張豪

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定   201801

 

 

摘要：目的：提高高壓氧艙用電安全性，保障高壓氧艙安全、穩(wěn)定運(yùn)行。方法：對(duì)高壓氧艙的單相220 V供電采用隔 離電源方式。結(jié)果：隔離電源的使用能顯著提高高壓氧艙的用電安全性，保證整個(gè)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、連續(xù)性。結(jié)論：隔離電源的使用對(duì)于保證高壓氧艙的安全運(yùn)行十分必要。 

關(guān)鍵詞：隔離電源；隔離變壓器；高壓氧艙

       高壓氧醫(yī)學(xué)是近些年發(fā)展起來(lái)的一門邊緣學(xué)科【1】。醫(yī)用高壓氧艙是高壓氧治療的關(guān)鍵設(shè)備【2】。隨著 醫(yī)療認(rèn)識(shí)及技術(shù)水平的提高，高壓氧治療的應(yīng)用也 越來(lái)越廣泛高壓氧艙的使用也越來(lái)越被更多的醫(yī) 院所接受。高壓氧艙是一種特殊的載人壓力容器，其個(gè)系統(tǒng)的用電設(shè)備具有較多、較分散、供電形式也 比較復(fù)雜等特點(diǎn)，因此高壓氧艙的安全用電包含2 層含義：既能保證各用電設(shè)備及整個(gè)供電系統(tǒng)的穩(wěn) 定性、連續(xù)性，又能有效保障進(jìn)艙吸氧患者的人身安 全。先進(jìn)的醫(yī)療診斷和治療儀器在現(xiàn)代化醫(yī)院中起 著越來(lái)越重要的作用，提供高質(zhì)量的電能保障是消 除或降低醫(yī)療設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)，確保為患者診斷和治療準(zhǔn)確性的重要因素【3】。因此在高壓氧艙及其附屬電氣設(shè) 備的運(yùn)行過(guò)程中，合理配置電源、提供高質(zhì)量的電能 保障、確保安全供電顯得尤為重要。 

       國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)將電力供電統(tǒng)一分為：1Tr 系統(tǒng)、TN系統(tǒng)、IT系統(tǒng)。其中TN系統(tǒng)又分為TN—C、 TN—S、TN—C—S系統(tǒng)。 TT系統(tǒng)是指將電氣設(shè)備的金屬外殼直接接地的保護(hù)系統(tǒng)，又稱為保護(hù)接地系統(tǒng)。第一個(gè)T表示電力系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地；第二個(gè)符號(hào)T表示負(fù)載設(shè)備金屬外殼和正常不帶電的金屬部分與大地直接連接，而與系統(tǒng)如何接地?zé)o關(guān)。

       TN系統(tǒng)是指將電氣設(shè)備的金屬外殼和正常不帶電的金屬部分與工作零線相接的保護(hù)系統(tǒng)，又稱接零保護(hù)系統(tǒng)。TN系統(tǒng)通常是一個(gè)中性點(diǎn)接地的三相電網(wǎng)系統(tǒng)。在TN系統(tǒng)中，若保護(hù)線和中性線合并為1條線，則稱為TN—C系統(tǒng)；若保護(hù)線和中性線 分別為2條線，則稱為TN—S系統(tǒng)；若在供電系統(tǒng)中前部分為TN—C系統(tǒng)(需沒(méi)有220 V負(fù)載，即中性線沒(méi)有電壓)，而在系統(tǒng)后部分中從總配電箱中分出保護(hù)線，則稱為TN—C—S系統(tǒng)。

       IT系統(tǒng)是指在電源中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，將所有設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分均經(jīng)各自的保護(hù)線PE分別直接接地的供電系統(tǒng)。IT供電系統(tǒng)中，I表示電源側(cè)沒(méi)有工作接地或經(jīng)過(guò)高阻抗接地；T表示負(fù)載側(cè)電氣設(shè)備進(jìn)行接地保護(hù)。 

       隔離電源是指在IT系統(tǒng)中，普通單相電源經(jīng)隔離變壓器后，輸出的與大地不能形成回路的電源，是一種能顯著降低觸電風(fēng)險(xiǎn)的安全電源。隔離電源負(fù)載側(cè)實(shí)行接地保護(hù)。隔離電源的具體實(shí)現(xiàn)是由隔離變壓器完成的。隔離變壓器是指變壓比為1：1的變壓器，這種變壓器的初級(jí)線圈匝數(shù)等于次級(jí)線圈匝數(shù)，如圖l所示。

       隔離變壓器的初級(jí)線圈與市電的相線和中性線相連接，次級(jí)線圈與負(fù)載相連接。由于隔離變壓器變壓比為1：1，因此次級(jí)線圈電壓等于初級(jí)線圈電壓， 均為220 V。電源經(jīng)隔離變壓器后，原電網(wǎng)中的地已 不再是參考電位，隔離變壓器任何一根輸出線都不 能與地構(gòu)成回路，只能在2根輸出線之間構(gòu)成回路， 隔離電源的2根輸出線L1、L2都是相線。隔離電源的應(yīng)用，既提高了供電的安全性及電源供電質(zhì)量，又能有效地降低觸電事故的發(fā)生率。

       高壓氧艙及其附屬設(shè)備需要電力驅(qū)動(dòng)的子系統(tǒng) 有：加減壓系統(tǒng)、供排氧系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)，其供電主要有3種形式：380V三相電、220V單相電、直流電。高壓氧艙及其附屬設(shè)備主要用電狀況見表1。 

       380V三相交流電直接由總配電柜引出，總配電柜屬于高壓氧艙專用，與高壓氧科室供電系統(tǒng)是相互獨(dú)立的，總配電柜的輸入遵循醫(yī)院整體供電方式。220 V單相交流電的使用，需要經(jīng)過(guò)隔離變壓器，使其成為隔離電源后再接入高壓氧艙單相電供電系統(tǒng)中。直流電由操作臺(tái)下的4臺(tái)開關(guān)電源供給，其中3臺(tái)輸出直流12 V，一臺(tái)輸出直流5 V，開關(guān)電源的交流電輸入由隔離電源提供。

       在實(shí)際應(yīng)用中高壓氧艙及其附屬電氣設(shè)備較多，電路連接及轉(zhuǎn)換也比較復(fù)雜，因此將整體供電線路簡(jiǎn)化后，其拓?fù)鋱D如圖2所示。 

       由于空氣壓縮機(jī)、循環(huán)風(fēng)電動(dòng)機(jī)需要三相電驅(qū)動(dòng)，因此需由總配電柜引出的三相電供電。冷凍干燥機(jī)和空調(diào)系統(tǒng)的室外機(jī)由于其使用的是壓縮機(jī)制冷技術(shù)，需要220 V單相電驅(qū)動(dòng)且工作電流較大，因此，由總配電柜分別引出單相電供電。

總配電柜輸出的220 V單相電經(jīng)隔離電源后，接人高壓氧艙接線排。圖2中5、6、7分別為3臺(tái)12 V直流開關(guān)電源，給LED燈盤和監(jiān)控?cái)z像頭供電。8為 5 V直流開關(guān)電源，給參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)中的溫度、濕度、壓力數(shù)碼管顯示儀供電。

       L1～L10分別為加減壓系統(tǒng)電磁閥、供排氧系統(tǒng)電磁閥、測(cè)氧儀、磁感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、對(duì)講機(jī)、功放機(jī)、工控機(jī)、畫面分割器、顯示器、視頻轉(zhuǎn)換器，供給220 V交流電，N為上述設(shè)備的共相端。

       隔離電源的應(yīng)用降低了高壓氧艙的電氣設(shè)備對(duì)整個(gè)電路電源質(zhì)量的影響。在高壓氧艙運(yùn)行過(guò)程中，高壓氧艙接線排連接的磁感應(yīng)電動(dòng)機(jī)多次啟停，開關(guān)電源負(fù)荷較大。在各種用電設(shè)備中，開關(guān)電源、可控硅管、調(diào)光系統(tǒng)、uPS、交流穩(wěn)壓器、變頻空調(diào)等非線性設(shè)備，其輸入電流是非正弦波形，如波形削頂、疊加脈沖等，這對(duì)交流電網(wǎng)有非常大的危害【4】。在隔離電源中，隔離變壓器將初級(jí)線圈和次級(jí)線圈相互隔離，避免了高壓氧艙及其附屬電氣設(shè)備影響整個(gè)供電系統(tǒng)，造成電源質(zhì)量下降隋況的發(fā)生。

       隔離電源的應(yīng)用使得高壓氧艙各供電設(shè)備自成回路，隔離變壓器初級(jí)線圈與次級(jí)線圈相互隔離，因此總配電柜的供電設(shè)備零線端與高壓氧艙接線排共相端實(shí)現(xiàn)相互隔離。相互隔離避免了總配電柜的其他回路漏電流通過(guò)零線竄入高壓氧艙接線排，提高了電氣設(shè)備的用電安全。 

(1)有效地保證高壓氧艙及其附屬電氣設(shè)備的 安全運(yùn)行。 

(2)防止其他供電回路中的漏電流通過(guò)接地線竄人閣【5】，進(jìn)而危害高壓氧艙中的患者安全。 

(3)高壓氧艙的用電設(shè)備較多且分散，隔離電源的使用能有效地減少各設(shè)備發(fā)生接地故障，進(jìn)而保整個(gè)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 

(4)由于隔離變壓器次級(jí)線圈與大地不形成回路，因此高壓氧艙中的某臺(tái)用電設(shè)備一旦發(fā)生接地故障，則其對(duì)地漏電流很小，不會(huì)造成漏電保護(hù)器動(dòng)作，可有效保證整個(gè)高壓氧艙供電系統(tǒng)的連續(xù)性。 

(5)可有效降低高壓氧艙工程師在維修電氣線路時(shí)發(fā)生觸電事故的可能性。 

       在高壓氧艙供電系統(tǒng)中，所有安裝在氧艙及操作臺(tái)上的電氣設(shè)備，其輸人都需要經(jīng)隔離電源。

       隔離變壓器因不能長(zhǎng)距離輸出使用，因此對(duì)于高壓氧艙的供電系統(tǒng)來(lái)講，隔離變壓器應(yīng)置于操作臺(tái)配電柜旁邊，其負(fù)載輸出側(cè)接入高壓氧艙操作臺(tái)配電柜的輸人中，盡量不要在整個(gè)高壓氧艙起始配電柜處接入隔離變壓器。

       隔離變壓器在高壓氧艙實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)操 作臺(tái)各電氣設(shè)備功率容量，計(jì)算所需隔離變壓器的容量。根據(jù)GB 16895．24—2005的規(guī)定：“醫(yī)療IT系統(tǒng)應(yīng)采用單相隔離變壓器，其額定輸出容量不應(yīng)小 于0．5 kVA，但不應(yīng)超過(guò)10 kVA"。

       現(xiàn)階段，大部門高壓氧艙使用的隔離電源比較簡(jiǎn)陋，僅配置隔離變壓器對(duì)于整個(gè)供電安全來(lái)講是不夠的，還應(yīng)配置絕緣監(jiān)視儀。絕緣監(jiān)視儀在運(yùn)行中，如果測(cè)量電阻上的電壓降超過(guò)特定的值(相當(dāng)于絕緣電阻降到特定值)，就會(huì)輸出報(bào)警信號(hào)，在發(fā)生第一次單相接地故障時(shí)，絕緣監(jiān)視儀報(bào)警，在發(fā)生第二次接地故障時(shí)(此時(shí)即為兩相短路)，保護(hù)電氣設(shè)備動(dòng)作，切斷電路【6】。

       為保障電源供電質(zhì)量，隔離電源除應(yīng)配置絕緣監(jiān)視儀外，還應(yīng)具有多種接線監(jiān)視功能，提高監(jiān)視可靠性。過(guò)負(fù)荷監(jiān)視應(yīng)在5～50 A范圍內(nèi)可調(diào)；變壓器繞組溫度超過(guò)120℃時(shí)發(fā)出超溫報(bào)警；變壓器負(fù)荷監(jiān)視，并顯示當(dāng)前負(fù)荷與額定負(fù)荷的百分比【7】。隔離電源的安全運(yùn)行得到保障，是整個(gè)供電線路穩(wěn)定運(yùn)行的重要前提。

       高壓氧艙是一種特殊的載人壓力容器，電氣設(shè)備比較分散，各設(shè)備要求供電的形式具有多樣性，而且在整個(gè)系統(tǒng)中，各種電路走線方式比較復(fù)雜，高壓氧艙供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到高壓氧治療的安全。隔離電源在高壓氧艙供電系統(tǒng)中的應(yīng)用，能顯著提高氧艙用電安全，保證高壓氧治療的安全穩(wěn)定運(yùn)行。隔離電源在高壓氧艙供電系統(tǒng)中占據(jù)著重要地位。 

7.1概述

       隨著電子醫(yī)療設(shè)備在醫(yī)院領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，漏電流對(duì)病人構(gòu)成的威脅也越來(lái)越大，尤其是那些生命攸關(guān)的場(chǎng)所，病人在手術(shù)中或麻醉狀態(tài)下，各種電極、傳感器直接插入人體內(nèi)，微小的漏電流都有可能導(dǎo)致病人觸電身亡。另外有些醫(yī)療設(shè)備用于維持重癥病人的生命，一旦設(shè)備停電，也會(huì)對(duì)病人的生命構(gòu)成威脅。因此，對(duì)于醫(yī)療這一特殊場(chǎng)所的電氣設(shè)計(jì)，應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行。安科瑞醫(yī)用IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)故障定位裝置及系統(tǒng)適用于醫(yī)院的手術(shù)室、ICU(CCU)監(jiān)護(hù)病房等重要場(chǎng)所，能為這類場(chǎng)所提供安全、連續(xù)、可靠的供電解決方案。

7.2應(yīng)用場(chǎng)所

       適用于醫(yī)院的手術(shù)室、各類重癥監(jiān)護(hù)室、搶救室、內(nèi)窺鏡室及造影室等醫(yī)療二類場(chǎng)所的醫(yī)用隔離電源系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控及自動(dòng)化。

7.3系統(tǒng)架構(gòu)

7.4系統(tǒng)功能

       安科瑞IT配電監(jiān)控系統(tǒng)是基于觸摸屏軟件設(shè)計(jì)，軟件具有遠(yuǎn)程測(cè)量、遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置和遠(yuǎn)程自檢等多種功能，為各類場(chǎng)所的IT配電系統(tǒng)的集中監(jiān)控提供了強(qiáng)大的系統(tǒng)集成工具。軟件的主要功能如下：

       一次圖和現(xiàn)場(chǎng)分布顯示

       系統(tǒng)具有一次圖及現(xiàn)場(chǎng)分布圖顯示功能，能直觀的了解并及時(shí)地發(fā)現(xiàn)IT供電系統(tǒng)的報(bào)警地點(diǎn)或區(qū)域，從而方便專業(yè)人員及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障排查；

       實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與顯示

       利用安裝于各IT配電系統(tǒng)中絕緣監(jiān)測(cè)儀表和絕緣故障定位儀表，采集各隔離電源系統(tǒng)的參數(shù)。采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在監(jiān)控系統(tǒng)界面，這些監(jiān)測(cè)參量含IT系統(tǒng)對(duì)地絕緣電阻、變壓器負(fù)荷電流、變壓器繞組溫度及絕緣故障回路等；

       故障報(bào)警

       將各IT配電系統(tǒng)出現(xiàn)的各類故障，如絕緣故障、過(guò)載故障、超溫故障以及接線斷線故障等信息進(jìn)行統(tǒng)一處理和記錄，并可直接在顯示界面上彈出顯示故障類型、監(jiān)測(cè)值、故障地點(diǎn)以及故障發(fā)生時(shí)間等信息。同時(shí)啟動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的聲光報(bào)警系統(tǒng)，及時(shí)提醒相關(guān)人員，進(jìn)行故障處理。其中，聲音報(bào)警信號(hào)可被手動(dòng)消除。

       遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置和查詢

       通過(guò)系統(tǒng)，可根據(jù)要求遠(yuǎn)程調(diào)整和設(shè)置各IT配電系統(tǒng)中絕緣監(jiān)測(cè)儀的各類報(bào)警參數(shù)閾值，也可以任意查看這些報(bào)警參數(shù)值。參數(shù)包括絕緣報(bào)警值、負(fù)載電流報(bào)警值和隔離變壓器溫度報(bào)警值等。

       圖形顯示功能

       系統(tǒng)可以以曲線的形式，顯示各IT配電系統(tǒng)的絕緣狀況、負(fù)載狀況，以及隔離變壓器的溫升狀況，以及它們的變化趨勢(shì)，以便于分管理人員了解和分析各電源系統(tǒng)的運(yùn)行變化情況，有針對(duì)性的對(duì)某些系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。

7.5安科瑞產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)

[1]潘樹義，潘曉雯．，登禹，等·高壓氧治療重癥顱腦損傷的研究進(jìn)展[J].中華航海與高氣壓醫(yī)學(xué)雜志，2004,11（1）:56-57.

[2]劉磊,劉少波.高壓氧艙的安全維護(hù)級(jí)故障維修[j].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備，2012．27(1)：100． 

[3]劉元明，劉歡，余世準(zhǔn)．大型醫(yī)院應(yīng)對(duì)醫(yī)療設(shè)備供電質(zhì)量異常的解決對(duì)策【J】．中國(guó)醫(yī)療設(shè)備，2012，27(12)：146—148． 

[4]錢照明,呂征宇,何湘寧.開關(guān)電源的電池兼容技術(shù)[J].電源技術(shù)學(xué)報(bào).2006（6）:30.

[5]邵建勛.醫(yī)用IT系統(tǒng)在醫(yī)療場(chǎng)所的應(yīng)用[J].中國(guó)醫(yī)院建筑與裝備.2008（6）:32-39.

[6]范麗麗.醫(yī)療IT系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].電氣應(yīng)用，2011,30（2）:48-51.

[7]張敦曉，魏建芬，羅學(xué)文.隔離電源及其在高壓氧艙的應(yīng)用

[8]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版