醫(yī)療IT配電系統(tǒng)的絕緣檢測(cè)及其應(yīng)用

徐霜

安科瑞電氣股份有限公司   上海嘉定 201801

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(lèi)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(lèi)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(guò)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(lèi)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：

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(ài)爾蘭等，歐盟以外的國(guó)家如中國(guó)和巴西等。另外一類(lèi)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(lèi)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(guò)AC25V或DC60V的設(shè)備，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，盡快找出故障，以便在發(fā)生點(diǎn)接地之前排除故障。對(duì)于醫(yī)療2類(lèi)場(chǎng)所的IT系統(tǒng)內(nèi)安裝的絕緣監(jiān)視儀，除了符合絕緣監(jiān)視儀的通用規(guī)范IEC61557-8標(biāo)準(zhǔn)以外，還符合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.zui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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)測(cè)得的測(cè)量電流Im ，  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。zui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(guò)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(lèi)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(jiàn)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

5.2 GGF-O系列手術(shù)室隔離電源柜

5.3醫(yī)療IT絕緣監(jiān)測(cè)產(chǎn)品

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(méi)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(wú)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.

作者簡(jiǎn)介：

徐霜，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電，:   :