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王海芹
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,對比IEC標準和以美為代表的NSPF標準的不同之處,進一步理解應(yīng)用與醫(yī)療IT系統(tǒng)的不同的漏電保護技術(shù)
關(guān)鍵詞 漏電 絕緣監(jiān)視 IEC標準 NSPF 標準 醫(yī)療IT系統(tǒng)
醫(yī)療2類場所是醫(yī)院內(nèi)重要場所,通常指手術(shù)室、重癥監(jiān)護室或心臟監(jiān)護室等,對病人而言是生命攸關(guān)的場所,也是充滿醫(yī)療器械和醫(yī)療電氣設(shè)備的場所,此類場所的漏電保護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)的不同的漏電保護技術(shù),先對現(xiàn)行相關(guān)的不同標準作一介紹。
1 不同醫(yī)療IT系統(tǒng)的不同標準
在醫(yī)療2類場所采用醫(yī)療IT 系統(tǒng)的主要及其標準如下:
美 | NFPA 99 | 瑞士 | MED 4818 |
英 | BS7671-SGN7.10 (2003) | 匈牙利 | MS2040 |
德 | DIN VDE 710 | 比利時 | TN013 |
法 | NF C15-211 | 巴西 | NBR13.543 |
荷蘭 | NEN 3134 | 智利 | N.SEG 4EP79 |
意大利 | TC 10 | 加拿大 | CSA31.1 |
奧地利 | OVE-EN7 | 日本 | JIS T 1022 |
挪威 | NVE-1991-FEB | 澳大利亞 | AS3003 |
芬蘭 | SFS 4372 | GB 16895.24 - 2005 | |
西班牙 | UNE20-615-80 | 電工委員會(IEC) | IEC60364-7-710 |
愛爾蘭 | TC 10 |
縱觀上述各的規(guī)范,主要可以劃分為兩大標準,即以IEC60364-7-710為代表的、監(jiān)視IT系統(tǒng)對地絕緣阻值的標準,主要參與大部分為歐盟,如英、法、德、芬蘭、意大利、瑞士、匈牙利、愛爾蘭等,歐盟以外的如和巴西等。另外一類標準以美的NEPA99為代表,監(jiān)視IT 系統(tǒng)對地容性漏電流和阻性漏電流的總和,主要追隨的有加拿大、日本、澳大利亞、荷蘭、挪威、智利和許多中美洲。
2. 醫(yī)療智能絕緣監(jiān)視儀
IEC60364 標準規(guī)定,醫(yī)療2類場所內(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,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,絕緣監(jiān)視儀立刻發(fā)出報警信號,通知操作人員系統(tǒng)已經(jīng)帶故障運行,盡快找出故障,以便在發(fā)生點接地之前排除故障。對于醫(yī)療2類場所的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標準以外,還符合IEC60364-7-710標準的特殊要求:
1.內(nèi)部交內(nèi)阻抗應(yīng)至少為100kΩ;
2.測試電壓不應(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.遲應(yīng)在絕緣電阻降至50kΩ時發(fā)生信號,應(yīng)配置試驗此功能的器具;
5.絕緣監(jiān)測器在接地中斷或電氣線路中斷時發(fā)出信號。
3.絕緣監(jiān)視儀(IMD)的測量原理
通常絕緣監(jiān)視儀的測量原理如圖1所示。
圖2 絕緣監(jiān)測儀的測量原理
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)部的信號源G發(fā)送一測量電壓信號通過耦合電阻RA、測量電阻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,該測量電壓經(jīng)過外部的IT系統(tǒng)對地的總絕緣阻抗RF構(gòu)成測量回路,因此通過測量該回路內(nèi)的測量電流Im得出被監(jiān)視系統(tǒng)對地的總絕緣阻值。
傳統(tǒng)的應(yīng)用與測量交流系統(tǒng)對地絕緣阻值的絕緣監(jiān)視儀常常采用直流信號測量方法,相關(guān)的電路圖可簡化成圖2;
圖3 簡化電路圖
絕緣監(jiān)視儀送出一直流測量電壓信號,通過系統(tǒng)絕緣電阻產(chǎn)生的測量電流Im和系統(tǒng)對地的絕緣阻值成線性,其關(guān)系如下列公式:
通過測得的測量電流Im , 極易得到系統(tǒng)對地的絕緣阻值Rf。
但是,該測量方法容易受到被監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)的直流負載電流及各種不同頻率的交流電流的干擾,因此改進型的絕緣監(jiān)視儀采用疊加脈沖測量電壓的方法檢測IT系統(tǒng)的對地絕緣阻值。近20年由于計算機技術(shù)突飛猛進的發(fā)展,安科瑞電氣股份有限公司(ACREL)采用低頻交流信號法測量出系統(tǒng)的絕緣電阻。該測量信號的幅度和頻率等參數(shù)由單片機控制,可準確測量出當前系統(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量方法。
4. 醫(yī)療智能絕緣監(jiān)測儀在醫(yī)療2類場所的應(yīng)用方案
醫(yī)療智能絕緣監(jiān)測儀在實際現(xiàn)場應(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)護室隔離電源系統(tǒng)方案配置
5 主要產(chǎn)品及電源柜的報價方案
為了方便廣大客戶對安科瑞產(chǎn)品的選擇,現(xiàn)列出產(chǎn)品報價,如下表所示:
5.1 GGF-I系列ICU/CCU病房隔離電源柜
外形 | 型號 | 規(guī)格 | 單位 | 價格(萬元) |
| GGF-I3.15 | 3.15KVA | 套 | 3.8~5.3 |
GGF-I6.3 | 6.3KVA | 套 | 4.4~5.9 | |
GGF-I8 | 8KVA | 套 | 5~7 | |
GGF-I10 | 10KVA | 套 | 6.8~9.8 | |
不間斷電源 | 可選配,價另報 | |||
雙電源切換裝置 | 可選配,價另報 | |||
運費 | 參照物流公司報價 | |||
備注 | 以上報價含調(diào)試費,不含運費、安裝費 |
5.2 GGF-O系列手術(shù)室隔離電源柜
外形 | 型號 | 規(guī)格 | 單位 | 價格(萬元) |
| GGF-O6.3 | 6.3KVA | 套 | 6.4~7.9* |
GGF-O8 | 8KVA | 套 | 7~9* | |
GGF-O10 | 10KVA | 套 | 8.6~11.6* | |
不間斷電源 | 可選配,價另報 | |||
雙電源切換裝置 | 可選配,價另報 | |||
運費 | 參照物流公司報價 | |||
備注 | 以上報價含調(diào)試費,不含運費、安裝費 |
5.3醫(yī)療IT絕緣監(jiān)測產(chǎn)品
外形 | 名稱 | 型號 | 功能 | 價格 | 可選配及價格(元) |
| 絕緣監(jiān)測儀 | AIM-M100 | IT系統(tǒng)對地絕緣電阻、負荷電流、變壓器溫度監(jiān)測 | 15600 |
|
AIM-M200 | 19600 | ||||
| 直流穩(wěn)壓電源
| ACLP10-24 | 儀表穩(wěn)壓電源 | 300 | / |
報警與顯示儀
| AID100 | 具有絕緣電阻、變壓器負荷率;可遠程設(shè)置絕緣監(jiān)測儀報警閾值 |
| / | |
AID120 |
| / | |||
AID200 | 采用CAN通訊,可遠程顯示和設(shè)置多達16套絕緣監(jiān)測系統(tǒng)的參數(shù),實時監(jiān)控通訊是否完好 | 900 | / | ||
電流互感器 | AKH0.66-P26 | 實時測量變壓器負荷電流 | 150 | / | |
測試信號發(fā)生器 |
ASG100
| 采用CAN總線技術(shù),可與其它設(shè)備進行數(shù)據(jù)交互,當系統(tǒng)中出現(xiàn)絕緣故障時,可產(chǎn)生故障定位信號注入系統(tǒng)中,可實現(xiàn)L1,L2斷線檢測 | 3780 | / | |
| 故障定位(評估)儀 | AIL100-4 | 采用CAN總線技術(shù),當系統(tǒng)中出現(xiàn)絕緣故障時,可配合ASG100實現(xiàn)故障定位功能 | 6050 | / |
AIL100-8 | 8050 | / |
6. 實際應(yīng)用中的一些化措施
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)負載(醫(yī)療電器設(shè)備)的距離,距離越長,有線路產(chǎn)生的容性電流越大。美標準的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準中,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,同時對變壓器的散熱也十分有利。
2. 為了既照顧到IEC規(guī)范的實用性,又盡量抑制IT系統(tǒng)內(nèi)的容性電流,在IEC60364-7-710標準中,嚴格規(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很多線路的醫(yī)療IT系統(tǒng)。
3. IEC標準的隔離變壓器有相對較低的浪涌電流,降低了對IT系統(tǒng)前級的電源自動切換裝置的要求。IEC61558-2-15標準對隔離變壓器的規(guī)范,符合該規(guī)范的隔離變壓器與美標準的相對體積較小,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與隔離變壓器的初級連接的UPS的要求降低了。而美標準的隔離變壓器為了滿足低水平的對地漏電流的要求,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。在實際應(yīng)用時,一套UPS設(shè)備常常連接了多臺隔離變壓器,這樣隔離變壓器的浪涌電流水平越高,UPS后備電源的造價也越高。
7.結(jié)語
綜上所述,在醫(yī)療IT 系統(tǒng)領(lǐng)域,IEC規(guī)范具有較強的實用性,因而在世界范圍內(nèi)被廣泛接受并采用。以美為代表的NSPF標準比IEC標準更嚴格,實施該標準的難度和成本比IEC標準高。
參考文獻:
[1]醫(yī)療IT 系統(tǒng)的漏電檢測及其應(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2013.1版.
作者簡介:
王海芹,女,本科,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電,: :