路器的选型，以及不同医疗场所医用隔离电源柜的安装等相关问题，强调医疗IT系统的设计与施工应标准化、规范化。

　　关键词：医疗场所；IT系统；集中监控系统；UPS应用；断路器选型；隔离电源柜；绝缘监测装置；对地绝缘电阻

　　0 引言

　　近年来，随着人们对IT系统认识的不断深入，IT系统的设计和应用也越来越广泛，其中，医用隔离电源系统就是IT系统在医疗场所的典型应用［1］。医院因其职能的特殊性，对其配电方式也有特殊的要求。如医院的外科手术设备、用于维持病人生命的设备等，为了保证供电的连续性和可靠性，保障设备使用人员和病人的安全性，均应采用IT系统供电，同时辅以高要求的局部等电位联结［2］。

　　针对IT系统在医疗场所的设计和应用，国内不少电气专家和同仁都曾刊文介绍，提供了非常宝贵的建议和经验。医疗IT系统的设计，具有不同于其它场所IT系统设计的特点，所采用的绝缘监测装置也有特殊的要求。笔者结合实际工程经验，对医疗IT系统应用中几个相关问题陈述一下自己的浅见，望业内专家不吝指教，以加深对医疗IT系统应用的研究与讨论。

　　1 医疗IT系统绝缘监测的集中监控系统设置

　　在医疗IT系统中，用于实时监测系统运行状况，且在系统出现故障时能及时报警的装置是绝缘监测器（IMD），除此之外，还应该设置一个外接报警与显示装置（可简称外显装置）。GB 16895.24-2005/IEC 60364-7-710:2002《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》第710.413.1.5条中的要求：每个医疗IT系统，配备带有声光报警系统且应装设在适当的地方以便医务人员可以经常监视的装置。目前大多是采用带有通讯功能的外显装置，该装置通过通讯实时读取绝缘监测器的监测数据，当绝缘监测器监测到系统故障时，装置便发出声光报警信号。其中声音信号可以解除，但光信号需在故障被清除恢复正常后才能熄灭。在医疗2类场所净化装修时，用于外科手术室IT系统监视的外显装置通常安装在手术室的情报面板上，或嵌墙安装在情报面板的旁边。而用于各类ICU（CCU）室内IT系统监视的外显装置，则通常安装于护士站内，由护士人员来监视。

　　在实际应用中，也可通过上位机集中监控系统对所有医疗2类场所的医疗IT系统进行集中监控。隔离电源集中监控系统拓扑图，该监控系统包括监控层、通讯层和设备层。其中监控层包括监控主机和打印设备，通讯层包括通讯网关和通讯线路，设备层包括所有应用于各医疗场所内的隔离电源设备和监测仪表。由于监控系统采用上位机平台，可以通过软件展现更丰富的监控信息和实现更多的监控功能，这些信息和功能主要包括配电一次图和现场分布图、各医疗IT系统的运行参数监控、远程参数设置、故障声光报警和记录，以及各IT系统监测数据的曲线显示等。图1为监控系统展现的IT系统对地绝缘电阻监测的曲线图。该曲线清晰的展现了IT系统对地绝缘电阻不断下降的变化情况，根据下降的趋势，可以分析和查找系统绝缘下降的原因，并提前采取措施排除故障隐患，从而有效保障系统的安全可靠运行。

　　图1 IT系统对地绝缘电阻监测曲线

　　上述分析可以看出，采用上位机集中监控系统来监控各IT系统，比在现场安装功能简单的外显装置来监控，具有更好的监控和预防效果。这种集中监控系统可以设置在医院电气运行和维护人员的值班室内，也可以集成在其它电力监控系统中，由专业的电气人员进行监控，一旦某套IT系统出现故障，电气维护人员也能在第一时间内做出判断，并根据现场情况进行处理。相比而言，安装在现场的外显装置是由非电气专业的医院人员监控的，故障报警时，医院人员很难辨识报警原因，也无法根据故障情况判断是否可以继续进行手中的工作。许多情况下，也不一定能及时通知到电气维护人员。如果出现的是绝缘故障且未能及时排除，若又发生第二次故障，将转变为带电导体间短路而过电流跳闸停止，导致严重后果。

　　笔者以为，考虑以为人本，对于重要的医疗2类场所的IT系统，除了采用外显装置现场监控外，可再通过上位机集中监控系统，由专业的电气人员进行集中监控，能更有效的保障IT系统的可靠运行。

　　2 UPS与医疗IT系统的结合应用

　　JGJ312-2013《医疗建筑电气设计规范》第4.4.6条规定：“要求中断供电时间小于或等于0.5s的一级负荷中特别重要的负荷，应设不间断电源装置（UPS），且宜为在线式。”对于采用医疗IT系统的供电的重要负荷，应配置不间断电源装置。现有的设计方法中有的是将UPS设置在隔离变压器的前面，采用三相输入三相输出的UPS集中给多套IT系统供电；有的采用单相输入单相输出的UPS为1套IT系统供电。这里特别指出的是，单相输入单相输出的UPS可以直接接在隔离变压器的二次侧，此时UPS的输入输出端均采用不接地的接线方式，即IT系统。在文献［2］一文中已经说明，UPS的负荷侧系统不是电源侧系统的延伸，而是重新起的另一系统，UPS的输出端是此另起系统的始点。将UPS直接置于隔离变压器的二次侧，输出端采用不接地的IT系统，与置于隔离变压器的前面相比，减少了一层环节，供电可靠性更高。从UPS额定输出功率的选择上，采用UPS后置，由于不用考虑隔离变压器瞬态启动时最大功率要求，可以减少UPS额定输出功率，降低设备成本，提高系统的经济性。

　　对于医疗IT系统配置的UPS容量的设计，传统的方法是根据设计的负载功率并同时考虑一定的余量来确定，通常是在总负载功率的基础上乘以1.2~1.5的系数。对于单独给手术室或重症监护室配置的UPS，这样设计可以保证不间断供电的可靠性。对于集中给多个手术室配电的UPS而言，由于并不是所有的手术室都同时处在使用中，采取这种方法设计UPS容量，会造成“大马拉小车”的情形，使UPS在投入使用时，一直处在低负载率、低效率、高耗能的运行状态。UPS的效率与带载率（UPS实际输出功率与额定输出功率的比值）成正比，UPS的额定输出功率越接近实际负载功耗，其效率就越高，通常应将负载率控制在40%~80%之间。因此，对于手术室集中配置的UPS的容量的设计，除了考虑可靠性外，还应结合所有手术室同时使用的比例，乘以0.5~1的系数，从而尽可能克服UPS功率储备过大造成系统能耗高、经济性差的缺陷。

　　3 医疗IT系统断路器的选择

　　GB 16895.24-2005/IEC 60364-7-710:2002第710.53.1条 2类医疗场所内线路的保护中规定：“对每个终端回路都需设置短路保护和过负荷保护，但医疗IT系统的变压器的进出线回路不允许装设过负荷保护，但可用熔断器作短路保护”。采用医疗IT系统配电的负荷，大多是手术用或维持病人生命的重要设备，这些设备在使用过程中不允许断电，即使过负荷运行，也不允许断路器过负荷保护。可以选择采用单磁式的断路器，这种断路器只有短路保护，没有过载保护功能，短路时，靠电磁力脱扣，是一种磁保护。据笔者了解，由于单磁式断路器使用受限，目前仅有极少数几家公司生产，而且价格也比普通断路器贵，所以大多数电气设计人员在医疗IT系统配电设计时，仍选用带过载保护功能的断路器。这样设计要充分保证所保护的回路不能过载运行，否则可能导致断路器过载断开，造成严重医疗事故。

　　另外，由于任何隔离变压器在切合时均会产生冲击电流（即涌流）。不同厂家的医用隔离变压器，其涌流值也不一致，通常为额定输入电流峰值的数倍。GB 19212.16-2005《电力变压器、电源装置和类似产品的安全第16部分：医用场所供电用隔离变压器的特殊要求》第13.3条规定：“涌流不应超过额定输入电流峰值的12倍……”。因此在选择隔离变压器输入端断路器的额定电流时，应充分考虑到隔离变压器切合时涌流的影响，如果涌流过大，所选用的断路器的脱扣器无法承受，会导致切合不上去。或者某次切合上去，但在运行中，可能出现工作电源失电，安全电源投切，当正好处在电源电压最不利的电角度时，过大的涌流可能导致断路器断开，造成运行中的医疗设备无法正常供电。因此，对隔离变压器输入端的断路器应尽可能采用与变压器额定输入电流相匹配的单磁式断路器，如果选用带过载保护的断路器，除了额定电流要留有足够的余量外，应选用符合GB14048.2-2008《低压开关设备和控制设备第2部分：断路器》，脱扣曲线为C、D型曲线的断路器。

　　4 医用隔离电源柜的安装

　　手术室或ICU（CCU）的配电设计，现行的方法大多是将医疗IT系统及相关配电断路器组装成配电柜，称为隔离电源柜。手术室用隔离电源柜内除了IT系统外，通常还有TN系统，用于为手术室内诸如观片灯、书写台灯、电动门等非手术设备供电。各类监护室用的隔离电源柜通常仅有IT系统，用于给监护室内各病房旁边的护理吊塔供电。

　　医用隔离电源柜属于配电设备，应安装于非洁净区域。手术室用的隔离电源柜通常嵌墙安装在手术室外廊侧墙内，即手术室与清洁走廊间的墙体装修夹层内，但不能安装于手术室内部或洁净走廊内。对于ICU（CCU）室而言，情况要相对复杂。对于较大的ICU中心，病床床位较多，所需设置的隔离电源柜也较多，这也意味着现场附近需要较大的安装空间。有些新建医院项目中，医疗IT系统设计由设计院电气设计人员设计，电气设计人员会根据设计需求，要求在ICU（CCU）中心附近设一间配电间，用来集中安装隔离电源柜。但有些项目，电气设计人员只设计到楼层配电箱，ICU（CCU）的配电交由专业的净化公司进行深化设计，所以电气设计人员不会根据ICU（CCU）室的配电需求，提出设置配电间的设置要求。净化公司在进行净化设计时，往往空间的功能分区已经明确，无法调整，导致隔离电源柜无合适空间安装。有些项目将隔离电源柜安装在距ICU（CCU）中心较远的配电间内，致使配电线路较长，影响了IT系统的安全性。也有的将绝缘监测器安装在就近的配电箱内，而将隔离变压器吊顶安装在天花板以内，这样处理方式不便于隔离变压器的安装维护和通风散热，对IT系统的稳定运行也存在隐患。因此，针对ICU（CCU）中心，无论电气设计人员是否做医疗IT的配电设计，都应为隔离电源柜的安装，提出相应的空间要求。

　　5 结语

　　医疗IT系统的应用在我国国标中已有明确要求，但医用IT系统的设计和施工状况却参差不齐，有些设计仅考虑经济成本却忽略了安全性、可靠性和国家标准的要求，这与采用IT系统的本意是相背的，一旦运行过中配电设备出现故障，很可能造成重大的医疗事故。因此，笔者也吁请同行认真研究医疗IT系统的应用，形成相对统一和标准的设计施工方法，以更好的保障医疗2类场所的配电可靠与安全。限于水平，笔者所述必然存在不少谬误，也肯请同行不吝批评指正。

　　文章来源：《建筑电气》2015年12期。

　　参考文献

　　［1］吴恩远，马名东，徐军，等。 IT系统在医疗场所的应用及绝缘监测功能扩展［J］。建筑电气，2010（4）：19-22.

　　［2］王厚余。论IT系统的应用［J］。建筑电气，2008，27（11）：3-7.

　　［3］王厚余。低压电气装置的设计安装和检验［M］。第3版。北京：中国电力出版社，2012.

　　［4］王厚余。建筑物电气装置600同［M］。北京：中国电力出版社，2013.

　　［5］中机中电设计研究院，等。 GB16895.24-2005/IEC 60364-7-710：2002 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［s］。北京：中国标准出版社，2006.

　　［6］中国建筑设计研究院。 JGJ 312-2013 医疗建筑电气设计规范［s］。北京：中国建筑工业出版社，2013.

　　［7］沈阳变压器研究所。 GB19212.16-2005 电力变压器、电源装置和类似产品的安全第16部分：医疗场所供电用隔离变压器的特殊要求［s］。北京：中国标准出版社，2006.

　　［8］上海上器科学研究所（集团）有限公司，等.GB 14048.2-2008/IEC 60947-2:2006，IDT 低压开关设备和控制设备第2部分：断路器［s］。北京：中国标准出版社，2008.

　　［9］山东建筑电气情报网，安科瑞电气股份有限公司.ACR12CDX601 医疗隔离电源监控系统设计与应用图集［M］，2015.

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