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醫(yī)療IT配電系統(tǒng)的絕緣檢測及其應用

點擊次數:1575 更新時間:2014-03-28

 

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,進一步理解應用與醫(yī)療IT系統(tǒng)的不同的漏電保護技術

關鍵詞  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)院內重要場所,通常指手術室、重癥監(jiān)護室或心臟監(jiān)護室等,對病人而言是生命攸關的場所,也是充滿醫(yī)療器械和醫(yī)療電氣設備的場所,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。為了更好地理解應用于醫(yī)療IT系統(tǒng)的不同的漏電保護技術,先對現(xiàn)行相關的不同標準作一介紹。

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:

NFPA 99

瑞士

MED 4818

BS7671-SGN7.10 (2003)

匈牙利

MS2040

DIN VDE 710

比利時

TN013

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類場所內用于維持生命或外科手術的醫(yī)療電器設備,額定電壓超過AC25V或DC60V的設備,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.內部交內阻抗應至少為100kΩ;

2.測試電壓不應大于直流25V;

3.即使在故障條件下,其注入的電流的峰值不應大于1mA;

4.遲應在絕緣電阻降至50kΩ時發(fā)生信號,應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)視儀通過內部的耦合電阻RA連接到被監(jiān)視系統(tǒng)內。絕緣監(jiān)視儀內部的信號源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,該測量電壓經過外部的IT系統(tǒng)對地的總絕緣阻抗RF構成測量回路,因此通過測量該回路內的測量電流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)絕緣電阻產生的測量電流Im和系統(tǒng)對地的絕緣阻值成線性,其關系如下列公式:

                       

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類場所的應用方案

  醫(yī)療智能絕緣監(jiān)測儀在實際現(xiàn)場應用的方案如圖4和圖5,方案配置見表1和表2:

 圖4 手術室隔離電源系統(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

主要產品及電源柜的報價方案

為了方便廣大客戶對安科瑞產品的選擇,現(xiàn)列出產品報價,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

3.8~5.3

GGF-I6.3

6.3KVA

4.4~5.9

GGF-I8

8KVA

5~7

GGF-I10

10KVA

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

以上報價含調試費,不含運費、安裝費

 

5.2 GGF-O系列手術室隔離電源柜

外形

型號

規(guī)格

單位

價格(萬元)

  

GGF-O6.3

6.3KVA

6.4~7.9*

GGF-O8

8KVA

7~9*

GGF-O10

10KVA

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

以上報價含調試費,不含運費、安裝費

 

 

 

5.3醫(yī)療IT絕緣監(jiān)測產品

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

  1. 雙通訊 +800
  2. 故障報警輸出+400
  3. 溫度檢測 +800
  4. 負荷檢測 +800
  5. 集中監(jiān)控配套軟件 +3000
  6. 斷線檢測 +800
  7. SOE事件記 +2000
  8. 自檢功能 +1000
  9. 支持故障定位功能(僅AIM-M200支持) +2000

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,可遠程顯示和設置多達16套絕緣監(jiān)測系統(tǒng)的參數,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,可與其它設備進行數據交互,當系統(tǒng)中出現(xiàn)絕緣故障時,可產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,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)療電器設備)的距離,距離越長,有線路產生的容性電流越大。美標準的IT系統(tǒng)隔離變壓器通常于手術室內部墻壁嵌入式安裝,以縮短從變壓器到醫(yī)療電器設備的界限距離。為滿足加拿大更嚴格的規(guī)范,手術室的隔離變壓器像吊塔一樣懸于手術床上方,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)定從變壓器到手術室敷設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室內部、不管是嵌入式還是懸掛式安裝,都有礙于滿足手術室的空氣潔凈要求;同時變壓器的容量也不能太大,這也限制了手術室功能的靈活性。而如若將塑料穿線管至于手術室的吊頂內,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。在實際應用時,一套UPS設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.結語

綜上所述,在醫(yī)療IT 系統(tǒng)領域,IEC規(guī)范具有較強的實用性,因而在世界范圍內被廣泛接受并采用。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)的漏電檢測及其應用.智能建筑電氣技術2010.3

[2]安科瑞電氣股份有限公司產品選型手冊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供配電,:    :

 

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