趙娜

安科瑞電氣股份有限公司 

摘要：在場所內，對供電的可靠性和安全性要求要比般場所高，如何實現高可靠性和安全性的配電系統？電源端帶電導體不接地的IT系統可以解決這問題。針對場所內IT系統的設計展開討論，說明了IT系統使用在場所的原因，列出了IT系統設計中應注意的問題。

關鍵詞：IT系統    絕緣監(jiān)視儀     場所

0 引言

       目，對于醫(yī)院供配電系統的可靠性和安全性要求越來越高，需要按JGJ16-2008《民用建筑電氣設計規(guī)范》(以下簡稱《民規(guī)》)附錄A中醫(yī)院設備的負荷分級確定設備的負荷等級，且場所內病人和醫(yī)護人員的安全以及供電的連續(xù)性非常重要。

場所需要高的電氣安全性原因：

       1)醫(yī)院病人屬于在生li上和智力上有缺陷的人，在電擊等危險情況下的反應比正常人遲鈍，需要特別保護。病人在手術或插入導管時，表皮阻抗降低，電擊的危險性增大。特別是胸腔手術，人體50uA的接觸電流或50mV的接觸電壓就可致人死命。

       2)外科手術等不可以中斷，ICU房間的某些設備要持續(xù)供電，保證病人的安全。

針對上述上條，剩余電流動作保護器對這種微電擊無能為力，必須安裝隔離變壓器另設局部的IT系統來有效限制接觸電流和接觸電壓。當然，還需輔以高要求的輔助等電位聯結。對于維持生命的電氣設備，即使發(fā)生單相接地故障時也不能馬上切斷電源，IT系統相對于接保護系統(TN)、保護接地系統(IT系統)而言，可以提供不間斷的連續(xù)供電，防止突然斷電對病人生命的威脅。

1場所內接地系統的選擇

       對于場所的分類，根據《建筑物電氣裝置》中特殊裝置或場所的要求將場所分為0類、1類和2類場所。場所和醫(yī)用建筑的主配電盤出線不可以使用TN-C系統。因為在TN-C系統中，N線與PE線合用為根，正常工作時，PEN線中有不平衡電流和單相負荷電流通過，造成設備外露可導電部分帶電。如果PEN線斷線，外露可導電部分帶電會存在人身觸電的危險。另外，PEN線電流會對設備產生電磁干擾。所以TN-C系統不適合于場所內對安全性要求高的場合。

在2類場所中，TN系統僅用于下列回路：手術臺驅動機構的供電電路；X光機回路(移入2類場所的移動式X光機)；額定功率大于5kV·A的大型設備回路；不重要的電氣設備回路。IT統用于下列回路：電氣設備回路；支持生命的系統回路；外科手術設備回路；其他處于“患者區(qū)域”的電氣設備回路。選擇IT系統來達到高的可靠性和安全性的原因如表1所示。

表1 TN系統與IT系統比較

2 IT系統的設計與注意事項

1. IT系統的結構

       IT系統的電源要使用獨立電源，例如：配電/隔離變壓器、發(fā)電機組、電池和UPS。通常使用較多的是隔離變壓器。圖1為IT系統的結構框圖，隔離變壓器后為IT系統，IT系統內帶電導體和地之間沒有直接的連接，所有設備的外露可導電部分要與地連接。在單相IT系統中，變壓器二次側無所謂相線和 N線之分，都是帶電導體。

2.設計注意事項

(1)常用單相IT系統，慎用三相IT系統

       在GB 16895.24-2005/IEC 60364-7-710:2002規(guī)定："用于移動式和固定式設備的IT系統應采用單相變壓器。如果也需要通過IT系統供電給三相系統，則應采用單獨的三相變壓器供電，其輸出線電壓不應超過250V。”般在2類場所中，IT系統的負荷為照明、設備，都為單相用電設備。如果在某些場所需要三相IT負荷，就需要增加380/220V的降壓變壓器。但是當三相IT系統相發(fā)生單相接地故障時，非故障相對地電壓升高到原來相電壓的√3倍，也就是380V。這樣在選擇線纜和設備時要特別關注耐壓水平。目在IT系統中很少使用三相IT系統。

(2)絕緣監(jiān)視儀的使用

 1)絕緣監(jiān)視儀的工作原理。絕緣監(jiān)視儀在連接帶電導體和地之間疊加了個測量電壓UM，當發(fā)生絕緣故障時，絕緣故障RF產生個與絕緣故障成正比的測量電流IM。測量電路在測量電阻RM上產生個相應的電壓降，這個測量電阻是通過絕緣監(jiān)視儀的電子電路估算的。如果UM超過特定的值(相當于絕緣電阻降到特定值)，就要輸出報警信號。絕緣監(jiān)視儀在發(fā)生單相接地故障時，絕緣監(jiān)視儀報警。當發(fā)生二次接地故障時(此時即為兩相短路)，保護電氣設備動作，切斷電路。

 2)絕緣監(jiān)視儀響應值的設定。工作原理如圖2所示。當操作絕緣監(jiān)視儀的時候，要保證相關IT系統的全部絕緣電阻被測量。這個絕緣電阻的計算要加上所有并聯引出線的接地電阻漏電流。絕緣監(jiān)視儀的響應值應該近似按100Ω/V進行設定。如果絕緣監(jiān)視儀安裝于現有系統中，建議將響應值近似按50Ω/V進行設定。提及個值得注意的問題，絕緣監(jiān)視儀會在不是真正發(fā)生絕緣故障的時候報警，這可能是由于潮濕引起的(在絕緣監(jiān)視儀很長時間沒有使用的情況下)。旦絕緣監(jiān)視儀恢復到正常的工作狀態(tài)后，通常會由于操作溫度達到要求后潮濕情況的消失，絕緣電阻會自動升高。如表2所示列舉了不同家標準對絕緣電阻響應值的要求。在設計中遵循標的要求，當絕緣電阻降至50kΩ時，應發(fā)出報警信號。

 

 

圖2 絕緣監(jiān)視儀工作原理

表2 不同家標準對絕緣電阻響應值的要求

 

 

 

3)絕緣監(jiān)視儀的保護。大多數絕緣監(jiān)視儀都是通過兩條導線與系統相連，在原理上，絕緣監(jiān)視儀需要用熔斷器進行保護。如果線纜上沒有接頭和插座設備，過載現象不會發(fā)生，所以不需要過載保護，只需要短路保護。對于本德爾公司的絕緣監(jiān)視儀，建議用6A的熔斷器保護。

4)絕緣監(jiān)視儀與地的連接。絕緣監(jiān)視儀要可靠接地，否則無法對絕緣電阻進行監(jiān)測。本德爾公司的絕緣監(jiān)視儀需要用兩條獨立的導線連接E 和NE端子到母排上。

(3)變壓器的保護與負載的保護

       BG 16895.24-2005/IEC60364-7-710:2002規(guī)定：“IT系統變壓器的進出線不允許裝設過載保護，但可以用熔斷器做短路保護。”如果用斷路器做短路保護，要選擇單磁型的斷路器。目ABB公司的260M斷路器與施耐德公司的

C65H ICB微型斷路器可以滿足短路保護但不能滿足過載保護。圖1中變壓器進線處和終端負載回路都用單磁型斷路器。另外絕緣監(jiān)視儀需要對變壓器的過負荷和溫度進行監(jiān)視。

(4)IT系統必須配出PE線

       IT系統的本質是設備外露可導電部分要接地，所以IT柜要配出PE線。在IT系統的設計中，有人提出這根PE線是否可以與TN—S系統的PE線合用，能否單獨敷設IT系統的PE線到整個建筑的MEB，經過本文作者與電工委員會(IEC)編者的溝通，這根PE線可以跨接隔離

變壓器與TN—S系統合用，TN—S系統不會對IT系統產生影響。

(5)絕緣故障定位

       場所的IT系統安全級別要求很高，旦發(fā)生絕緣故障，迅速找出故障點往往是用戶比較關心的問題。這樣就需要在絕緣監(jiān)視儀報警后，快地實現故障定位。絕緣故障定位可以防止電擊、避免火災的危險及避免控制回路的故障。

絕緣故障定位常用的方法是手動定位和自動定位。手動定位是電氣維護人員使用儀器到現場進行測試，找出故障點；自動定位就是將絕緣故障定位儀器安裝于IT系統內，實現在線式監(jiān)測，減少人力。選擇絕緣故障定位方式，應實現既可以快速找出故障點，又可以減少投資，使用IT系統的場所為手術室、ICU 和CCU等，在設計中，般個手術室配個 &; 配電柜，發(fā)生絕緣故障時范圍比較小，采用手動定位的方式很快就能查到故障點。如果是面積比較大的ICU病房，采用自動定位的方式比較好，可以迅速地定位故障，便于維護人員排除故障。

(6)輔助等電位聯結

       從安全防護角度出發(fā)1類和2類場所的輔助等電位聯結也是必需的。IT系統要配以輔助等電位聯結來保證“患者區(qū)域”內不同金屬導體的電位相等。

3.安科瑞IT系統的介紹及選型

3.1概述

       隨著電子設備在醫(yī)院領域的廣泛應用，漏電流對病人構成的威脅也越來越大，尤其是那些生命攸關的場所，病人在手術中或麻醉狀態(tài)下，各種電極、傳感器直接插入人體內，微小的漏電流都有可能導致病人觸電身亡。另外有些設備用于維持重癥病人的生命，旦設備停電，也會對病人的生命構成威脅。因此，對于醫(yī)院這特殊場所的電氣設計，應嚴格按照家標準和規(guī)范要求，采用IT系統供電。

安科瑞醫(yī)用IT系統絕緣監(jiān)測故障定位裝置及系統適用于醫(yī)院的手術室、ICU(CCU)監(jiān)護病房等重要場所，能為這類場所提供安全、連續(xù)、可靠的供電解決方案。

3.2 醫(yī)用隔離電源監(jiān)控系統

       醫(yī)用隔離電源監(jiān)控系統用于集中監(jiān)控大樓內所有2類場所IT系統的運行狀況。這種集中監(jiān)控系統可以設置在醫(yī)院電氣運行和維護人員的值班室內，也可以集成在其它電力監(jiān)控系統中，由專業(yè)的電氣人員進行監(jiān)控，旦某套IT系統出現故障，電氣維護人員也能馬上做出判斷，并根據現場情況進行處理。

3.2.1 系統拓撲圖

 

 

 

圖3產品拓撲圖

3.2.2軟件功能

       安科瑞醫(yī)用隔離電源監(jiān)控系統是基于觸摸屏軟件設計，軟件具有遠程測量、遠程參數設置和遠程自檢等多種功能，為醫(yī)院2類場所隔離電源系統的集中監(jiān)控提供了強大的系統集成工具。軟件的主要功能如下圖4：

 

 

 

圖4軟件的主要功能

■ 次圖和現場分布顯示

       系統具有次圖及現場分布圖顯示功能，能直觀的了解并及時地發(fā)現IT供電系統的報警地點或區(qū)域，從而方便專業(yè)人員及時到達現場進行故障排查；

■ 實時數據采集與顯示

       利用安裝于各隔離電源系統中絕緣監(jiān)測儀表和絕緣故障定位儀表，采集各隔離電源系統的參數。采集到的數據實時顯示在監(jiān)控系統界面，這些監(jiān)測參量含IT系統對地絕緣電阻、變壓器負荷電流、變壓器繞組溫度及絕緣故障回路等如圖5；

 

 

 

■ 故障報警

       將各醫(yī)用隔離電源系統出現的各類故障，如絕緣故障、過載故障、超溫故障以及接線斷線故障等信息進行統處理和記錄，并可直接在顯示界面上彈出顯示故障類型、監(jiān)測值、故障地點以及故障發(fā)生時間等信息。同時啟動監(jiān)控系統的聲光報警系統，及時提醒相關人員，進行故障處理。其中，聲音報警信號可被手動消除。

■ 遠程參數設置和查詢

       通過系統，可根據要求遠程調整和設置各醫(yī)用隔離電源系統中絕緣監(jiān)測儀的各類報警參數閾值，也可以任意查看這些報警參數值。參數包括絕緣報警值、負載電流報警值和隔離變壓器溫度報警值等如圖6。

 

 

 

■ 圖形顯示功能：

       系統可以以曲線的形式，顯示各套隔離電源系統的絕緣狀況、負載狀況，以及隔離變壓器的溫升狀況，以及它們的變化趨勢，以便于分管理人員了解和分析各電源系統的運行變化情況，有針對性的對某些系統進行維護和保養(yǎng)。

3.3 產品選型

表3 醫(yī)用 IT 系統絕緣監(jiān)測及故障定位產品

 

名稱及型號	產品圖片	說明
AITR 系列醫(yī)用隔離變壓器		AITR 系列隔離變壓器于 IT 系統，鐵芯采用日本進口的硅鋼片疊加而成，損耗很小。繞組間采用了雙重絕緣處理，并設有靜電屏蔽屏，減少了繞組間的電磁干擾。線包內安裝了 PT100 溫度傳感器，用于監(jiān)測變壓器溫度。整體采用真空浸漆處理，增加了機械強度和抗腐蝕性。產品具有很好的溫升性能和很低的噪聲。
AIM-M200 智能絕緣監(jiān)測儀		AIM-M200 智能絕緣監(jiān)測儀采用先進的微控制器技術，集成度高，體積小巧，安裝方便，集智能化、數字化、網絡化于身，是手術室、重癥監(jiān)護室等2 類場所隔離電源系統絕緣監(jiān)測的理想選擇。
AKH-0.66P26 電 流互感器		AKH-0.66P26 型電流互感器是與 AIM-M200 絕緣監(jiān)測儀配套使用的保護型電流互感器，可測電流為60A，變比是 2000：1，電流互感器采用螺絲直接固定的方式裝于機柜內部，二次側通過接線柱引出，安裝和使用方便。
AIL100-4/AIL100-8絕緣故障定位儀		AIL100-4/AIL100-8 絕緣故障定位儀采用高靈敏度互感器配合高精度的信號檢測電路，檢測 ASG100 測試信號發(fā)生器注入系統中的信號，準確定位絕緣故障所在的回路。其中 AIL100-4 絕緣故障定位儀能定位 4 個回2路的絕緣故障，AIL100-8 絕緣故障定位儀能定位 8 個回路的絕緣故障。
ASG100 測試信號發(fā)生器		ASG100 測試信號發(fā)生器采用 32 位微處理器芯片和高精度的信號產生電路，實現特定測試信號的產生。當被監(jiān)測的 IT 系統出現絕緣故障時，能及時啟動并產生測試信號，配合絕緣故障定位儀實現絕緣故障定位。
DR-60-24 電源模塊		DR-60-24 直流穩(wěn)壓電源可同時為 AIM-M200 醫(yī)用智能絕緣監(jiān)測儀、ASG100 測試信號發(fā)生器、AIL100 系列絕緣故障定位儀和 AID200 集中報警與顯示儀等儀表提供直流 24V 電源。該電源功率大、電壓輸出穩(wěn)定、安裝方便，可滿足上述儀表的供電要求，是的電源產品。
AID200 集中報警與顯示儀		AID200 集中報警與顯示儀采用 LCD 液晶顯示，采用自定義協議的 CAN 通訊接口與 AIM-M200 智能絕緣監(jiān)測儀實現數據信息交換，可實時監(jiān)控多路 AIM-M200智能絕緣監(jiān)測儀的數據。

 

4.結束語

       IT系統的可靠性和安全性決定了其設計要嚴格遵循標的規(guī)定。對于場所供電的其他要求，例如供電電源的切換時間要求，在JGJ16—2008《民用建筑電氣設計規(guī)范》條文說明與BG 16895.24-2005/IEC60364-7-710:2002附錄B中有詳細的要求。需要提及的是，《民用建筑電氣設計規(guī)范》條文說明中的內容詳盡，在設計中，我們要依據《民用建筑電氣設計規(guī)范》的要求進行設計。

【參考文獻】

[1] 范麗麗，IT系統的設計與應用

[2] 安科瑞隔離電源監(jiān)控系統設計與應用圖集.2018.9版

[3] 安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2019.11版

 

作者介紹：趙娜，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事工業(yè)絕緣監(jiān)測的研發(fā)與應用。