医用绝缘检测系统.doc

医用IT系统在医疗场合的应用及相关规范

 来源：中国卫生工程网 日期：2023-12-11

刘佩智 周贤
摘要：本文对带绝缘监视的IT系统在医疗场合的应用、相关规范及在使用中应注意的问题等作了简要概述。
关键词：IT系统 医疗场合 应用 相关规范
目前，我国大型综合医院配电系统的接地形式多采用TN系统。该系统接地故障多为金属性短路。因故障电流较大，使断路器等过电流保护装置动作，导致停电。显然TN系统不能满足医院中一些重要场合对不间断供电的使用规定。《民用建筑电气设计规范》（以下简称民规）14.7.6.3条明确规定：在电源忽然中断后，有招致重大医疗危险的场合，应采用电力系统不接地（IT系统）的供电方式。
随着电子医疗设备在医院领域的广泛应用，电流对病人构成的潜在威胁也远远大于以前，特别是病人在手术中或麻醉状态下，各种电极、传感器直接插入病人体内，如有极其薄弱的漏电流直接流过病人的心脏，就会导致病人触电身亡，在医学上称为微电击。因此，医院这一特殊场合的漏电保护正在受到国内医院电气设计人员的密切关注。
IT系统及其特点
   1.《民规》14.2.1.3对IT系统是这样阐述的：电力系统的带电部分与大地间无直接连接（或有一点经足够大的阻抗接地），受电设备的外露可导电部分通过保护线接至接地极。
   国际电工委员会IEC标准中，强烈建议IT系统不应配出中性线。这是IT系统与我们熟知的TN/IT接地系统的重要区别。

图1（IT系统接地故障示意图）
图1（IT系统接地故障示意图）所示，正常情况下，当IT系统电源线路足够短时，系统中仅存在线路对地微小的电容电流。随着时间的推移，配电线路及电气设备的绝缘水平不断下降。当IT系统发生第一次单相接地故障时，故障电流为非故障相对地电容电流，其值甚小，不致导致人身被电击或其它事故，所以不必切断故障回路电源，从而保证了供电的连续性，但若不及时排除故障，在异相上又发生第二次接地故障，形成相间短路，使过电流保护装置动作，引起供电中断。
 2.为了防止第二次异相接地故障发生，引起相间短路，《民规》14.2.8条规定：IT系统必须装设绝缘监视及接地故障报警或显示装置。这项规定可以使第一点的绝缘故障及时地被发现、排查并在最早的时间内解决线路上的问题。
      在《建筑物电气装置 第7-710部分：特殊装置或场合的规定—医疗场合》GB16895.24-2023 / IEC60364-7-710:2023 710.53.1中规定: 对每个终端回路都需设立短路保护和过负载保护, 但医用IT系统的变压器的进出线回路不允许装设过负荷保护，但可用熔断器作短路保护。
710.413.1.5中规定规定监测医疗IT变压器的过负荷和过热。由此可见,由于不允许IT系统设立过负荷保护动作开关，因此绝缘监视仪需要同时具有过负载报警的功能，从而避免由于过负载导致对设备的危害。与此同时，由于医用隔离变压器在连续不断的工作，温度过高会导致隔离变压器工作不正常，所以绝缘监视仪的超温报警功能也是保证隔离变压器正常工作，连续供电的一个重要功能。
 3.带绝缘监视的医用IT系统各部分的功能
 (1) 医用隔离变压器
1)       IT系统须由专用的医用隔离变压器供电。
2)       《建筑物电气装置 第7-710部分：特殊装置或场合的规定—医疗场合》GB16895.24-2023 / IEC60364-7-710:2023 710.512.1.6中规定:医用隔离变压器应符合IEC61558-2-15的规定。
3)       单相医用隔离变压器二次线圈的额定电压应不超过230V。
4)       医用隔离变压器的金属外壳需与局部等电位联结端子板联结。
5)       根据最新报批的《综合医院建筑设计规范》，医用隔离变压器额定功率应为3.15～8kVA。
6)       三相隔离变压器在最新报批的《综合医院建筑设计规范》中被严禁使用。
7)       医用隔离变压器的上级和下级馈电回路不允许装设过负荷保护，可用熔断器作短路保护。
(2) 绝缘监视器
1) 《建筑物电气装置 第7-710部分：特殊装置或场合的规定—医疗场合》GB16895.24-2023 / IEC60364-7-710:2023 710.413.1.5中规定:医用绝缘监视仪应符合IEC61557-8的规定。
2) 医用绝缘监视仪交流内阻抗应至少为100kΩ。
3) 测量电压不应大于直流25V。
4) 即使在故障情况下，其注入电流的峰值不应大于1mA。
5) 最迟在绝缘电阻降至50 kΩ时，应发出信号。应配置实验此功能的器具。
6) 监视IT系统中隔离变压器的绕组温度及负载电流。
(3) 外接报警显示和测试单元
安装在病人或医务工作者的工作场合。用来显示医疗场合内监视仪器的测量数据和报警情况，告知IT系统的使用者关于系统的运营情况。它能显示绝缘监视仪的所有信息，还可并联多个外接报警显示器和测试单元，通过RS485接口实现通信。
带绝缘监视的IT系统的应用
1. 由于IT系统具有当发生单相接地故障时，其接触电压<50V安全电压，不构成对人体的危害，不需中断供电等优点。所以国内外对于一些既规定不间断供电，又需在发生接地故障时，保证人身安全的重要用电负荷，采用了这种电源不接地的供电方式。如建筑工程中的应急电源﹑矿山﹑井下﹑大型图片解决，程序化控制工厂中的一些化工﹑制药公司。这些公司一旦在生产过程中忽然停电，会导致重大经济损失。特别是像医院中一些对用电安全规定很高的医疗场合，一旦忽然停电，生命攸关。为此国际电工委员会IEC364-7-710标准中将医院区域的用电情况分为三个“应用组”针对不同的“应用组”，规定了不同的供电系统规定。其中应用组2类(也称为2类场合) 规定强制性使用医用IT系统来保证其伸入人体，实时监控和维持生命的设备的用电安全和供电连续。
2. 最新报批的《综合医院建筑设计规范》参照我国等同采用的IEC标准，根据我国具体国情，制定出了IT系统在医院中应用场合的具体规定，其严格规定了应用组2类（也称为2类场合）为以下场合：急诊抢救室；中心手术部的所有手术室；所有CU室（涉及ICU，CCU，NICU，PICU，SICU等等）；心脏导管介入室和心血管造影室。
如下图所示：
部门
医疗场合以及设备
场合类别
自动恢复供电时间
备注

0
1
2
t≤0.5s
0.5s<t≤15s
15s<tc

门诊部
门诊诊室
X

门诊治疗

X

急诊部
急诊诊室
X

X

急诊抢救室

X
Xa
X

急诊观测室、处置室

X

X

住院部
病房

X

X

血液病房的净化室、产房、早产儿室、烧伤病房

X

Xa
X

婴儿室

X

X

重症监护室

X
Xa
X

血液透析室

X

Xa
X

手术部
手术室

X
Xa
X

术前准备室、术后复苏室、麻醉室

X

Xa
X

护士站、麻醉师办公室、石膏室、冰冻切片室、敷料制作室、消毒敷料
X

X

功能检查
肺功能检查室、电生理检查室、超声检查室

X

X

内窥镜
内窥镜检查室

Xb

Xb

泌尿科

Xb

Xb

影像科
DR诊断室、CR诊断室、CT诊断室

X

X

导管介入室

X

X

心血管造影检查室

X
Xa
X

MRI扫描室

X

X

放射治疗
后装、钴60、直线加速器、γ刀、深部X线治疗

理疗科
物理治疗室

X

X

水疗室

X

X

检查科
大型生化仪器
X

X

一般仪器
X

X

核医学
ECT扫描间、PET扫描间、γ像机、服药、注射

X

Xa

试剂培制、储源室、分装室、功能测试室、实验室、计量室、
X

X

高压氧
高压氧仓

　X

X

输血科
贮血、
X

X

配血、发血
X

X

病理科
取材、制片、镜检、
X

X

病理解剖、
X

X

药剂科
贵重药品冷库
X

Xc

保障系统
医用气体供应系统、
X

X

消防电梯、-排烟系统、中央监控系统、火灾警报以及灭火系统
X

X

中心（消毒）供应室、空气净化机组、
X

X

太平柜、焚烧炉、锅炉房
X

Xc

a：照明及生命支持电气设备
b：不作为手术室
c：恢复供电时间可在15s以上，但需要连续3-24h提供电力。
4. 同样，国外其他许多国家参照IEC标准，结合本国国情，也制定出了IT系统在医院中应用场合的具体规定，并相继向我国推出了专门用于医院的带绝缘监测装置的IT系统设备。如德国本德尔(BENDER)公司的：“医用隔离电源”（符合德国DIN VDE0107标准和IEC60364-7-710标准），其产品符合IEC的标准并具有更优的性能。
本德尔公司的隔离电源系统重要涉及以下部件：
107TD47绝缘监视仪
ES710系列隔离变压器
MK2023CBM/MK2430外接报警和显示仪
107TD47绝缘监视仪具有系统绝缘保护、过电流保护和变压器超温保护三种功能。其中绝缘保护采用本德尔公司的专利技术，自适应脉冲信号(AMP)测量法，在系统和地之间叠加一个自适应的脉冲信号，该信号能根据系统的对地电容和系统内负载的频率变化而自动改变测量脉冲的幅度和宽度，从而消除由系统内连接的各种医疗电器设备带来的对地电容和各种频率成分的干扰。
ES710系列隔离变压器具有10kVA以下各种不同型号，具有噪音低，对地漏电流小，启动浪涌电流小等优点，特别合用于二类场合电源的自动切换。ES710系列变压器内部还安装了温度传感器，当变压器超温时，可在绝缘监视仪上输出报警信号。
MK2023CBM外接显示和报警仪安装在手术室等二类场合的内部，显示绝缘监视仪的各项测量数据，报警时能发出声光报警信号。MK2023CBM与107TD47绝缘监视仪通过RS485接口进行数字通信，可进行多点显示。MK2430外界显示和报警仪还能实现集中显示所有二类场合内的IT系统的测量数据和报警状态，并显示报警场合的名称。两种外接显示和报警仪组合起来使用能实现集中显示和本地显示功能，假如安装了专用网关，还可以实现与建筑物内局域网的直接通信。
其电路接线图可表达为，如图2

图2 本德尔隔离电源系统接线图
IT系统应用中要注意的问题
1. IT系统与电源隔离的区别
IT系统与电源隔离均采用隔离变压器，但区别在于IT系统中的电气设备外露导电部分通过保护线接地，而电源隔离回路中的设备外壳不做人为接地。它是采用特低电压回路辅以不接地的等电位连接（将电源隔离区域内的各电气设备金属外壳用绝缘导线互相连通）来获得好的安全效果。电源隔离合用于浴室、游泳池等电击危险大，对不间断供电无特殊规定的潮湿场合。
2. IT系统与应急电源的区别
应急电源（UPS/EPS）是在正常供电线路电力中断时的后备应急电源，不能防范漏电故障。在普通的接地系统（TN-S系统）内负载端出现对地故障时，不管该系统使用的是应急电源还是普通的供电线路，都不能限制故障电流的增大，只有采用IT系统后才干最大限度地限制故障电流，达成漏电保护的目的。
同时，应急电源是防止电路中电源端的失电而进行的防范措施，而IT系统是避免接地系统中负载端相对地故障导致短路保护器动作而进行的防范措施。两者功能互不矛盾，互不替代。
3. IEC标准中规定和建议医院选用IT系统的场合内，病人接触到的医疗用电设备多为单相，所以使用的IT系统设备也多为单相。医院内的三相大型医疗仪器，使用时一般不与病人直接接触，可采用装设快速、高灵敏度漏电断路器的直接接地方式。慎用三相隔离变压器的重要因素为当在三相隔离系统(IT系统)中如出现单相接地故障,非故障相的对地电压将升高到对地额定电压的1.7倍,因而具有对地故障扩大的危险,所以应慎用三相隔离电源.尽量采用单相隔离电源系统。
4. 因IT系统不宜配出中性（N）线，系统中单相负荷所需的220V电源由三相IT系统中的380/220V降压变压器取得，或由IT系统中单相220V电源经1:1隔离变压器的二次侧提供。所以IT系统中的配电线路均为带电导线，应装设双级开关，作为短路保护。
5. 因不同手术室也许同时实行不同的手术，使用不同的医疗仪器。为避免医疗电器设备的互相干扰，每间需要设立IT系统的手术室，应单独设立隔离变压器。
6. 医院内的胸部手术室，心血管X线造影室，心脏手术室及检查室等，应具有严格的防电击保护措施。这仅靠带绝缘监视的IT系统是不够的，还应辅以局部等电位联结，使保护区内所有可导电部分都处在同一电位。同时，绝缘监视仪监视并测量隔离电源相对地的绝缘阻值，在绝缘监视仪的测量回路中，大地为PE线，即等电位接地线。假如系统中缺少等电位接地线，那么负载端出现的对地故障不能对绝缘监视仪的测量回路构成回路，将影响绝缘监视仪的响应灵敏度。只有这样才干保证供电的安全可靠性，防止心脏手术及检查中发生宏电击和微电击。
7. 当同一场合尚有TN－S或IT系统供电的插座时，医用IT系统的插座应为其它系统用的插头无法插入，并具有明显的可供区别的标志。
8. 在IT系统中，提高回路的绝缘阻抗，减少回路的对地静电电容，是提高系统安全可靠性的关键。为此在设计中可采用以下措施。
⑴ IT不接地系统的配电箱要尽量安装在手术室等医用电气设备用房的附近，以缩短该系统配电线路的长度。
⑵ 尽量减少系统容量及系统的分支回路数。
⑶ IT系统的配电线路应远离接地金属体（如金属管道等）。
⑷ 使用绝缘层较厚的导线（如双层绝缘护套线或电缆）。
⑸ 心电仪等测量设备为防止交流干扰，采用了电容滤波电路，这将使静电容量增大，应避免使用于IT系统。
⑹ 严禁把配电导线和接地导线同穿在一根管中，应分别穿管敷设。
随着我国国力的不断增强，医疗卫生事业的不断发展，将要新建一批现代化的医院。原有一些医院，因不能满足使用规定，也面临着改扩建。作为电气设计人员，一方面期待着国家有关规范、行业标准与国际接轨，进一步完善。另一方面在设计过程中，应推广采用先进技术，体现“以人为本、安全第一”的设计理念，为病人和医护人员提供一个技术先进、功能齐全、安全可靠的医疗环境。