醫(yī)療IT配電系統(tǒng)的絕緣檢測(cè)及其應(yīng)用

 

　　徐玉麗

　　(江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇 江陰 214405)

　　摘要 本文主要介紹了在醫(yī)療IT系統(tǒng)領(lǐng)域中，對(duì)比IEC標(biāo)準(zhǔn)和以美國(guó)為代表的NSPF標(biāo)準(zhǔn)的不同之處，進(jìn)一步理解應(yīng)用與醫(yī)療IT系統(tǒng)的不同的漏電保護(hù)技術(shù)

　　關(guān)鍵詞 漏電 絕緣監(jiān)視 IEC標(biāo)準(zhǔn) NSPF 標(biāo)準(zhǔn) 醫(yī)療IT系統(tǒng)

　　醫(yī)療2類場(chǎng)所是醫(yī)院內(nèi)重要場(chǎng)所，通常指手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)室或心臟監(jiān)護(hù)室等，對(duì)病人而言是生命攸關(guān)的場(chǎng)所，也是充滿醫(yī)療器械和醫(yī)療電氣設(shè)備的場(chǎng)所，此類場(chǎng)所的漏電保護(hù)和普通建筑物相比有特殊的要求，即通過局部IT 系統(tǒng)供電。為了更好地理解應(yīng)用于醫(yī)療IT系統(tǒng)的不同的漏電保護(hù)技術(shù)，首先對(duì)現(xiàn)行相關(guān)的不同國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)作一介紹。

　　1 不同國(guó)家醫(yī)療IT系統(tǒng)的不同標(biāo)準(zhǔn)

　　在醫(yī)療2類場(chǎng)所采用醫(yī)療IT 系統(tǒng)的主要國(guó)家及其國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)如下：

　　美國(guó)NFPA 99瑞士MED 4818

　　英國(guó)BS7671-SGN7.10 (2003)匈牙利MSZ2040

　　德國(guó)DIN VDE 710比利時(shí)TN013

　　法國(guó)NF C15-211巴西NBR13.543

　　荷蘭NEN 3134智利N.SEG 4EP79

　　意大利TC 10加拿大CSAZ31.1

　　奧地利OVE-EN7日本JIS T 1022

　　挪威NVE-1991-FEB澳大利亞AS3003

　　芬蘭SFS 4372中國(guó)GB 16895.24 - 2005

　　西班牙UNE20-615-80國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)IEC60364-7-710

　　愛爾蘭TC 10

　　縱觀上述各國(guó)的規(guī)范，主要可以劃分為兩大標(biāo)準(zhǔn)，即以IEC60364-7-710為代表的、監(jiān)視IT系統(tǒng)對(duì)地絕緣阻值的標(biāo)準(zhǔn)，主要參與國(guó)家大部分為歐盟國(guó)家，如英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、芬蘭、意大利、瑞士、匈牙利、愛爾蘭等，歐盟以外的國(guó)家如中國(guó)和巴西等。另外一類標(biāo)準(zhǔn)以美國(guó)的NEPA99為代表，監(jiān)視IT 系統(tǒng)對(duì)地容性漏電流和阻性漏電流的總和，主要追隨的國(guó)家有加拿大、日本、澳大利亞、荷蘭、挪威、智利和許多中美洲國(guó)家。

　　2. 醫(yī)療智能絕緣監(jiān)視儀

　　IEC60364 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，醫(yī)療2類場(chǎng)所內(nèi)用于維持生命或外科手術(shù)的醫(yī)療電器設(shè)備，額定電壓超過AC25V或DC60V的設(shè)備，必須使用帶絕緣監(jiān)視儀的IT 電源系統(tǒng)。

　　

 

　　圖1 安科瑞醫(yī)療智能絕緣監(jiān)測(cè)儀

　　醫(yī)療智能絕緣監(jiān)視儀安裝在IT 系統(tǒng)和大地之間，IT系統(tǒng)發(fā)生接地時(shí)，絕緣監(jiān)視儀立刻發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知操作人員系統(tǒng)已經(jīng)帶故障運(yùn)行，必須盡快找出故障，以便在發(fā)生第二點(diǎn)接地之前排除故障。對(duì)于醫(yī)療2類場(chǎng)所的IT系統(tǒng)內(nèi)安裝的絕緣監(jiān)視儀，除了必須符合絕緣監(jiān)視儀的通用規(guī)范IEC61557-8標(biāo)準(zhǔn)以外，還必須符合IEC60364-7-710標(biāo)準(zhǔn)的特殊要求：

　　1.內(nèi)部交內(nèi)阻抗應(yīng)至少為100kΩ;

　　2.測(cè)試電壓不應(yīng)大于直流25V;

　　3.即使在故障條件下，其注入的電流的峰值不應(yīng)大于1mA;

　　4.最遲應(yīng)在絕緣電阻降至50kΩ時(shí)發(fā)生信號(hào)，應(yīng)配置試驗(yàn)此功能的器具;

　　5.絕緣監(jiān)測(cè)器在接地中斷或電氣線路中斷時(shí)發(fā)出信號(hào)。

　　3.絕緣監(jiān)視儀(IMD)的測(cè)量原理

　　通常絕緣監(jiān)視儀的測(cè)量原理如圖1所示。

　　

 

　　圖2 絕緣監(jiān)測(cè)儀的測(cè)量原理

　　AIM-M100醫(yī)療絕緣監(jiān)視儀通過內(nèi)部的耦合電阻RA連接到被監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)。絕緣監(jiān)視儀內(nèi)部的信號(hào)源G發(fā)送一測(cè)量電壓信號(hào)通過耦合電阻RA、測(cè)量電阻Rm和低通濾波電路疊合在被監(jiān)視系統(tǒng)和大地(PE線)之間，該測(cè)量電壓經(jīng)過外部的IT系統(tǒng)對(duì)地的總絕緣阻抗RF構(gòu)成測(cè)量回路，因此通過測(cè)量該回路內(nèi)的測(cè)量電流Im得出被監(jiān)視系統(tǒng)對(duì)地的總絕緣阻值。

　　傳統(tǒng)的應(yīng)用與測(cè)量交流系統(tǒng)對(duì)地絕緣阻值的絕緣監(jiān)視儀常常采用直流信號(hào)測(cè)量方法，相關(guān)的電路圖可簡(jiǎn)化成圖2;

　　

 

　　圖3 簡(jiǎn)化電路圖

　　絕緣監(jiān)視儀送出一直流測(cè)量電壓信號(hào)，通過系統(tǒng)絕緣電阻產(chǎn)生的測(cè)量電流Im和系統(tǒng)對(duì)地的絕緣阻值成線性，其關(guān)系如下列公式：

　　

 

　　通過測(cè)得的測(cè)量電流Im ， 極易得到系統(tǒng)對(duì)地的絕緣阻值Rf。

　　但是，該測(cè)量方法容易受到被監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)的直流負(fù)載電流及各種不同頻率的交流電流的干擾，因此改進(jìn)型的絕緣監(jiān)視儀采用疊加脈沖測(cè)量電壓的方法檢測(cè)IT系統(tǒng)的對(duì)地絕緣阻值。最近20年由于計(jì)算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，安科瑞電氣股份有限公司(ACREL)采用低頻交流信號(hào)法測(cè)量出系統(tǒng)的絕緣電阻。該測(cè)量信號(hào)的幅度和頻率等參數(shù)由單片機(jī)控制，可準(zhǔn)確測(cè)量出當(dāng)前系統(tǒng)的絕緣電阻和系統(tǒng)電容。通過在各地醫(yī)院的廣泛應(yīng)用，證明是一種可靠的在線絕緣測(cè)量方法。

　　4. 醫(yī)療智能絕緣監(jiān)測(cè)儀在醫(yī)療2類場(chǎng)所的應(yīng)用方案

　　醫(yī)療智能絕緣監(jiān)測(cè)儀在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的方案如圖4和圖5，方案配置見表1和表2：

　　

 

　　圖4 手術(shù)室隔離電源系統(tǒng)解決方案圖

　　方案配置表

　　

 　

 

　　表2 重癥監(jiān)護(hù)室隔離電源系統(tǒng)方案配置

　　5 主要產(chǎn)品及電源柜的報(bào)價(jià)方案

　　為了方便廣大客戶對(duì)安科瑞產(chǎn)品的選擇，現(xiàn)列出產(chǎn)品報(bào)價(jià)，如下表所示：

　　5.1 GGF-I系列ICU/CCU病房隔離電源柜

　　外形型號(hào)規(guī)格單位價(jià)格(萬元)

　　

GGF-I3.153.15KVA套3.8~5.3

 

　　GGF-I6.36.3KVA套4.4~5.9

　　GGF-I88KVA套5~7

　　GGF-I1010KVA套6.8~9.8

　　不間斷電源可選配，價(jià)另報(bào)

　　雙電源切換裝置可選配，價(jià)另報(bào)

　　運(yùn)費(fèi)參照物流公司報(bào)價(jià)

　　備注以上報(bào)價(jià)含調(diào)試費(fèi)，不含運(yùn)費(fèi)、安裝費(fèi)

　　5.2 GGF-O系列手術(shù)室隔離電源柜

　　外形型號(hào)規(guī)格單位價(jià)格(萬元)

　　

GGF-O6.36.3KVA套6.4~7.9*

 

　　GGF-O88KVA套7~9*

　　GGF-O1010KVA套8.6~11.6*

　　不間斷電源可選配，價(jià)另報(bào)

　　雙電源切換裝置可選配，價(jià)另報(bào)

　　運(yùn)費(fèi)參照物流公司報(bào)價(jià)

　　備注以上報(bào)價(jià)含調(diào)試費(fèi)，不含運(yùn)費(fèi)、安裝費(fèi)

　　5.3醫(yī)療IT絕緣監(jiān)測(cè)產(chǎn)品

　　外形名稱型號(hào)功能價(jià)格可選配及價(jià)格(元)

　　

絕緣監(jiān)測(cè)儀AIM-M100IT系統(tǒng)對(duì)地絕緣電阻、負(fù)荷電流、變壓器溫度監(jiān)測(cè)15600雙通訊 +800

 

　　故障報(bào)警輸出+400

　　溫度檢測(cè) +800

　　負(fù)荷檢測(cè) +800

　　集中監(jiān)控配套軟件 +3000

　　斷線檢測(cè) +800

　　SOE事件記 +2000

　　自檢功能 +1000

　　支持故障定位功能(僅AIM-M200支持) +2000

　　AIM-M20019600

　　

直流穩(wěn)壓電源

 

　　ACLP10-24儀表專用穩(wěn)壓電源300 /

　　報(bào)警與顯示儀

　　AID100具有絕緣電阻、變壓器負(fù)荷率;可遠(yuǎn)程設(shè)置絕緣監(jiān)測(cè)儀報(bào)警閾值 /

　　AID120 /

　　AID200采用CAN通訊，可遠(yuǎn)程顯示和設(shè)置多達(dá)16套絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的參數(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控通訊是否完好900 /

　　

電流互感器AKH0.66-P26實(shí)時(shí)測(cè)量變壓器負(fù)荷電流150 /

 

　　

測(cè)試信號(hào)發(fā)生器

 

　　ASG100

　　采用CAN總線技術(shù)，可與其它設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)絕緣故障時(shí)，可產(chǎn)生故障定位信號(hào)注入系統(tǒng)中，可實(shí)現(xiàn)L1，L2斷線檢測(cè)3780 /

　　

 

　　故障定位(評(píng)估)儀AIL100-4采用CAN總線技術(shù)，當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)絕緣故障時(shí)，可配合ASG100實(shí)現(xiàn)故障定位功能6050 /

　　AIL100-88050 /

　　6. 實(shí)際應(yīng)用中的一些優(yōu)化措施

　　1.醫(yī)療IT系統(tǒng)的隔離變壓器放置的位置沒有嚴(yán)格的規(guī)定。隔離變壓器放置的位置決定了從變壓器到系統(tǒng)負(fù)載(醫(yī)療電器設(shè)備)的距離，距離越長(zhǎng)，有線路產(chǎn)生的容性電流越大。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的IT系統(tǒng)隔離變壓器通常于手術(shù)室內(nèi)部墻壁嵌入式安裝，以縮短從變壓器到醫(yī)療電器設(shè)備的界限距離。為滿足加拿大更嚴(yán)格的規(guī)范，手術(shù)室的隔離變壓器像吊塔一樣懸于手術(shù)床上方，其目的同樣是為了減少容性漏電流。在澳大利亞和日本的標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定從變壓器到手術(shù)室敷設(shè)的電纜不允許使用金屬穿線管，也是為了同樣的目的。不管將變壓器至于手術(shù)室內(nèi)部、不管是嵌入式還是懸掛式安裝，都有礙于滿足手術(shù)室的空氣潔凈要求;同時(shí)變壓器的容量也不能太大，這也限制了手術(shù)室功能的靈活性。而如若將塑料穿線管至于手術(shù)室的吊頂內(nèi)，會(huì)降低電氣安裝的可靠性。而IEC規(guī)范規(guī)定，IT 系統(tǒng)隔離變壓器可以至于手術(shù)室之外，這就大大降低了電氣安裝的難度，同時(shí)對(duì)變壓器的散熱也十分有利。

　　2. 為了既照顧到IEC規(guī)范的實(shí)用性，又盡量抑制IT系統(tǒng)內(nèi)的容性電流，在IEC60364-7-710標(biāo)準(zhǔn)中，嚴(yán)格規(guī)定了隔離變壓器的容量不得大于10kVA，這樣可以在一定程度上防止使用很長(zhǎng)很多線路的醫(yī)療IT系統(tǒng)。

　　3. IEC標(biāo)準(zhǔn)的隔離變壓器有相對(duì)較低的浪涌電流，降低了對(duì)IT系統(tǒng)前級(jí)的電源自動(dòng)切換裝置的要求。IEC61558-2-15標(biāo)準(zhǔn)對(duì)隔離變壓器的規(guī)范，符合該規(guī)范的隔離變壓器與美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)體積較小，噪聲水平低，浪涌電流在額定電流的12倍以下，較小的浪涌電流無疑對(duì)與隔離變壓器的初級(jí)連接的UPS的要求降低了。而美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的隔離變壓器為了滿足低水平的對(duì)地漏電流的要求，隔離變壓器常常具有較高的噪聲，浪涌電流常常在額定電流的20倍左右。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，一套UPS設(shè)備常常連接了多臺(tái)隔離變壓器，這樣隔離變壓器的浪涌電流水平越高，UPS后備電源的造價(jià)也越高。

　　7.結(jié)語(yǔ)

　　綜上所述，在醫(yī)療IT 系統(tǒng)領(lǐng)域，IEC規(guī)范具有較強(qiáng)的實(shí)用性，因而在世界范圍內(nèi)被廣泛接受并采用。以美國(guó)為代表的NSPF標(biāo)準(zhǔn)比IEC標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格，實(shí)施該標(biāo)準(zhǔn)的難度和成本比IEC標(biāo)準(zhǔn)高。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]醫(yī)療IT 系統(tǒng)的漏電檢測(cè)及其應(yīng)用.智能建筑電氣技術(shù)2010.3

　　[2]安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品選型手冊(cè)2013.1版.