大型綜合醫(yī)院配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用方小燕

1、大型綜合醫(yī)院配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用王乃幫（上海安科瑞電氣股份有限公司 上海市嘉定 201800）摘 要：本文結(jié)合大型綜合醫(yī)院工程的配電設(shè)計(jì)實(shí)例，介紹了大型綜合醫(yī)院的負(fù)荷分級、供電系統(tǒng)、應(yīng)急電源系統(tǒng)、照明系統(tǒng)及醫(yī)療特殊場所的醫(yī)用隔離電源柜低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并對相應(yīng)規(guī)范在設(shè)計(jì)過程中的操作性及應(yīng)用進(jìn)行了簡要論述，以供電氣設(shè)計(jì)人員參考。關(guān)鍵詞：供電系統(tǒng)；醫(yī)療供電解決方案；應(yīng)急電源；絕緣監(jiān)測儀；照明系統(tǒng)0引言隨著時(shí)代的發(fā)展及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，醫(yī)療技術(shù)及人民生活水平不斷提高，醫(yī)院中的新型醫(yī)療電氣設(shè)備不斷增多，人們對醫(yī)院配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求也越來越高，大型綜合醫(yī)院配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)顯得尤為重要。1工程概況某大學(xué)附屬醫(yī)院

2、屬三級甲等醫(yī)院，該院醫(yī)療綜合樓建筑面積為109 505 m2，建筑高度為6855 m，地下有3層，地上有16層。地下3層及地下2層部分平時(shí)為汽車停車場，戰(zhàn)時(shí)作為人防使用。變配電所、水泵房、樓宇自動化管理控制室、信息中心等設(shè)備用房均設(shè)在地下2層。地下1層為柴油發(fā)電機(jī)房、放療科、中心供應(yīng)室、洗衣房等。13層為門診醫(yī)技樓，4層為手術(shù)室及ICU，5層為行政辦公樓及設(shè)備層，6層為產(chǎn)科及產(chǎn)房，716層為標(biāo)準(zhǔn)護(hù)理單元。醫(yī)院設(shè)置病房420間、診室52間、手術(shù)室23間，其中4層設(shè)潔凈手術(shù)室21間、I級(百級)手術(shù)室4間、級(千級)手術(shù)室8間、級9間。安科瑞結(jié)合對該工程的配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)體會，對醫(yī)療特殊場所的配電系統(tǒng)

3、設(shè)計(jì)進(jìn)行簡要論述。2供電系統(tǒng)2.1 負(fù)荷分級在確定醫(yī)院供電系統(tǒng)之前，首先根據(jù)供電要求進(jìn)行負(fù)荷分級。IEC標(biāo)準(zhǔn)中供電等級按照恢復(fù)供電時(shí)間分為05 S內(nèi)、15 S內(nèi)、大于15 S。而我國國內(nèi)規(guī)范將用電負(fù)荷根據(jù)供電可靠性及中斷供電所造成的損失或影響的程度，分為一級負(fù)荷、二級負(fù)荷及三級負(fù)荷。該工程主要依據(jù)的規(guī)范有JGJ 49-1988綜合醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范、GB50333-2002(醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范、JGJ 16-2008民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范等。IEC標(biāo)準(zhǔn)和JGJ 16-2008民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范第1282條規(guī)定，按醫(yī)療電氣設(shè)備與人體接觸的狀況和斷電的后果，將醫(yī)療場所作如下分類：0類場所為不

4、使用接觸部件的醫(yī)療場所；1類場所為接觸部件接觸軀體外部及除2類場所規(guī)定外的接觸部件侵入軀體的任何部分；2類場所為將接觸部件用于諸如心內(nèi)診療術(shù)、手術(shù)室以及斷電將危及生命的重要治療場所（ICU病房配電解決方案以GGF-I8隔離配電柜系統(tǒng)化圖為例）?？梢姡t(yī)院的負(fù)荷等級應(yīng)以醫(yī)療場所與人體生命的安全程度及電氣設(shè)備與人體的接觸程度進(jìn)行劃分。根據(jù)我國現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)并參照IEC標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)供電可靠性及中斷供電所造成的損失或影響程度，消防設(shè)備、醫(yī)用客梯、氧氣供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)備、真空吸引系統(tǒng)設(shè)備、中心供應(yīng)室內(nèi)的醫(yī)用蒸汽、潔凈空調(diào)系統(tǒng)用電設(shè)備、走道照明用電及生活泵用電等，按一級負(fù)荷供電。其中，所有消防設(shè)備、重癥監(jiān)護(hù)室、急救

5、室、重要手術(shù)室（手術(shù)室配電解決方案以以GGF-O8隔離配電柜系統(tǒng)化圖為例）等涉及患者生命安全的設(shè)備及照明用電，為一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷。一般空調(diào)電源、客梯用電、自動扶梯電源、電子顯微鏡、高級病房照明用電等為二級負(fù)荷，其他用電按三級負(fù)荷設(shè)計(jì)。2.2 供電方案用電設(shè)備負(fù)荷采用兩路10 kV獨(dú)立市電電源作為常用電源，電纜專線供電，自設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組作為第三電源。電壓波動大的空調(diào)用電負(fù)荷屬季節(jié)性負(fù)荷，采用一臺專用變壓器供電；電壓波動小的照明及一般醫(yī)療用電(插座)采用兩臺變壓器供電；電壓要求高且自身壓降大，醫(yī)用數(shù)字減影成像系統(tǒng)設(shè)備(如x光機(jī)、CT機(jī)等)，單獨(dú)采用一臺變壓器供電，電力負(fù)荷單獨(dú)采用一臺變壓器

6、供電。變壓器容量為：22 500 kVA+21 600 kVA+800 kVA，變壓器安裝指標(biāo)為82 VAm2。配電系統(tǒng)的主接線圖如圖1所示。圖1配電系統(tǒng)的主接線圖低壓系統(tǒng)的供電分為4大部分，即照明部分(由TMl、TM2變壓器及1、2段母線承擔(dān))、醫(yī)療設(shè)備、空調(diào)通風(fēng)部分及動力部分(由TM3、TM4、TM5變壓器及3、4、6段母線承擔(dān))。運(yùn)行方式為兩路10 kV電源采用單母線分段接線，平時(shí)兩路分列運(yùn)行，互為備用。當(dāng)一路電源故障時(shí)，通過手動、自動聯(lián)絡(luò)開關(guān)，由另一路電源負(fù)擔(dān)全部負(fù)荷。高壓主進(jìn)線開關(guān)與聯(lián)絡(luò)開關(guān)之間設(shè)電氣聯(lián)鎖，任何情況下只能閉合兩個(gè)開關(guān)。04023 kV低壓側(cè)采用單母線分段接線，共6段母

7、線。5臺變壓器對應(yīng)5段母線，其中l(wèi)段與2段母線互投；3段與4段母線互投；6段母線為空調(diào)母線段；5段母線為應(yīng)急母線段，為一、二級負(fù)荷在兩路市電均失電情況下供電。正常情況下，應(yīng)急母線引自2、4段低壓母線；緊急情況下，應(yīng)急母線的電源引自柴油發(fā)電機(jī)組出線。當(dāng)2、4段母線失電時(shí)，將在15 s內(nèi)起動應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組完成供電。對于重要手術(shù)室及重要醫(yī)療設(shè)備等對間斷供電時(shí)問要求更高的設(shè)備，需在末端配置UPS設(shè)備來滿足要求。2.3 應(yīng)急電源的選擇對于不同醫(yī)療場所的電源等級要求，應(yīng)急電源系統(tǒng)根據(jù)醫(yī)院規(guī)模不同，采用雙電源切換或柴油發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)、應(yīng)急電源系統(tǒng)(EPS)。應(yīng)急電源(第三電源)供電方案首先考慮采用柴油發(fā)電機(jī)

8、組系統(tǒng)。由于受建筑的使用功能和面積等因素的限制，為節(jié)約有效使用面積，柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)置在地下一層，但存在進(jìn)排風(fēng)、排煙、機(jī)組冷卻、噪音、消防、柴油儲存、供油系統(tǒng)等問題。為解決這些問題，采取了一系列相應(yīng)措施，如增沒進(jìn)排風(fēng)井、排煙井，通風(fēng)專業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)等。為達(dá)到環(huán)保要求，煙氣通過排煙管經(jīng)消聲器沿排煙豎井一直排至五層裙房，再從側(cè)墻引出。排煙口處裝設(shè)二次燃燒網(wǎng)，使廢氣在高溫下進(jìn)行二次燃燒，以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。另外一個(gè)供電方案是采用一套大容量的應(yīng)急電源系統(tǒng)(EPS)來代替柴油發(fā)電機(jī)組，轉(zhuǎn)換時(shí)間O.2 s。它的最大優(yōu)點(diǎn)是可以帶感性、阻性負(fù)載，適應(yīng)負(fù)載能力強(qiáng)，從而解決了柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)排風(fēng)及排煙井等問題。而EP

9、S的缺點(diǎn)是供電時(shí)間偏短，設(shè)備費(fèi)用較高，占地面積大。經(jīng)過兩個(gè)方案比對，為提高供電的可靠性，節(jié)約投資，應(yīng)急電源最終選用柴油發(fā)電機(jī)組。2.4 供電系統(tǒng)主要監(jiān)控設(shè)備應(yīng)用場合型號主要功能進(jìn)線保護(hù)M5-FLCD顯示、線路保護(hù)測控裝置、測控一體化裝置、故障錄波、SOE事件記錄、通訊電動機(jī)保護(hù)M5-MLCD顯示、電動機(jī)保護(hù)、測控一體化裝置、故障錄波、SOE事件記錄、通訊備自投保護(hù)M5-BLCD顯示，備自投保護(hù)、測控一體化裝置、故障錄波、SOE事件記錄、通訊電容器保護(hù)M5-CLCD顯示，補(bǔ)償電容器的全面綜合保護(hù)、測控一體化裝置、故障錄波、SOE事件記錄、通訊變壓器保護(hù)M5-TLCD顯示、配變電保護(hù)測控裝置、測控

10、一體化裝置、故障錄波、SOE事件記錄、通訊綜合自動化保護(hù)M5-XLCD顯示、變電站公用裝置、測控一體化裝置、故障錄波、SOE事件記錄、通訊PT柜M4-ULCD顯示、兩段PT供電切換，PT柜的全面綜合保護(hù)、測控一體化裝置、故障錄波、SOE事件記錄、通訊固定柜、手車柜、335kV中置柜、環(huán)網(wǎng)柜等多種開關(guān)柜ASD200一次電路模擬圖、帶電顯示、溫濕度顯示及加熱除濕控制、分合閘、儲能、遠(yuǎn)方/就地、柜內(nèi)照明操作、人體感應(yīng)及語音功能ASD300一次電路模擬圖、帶電顯示、溫濕度顯示及加熱除濕控制、分合閘、儲能、遠(yuǎn)方/就地、柜內(nèi)照明操作、人體感應(yīng)及語音功能、測所有電參量（含電能）高壓重要回路或低壓進(jìn)線柜ACR

11、330ELHLCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數(shù)、電話波形因子、電流K系數(shù)、電壓與電流不平衡度計(jì)算；電網(wǎng)電壓電流正、負(fù)、零序分量（含負(fù)序電流）測量；4DI+3DO（DO3做過壓、欠壓、過流、不平衡報(bào)警）；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約3低壓配電系統(tǒng)3.1 配電系統(tǒng)及線路低壓配電系統(tǒng)采用放射式與樹干式相結(jié)合的配電方式，個(gè)別部分采用鏈接方式配電。冷水機(jī)組、大型醫(yī)療設(shè)備(X光機(jī)、CT機(jī)、MIR機(jī)、DSA機(jī)、ECT機(jī))、中心供應(yīng)室、凈化機(jī)房、電梯、自動扶梯及屋面消防設(shè)

12、備分別由變電所低壓屏放射式供電。消防用電設(shè)備、應(yīng)急照明及特殊要求的醫(yī)療用電沒備均采用兩路供電。一路電源由正常母線配出，另一路電源由應(yīng)急母線配出，即一、二級負(fù)荷均為雙路供電末端自投。根據(jù)GB50333-2002第831條醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范，潔凈手術(shù)部的供電采用雙路電源，直接從本建筑物的1004 kV的變電所供給，末端采用ATS(自動轉(zhuǎn)換開關(guān))自動切換。ATS一般切換時(shí)間在l s內(nèi)，滿足規(guī)范要求。對恢復(fù)供電時(shí)間IK手術(shù)室或ICU絕緣故障評估儀絕緣故障測試儀圖2手術(shù)室或ICU配電系統(tǒng)圖安科瑞公司的醫(yī)療IT隔離電源系統(tǒng)主要包括以下部件：1）AIM-M100絕緣監(jiān)視儀2）AITR系列隔離變壓器3

13、）AID100外接報(bào)警和顯示儀4）ACLP10-24型的儀用直流穩(wěn)壓電源3.5主要產(chǎn)品型號規(guī)格及配置安科瑞（Acrel）公司的醫(yī)用隔離電源柜是針對醫(yī)療2類場所的供電需求而設(shè)計(jì)的具有局部IT系統(tǒng)的配電柜，IT系統(tǒng)裝設(shè)絕緣監(jiān)測裝置來監(jiān)測系統(tǒng)的絕緣狀況，各輸出回路采用了具有短路保護(hù)功能的斷路器；其它系統(tǒng)輸出回路則采用了具有漏電保護(hù)功能的斷路器。產(chǎn)品根據(jù)使用場所的不同分為GGF-O系列手術(shù)室用隔離電源柜和GGF-I系列ICU/CCU等病房用隔離電源柜兩大類，能夠很好的滿足各類手術(shù)室和重癥監(jiān)護(hù)室對電源安全性和可靠性的要求，并符合GB16895.24-2005/IEC60364-7-710:2002建筑物

14、電氣裝置第7-710部分：特殊裝置或場所的要求-醫(yī)療場所和GB7251.1-2005/IEC 60439-1:1999低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備等標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用場合型號主要功能ICU/CCU病房隔離電源柜GGF-I系列為醫(yī)院ICU/CCU病房提供安全可靠的IT系統(tǒng)隔離供電電源，并具有對IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測功能。手術(shù)室隔離電源柜GGF-O系列為醫(yī)院各類手術(shù)室提供安全完美的供電解決方案，為重要的手術(shù)設(shè)備提供安全可靠的IT系統(tǒng)隔離供電電源，并具有對IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測功能。醫(yī)療IT配電系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置AIM-M100具有對被監(jiān)測IT系統(tǒng)對地絕緣電阻、隔離變壓器負(fù)荷電流、變壓器繞組溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測及 故障報(bào)警功能；

15、ACLP10-24儀表專用的直流穩(wěn)壓模塊，導(dǎo)軌式安裝， AID100具有絕緣電阻、變壓負(fù)荷率實(shí)時(shí)顯示功能；可遠(yuǎn)程設(shè)置絕緣監(jiān)測儀的報(bào)警閥值A(chǔ)KH-0.66P26與AIM-M100絕緣監(jiān)測儀配套使用的保護(hù)型電流互感器。最大可測電流為50A，變比為2000:1 隔離變壓器AITR系列醫(yī)院專用的隔離變壓器，為各類手術(shù)室和重癥監(jiān)護(hù)室提供安全的電源隔離3.5.1 ICU、CCU病房配電解決方案（以GGF-I8隔離配電柜系統(tǒng)圖為例）表1 方案配置表規(guī)格配置GGF-I6.3GGF-I8隔離變壓器AITR6300AITR8000絕緣監(jiān)測儀AIM-M100直流穩(wěn)壓電源ACLP10-24輸出回路IT系統(tǒng)：4路、8路

16、等（可根據(jù)實(shí)際需求定制）電流互感器AKH-0.66P26帶短路保護(hù)的斷路器C65H-ICB-16A/2P不間斷電源可選配置，也可外置報(bào)警與顯示儀AID100(安裝與柜子面板上)3.5.2 手術(shù)室配電解決方案（以GGF-O8隔離配電柜系統(tǒng)圖為例）表2 方案配置表規(guī)格配置GGF-O6.3GGF-O8隔離變壓器AITR6300AITR8000絕緣監(jiān)測儀AIM-M100IT系統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源ACLP10-24電流互感器AKH-0.66P26帶短路保護(hù)斷路器C65H-ICB-16A/2P報(bào)警與顯示儀AID100(安裝與柜子面板上)饋電回路8路AC220V1路AC380V、8路AC220VTN系統(tǒng)浪涌保護(hù)器

17、PR20 20KA 3P+N多功能儀表ADL3000剩余電流動作保護(hù)器動作電流30mA(A型)不間斷電源可選配置，也可外置雙電源切換裝置可選配置4電氣接地及電氣安全保護(hù)電氣安全保護(hù)是指防止電流經(jīng)由人體任何部位，通過限制可能流經(jīng)人體的電流，使之小于電擊電流。在故障情況下，若觸及外露可導(dǎo)電部分，可能引起流經(jīng)人體的電流大于電擊電流時(shí)，能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)自動斷開電源；若發(fā)生短路或過負(fù)載，過熱或電弧引起可燃物燃燒或使人遭受灼傷時(shí)，能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)自動斷開電源。醫(yī)療電氣設(shè)備防電擊措施有局部等電位聯(lián)結(jié)、特低電壓供電、1：l隔離變壓器供電、過電流保護(hù)、剩余電流保護(hù)斷路器(一般場所的移動式設(shè)備均采用剩余電流斷路器

18、保護(hù)，采用局部IT系統(tǒng)的設(shè)備除外)、共用接地系統(tǒng)等。該工程10 kV高壓系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，低壓配電系統(tǒng)的接地形式為TNS系統(tǒng)，局部為IT系統(tǒng)(如手術(shù)室、ICU加護(hù)病房等)，建筑物內(nèi)的電氣裝置做等電位聯(lián)結(jié)(總等電位聯(lián)結(jié)MEB及局部等電位聯(lián)結(jié)LEB)。電氣裝置內(nèi)的PE保護(hù)線與接地干線、各種金屬管路及建筑物結(jié)構(gòu)等互相連接。在強(qiáng)弱電井內(nèi)分別敷設(shè)一條40 mm4 mm鍍鋅扁鋼作接地干線，與強(qiáng)電井內(nèi)母線槽的金屬外殼連接。在各層強(qiáng)弱電井、相關(guān)各室內(nèi)設(shè)局部等電位聯(lián)結(jié)端子箱，將室內(nèi)高度在25 m以下的配電箱PE母排、電氣裝置的金屬外殼及其他金屬管道、金屬窗框、病床的金屬框架等均進(jìn)行等電位聯(lián)結(jié)。一般醫(yī)療用電

19、系統(tǒng)供電回路裝有剩余電流保護(hù)器(RCD)。手術(shù)室等場所用電采取防微電擊措施。在手術(shù)室、ICU加護(hù)病房、層流病房等設(shè)專用配電箱(內(nèi)設(shè)隔離變壓器及絕緣監(jiān)察裝置)。固定式或手握式醫(yī)療電氣設(shè)備(急救和手術(shù)用電設(shè)備等除外)，高度在25 m以下的設(shè)備裝設(shè)剩余電流保護(hù)器。由于該工程施工圖設(shè)計(jì)完成于2005年10月，根據(jù)舊版JGJT 16一1992民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范第1431條規(guī)定，漏電電流保護(hù)裝置的的動作電流宜按下列數(shù)值選擇：手握式用電設(shè)備為15 mA，醫(yī)療電氣設(shè)備為6 mA。根據(jù)我國國情，只有少數(shù)進(jìn)口剩余電流保護(hù)裝置的動作電流可以整定到6 mA，有些維持生命的電氣醫(yī)療設(shè)備一旦斷電也將危及病人。在該工程設(shè)計(jì)中，對所有需要將剩余電流保護(hù)裝置的動作電流整定到6 mA的醫(yī)療電氣設(shè)備均采用局部IT系統(tǒng)供電。新版JGJ 16-2008民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范第7710條明確規(guī)定，用于電子信息設(shè)備、醫(yī)療電氣設(shè)備的剩余電流保護(hù)器應(yīng)采用電磁式。5照明設(shè)計(jì)綜合醫(yī)院建筑不僅包括病房、門診樓、醫(yī)技樓等醫(yī)療用房，而且也包括各種醫(yī)療服務(wù)設(shè)施，如中心供應(yīng)室、真空吸引室、手術(shù)室專用氣體站房等。醫(yī)院的照明設(shè)