安科瑞周菁
江蘇安科瑞電器制造有限公司江蘇江陰
摘要
討論醫療IT系統應用中的集中監控系統的設計、UPS與醫療IT系統的結合應用、IT系統斷路器的選型，以及不同醫療場(chǎng)所醫用隔離電源柜的安裝等相關(guān)問(wèn)題，強調醫療IT系統的設計與施工應標準化、規范化。
關(guān)鍵詞：醫療場(chǎng)所；IT系統；集中監控系統；UPS應用；斷路器選型；隔離電源柜；絕緣監測裝置；對地絕緣電阻
0引言
近年來(lái)，隨著(zhù)人們對IT系統認識的不斷深入，IT系統的設計和應用也越來(lái)越廣泛，其中，醫用隔離電源系統就是IT系統在醫療場(chǎng)所的典型應用[1]。醫院因其職能的特殊性，對其配電方式也有特殊的要求。如醫院的外科手術(shù)設備、用于維持病人生命的設備等，為了保證供電的連續性和可靠性，保障設備使用人員和病人的安全性，均應采用IT系統供電，同時(shí)輔以高要求的局部等電位聯(lián)結[2]。
針對IT系統在醫療場(chǎng)所的設計和應用，國內不少電氣專(zhuān)家和同仁都曾刊文介紹，提供了非常寶貴的建議和經(jīng)驗。醫療IT系統的設計，具有不同于其它場(chǎng)所IT系統設計的特點(diǎn)，所采用的絕緣監測裝置也有特殊的要求。筆者結合實(shí)際工程經(jīng)驗，對醫療IT系統應用中幾個(gè)相關(guān)問(wèn)題陳述一下自己的淺見(jiàn)，望業(yè)內專(zhuān)家不吝指教，以加深對醫療IT系統應用的研究與討論。
1醫療IT系統絕緣監測的集中監控系統設置
在醫療IT系統中，用于實(shí)時(shí)監測系統運行狀況，且在系統出現故障時(shí)能及時(shí)報警的裝置是絕緣監測器（IMD），除此之外，還應該設置一個(gè)外接報警與顯示裝置（可簡(jiǎn)稱(chēng)外顯裝置）。GB16895.24-2005/IEC60364-7-710:2002《建筑物電氣裝置第7-710部分：特殊裝置或場(chǎng)所的要求醫療場(chǎng)所》第710.413.1.5條中的要求：每個(gè)醫療IT系統，配備帶有聲光報警系統且應裝設在適當的地方以便醫務(wù)人員可以經(jīng)常監視的裝置。目前大多是采用帶有通訊功能的外顯裝置，該裝置通過(guò)通訊實(shí)時(shí)讀取絕緣監測器的監測數據，當絕緣監測器監測到系統故障時(shí)，裝置便發(fā)出聲光報警信號。其中聲音信號可以解除，但光信號需在故障被清除恢復正常后才能熄滅。在醫療2類(lèi)場(chǎng)所凈化裝修時(shí)，用于外科手術(shù)室IT系統監視的外顯裝置通常安裝在手術(shù)室的情報面板上，或嵌墻安裝在情報面板的旁邊。而用于各類(lèi)ICU(CCU)室內IT系統監視的外顯裝置，則通常安裝于護士站內，由護士人員來(lái)監視。
在實(shí)際應用中，也可通過(guò)上位機集中監控系統對所有醫療2類(lèi)場(chǎng)所的醫療IT系統進(jìn)行集中監控。隔離電源集中監控系統拓撲圖，該監控系統包括監控層、通訊層和設備層。其中監控層包括監控主機和打印設備，通訊層包括通訊網(wǎng)關(guān)和通訊線(xiàn)路，設備層包括所有應用于各醫療場(chǎng)所內的隔離電源設備和監測儀表。由于監控系統采用上位機平臺，可以通過(guò)軟件展現更豐富的監控信息和實(shí)現更多的監控功能，這些信息和功能主要包括配電一次圖和現場(chǎng)分布圖、各醫療IT系統的運行參數監控、遠程參數設置、故障聲光報警和記錄，以及各IT系統監測數據的曲線(xiàn)顯示等。圖1為監控系統展現的IT系統對地絕緣電阻監測的曲線(xiàn)圖。該曲線(xiàn)清晰的展現了IT系統對地絕緣電阻不斷下降的變化情況，根據下降的趨勢，可以分析和查找系統絕緣下降的原因，并提前采取措施排除故障隱患，從而保障系統的安全可靠運行。
圖1IT系統對地絕緣電阻監測曲線(xiàn)
上述分析可以看出，采用上位機集中監控系統來(lái)監控各IT系統，比在現場(chǎng)安裝功能簡(jiǎn)單的外顯裝置來(lái)監控，具有更好的監控和預防效果。這種集中監控系統可以設置在醫院電氣運行和維護人員的值班室內，也可以集成在其它電力監控系統中，由的電氣人員進(jìn)行監控，一旦某套IT系統出現故障，電氣維護人員也能在*時(shí)間內做出判斷，并根據現場(chǎng)情況進(jìn)行處理。相比而言，安裝在現場(chǎng)的外顯裝置是由非電氣的醫院人員監控的，故障報警時(shí)，醫院人員很難辨識報警原因，也無(wú)法根據故障情況判斷是否可以繼續進(jìn)行手中的工作。許多情況下，也不一定能及時(shí)通知到電氣維護人員。如果出現的是絕緣故障且未能及時(shí)排除，若又發(fā)生第二次故障，將轉變?yōu)閹щ妼w間短路而過(guò)電流跳閘停止，導致嚴重后果。
筆者以為，考慮以為人本，對于重要的醫療2類(lèi)場(chǎng)所的IT系統，除了采用外顯裝置現場(chǎng)監控外，可再通過(guò)上位機集中監控系統，由的電氣人員進(jìn)行集中監控，能更的保障IT系統的可靠運行。
2UPS與醫療IT系統的結合應用
JGJ312-2013《醫療建筑電氣設計規范》第4.4.6條規定：“要求中斷供電時(shí)間小于或等于0.5s的一級負荷中特別重要的負荷，應設不間斷電源裝置（UPS），且宜為在線(xiàn)式。”對于采用醫療IT系統的供電的重要負荷，應配置不間斷電源裝置?，F有的設計方法中有的是將UPS設置在隔離變壓器的前面，采用三相輸入三相輸出的UPS集中給多套IT系統供電；有的采用單相輸入單相輸出的UPS為1套IT系統供電。這里特別指出的是，單相輸入單相輸出的UPS可以直接接在隔離變壓器的二次側，此時(shí)UPS的輸入輸出端均采用不接地的接線(xiàn)方式，即IT系統。在文獻[2]一文中已經(jīng)說(shuō)明，UPS的負荷側系統不是電源側系統的延伸，而是重新起的另一系統，UPS的輸出端是此另起系統的始點(diǎn)。將UPS直接置于隔離變壓器的二次側，輸出端采用不接地的IT系統，與置于隔離變壓器的前面相比，減少了一層環(huán)節，供電可靠性更高。從UPS額定輸出功率的選擇上，采用UPS后置，由于不用考慮隔離變壓器瞬態(tài)啟動(dòng)時(shí)大功率要求，可以減少UPS額定輸出功率，降低設備成本，提高系統的經(jīng)濟性。
對于醫療IT系統配置的UPS容量的設計，傳統的方法是根據設計的負載功率并同時(shí)考慮一定的余量來(lái)確定，通常是在總負載功率的基礎上乘以1.2~1.5的系數。對于單獨給手術(shù)室或重癥監護室配置的UPS，這樣設計可以保證不間斷供電的可靠性。對于集中給多個(gè)手術(shù)室配電的UPS而言，由于并不是所有的手術(shù)室都同時(shí)處在使用中，采取這種方法設計UPS容量，會(huì )造成“大馬拉小車(chē)”的情形，使UPS在投入使用時(shí)，一直處在低負載率、低效率、高耗能的運行狀態(tài)。UPS的效率與帶載率（UPS實(shí)際輸出功率與額定輸出功率的比值）成正比，UPS的額定輸出功率越接近實(shí)際負載功耗，其效率就越高，通常應將負載率控制在40%~80%之間。因此，對于手術(shù)室集中配置的UPS的容量的設計，除了考慮可靠性外，還應結合所有手術(shù)室同時(shí)使用的比例，乘以0.5~1的系數，從而盡可能克服UPS功率儲備過(guò)大造成系統能耗高、經(jīng)濟性差的缺陷。
3醫療IT系統斷路器的選擇
GB16895.24-2005/IEC60364-7-710:2002第710.53.1條2類(lèi)醫療場(chǎng)所內線(xiàn)路的保護中規定：“對每個(gè)終端回路都需設置短路保護和過(guò)負荷保護，但醫療IT系統的變壓器的進(jìn)出線(xiàn)回路不允許裝設過(guò)負荷保護，但可用熔斷器作短路保護”。采用醫療IT系統配電的負荷，大多是手術(shù)用或維持病人生命的重要設備，這些設備在使用過(guò)程中不允許斷電，即使過(guò)負荷運行，也不允許斷路器過(guò)負荷保護?？梢赃x擇采用單磁式的斷路器，這種斷路器只有短路保護，沒(méi)有過(guò)載保護功能，短路時(shí)，靠電磁力脫扣，是一種磁保護。據筆者了解，由于單磁式斷路器使用受限，目前僅有極少數幾家公司生產(chǎn)，而且價(jià)格也比普通斷路器貴，所以大多數電氣設計人員在醫療IT系統配電設計時(shí)，仍選用帶過(guò)載保護功能的斷路器。這樣設計要充分保證所保護的回路不能過(guò)載運行，否則可能導致斷路器過(guò)載斷開(kāi)，造成嚴重醫療事故。
另外，由于任何隔離變壓器在切合時(shí)均會(huì )產(chǎn)生沖擊電流（即涌流）。不同廠(chǎng)家的醫用隔離變壓器，其涌流值也不一致，通常為額定輸入電流峰值的數倍。GB19212.16-2005《電力變壓器、電源裝置和類(lèi)似產(chǎn)品的安全6部分：醫用場(chǎng)所供電用隔離變壓器的特殊要求》3.3條規定：“涌流不應超過(guò)額定輸入電流峰值的12倍……”。因此在選擇隔離變壓器輸入端斷路器的額定電流時(shí)，應充分考慮到隔離變壓器切合時(shí)涌流的影響，如果涌流過(guò)大，所選用的斷路器的脫扣器無(wú)法承受，會(huì )導致切合不上去?；蛘吣炒吻泻仙先?，但在運行中，可能出現工作電源失電，安全電源投切，當正好處在電源電壓不利的電角度時(shí)，過(guò)大的涌流可能導致斷路器斷開(kāi)，造成運行中的醫療設備無(wú)法正常供電。因此，對隔離變壓器輸入端的斷路器應盡可能采用與變壓器額定輸入電流相匹配的單磁式斷路器，如果選用帶過(guò)載保護的斷路器，除了額定電流要留有足夠的余量外，應選用符合GB14048.2-2008《低壓開(kāi)關(guān)設備和控制設備第2部分：斷路器》，脫扣曲線(xiàn)為C、D型曲線(xiàn)的斷路器。
4醫用隔離電源柜的安裝
手術(shù)室或ICU(CCU)的配電設計，現行的方法大多是將醫療IT系統及相關(guān)配電斷路器組裝成配電柜，稱(chēng)為隔離電源柜。手術(shù)室用隔離電源柜內除了IT系統外，通常還有TN系統，用于為手術(shù)室內諸如觀(guān)片燈、書(shū)寫(xiě)臺燈、電動(dòng)門(mén)等非手術(shù)設備供電。各類(lèi)監護室用的隔離電源柜通常僅有IT系統，用于給監護室內各病房旁邊的護理吊塔供電。
醫用隔離電源柜屬于配電設備，應安裝于非潔凈區域。手術(shù)室用的隔離電源柜通常嵌墻安裝在手術(shù)室外廊側墻內，即手術(shù)室與清潔走廊間的墻體裝修夾層內，但不能安裝于手術(shù)室內部或潔凈走廊內。對于ICU(CCU)室而言，情況要相對復雜。對于較大的ICU中心，病床床位較多，所需設置的隔離電源柜也較多，這也意味著(zhù)現場(chǎng)附近需要較大的安裝空間。有些新建醫院項目中，醫療IT系統設計由設計院電氣設計人員設計，電氣設計人員會(huì )根據設計需求，要求在ICU（CCU）中心附近設一間配電間，用來(lái)集中安裝隔離電源柜。但有些項目，電氣設計人員只設計到樓層配電箱，ICU（CCU）的配電交由的凈化公司進(jìn)行深化設計，所以電氣設計人員不會(huì )根據ICU(CCU)室的配電需求，提出設置配電間的設置要求。凈化公司在進(jìn)行凈化設計時(shí)，往往空間的功能分區已經(jīng)明確，無(wú)法調整，導致隔離電源柜無(wú)合適空間安裝。有些項目將隔離電源柜安裝在距ICU(CCU)中心較遠的配電間內，致使配電線(xiàn)路較長(cháng)，影響了IT系統的安全性。也有的將絕緣監測器安裝在就近的配電箱內，而將隔離變壓器吊頂安裝在天花板以?xún)?，這樣處理方式不便于隔離變壓器的安裝維護和通風(fēng)散熱，對IT系統的穩定運行也存在隱患。因此，針對ICU(CCU)中心，無(wú)論電氣設計人員是否做醫療IT的配電設計，都應為隔離電源柜的安裝，提出相應的空間要求。
5結語(yǔ)
醫療IT系統的應用在我國國標中已有明確要求，但醫用IT系統的設計和施工狀況卻參差不齊，有些設計僅考慮經(jīng)濟成本卻忽略了安全性、可靠性和國家標準的要求，這與采用IT系統的本意是相背的，一旦運行過(guò)中配電設備出現故障，很可能造成重大的醫療事故。因此，筆者也吁請同行認真研究醫療IT系統的應用，形成相對統一和標準的設計施工方法，以更好的保障醫療2類(lèi)場(chǎng)所的配電可靠與安全。限于水平，筆者所述必然存在不少謬誤，也肯請同行不吝批評指正。
文章來(lái)源：《建筑電氣》2015年12期。
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