淺談醫(yī)療場所電氣安全設(shè)計

秦國經(jīng), 王超楠

(中國建筑第八工程局有限公司 西北分公司工程設(shè)計研究院, 陜西 西安 710082)

0 引 言

醫(yī)院建筑不同于一般的公共建筑,因其使用對象特殊、工藝及安全防護要求高,一直是建筑電氣設(shè)計中的難點。結(jié)合若干年工程實踐經(jīng)驗,本文對醫(yī)院設(shè)計中的電氣安全設(shè)計提出一些措施和實施方法。

目前,醫(yī)院電氣設(shè)計所遵循的規(guī)范包括GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計標準》、GB 50333—2013《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑設(shè)計規(guī)范》、JGJ 312—2013《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計規(guī)范》、GB 51039—2014《綜合醫(yī)院建筑設(shè)計規(guī)范》、GB 16895.21—2011/IEC 60364-4-41:2005《低壓電氣裝置 第4-41部分:安全保護電擊防護》。

1 醫(yī)療場所的分類和分級

按IEC標準,醫(yī)院內(nèi)有兩種劃分場所的方式:一是按醫(yī)療電氣設(shè)備與人體接觸的狀況和斷電的后果,將醫(yī)療場所進行分類;另一是按醫(yī)療場所電源轉(zhuǎn)換時,按允許間斷供電的時間將醫(yī)療場所進行分級。這兩種劃分互相獨立而互無影響。

按醫(yī)療電氣設(shè)備與人體接觸狀況的場所分類:0類場所,不使用有與人體接觸的接觸部分的醫(yī)療電氣設(shè)備;1類場所,使用有與人體表面接觸或進入人體內(nèi)的接觸部分(除2類場所外)的醫(yī)療電氣設(shè)備;2類場所,使用做心臟手術(shù)的醫(yī)療電氣設(shè)備(即接觸部分進入心臟或接觸心臟的醫(yī)療設(shè)備)或中斷供電將導致生命危險的醫(yī)療電氣設(shè)備[1]。

醫(yī)療場所類別劃分和安全供電級別劃分示例表詳見JGJ 312—2013《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計規(guī)范》表3.0.2。

2 電擊防護

2.1 基本防護和故障防護兩者兼有的防護

在1類和2類醫(yī)療場所內(nèi)應(yīng)盡量采用SELV,用電設(shè)備的標稱電壓不應(yīng)超過交流方均根值25 V或無紋波直流60 V。帶電部分應(yīng)加以絕緣、外護物或遮攔等防直接接觸電擊措施。在2類醫(yī)療場所內(nèi)特低壓電氣設(shè)備的外露導電部分,例如手術(shù)臺的燈具,都應(yīng)與等電位聯(lián)結(jié)導體相連結(jié)。

2.2 基本防護

不允許采用阻擋物作保護和采用置于伸臂范圍之外的措施做防護。只允許采用帶電部分絕緣或采用遮攔或外護物做防護。

2.3 故障防護

2.3.1 切斷電源

在1類或2類醫(yī)療場所,對于IT、TN和TT系統(tǒng),其接觸電壓不應(yīng)超過25V;對于TN和IT系統(tǒng),應(yīng)采用規(guī)范規(guī)定切斷時間值。TN及IT系統(tǒng)自動切斷電源時間如表1所示。

由表1可知:1類、2類醫(yī)療場所,采用TN系統(tǒng)時,國內(nèi)外規(guī)范標準中自動切換時間不完全相同;1類、2類醫(yī)療場所,采用TN系統(tǒng)供電的設(shè)備,當設(shè)置輔助等電位聯(lián)結(jié)時,其自動切換時間與常規(guī)場所時間相同;2類場所的IT系統(tǒng),因隔離變壓器容量小,二次短路電流小。

2.3.2 TN系統(tǒng)

(1) 不得采用TN-C系統(tǒng),采用TN-C-S系統(tǒng)時在電源進線處需將PEN線分開為PE線和中性線,即在醫(yī)院內(nèi)不應(yīng)出現(xiàn)PEN線。

(2) 1類場所內(nèi)32 A及以下的末端回路,應(yīng)采用額定剩余動作電流IΔn≤30 mA的剩余電流動作保護器(RCD)(作為附加防護)。

(3) 在2類醫(yī)療場所,僅限于手術(shù)臺驅(qū)動機構(gòu)的供電回路、X光機、額定功率大于5 kVA的大型醫(yī)療設(shè)備、不影響生命安全的電氣設(shè)備的回路采用IΔn≤30 mA的RCD,其他回路不得裝設(shè)RCD。同時,一個RCD所保護的電氣設(shè)備不應(yīng)過多,以免引起RCD不必要的跳閘而導致醫(yī)療用電中斷。且只允許裝對回路直流分量不敏感的A型和B型RCD。

2.3.3 IT系統(tǒng)

按照IEC標準,進行心臟手術(shù)的醫(yī)療電氣設(shè)備的正常泄漏電流不得大于10 μA;當發(fā)生一個接地故障時,其故障電流不得大于50 μA。超過50 μA就可導致心室纖顫而死亡。為限制故障電流,需在手術(shù)室安裝1臺1∶1的隔離變壓器,其二次回路導體不接地,所供醫(yī)療電氣設(shè)備的外露導電部分接電氣裝置的PE線,以局部醫(yī)療IT系統(tǒng)供電。

(1) 在醫(yī)院的2類醫(yī)療場所內(nèi)離手術(shù)臺周邊水平距離1.5 m,高度2.5 m內(nèi)的環(huán)境稱作病人環(huán)境,在此環(huán)境內(nèi)用于維持生命或進行外殼的醫(yī)療電氣設(shè)備,應(yīng)采用局部醫(yī)療IT。

(2) 用途相同、相毗鄰的幾個房間內(nèi),至少需設(shè)置一個獨立的醫(yī)療IT系統(tǒng)。

(3) 醫(yī)療IT系統(tǒng)需配置一個絕緣檢測儀,要符合GB/T 18216.8—2015《交流1 000 V和直流1 500 V以下低壓配電系統(tǒng)電氣安全防護措施的試驗、測量或監(jiān)控設(shè)備 第8部分:IT系統(tǒng)中絕緣監(jiān)控裝置》的要求。

(4) 醫(yī)療IT系統(tǒng)應(yīng)在適當位置設(shè)置與絕緣檢測器配套的聲光信號設(shè)備,以便醫(yī)護人員能監(jiān)查系統(tǒng)的絕緣情況。IEC要求配套的聲光信號設(shè)備如下:用綠色信號燈來表示IT系統(tǒng)絕緣情況正常;用黃色信號燈來表示IT系統(tǒng)的絕緣值已降低到最低水平;在正常絕緣情況得到恢復或第一次接地故障排除前,此信號燈不得熄滅;用報警聲響信號表示IT系統(tǒng)的絕緣電阻值已降低到最低水平,此聲響信號可以消除。

2.3.4 輔助等電位聯(lián)結(jié)

在IEC 60364-7-710:2018 CDV版中1類、2類醫(yī)療場所的輔助等電位聯(lián)結(jié)范圍較之前的版本并無變化,根據(jù)標準IEC 60364-4-41:2017及BS 7671-710:2018的規(guī)定,1類、2類醫(yī)療場所的輔助等電位聯(lián)結(jié)范圍包括固定設(shè)備可同時觸及的外露可導電部分、外界可導電部分、保護導體及其他所有可以聯(lián)結(jié)的設(shè)備。因此為了最大限度地減少1類和2類醫(yī)療場所內(nèi)的電位差,除采用局部醫(yī)療IT系統(tǒng)外,還應(yīng)在該場所內(nèi)實施嚴格的局部等電位聯(lián)結(jié),即在該場所內(nèi)分配電箱旁設(shè)置一個局部等電位聯(lián)接板。

在2類醫(yī)療場所等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)中,局部等電位聯(lián)結(jié)端子板與插座PE線端子、固定式設(shè)備PE線端子以及裝置外可導電部分等之間的聯(lián)結(jié)點和連結(jié)點的電阻和應(yīng)不大于0.2 Ω。

等電位聯(lián)結(jié)母線應(yīng)位于醫(yī)療場所內(nèi)或靠近醫(yī)療場所。

3 電氣設(shè)計和設(shè)備的選擇

3.1 接地系統(tǒng)及等電位聯(lián)結(jié)

按照GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計標準》[2],醫(yī)院除設(shè)總等電位聯(lián)結(jié)(MEB),在手術(shù)室、CCU、ICU、DSA、搶救室等均設(shè)置局部等電位聯(lián)結(jié)(LEB)。2類醫(yī)療場所的端子排設(shè)于配電箱下部的單獨空間。局部等電位的范圍包括PE線、設(shè)備金屬外殼、金屬管道、金屬框架、病床金屬框架等。IT系統(tǒng)內(nèi)的局部等電位聯(lián)結(jié)不應(yīng)與TN系統(tǒng)的PE線有任何通路聯(lián)結(jié),具體可采用如下方法:在結(jié)構(gòu)板上做絕緣層,然后在上面做細石混凝土墊層,在墊層內(nèi)按鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)形成均壓網(wǎng),均壓網(wǎng)對角線兩處用鍍鋅圓鋼,在距地30 cm作轉(zhuǎn)接盒,再用BVR-25的銅導線接到局部等電位聯(lián)結(jié)端子板,均壓網(wǎng)墊層內(nèi)不應(yīng)再敷TN系統(tǒng)的任何金屬管線。

IT系統(tǒng)與TN-S系統(tǒng)應(yīng)共用同一個保護接地裝置,做局部等電位聯(lián)結(jié)時,兩者的PE線應(yīng)接至同一LEB端子排,以最大限度地避免出現(xiàn)電位差。

3.2 局部IT系統(tǒng)

國內(nèi)醫(yī)院手術(shù)室、ICU(CCU)等處設(shè)置的醫(yī)用IT系統(tǒng),隔離變壓器一次側(cè)、二次側(cè)電壓通常為單相220 V。

IT系統(tǒng)為中性點不接地系統(tǒng)。在醫(yī)院2類系統(tǒng)需要與患者體內(nèi)接觸以及電源中斷或故障后將危及患者生命的醫(yī)療場所,應(yīng)設(shè)置局部IT系統(tǒng)。如急診搶救室、重癥監(jiān)護室、手術(shù)室、DSA等。在手術(shù)室附近設(shè)一臺單相隔離變壓器,額定容量0.5～10 kVA;每間手術(shù)室獨立設(shè)置一臺單相醫(yī)用隔離變壓器,手術(shù)室內(nèi)宜設(shè)多處單相IT系統(tǒng)插座箱。IT系統(tǒng)插座插孔的布置形式應(yīng)區(qū)別于TN-S系統(tǒng),或有永久性明顯標志。CCU(ICU)可分區(qū)域設(shè)醫(yī)用隔離變壓器,在每張病床處設(shè)單相IT系統(tǒng)插座箱。每個醫(yī)用IT系統(tǒng)必須設(shè)絕緣監(jiān)視裝置,在絕緣電阻降至50 kΩ時發(fā)出聲光報警,聲光報警應(yīng)設(shè)于護士站醫(yī)護人員可見的墻上。

在局部IT系統(tǒng)以外的普通插座回路及醫(yī)療設(shè)備供電回路上應(yīng)設(shè)剩余電流保護動作與切斷電源[3]。

3.3 醫(yī)用IT系統(tǒng)與電氣分隔

醫(yī)用IT系統(tǒng)與電氣分隔的異同點:保障人身安全的原理不同,醫(yī)療IT系統(tǒng)使用于保障人身安全及供電連續(xù)性場所,電氣分隔主要側(cè)重于保障人身安全。

3.4 其他設(shè)備

照明回路:在1類或2類醫(yī)療場所內(nèi),應(yīng)配置兩個不同電源,其中一個為應(yīng)急電源。

開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備:每個終端設(shè)備需設(shè)置短路保護和過負荷保護,醫(yī)療IT系統(tǒng)的變壓器進出線不允許裝設(shè)過負荷保護。

插座回路:用于2類醫(yī)療場所的醫(yī)療IT系統(tǒng),至少有兩個獨立回路供電的多個插座;每個插座各自裝設(shè)過電流保護;IT系統(tǒng)插座插孔布置的形式應(yīng)能防止TN-S系統(tǒng)或TT系統(tǒng)用電設(shè)備的插頭插入,或者其應(yīng)具有明顯的永久性IT系統(tǒng)標志,以防誤插。

4 結(jié) 語

醫(yī)院建筑由于其本身功能的特殊性和復雜性,使其對電氣設(shè)計有嚴格的要求。病人行動不變,包括對電擊在內(nèi)的各種危險情況反應(yīng)遲鈍,電擊的后果往往比較嚴重。所以保證醫(yī)療設(shè)備的可靠、安全用電是每個設(shè)計人員的首要任務(wù)。同時對于2類醫(yī)療場所,輔助等電位聯(lián)結(jié)是必要的,且總等電位聯(lián)結(jié)不能代替輔助等電位聯(lián)結(jié)。