醫(yī)院電氣設(shè)計(jì)概述

1、醫(yī)院電氣設(shè)計(jì)概述 摘要隨著我國國力的增強(qiáng)，醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)將在一定時(shí)期得到長足的發(fā)展，作為我們醫(yī)療工程設(shè)計(jì)人員，要不斷了解學(xué)習(xí)最新的醫(yī)療設(shè)備，學(xué)習(xí)了解國內(nèi)外的新規(guī)范。 關(guān)鍵詞醫(yī)院 電氣設(shè)計(jì) 電氣安全 供電負(fù)荷 1 醫(yī)院的分類及規(guī)模根據(jù)我國醫(yī)院建設(shè)的規(guī)劃，綜合醫(yī)院按床位可分為300、400、500、600、800及1000床。按照醫(yī)院等級可分為三、二、一級醫(yī)院，目前經(jīng)常涉及的一般為二級以上的醫(yī)院。在這些范圍內(nèi)的醫(yī)院就用電負(fù)荷而言，有一類負(fù)荷，還有部分二類負(fù)荷及三類負(fù)荷。醫(yī)院按照功能劃分，一般分為門診部、醫(yī)技部、護(hù)理部、行政部、后勤部等。目前綜合性醫(yī)院的布局有分散式、集中式和半集中式。目前建筑設(shè)計(jì)中考

2、慮節(jié)能及使用便利，多采用半集中式。2 醫(yī)院負(fù)荷分析2.1醫(yī)院負(fù)荷計(jì)算按照目前調(diào)研的醫(yī)院負(fù)荷情況，醫(yī)院的用電負(fù)荷比例仍然以空調(diào)照明為主體，醫(yī)療設(shè)備用電所占比例很小，這也許與我國目前的醫(yī)療設(shè)備的水平有關(guān)。根據(jù)日本有關(guān)資料，80年代的醫(yī)院變壓器安裝容量為250300VA/m2，當(dāng)然日本等國的用電負(fù)荷計(jì)算與變壓器的安裝容量與我國差別很大，總體變壓器容量較我國大很多。但這其中醫(yī)療設(shè)備用電占50。而我國目前醫(yī)療設(shè)備用電總體占不到20。因此目前我國的醫(yī)院設(shè)計(jì)的用電負(fù)荷總體上仍然是以空調(diào)照明為主要負(fù)荷。其中空調(diào)電制冷的4555，照明30，動力包括醫(yī)療用地1525。根據(jù)近10年來完成的醫(yī)院工程的運(yùn)行情況可以得出

3、如下結(jié)論，我國醫(yī)院的用電負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)與商業(yè)寫字樓相比是較低的。綜合醫(yī)院護(hù)理單元照度需求較低由以上數(shù)據(jù)可以看出，醫(yī)院雖然為功能性民用建筑，用電設(shè)備較多，但它總體照明的標(biāo)準(zhǔn)比起商業(yè)樓、寫字樓要低。從用電負(fù)荷計(jì)算的角度而言并不高，按照北京市供電規(guī)劃8VA/m2，即可滿足要求。醫(yī)院變壓器安裝指標(biāo)并不是很高，一般在6575VA/m2之間，分析原因真正意義上的醫(yī)療用電負(fù)荷并不多，且大型設(shè)備的需要系數(shù)較低。綜合醫(yī)院護(hù)理單元的面積所占比例較大，此部分用電量較低。醫(yī)院目前的運(yùn)行狀況，全日制的門診醫(yī)技面積不大，白天空調(diào)等用電高峰時(shí)照明需求較小。 2.2醫(yī)院的負(fù)荷性質(zhì)及負(fù)荷類型醫(yī)院供電系統(tǒng)應(yīng)遵循國內(nèi)供電規(guī)范，并參考國際

4、IEC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，按照我國現(xiàn)行醫(yī)院等級和標(biāo)準(zhǔn)地區(qū)醫(yī)院及二類醫(yī)院的供電等級為一級或二級負(fù)荷。因此電源一般采用兩路10kV供電。根據(jù)醫(yī)院的規(guī)?？煞譃槿缦聨最愊到y(tǒng)形式；1采用兩路10kV電纜專用供電、自備柴油發(fā)電機(jī)，重要設(shè)備末端采用UPS供電。此類系統(tǒng)適用于特級及三甲級醫(yī)院。2采用兩路10kV電纜專線供電，重要設(shè)備末端采用UPS供電。此類系統(tǒng)適用于三甲級醫(yī)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(tǒng)適用于二甲級醫(yī)院。4一路10kV供電，重要設(shè)備末端采用UPS供電，僅用于一級醫(yī)院。根據(jù)醫(yī)療建筑用電負(fù)荷的特殊性并考慮到醫(yī)院的可持續(xù)發(fā)展，低壓系統(tǒng)建議采用如下形式：電壓波動

5、大的空調(diào)及動力負(fù)荷為一個(gè)低壓系統(tǒng)，如空調(diào)采用專用變壓器供電；電壓波動小的照明及一般醫(yī)療用電插座負(fù)荷為一個(gè)低壓系統(tǒng)；電壓要求高且自身壓降大，醫(yī)用數(shù)字檢影成像系統(tǒng)設(shè)備，單獨(dú)采用一臺變壓器。對于電網(wǎng)電壓變化較大的系統(tǒng)，建議采用有載調(diào)壓變壓器。按照IEC標(biāo)準(zhǔn)，醫(yī)院各部位的供電等級，接地方式見表2。2.3應(yīng)急電源系統(tǒng)醫(yī)院存在著大量的一級、二級用電負(fù)荷，應(yīng)急電源系統(tǒng)一般采用柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、UPS系統(tǒng)。柴油發(fā)電機(jī)容量一般為變壓器總安裝容量的1520。而重要設(shè)備則采用UPS系統(tǒng)。3 低壓配電系統(tǒng)醫(yī)院用電負(fù)荷一般分成照明系統(tǒng)、醫(yī)療動力插座系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)機(jī)、空調(diào)機(jī)、風(fēng)機(jī)盤管，應(yīng)急照明系統(tǒng)等。大型、重要性設(shè)備由

6、配電變電所放射式供電，一類負(fù)荷均為雙路供電末端自投。冷水相組、真空吸引、X光機(jī)、CT機(jī)、MRI機(jī)、DSA機(jī)、ECT機(jī)等設(shè)備主機(jī)、燒傷病房、血透中心、中心手術(shù)部的電力及照明、CT機(jī)、MRI機(jī)、DSA機(jī)、ECT機(jī)的空調(diào)電源、電梯及屋頂排風(fēng)機(jī)、洗衣房及營養(yǎng)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(nèi)分別設(shè)有照明、配電、空調(diào)及應(yīng)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(jì)量表設(shè)在豎井配電箱內(nèi)，空調(diào)配電箱配電至末豎井區(qū)域內(nèi)的普通空調(diào)機(jī)及風(fēng)機(jī)盤管。應(yīng)急照明配電箱由雙路電源供電并自動切換，供各應(yīng)急照明燈及防火卷簾門，

7、排煙風(fēng)機(jī)的用電。醫(yī)技檢驗(yàn)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(wěn)壓器后備UPS供電。4 數(shù)字檢影成像設(shè)備的配電要求及內(nèi)阻計(jì)算 數(shù)字檢影成像設(shè)備是醫(yī)院的重要設(shè)備，現(xiàn)代醫(yī)院數(shù)字檢影設(shè)備的種類很多，目前比較常見的有：X光透視機(jī)、X光攝影機(jī)、X光治療機(jī)、X光造影機(jī)包括X光介入機(jī)、心血管造影機(jī)DSA、計(jì)算機(jī)斷層掃描機(jī)CT機(jī)、同位素?cái)鄬訏呙铏C(jī)ECT、磁共振機(jī)MRI以及X刀、刀、直線加速器等設(shè)備。根據(jù)設(shè)備的不同用途、設(shè)備的工作制分為長期工作制、短時(shí)反復(fù)工作制。各種設(shè)備工作制見表3。目前，許多X光機(jī)同時(shí)具有攝影、造影、透視、治療等多種功能。4.1數(shù)字檢影設(shè)備供配電系統(tǒng)數(shù)字檢影設(shè)備工作原理各有不同

8、，但統(tǒng)一的一點(diǎn)是對電源的要求較高。由于數(shù)字檢影設(shè)備的以上特性，如果醫(yī)院有一定規(guī)模，此類設(shè)備應(yīng)由專用變壓器供電。設(shè)備球管電流在400mA以上的設(shè)備應(yīng)采用放射式供電。心血管造影機(jī)、磁共振機(jī)、同位素?cái)鄬訏呙铏C(jī)CT機(jī)、大型介入機(jī)等設(shè)備的主機(jī)電源一般需要雙路供電。且有些設(shè)備本身需要冷卻，設(shè)備有冷水機(jī)組，此部分的電源與主電源同樣重要。主電源進(jìn)一步分成高壓發(fā)生器電源、行走機(jī)構(gòu)電源、影像設(shè)備電源及插座電源。此類設(shè)備的布置一般為掃描室、控制室兩部分。系統(tǒng)的電源一般送至控制室。大型設(shè)備還專門有電源室配電室。心血管造影機(jī)房的高壓發(fā)生器電源、行走機(jī)構(gòu)電源、影像設(shè)備電源采用一般配電方式，其插座電源與胸腔手術(shù)室的要求相似

9、：病人可能接觸用電設(shè)備采用IT系統(tǒng)及局部等電位接地，電位差小于50mV。設(shè)備廠家對于電源的要求引出了電源內(nèi)阻這一技術(shù)指標(biāo)。設(shè)備對電源電壓的要求越高，電源內(nèi)阻越小。4.2用電負(fù)荷計(jì)算X射線機(jī)瞬時(shí)最大用電負(fù)荷一般由設(shè)備廠家提供，如未提供也可根據(jù)如下公式計(jì)算：Sm=1/K1/FEsf103Sj=ASsm/4.3電源變壓器容量的確定1單臺設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷。2二項(xiàng)式法計(jì)算多臺設(shè)備計(jì)算負(fù)荷。多數(shù)數(shù)字檢影設(shè)備是短時(shí)反復(fù)工作制，因此，進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)可以采用較小的需要系數(shù)，根據(jù)目前一些醫(yī)院的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，4臺設(shè)備同時(shí)曝光的可能性很低，日本有關(guān)資料也表明，選擇電源變壓器時(shí)，4臺以下的設(shè)備可以按1臺容量進(jìn)行考慮。

10、1015臺設(shè)備的場所采用防止同時(shí)曝光設(shè)備可共用1臺變壓器。4.4保護(hù)設(shè)備的選擇數(shù)字檢影設(shè)備瞬時(shí)電流很大，保護(hù)設(shè)備宜用熔斷器。目前多數(shù)設(shè)備的技術(shù)要求中已對保護(hù)設(shè)備提出具體要求。4.5配電線路導(dǎo)線截面的確定數(shù)字檢影設(shè)備的配電線路導(dǎo)線截面要滿足設(shè)備的內(nèi)阻及壓降的要求。電源變壓器內(nèi)部電阻：Rt電源變壓器額定容量：PtkVA電源變壓器相數(shù)：三相電源變壓器電壓變動率：額定二次電壓：VtV1計(jì)算變壓器內(nèi)部電阻RtRt=20.01Vt2/Pt103計(jì)算干線電阻R1：考慮到低壓開關(guān)的電阻及其它接觸電阻，電源變壓器和電源變壓器二次側(cè)的干線電阻為總電源電阻的80。R1=80RgRt最大允許內(nèi)阻：Rg計(jì)算干線截面：A

11、mm：單相設(shè)備A=2pL/R1mm三相設(shè)備A=pL/R1mm由上可見，要滿足設(shè)備內(nèi)阻 要求，實(shí)際就是要滿足設(shè)備的電源電壓要求。它受來自變壓器阻抗、變壓器至設(shè)備的配線長度、配線截面三個(gè)方面的因素的影響。在系統(tǒng)設(shè)備時(shí)，應(yīng)盡量減小變壓器阻抗、減小變壓器至設(shè)備的距離、在滿足電源內(nèi)阻的條件下、減少配線電纜截面，以節(jié)約投資。5 醫(yī)院的電氣安全及電力系統(tǒng)保護(hù)方式醫(yī)院電氣安全是醫(yī)院電氣設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。涉及到的電力系統(tǒng)的保護(hù)方式有接地保護(hù)TNS系統(tǒng)、局部中性線不接地系統(tǒng)IT系統(tǒng)、醫(yī)用局部等電位接地電位差小于10mV、建筑物總等電位及衛(wèi)生間局部等電位接地、漏電保護(hù)lm=30mA。一般場所的移動式設(shè)備均采用了漏

12、電斷路器進(jìn)行保護(hù)。冶療室、功能檢查室、手術(shù)室、搶救室、心血管造影室DSA、衛(wèi)生間浴室均設(shè)置了局部等電位連接。中心手術(shù)室的配電系統(tǒng)為保證病人的安全采用了IT系統(tǒng)。醫(yī)院接地問題，是一個(gè)較為敏感的問題，它涉及到病人的安全，設(shè)備正常運(yùn)行等。按照我國現(xiàn)行各類規(guī)范中醫(yī)院設(shè)計(jì)的規(guī)定，我院目前設(shè)計(jì)采用的是防雷接地、電力系統(tǒng)接地、設(shè)備保護(hù)接地公用接地系統(tǒng)。目前各醫(yī)院及設(shè)備廠家經(jīng)常提出醫(yī)療設(shè)備、醫(yī)用等電位接地要單獨(dú)設(shè)置接地極，且要求與防雷接地、保護(hù)接地絕緣。實(shí)踐證明，由于場地的原因，這些單獨(dú)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(yī)用等電位接地與電力系統(tǒng)的保護(hù)接地則可能不是一個(gè)等電位，此時(shí)，在

13、患者的周圍如果存在這樣兩個(gè)電位，將產(chǎn)生觸電的危險(xiǎn)。電氣設(shè)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(hù)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(huán)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(jìn)行隔離。通過隔離變壓器，二次側(cè)兩相導(dǎo)線對地高阻抗，減小了系統(tǒng)的泄漏電流。當(dāng)泄漏電流在0.7mA2mA范圍內(nèi)設(shè)絕緣監(jiān)視報(bào)警。以上系統(tǒng)稱之為局部IT系統(tǒng)。采用局部IT系統(tǒng)輔以局部等電位連接，就可以保證防止心臟手術(shù)及檢查中的微電擊。目前，我院地本工程中對需要儀器進(jìn)入心臟區(qū)域

14、的局部地區(qū)，如心臟手術(shù)室、ICU等處配置了上述系統(tǒng)。以上配電方式也是國際電工委員會IEC所倡導(dǎo)的。電子儀器的接地宜采用共用一點(diǎn)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(guī)范是除爆炸危險(xiǎn)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(nèi)的所有金屬體如鋼筋等不可避免的與防雷系統(tǒng)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(shè)備儀器等的保護(hù)接地與病人周圍的金屬體局部等電位。因此防雷接地、設(shè)備的保護(hù)接地是不能分開設(shè)置的，否則病人反而會因接觸到不同電位而有觸電的危險(xiǎn)。因此，此類與人體有接觸的醫(yī)

15、療設(shè)備是不能單獨(dú)接地的。醫(yī)院目前有著越來越多的先進(jìn)儀器和設(shè)備，多數(shù)歸結(jié)為敏感電子設(shè)備。而雷電對敏感電子設(shè)備的影響，可通過設(shè)置SPD加以保護(hù)。對于有大電流接地的醫(yī)療設(shè)備的接地，應(yīng)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(yīng)效應(yīng)，我院采用了如下措施：1建筑物及房間外部設(shè)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。2電氣線路采用穿金屬管，減少干擾。關(guān)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(nèi)雷電病人

16、是安全的。在手術(shù)部等設(shè)備進(jìn)入病人體內(nèi)的部位均位于建筑物內(nèi)部，沒有外墻，因此病人是很安全的。我們認(rèn)為在醫(yī)療工程中防雷接地、電力系統(tǒng)接地、設(shè)備保護(hù)接地采用公用接地系統(tǒng)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(yī)院工程設(shè)計(jì)中均采用了上述接地方式，實(shí)踐證明也是很有效果的。該做法不僅節(jié)約了大量投資，而且真正實(shí)現(xiàn)了病人的電氣安全。數(shù)字檢影等設(shè)備投入使用的后，圖像清晰，運(yùn)行良好。 在國內(nèi)，推行IEC關(guān)于醫(yī)療場所局部IT系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想也是為進(jìn)一步保證病人的安全。由于沒有相應(yīng)的強(qiáng)制規(guī)范及投資等方面的原因，這一設(shè)計(jì)思路在設(shè)計(jì)中很難得到充分的體現(xiàn)。目前僅在與心臟介入相關(guān)的場所設(shè)

17、置了IT系統(tǒng)，而在IEC推薦標(biāo)準(zhǔn)中目前要求多處場所設(shè)置該系統(tǒng)。6 手術(shù)部、ICU、血透等場所的配電系統(tǒng)中心手術(shù)部是醫(yī)院的核心，手術(shù)部的配電采用雙路電源末端切換。這包括手術(shù)室內(nèi)配電及手術(shù)室潔凈空調(diào)系統(tǒng)的配電。電源由變電所專線供電。每一間手術(shù)室應(yīng)單獨(dú)設(shè)置配電箱，按照新的醫(yī)院潔凈手術(shù)部建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，容量不能小于8kVA。每間手術(shù)室的電源進(jìn)線是否采用三相進(jìn)線。主要根據(jù)布局及醫(yī)院的具體要求進(jìn)行。目前部分手術(shù)室內(nèi)設(shè)置的高低溫冷柜等三相設(shè)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(yīng)盡量考慮單相供電。每間手術(shù)室考慮34個(gè)插座組，其中一組在綜合醫(yī)療柱上，每組插座組34組插座及23組接地端子。

18、手術(shù)室內(nèi)設(shè)置觀片燈、書寫板照明、接地中心可設(shè)置在配電箱內(nèi)。配電箱可與手術(shù)室內(nèi)的控制面板結(jié)合?？刂泼姘迳嫌懈黝悮怏w出口、時(shí)鐘及定時(shí)鐘、實(shí)施空調(diào)檢測及控制、照明控制、廢氣檢測及排放。心血管造影室除數(shù)字成像系統(tǒng)采用專門配電外，室內(nèi)設(shè)置要求與心臟手術(shù)室相同。目前國內(nèi)心臟手術(shù)室、ICU、心血管造影、搶救室、血液透析等采用局部IT系統(tǒng)。IEC標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)烈要求IT系統(tǒng)不配出N線，目前病人接觸的用電設(shè)備均為單相設(shè)備，通過隔離變壓器配出的IT系統(tǒng)均為單相。IT系統(tǒng)應(yīng)注意如下問題：必須設(shè)置絕緣監(jiān)視裝置；盡量減少系統(tǒng)容量，減小系統(tǒng)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(shè)，減少干擾；變壓器二次出線采用雙極保護(hù)開關(guān)。7 照明設(shè)計(jì)由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的差異，我國與國外發(fā)達(dá)國家的醫(yī)院照度標(biāo)準(zhǔn)相差甚遠(yuǎn)，發(fā)達(dá)國家的照度標(biāo)準(zhǔn)約是我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的510倍。目前完成的各醫(yī)院工程的照度水平在我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)均有所提高，如一般環(huán)境為150Lx、診室等為200Lx、醫(yī)技科室300500Lx、病房100Lx。實(shí)施后效果良好，體現(xiàn)了現(xiàn)代化醫(yī)院的良好形象。設(shè)