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手術室配電及絕緣監(jiān)視系統(tǒng)的設計與應用
更新時間:2014-06-05   點擊次數(shù):1459次

趙娜

安科瑞電氣股份有限公司   上海 嘉定  201801

摘  要   參考IEC標準中對手術室內電源系統(tǒng)級絕緣監(jiān)視系統(tǒng)的規(guī)定和要求,結合家有關規(guī)范和標準,對手術室配電及絕緣監(jiān)視系統(tǒng)作了設計和應用舉例;論述了絕緣監(jiān)測儀的測量原理和應用范圍;分析IT系統(tǒng)電網(wǎng)接地故障及應用的局限性。

關鍵詞   手術室配電  絕緣監(jiān)測  IT系統(tǒng)電網(wǎng)  故障

目在醫(yī)院的手術室中,大量采集電氣設備,其中對接觸人體內臟(心臟)、大腦等器官的電氣設備需進行絕緣監(jiān)測和特殊保護。我的標準、規(guī)范中,設計電氣設備安全保護、絕緣監(jiān)測方面的條款,不甚詳細、也不全面,暫未能與IEC 364-7-710(建筑物內的電氣安裝7部分:對特殊區(qū)域安裝的要求)標準接軌。筆者就手術室內配電、絕緣監(jiān)視系統(tǒng)的設計及設備選型,作些探討。

 

1 IEC 標準中對手術室電源及絕緣監(jiān)測的規(guī)定

IEC 364-7-710(1997)(《建筑物內的電氣安裝》)七部分:對特殊區(qū)域的特殊安裝的要求710節(jié):場所中,把場所按電擊危險分組和按不間斷供電要求分級,同時屬于2應用組的0.5級別的場所,僅有手術準備室、手術室、特別監(jiān)護室;對上述場所IEC 364-7-710?413?1?5規(guī)定:除了IEC 364-7-710?413?1?3條規(guī)定外的設備,用于維持生命或外科手術的電氣設備、照明和類似照明設備,額定電壓超過AC250V或DC60V的設備,必須使用帶絕緣電阻監(jiān)測儀器的IT電源系統(tǒng),該儀器還應滿足:①內部交流絕緣電阻必須大于100KΩ。②測試電壓不大于DC25V。③即使在故障條件下,測試電流不得超過1mA。④zui遲在絕緣電阻降至50KΩ時,應有顯示,應提供測試儀器測試該設備。⑤如果接地線或電路連線松開,應有顯示。

《民用建筑電氣設計規(guī)范》(JGJ/T16-2008)的規(guī)定及問題提出

在《民用建筑電氣設計規(guī)范》(JGJ/T16-2008)(以下簡稱《民規(guī)》)中,僅在14.7.6.3條提出“在電源突然中斷后,有招致重危險的場所,應采用電力系統(tǒng)不接地(IT系統(tǒng))的供電方式”。14.2.8條:“IT系統(tǒng)必須裝設絕緣監(jiān)測儀及接地故障報警或顯示裝置”。在有的實際設計中,僅對重要的場所,采用隔離變壓器,引出IT系統(tǒng)電源,在房間配電箱內設套絕緣監(jiān)測裝置,系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測

上述設計過于簡單,籠統(tǒng),且有的絕緣監(jiān)測儀器的測量技術方法落后,不能準確、可靠地顯示與報警,給手術室等重要場所的配電留下了極大隱患。

手術室配電、絕緣監(jiān)測系統(tǒng)的設計

根據(jù)《醫(yī)用電氣設備》(GB9706.1-93 )中“*部分:安全通用要求”,結合IEC 364-7-710、《民規(guī)》,筆者總結以往手術室配電、絕緣監(jiān)測設計經(jīng)驗,對手術室配電及絕緣監(jiān)測作如下設計探討。

3.1 設計舉例

a. 監(jiān)測儀選用安科瑞電氣股份有限公司的產(chǎn)品。

b. 由于手術室安裝大量的單相電氣設備,采用IT系統(tǒng)電源,需配出N線。據(jù)《民規(guī)》8.6.6.6條要求,在N線上須裝設過流保護器。因此,采用兩極(單相)低壓斷路器,在IT系統(tǒng)電源發(fā)生二次異相接地(短路)故障時,切斷相線或N線。

c. 采用AITR6300隔離變壓器,滿足單相負荷要求。

d. 采用AIM-M系列絕緣監(jiān)測儀,它具有如下功能:①監(jiān)測絕緣阻抗,范圍為10~999KΩ。②監(jiān)測負載電流,范圍為2.1~50A。③監(jiān)測隔離變壓器溫度。④在線監(jiān)測儀表和電網(wǎng)、N線、PE線的連接。⑤在線監(jiān)測儀表與電流互感器的連接。⑥在線監(jiān)測儀表與溫度傳感器的連接。⑦兩路繼電器報警輸出、LED報警指示。

    當AIM-M系列絕緣監(jiān)測儀連接電流互感器AKH-0.66P26,可用于監(jiān)測隔離變壓器的負荷狀況;采用隔離變壓器內部的溫度傳感器PT100(見圖2、圖3中的接線端子ST),可監(jiān)測變壓器溫度狀況。

e. 選用AID系列外接報警與顯示儀,安裝于手術室內信息控制面板上,顯示AIM-M系列絕緣監(jiān)測儀的所有信息,并具有遠程設置AIM-M系列絕緣監(jiān)測儀的報警參數(shù)等功能。

f. 圖2中各儀表之間的通信通過RS485接口實現(xiàn),圖3中各儀表之間的通信通過CAN接口實現(xiàn)。

g. 選用儀表電源ACLP10-24,保證儀表所用電源的可靠性與穩(wěn)定性。ACLP10-24能將AC220V轉換為DC24V。

3.2 手術室配電及絕緣監(jiān)視系統(tǒng)的典型設計圖例

按照上述儀表選用及設計原則,手術室單相IT系統(tǒng)電源配電及絕緣監(jiān)視系統(tǒng)圖(不帶故障定位)如圖2所示,儀表功能及報價如表1所示。

圖2 單相IT系統(tǒng)電源監(jiān)視系統(tǒng)接線(不帶故障定位功能)

表1 不帶故障定位功能儀表的功能及報價表

名稱

型號

功能

價格(元)

絕緣監(jiān)測儀

AIM-M100

具有對被監(jiān)測的IT系統(tǒng)對地絕緣電阻、隔離變壓器負荷電流、變壓器繞組溫度實時監(jiān)測及故障報警功能。

15600

直流穩(wěn)壓電源

ACLP10-24

儀表的直流穩(wěn)壓模塊,導軌式安裝

300

報警與顯示儀

AID100

具有絕緣電阻、變壓負荷率實時顯示功能;可遠程設置絕緣監(jiān)測儀的報警閥值。

900

AID120

電流互感器

AKH-0.66P26

與AIM-M100絕緣監(jiān)測儀配套使用的保護型電流互感器。zui大可測電流為50A,變比為2000:1。

150

 

 

手術室單相IT系統(tǒng)電源配電及絕緣監(jiān)視系統(tǒng)圖(帶故障定位功能)如圖3所示,儀表功能及報價如表2所示。

圖3 單相IT系統(tǒng)電源監(jiān)視系統(tǒng)接線(帶故障定位功能)

表2 帶故障定位功能儀表的功能及報價表

3.3 儀表的選型及安裝:

    A.儀表的技術數(shù)據(jù)、參數(shù):AIM-M系列絕緣監(jiān)測儀、AITR系列隔離變壓器、AID系列報警與顯示儀、ASG100測試信號發(fā)生器、AKH-0.66P26電流互感器、AIL100絕緣故障定位儀、ACLP10-24電源模塊的技術參數(shù)分別見表3~表9。

表3 AIM-M系列絕緣監(jiān)測儀技術參數(shù)

表4 AITR系列隔離變壓器技術參數(shù)

 表5  AID系列報警與顯示儀技術參數(shù)

 表6  ASG100測試信號發(fā)生器技術參數(shù)

表7  AIL100絕緣故障定位儀技術參數(shù)

表8  AKH-0.66P26電流互感器技術參數(shù)

表9  ACLP10-24電源模塊技術參數(shù)

    B. 安裝:隔離變壓器可安裝于醫(yī)院內靠近手術室的配電間內,AID系列報警與顯示儀安裝于手術室或監(jiān)控室易于觀察和操作的位置,明裝與墻上。

4  絕緣監(jiān)測儀的類型及監(jiān)測原理

   絕緣監(jiān)測儀對IT系統(tǒng)電網(wǎng)的絕緣進行連續(xù)不斷的監(jiān)測,當絕緣值降至預先設計的響應值,則發(fā)出聲光報警,使絕緣故障得到及時的監(jiān)測和維修,保證了IT系統(tǒng)電網(wǎng)供電可靠性。

4.1 疊加直流測量電壓法

   在電網(wǎng)和保護導線之間疊加個直流測量電壓,其正極經(jīng)高阻抗耦合電阻與電網(wǎng)連接,負極經(jīng)電子電路與大地相連,當IT系統(tǒng)電網(wǎng)中出現(xiàn)絕緣故障,測量電路經(jīng)絕緣故障處閉合,這時直流測量電流I m經(jīng)絕緣故障處流過測量電阻R m, I m由電子電路評估。

 

   圖4  疊加直流測量電壓法原理

    該測量方法只能使用于純交流單相或三相電網(wǎng)內,如果電網(wǎng)內有直流元件、大電容,或電壓頻率的變化均會影響該方法的準確性。

4.2 不對稱電壓測量法

   該測量方法采用橋電路與被監(jiān)的電網(wǎng)兩極相連接,如圖5所示。電網(wǎng)內不疊加任何電壓信號,而是使用電網(wǎng)電壓作為驅動電壓。當某相發(fā)生對地故障時,會引起電壓漂移,Rf+或Rf-驅動測量電流I m,該電流被電子電路記錄下來,當數(shù)值達到響應值時,報警繼電器動作。擔當發(fā)生個平衡的對地短路故障,儀器則不能識別該故障。且方法不能直接顯示對地的kΩ級的絕緣故障。該測量方法適用于直流電網(wǎng)中。                         

 圖5  不對稱電壓測量法原理

5  IT系統(tǒng)電網(wǎng)接地故障分析

   IT系統(tǒng)電網(wǎng)發(fā)生*次接地故障時,據(jù)《民規(guī)》8.6.4.15條:可自動切斷電源,采用絕緣監(jiān)測儀進行聲光報警,應在zui短時間內排除故障。如IT系統(tǒng)電網(wǎng)發(fā)生二次接地故障,如在圖6中,在設備Ⅰ發(fā)生接地故障后,設備Ⅱ又發(fā)生接地故障,故障點遭受線電壓,造成短路故障,危害極大。手術室、手術準備室、特別監(jiān)護室,在醫(yī)院內的地理位置如相距較遠,則電氣設備外漏導電部分均各自接地;如相距距離較近或統(tǒng)室內有數(shù)臺電氣設備,應采用共同接地。

      

 圖6  IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測

參考文獻

[1 ]楊成德 . 手術室配電及絕緣監(jiān)視系統(tǒng)的設計與探討

[2 ]王厚余 . 醫(yī)院中的電氣安全要求 . 建筑電氣,1993(4):~7

[3 ]楊成德 . 低壓配電系統(tǒng)的接地和接保護 . 電工技術雜志,2000(7):23~26

[4 ]楊德成 . 電氣設備的供電及安全保護設計 . 供用電,2000(5):41~43

作者簡介

趙娜,女,本科,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向為供配電設計,:  :

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