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医疗洁净装备供电系统配套工程为什么要分级设计?

更新时间:2022-10-12  |  点击率:931

医院建筑用电应根据负荷供电可靠性要求及中断供电对人身安全、经济损失等造成的影响度进行分级, 根据JGJ31-2013《医疗建筑电气设计规范》,洁净区域用电负荷属于一级负荷中特别重要负荷,如手术室、ICU、CCU、层流病房、生殖中心培养室、产房及婴儿病房等涉及患者生命安全的设备及照明用电、重症呼吸道感染区的通风系统用电等,应采用双路市电(一般采用10kV电源)及应急柴油发电机组, 当市电停电或故障时,应急电源的供电容量应满足一级负荷中特别重要负荷。要求中断供电时间≤0.5S的一级负荷中特别重要负荷, 应设置在线式不间断电源装置(UPS)。

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一、供电系统设计
供电系统应根据医用电气设备工作场所的分类进行设计,“医疗场所"的分类:GB16895.24分为:0类、1类、2类;具体参考GB16895.24-2005《建筑物电气装置 第7-710部分:特殊装置或场所的要求医疗场所》,(本部分等同采用IEC60364-7-710:2002年(第一版)《建筑物电气装置第7-710部分》附录A和附录 B)。
JGJ31-2013《医疗建筑电气设计规范》表3.0.2以及GB 51039-2014《综合医院建筑设计规范》表8.1.2 亦有详细描述。
分类方法仅供参考,重点关注应急电源的切换时间和供电周期,医疗场所按电气安全防护要求分为三类:
(1)0类场所:不使用医疗电气设备接触部件的医疗场所。
(2)1类场所:医疗电气设备接触部件需要与患者体表、体内(除2类医疗场所所述部位以外)接触的医疗场所。
(3)2类场所:医疗电气设备接触部件需要与患者体内(指心脏或接近心脏部位)接触以及电源中断危及患者生命的医疗场所。其中洁净区域的手术室、术前准备室、术后苏醒室、麻醉室、重症监护室、早产婴儿室、心血管造影室等属于2类医疗场所。2类医疗场所“患者区域内"带接触部件的医疗电气设备应采用医疗IT系统供电,大型设备可采用TN-S系统或TT系统放射式独立供电, 且应设置剩余电流不超过30mA,Type A或 Type B的VD 型剩余电流动作保护器, 例如手术台、移动式X光机、>5kVA的大型设备。
二、洁净区域应采用独立双路电源
洁净区域应采用独立双路电源供电。洁净手术部属于一级用电负荷,应由两路独立电源供电(双重电源),洁净区域总配电柜的供电电源应直接由低压配电室的两个专用回路提供。洁净区域总配电柜应设在非洁净区域。每个手术室、层流病房、洁净实验室、生殖细胞培养室等洁净间应设独立的配电箱,置于清洁走廊,不得设在洁净区域内或手术室内。
三、洁净手术室须设置应急电源
有生命支持电气设备的洁净手术室必须设置应急电源。自动恢复供电时间应符合生命支持电气设备应能实现在线切换,非治疗场所和设备恢复供电时间应≤15S,应急电源工作时间不应小于30min三点要求。原因是,有的心外手术在手术过程中要使用体外循环机,是绝对不允许断电现象出现,必须采用在线式的UPS作为应急电源保证其安全。之所以不能使用EPS,是因为其有不同的切换时间,会导致工作中的电器复位。技术要点具体如下:
1、洁净手术室及监护病房内的生命支持电气设备的负荷为特别重要负荷,除了有两路市电接入外,还应自备应急电源,并能实现零秒切换。
2、根据国标2类医疗场所故障情况下断电自动恢复的时间应不大于0.5秒,即停电时间t≤0.5s,实际工程中一般采用在线式UPS设备来满足此要求。
3、双电源切换时间和电源稳定时间应小于15s。
4、UPS输入功率因数应≥0.8, 输入电流畸变率THDI<5 %。
5、每间有生命支持电气设备的洁净手术室配置的UPS宜采用冗余模块化UPS, 主机及电池组装方式灵活,便于检修维护,并随每间手术室独立的配电箱安装。
四、医疗IT系统
洁净区域内用于维持生命和其他位于“患者区域"内的医疗电气设备和系统的供电回路应使用医疗IT系统。
技术要点:
1、首先要搞清楚“患者区域"范围,请参见GB16895.24-2005。
2、其次应明确医疗IT系统所包含的内容:等电位接地、医用隔离变压器、绝缘监视系统。IT系统的电源端不接地或经高阻抗接地,其电气装置的外露导电部分,被单独地或集中地通过保护线(PE)接至接地极。
3、IT系统隔离变压器一次侧与二次侧应设置短路保护,不应设置用于切断电源的过负荷保护, 应采用单磁式断路器保护。应设置过负荷及超温监测装置,可显示实时工作电流及医用隔离变压器的温度值。 
4、必须是医用隔离变压器,医用隔离变压器应满足GB19212.16/IEC61558-2-15第16部分:医疗场所供电用隔离变压器的特殊要求,医疗系统隔离变压器各项技术参数的规定。普通工业用隔离变压器不能替代。验收时,医用隔离变压器应出具国家认证部门的专业检测报告。
5、为了及时发现IT系统的绝缘状态,定位供电系统漏电部位,确保医疗IT供电系统稳定安全运行,医疗IT系统应设绝缘监测报警装置。
6、IT系统应安装在每个手术室的独立的配电箱内,可与非患者区域的TN-S系统安装在同一柜内, 并应设置区分明显标志。


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五、洁净室非生命支持系统采用的回路
洁净室内非生命支持系统可采用TN-S系统回路,并宜设置剩余电流不超过30mA,Type A或 Type B的VD 型剩余电流动作保护器(RCD)作为自动切断电源的措施。
技术要点:
1、在0类和1类医疗场所允许采用额定剩余动作电流≤30mA的剩余电流保护器作为自动切断电源的措施。应根据可能产生的故障电流特性选择A型或B型剩余电流保护器。
2、在2类医疗场所中,剩余电流动作保护器(RCD)只用于下列负荷:手术台驱动机构、移动式临时X光机、额定功率大于5kVA的大型设备、非用于维持生命的电气设备。
3、TN-S系统图如下图所示。
 

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六、洁净手术室配电总负荷计算
洁净手术室的配电总负荷应按手术功能要求计算。一间手术室非治疗用电总负荷不应小于3kVA;治疗用电总负荷不应小于6kVA。
配电技术要点如下:
1、非治疗用电负荷包括手术室灯带、观片灯、手写台、控制面板等负荷。
2、治疗用电负荷包括插座箱、吊塔、无影灯等负荷。
3、洁净室用电负荷应当充分预留,包括空调系统用电、洁净室内用电、非洁净区用电及专用医疗设备等用电,建议在医疗大楼设计过程中,同时进行洁净区域的设计,充分考虑净化区域的用电负荷需求。
4、洁净手术室用电负荷参考如表。

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洁净室的建设一般有:新大楼的构成部分;旧建筑物中普通区域经改变用途变更为洁净用房;原洁净室重新改造。不管何种方式,应当充分考虑洁净室的负荷情况,给予满足。
七、洁净手术部进线电源的电压谐波
洁净手术部进线电源的电压总谐波畸变率不应大于2.6%, 电流总谐波畸变率不应大于15%。
技术要点如下:
1、谐波的产生
医院手术室的整个运行系统中,电力电子装置被广泛使用。比如:空调系统使用的变频器,手术室内使用的节能灯,电子镇流器,二极管无影灯等,直流侧采用电容滤波的二极管整流电路也是严重的谐波污染源。使其输入电流的谐波分量很大,给电网和手术室设备运行造成严重电磁污染。
谐波的危害:电系统的谐波会严重干扰手术室内医疗器械的正常安全使用,严重影响手术室内医疗检测装置的工作精度和可靠性。谐波注入电网后会使无功功率加大,功率因数降低,甚至有可能引发并联或串联谐振,损坏电气设备以及干扰通信线路的正常工作,使测量和计量仪器的指示和计量不准确。
2、谐波的治理
首先,应在设计阶段,优先考虑洁净手术部内每一项用电负荷正常工作时所产生的谐波电流含量达到国家标准和规范要求的指标,从源头予以关注和治理。比如,日光灯的电子镇流器、变频器等的谐波污染降到Z低。其次,对手术部进线处配电接点进行电能分项计量同时对进线电源的谐波电压和谐波电流含量进行监测。如果长时间谐波含量超标,应采取有效的消除谐波电流措施。
消除谐波电流措施,分为无源滤波装置和有源滤波装置。有条件应尽可能在谐波源处补偿处理。请注意,安装谐波滤波装置只能清除安装接点对电网的谐波干扰而不能消减谐波电流对安装接点和负载之间的谐波电流干扰。另外,要注意安装的谐波滤波装置滤去的谐波频率范围是否包含3次、5次、7次、11次等低次谐波含量。
采用闭环控制的有源滤波装置可实时监视线电流,并将测量的谐波转换为数字信号,经过控制器处理后生成PWM(脉宽调制控制信号),这些信号驱动IGBT电源模块通过DC电容器在电网中注入与谐波电流频率相同相位相反的滤波电流,有效滤除谐波。有源动态滤波器在滤除谐波的同时,还能有效平衡线电流,从而达到降低中性电流的效果。如图所示。




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有源滤波装置的设计选型需基于各负荷的谐波电流, 如新建医院不能提供相关参数,宜按照整个系统的的非线性负载电流的有效值30%初步估算设计滤波器电流。有源滤波装置应安装在手术部总配电柜旁, 并留有从柜备用位置,当电流电压畸变率不符合要求时,便于增加从柜,以减小谐波电流对电网的污染。