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            醫院智能供配電設計解決方案

              

                 醫院是救死扶傷的重要場所,各種電器設備超負荷運轉使正在進行中的手術、培養的各種細胞的各種細胞和實驗材料因停電而直接導致手術中斷、培養細胞死亡,從而給醫院和患者及家庭帶來重大損失,因此,正確估計醫院各種設備和日常生活、照明的用電量,科學合理的設計醫院的供配電線路與方案,對于確保醫院日常工作的正常運轉和防止因線路故障、超載停電帶來的經濟損失有著非常重要的意義。

            一、供配電設計的具體要求


             電壓等級

             根據國家主管部門的有關規定,用戶用電設備安裝容量在205KW或需要變壓器容量在160KVA以上的,應考慮以高壓方式供電。在城市中各類民用建筑工程的電氣設備用電的變電所,多數以10KV中壓變配電所為主。醫院因占地面積大,電力負荷需量大,輸電距離較遠,或采用市電0.4KV低壓直接供電,無論從輸送距離或輸送功率上都不能滿足要求,因此必須采用10KV電源經小區內變配電站降壓后供給各用電設備。醫院科室和病房的供電等級不應該低于此標準。

             湘能電力設計院根據醫療建筑用電負荷的特殊性并考慮到醫院的可持續發展,低壓系統建議采用如下形式: 電壓波動大的空調及動力負荷為一個低壓系統,如空調采用專用變壓器供電; 電壓波動小的照明及一般醫療用電插座負荷為一個低壓系統;

            電壓要求高且自身壓降大,醫用數字檢影成像系統設備,單獨采用一臺變壓器。對于電網電壓變化較大的系統,建議采用有載調壓變壓器。

            二、醫院的負荷性質及負荷類型

               醫院供電系統應遵循國內供電規范,并參考國際IEC相關標準進行設計,按照我國現行醫院等級和標準地區醫院及二類醫院的供電等級為一級或二級負荷。因此電源一般采用兩路10kV供電。根據醫院的規??煞譃槿缦聨最愊到y形式;

             ?。?采用兩路10kV電纜專用供電、自備柴油發電機,重要設備末端采用UPS供電。此類系統適用于特級及三甲級醫院。

            2采用兩路10kV電纜專線供電,重要設備末端采用UPS供電。此類系統適用于三甲級醫院。 

            3采用兩路10kV供電或一路10kV專線供電,一路低壓供電,此類系統適用于二甲級醫院。 

            4一路10kV供電,重要設備末端采用UPS供電,僅用于一級醫院?! ?/span>

                 5 應急電源系統

              醫院存在著大量的一級、二級用電負荷,應急電源系統一般采用柴油發電機系統、UPS系統。柴油發電機容量一般為變壓器總安裝容量的15%~20%。而重要設備則采用UPS系統。

            三、低壓配電系統


                 醫院用電負荷一般分成照明系統、醫療動力插座系統、空調系統新風機、空調機、風機盤管,應急照明系統等。

              大型、重要性設備由配電變電所放射式供電,一類負荷均為雙路供電末端自投。冷水相組、真空吸引、X光機、CT機、MRI機、DSA機、ECT機等設備主機、燒傷病房、血透中心、中心手術部的電力及照明、CT機、MRI機、DSA機、ECT機的空調電源、電梯及屋頂排風機、洗衣房及營養部的動力也分別由變電所低壓屏放射式供電。

              樹干式供電由變電所將各類電源分別引至各豎井,通過母線輸至各層。各豎井內分別設有照明、配電、空調及應急照明配電箱。配電、照明分別放射至各科室的配電、照明配電箱,各科室的計量表設在豎井配電箱內,空調配電箱配電至末豎井區域內的普通空調機及風機盤管。應急照明配電箱由雙路電源供電并自動切換,供各應急照明燈及防火卷簾門,排煙風機的用電。醫技檢驗科、血液透析室等處的儀器對電源要求較高,部分電源通過穩壓器后備UPS供電。樹干式供電由變電所將各類電源分別引至各豎井,通過母線輸至各層。各豎井內分別設有照明、配電、空調及應急照明配電箱。配電、照明分別放射至各科室的配電、照明配電箱,各科室的計量表設在豎井配電箱內,空調配電箱配電至末豎井區域內的普通空調機及風機盤管。應急照明配電箱由雙路電源供電并自動切換,供各應急照明燈及防火卷簾門,排煙風機的用電。

              醫技檢驗科、血液透析室等處的儀器對電源要求較高,部分電源通過穩壓器后備UPS供電。

            四、數字檢影成像設備的配電要求及內阻計算

            數字檢影成像設備是醫院的重要設備,現代醫院數字檢影設備的種類很多,目前比較常見的有:X光透視機、X光攝影機、X光治療機、X光造影機包括X光介入機、心血管造影機DSA、計算機斷層掃描機CT機、同位素斷層掃描機ECT、磁共振機MRI以及X刀、γ刀、直線加速器等設備。根據設備的不同用途、設備的工作制分為長期工作制、短時反復工作制。各種設備工作制見表3。 目前,許多X光機同時具有攝影、造影、透視、治療等多種功能。

              4.1數字檢影設備供配電系統

              數字檢影設備工作原理各有不同,但統一的一點是對電源的要求較高。由于數字檢影設備的以上特性,如果醫院有一定規模,此類設備應由專用變壓器供電。設備球管電流在400mA以上的設備應采用放射式供電。

              心血管造影機、磁共振機、同位素斷層掃描機CT機、大型介入機等設備的主機電源一般需要雙路供電。且有些設備本身需要冷卻,設備有冷水機組,此部分的電源與主電源同樣重要。主電源進一步分成高壓發生器電源、行走機構電源、影像設備電源及插座電源。此類設備的布置一般為掃描室、控制室兩部分。系統的電源一般送至控制室。大型設備還專門有電源室配電室。

              心血管造影機房的高壓發生器電源、行走機構電源、影像設備電源采用一般配電方式,其插座電源與胸腔手術室的要求相似:病人可能接觸用電設備采用IT系統及局部等電位接地,電位差小于50mV。設備廠家對于電源的要求引出了電源內阻這一技術指標。設備對電源電壓的要求越高,電源內阻越小。

              4.2用電負荷計算

              X射線機瞬時最大用電負荷一般由設備廠家提供,如未提供也可根據如下公式計算: Sm=1/K×1/F×Esf×10-3 Sj=A×Ssm/η

            4.3電源變壓器容量的確定 

            1單臺設備的計算負荷。

             ?。?二項式法計算多臺設備計算負荷。

              多數數字檢影設備是短時反復工作制,因此,進行負荷計算時可以采用較小的需要系數,根據目前一些醫院的實際運行結果表明,4臺設備同時曝光的可能性很低,日本有關資料也表明,選擇電源變壓器時,4臺以下的設備可以按1臺容量進行考慮。10~15臺設備的場所采用防止同時曝光設備可共用1臺變壓器。 4.4保護設備的選擇

              數字檢影設備瞬時電流很大,保護設備宜用熔斷器。目前多數設備的技術要求中已對保護設備提出具體要求。

              4.5配電線路導線截面的確定

              數字檢影設備的配電線路導線截面要滿足設備的內阻及壓降的要求。 電源變壓器內部電阻:Rt

              電源變壓器額定容量:PtkVA 電源變壓器相數:三相

              電源變壓器電壓變動率:ε% 額定二次電壓:VtV 1計算變壓器內部電阻Rt

              Rt=2×ε×0.01×Vt2/Pt×103Ω

              計算干線電阻R1Ω:

              考慮到低壓開關的電阻及其它接觸電阻,電源變壓器和電源變壓器二次側的干線電阻為總電源電阻的80%。 R1=80%Rg-RtΩ 最大允許內阻:RgΩ 計算干線截面:Amm: 單相設備A=2×p×L/R1mm 三相設備A=p×L/R1mm

              由上可見,要滿足設備內阻要求,實際就是要滿足設備的電源電壓要求。它受來自變壓器阻抗、變壓器至設備的配線長度、配線截面三個方面的因素的影響。

              在系統設備時,應盡量減小變壓器阻抗、減小變壓器至設備的距離、在滿足電源內阻的條件下、減少配線電纜截面,以節約投資。

            五、 醫院的電氣安全及電力系統保護方式       

               醫院電氣安全是醫院電氣設計的一個重要環節。涉及到的電力系統的保護方式有接地保護TN-S系統、局部中性線不接地系統。

              IT系統、醫用局部等電位接地,電位差小于10mV、建筑物總等電位及衛生間局部等電位接地、漏電保護lm=30mA。

              一般場所的移動式設備均采用了漏電斷路器進行保護。冶療室、功能檢查室、手術室、搶救室、心血管造影室DSA、衛生間浴室均設置了局部等電位連接。中心手術室的配電系統為保證病人的安全采用了IT系統。

              醫院接地問題,是一個較為敏感的問題,它涉及到病人的安全,設備正常運行等。按照我國現行各類規范中醫院設計的規定,我院目前設計采用的是防雷接地、電力系統接地、設備保護接地公用接地系統。目前各醫院及設備廠家經常提出醫療設備、醫用等電位接地要單獨設置接地極,且要求與防雷接地、保護接地絕緣。實踐證明,由于場地的原因,這些單獨接地極不可能完全與建筑物的金屬大地絕緣,而一旦絕緣遭到破壞,醫用等電位接地與電力系統的保護接地則可能不是一個等電位,此時,在患者的周圍如果存在這樣兩個電位,將產生觸電的危險。

              電氣設備對病人的影響,即電擊。電擊包括宏電擊和微電擊。防止宏電擊可以采用接地線及漏電保護器來完成。而引起微電擊的主要因素是電子儀器的泄漏電流及病人所處的環境非等電位。因此減少泄漏電流及局部等電位,是在保證電子儀器CF型絕緣的條件下的克服微電擊的重要手段。

              減少泄漏電流的方式是將電源進行隔離。通過隔離變壓器,二次側兩相導線對地高阻抗,減小了系統的泄漏電流。當泄漏電流在0.7mA~2mA范圍內設絕緣監視報警。以上系統稱之為局部IT系統。采用局部IT系統輔以局部等電位連接,就可以保證防止心臟手術及檢查中的微電擊。目前,我院地本工程中對需要儀器進入心臟區域的局部地區,如心臟手術室、ICU等處配置了上述系統。以上配電方式也是國際電工委員會IEC所倡導的。電子儀器的接地宜采用共用一點接地?;谀壳半娮觾x器的頻率較高,要求地線短而粗,地線過長反而成為干擾源。

              目前我國與國際上防雷接地的規范是除爆炸危險場所外均為利用建筑物金屬體作為防雷、接地體,因此建筑物內的所有金屬體如鋼筋等不可避免的與防雷系統為一體。而作為病人周圍的金屬體如水管、金屬門窗等均與建筑物金屬體連接。為保證病人的安全,也要求設備儀器等的保護接地與病人周圍的金屬體局部等電位。因此防雷接地、設備的保護接地是不能分開設置的,否則病人反而會因接觸到不同電位而有觸電的危險。因此,此類與人體有接觸的醫療設備是不能單獨接地的。

              醫院目前有著越來越多的先進儀器和設備,多數歸結為敏感電子設備。而雷電對敏感電子設備的影響,可通過設置SPD加以保護。對于有大電流接地的醫療設備的接地,應避免接地線過長,宜采用就地接地,因采用局部等電位接地,周圍的病人也是相對安全的。

              對于電磁干擾的問題,為減少電磁干擾的感應效應,我院采用了如下措施:

              1建筑物及房間外部設置屏蔽,如建筑中含金屬的墻、柱均可以作為格柵屏蔽分流,將建筑物金屬等電位連接。

             ?。?電氣線路采用穿金屬管,減少干擾。

              關于雷電對病人的影響,由于雷電的陡度大,散流快,建筑中含金屬的墻、柱均可以作為格珊屏蔽分流,且病人周圍采取了等電位的措施。因此在屏蔽范圍內雷電病人是安全的。在手術部等設備進入病人體內的部位均位于建筑物內部,沒有外墻,因此病人是很安全的。

              我們認為在醫療工程中防雷接地、電力系統接地、設備保護接地采用公用接地系統是可能的,也是必須的

              只有完善好這一方法,病人的安全才能得到保證。我院在近幾年的醫院工程設計中均采用了上述接地方式,實踐證明也是很有效果的。該做法不僅節約了大量投資,而且真正實現了病人的電氣安全。數字檢影等設備投入使用的后,圖像清晰,運行良好。

              在國內,推行IEC關于醫療場所局部IT系統的設計思想也是為進一步保證病人的安全。由于沒有相應的強制規范及投資等方面的原因,這一設計思路在設計中很難得到充分的體現。目前僅在與心臟介入相關的場所設置了IT系統,而在IEC推薦標準中目前要求多處場所設置該系統。

            六、手術部、ICU、血透等場所的配電系統

               中心手術部是醫院的核心,手術部的配電采用雙路電源末端切換。這包括手術室內配電及手術室潔凈空調系統的配電。電源由變電所專線供電。每一間手術室應單獨設置配電箱,按照新的《醫院潔凈手術部建設標準》中的規定,容量不能小于8kVA。每間手術室的電源進線是否采用三相進線。主要根據布局及醫院的具體要求進行。目前部分手術室內設置的高低溫冷柜等三相設備,電源三相引起的情況越來越多。作為與病人接觸的電源部分,應盡量考慮單相供電。每間手術室考慮3~4個插座組,其中一組在綜合醫療柱上,每組插座組3~4組插座及2~3組接地端子。手術室內設置觀片燈、書寫板照明、接地中心可設置在配電箱內。配電箱可與手術室內的控制面板結合??刂泼姘迳嫌懈黝悮怏w出口、時鐘及定時鐘、實施空調檢測及控制、照明控制、廢氣檢測及排放。

              心血管造影室除數字成像系統采用專門配電外,室內設置要求與心臟手術室相同。

              目前國內心臟手術室、ICU、心血管造影、搶救室、血液透析等采用局部IT系統。IEC標準強烈要求IT系統不配出N線,目前病人接觸的用電設備均為單相設備,通過隔離變壓器配出的IT系統均為單相。

              IT系統應注意如下問題:

              必須設置絕緣監視裝置;

              盡量減少系統容量,減小系統線路的長度; 增加線路的絕緣等級;

              輔助以局部等電位接地,等電位干線保證在16mm2,支線在6mm2以上; 配電線路采用穿鋼管敷設,減少干擾; 變壓器二次出線采用雙極保護開關。

            其他

               醫院發展快,變化多,在設計中我們將配電箱設置在夾墻內,此方式配合吊頂線槽配電,使系統更加靈活,方便日后用電的發展需要。在檢驗科、中心實驗室等用房設置了沿墻附設的電氣配電槽,并將電源斷路器設置其上,以適應實驗室用電設備多,用電變化多的需求。

              在病房設置綜合醫療槽、槽內設置插座組,接地端子,局部照明等,并在床頭方向距地0.3m處加設一組電源插座,方便電動床等固定設備的使用。

              隨著我國國力的增強,醫療衛生事業將在一定時期得到長足的發展,作為我們醫療工程設計人員,要不斷了解學習最新的醫療設備,學習了解國內外的新規范。工作的重點應在如下幾點:

              進一步重視醫院的電氣安全,大力推廣安全可靠的配電及接地系統。目前IEC討論標準中建議采用局部IT系統的部位,已越來越多,設計人員應注意對醫院方進行相關的宣傳。

              了解醫療設備的配電要求,結合設備情況確定配電系統。 了解適用于醫院建筑的電氣產品 。

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