某综合医院外科大楼供配电设计与IT配电应用

徐霜

安科瑞电气股份有限公司 上海 嘉定 201801

    1　项目简介

    由于大型综合医院功能复杂，配备多种先进的医疗诊断和治疗仪器，为人民的生命健康检查、诊断提供了坚实的设施保阵，其供配电设计对于保证医院的安全、可靠、稳定运行尤为重要。本项目为共综合性医院的外科大楼，其功能主要涵盖了外科病房、手术部、外科住院部、门诊、健康管理中心、消毒供应室及地下机房、动力中心、地下车库等。建筑面积约为18万m2,其中地上17层（含手术设备夹层）面积约为13万m2，.地下3层面积约为5万m2。总床位数837床，其中监护病房36床。建筑高度80m，属于一类高层建筑，耐火等级为一级，设计抗震烈度为八度。

    2　负荷分级

    2.1负荷等级划分依据

    在设计医院供配电系统之前，首先要根据不同负荷的供电等级进行划分．由于我国的医疗建筑电气设计规范仍在编制过程中，目前仅形成报审稿，尚未正式实施。因此，现对医疗建筑的负荷分级主要依据现行的国家规范如《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008、《综合医院建筑设计规范》JGJ49-1988和《医院洁净手术部建筑技术规范》GB50333-2002及相应类别建筑（如本项目为一类高层建筑)进行负荷等级划分；此外，还要参考医疗场所安全设施的类别和级别划分，如国家标准《建筑物电气装置 第7-710部分：特殊装置或场所的要求——医疗场所》GB16895.24-2005。该标准把医疗场所按医疗电气设备与人体接触分为3类，分别为0类医疗场所、1类医疗场所和2类医疗场所，其分类规定如下：

    表1 医疗场所安全实施的类别和级别划分示例

    0类医疗场所：无需与思者身体接触的电气装置工作的场所。

    1类医疗场所：医疗电气设备的接触部件需要与患者体表、体内(除了2类医疗场所所述环境以外)接触的电气装置工作的场所。

    2类医疗场所：医疗电气设备约接触部件需要与患者体内(主要指心脏或接近心脏部位)接触以及电源中断危及患者生命的电气装置工作的场所.

    由此可见.医院的负荷等级除应满足建筑入身的设备及场所划分，还应考虑与人体生命安全息息相关的电气设备及场所约负荷等级。

    2.2负荷等级的划分

    该项目火灾报警及联动控制设备、消防泵、消防电梯、排烟风机、消防补风机、加压送风机、安防系统、应急照明、手术部、病理切片分析、核磁共振、ICU、介入治疗月CT、血库、抢救室、治疗室及配血室的电力照明用电、走道照明、值班照明、警卫照明、障碍照明用电、洁净度手木室空调系统用电、医用气体机房设备（制氧机、真空泵、压缩机等）、弱电机房、生活泵、电梯、潜水泵等为一级负荷。其中抢救室、手本部、ICU等涉及思者生命安全的设备（如呼吸机等）及照明用电为一级负荷中特重要负荷。诊断用CT及DR用电、电子显徽镜、供热采暖系统用电、主要会议室、主要办公室、高级病房用电等为二级负荷。其余负荷为三级负荷。

    3　供电系统

    3.1电源

    本工程分别从两个不同的变电站（开闭站）引入双重10kV电源，进线采用电缆埋地方式引入。两路电源同时工作，互为备用；每路均能承担本工程全部一、二级负荷。要求当一路电源发生故障时.另一路电源不应同时受到损害。

    3.2高压配电系统

    高压10kV配电系统采用单母线分段运行，手动联络。主进开关与联络开关设电气联锁，任何情况下只能合其中的2个开关。低压配电系统采用里母线分段运行，可自动或手动联络，母联需具备自投自复、自投不自复、手动投入三种方式。在相关两台变压器总负荷不超过单台的1.1倍时联终开关可设为自投。主进开关与联络开关设电气联锁，任何情况下只能合其中的2个开关。

    3.3低压配电变压器的设置

    根据负荷情况，在地下2层变配电室内设置了8台2000kVA干式变压器。其中1~4#变压器对大楼的照明、医疗动力、空调及其他电力、消防负荷供电；5#、6#变压器对冷冻机房的水泵类负荷、厨房动力及现有院区其他建筑的供电,7#、8#变压器对冷冻机房8台冷冻机组供电。非空调季节可停运7#或8#变压器，利于节能。系统主接线图见图1。

图1　系统主接线图

    3.4应急电源的设置

    为保证一级负荷中的特别重要负荷及消防负荷供电的可靠性，本工程设置了2台1600kw快速自启动柴油发电机组作为应急电源。当两路市电均断电时，15s内2台柴油发电机组完成并机启动，保证一级负荷中特别重要负荷及消防负荷可靠供电。当双重10kV电源均失电或有联络的两台变压器同时故障时，从低压进线配电相进线开关前端取柴油发电机的延时启动信号至柴油发电机房，信号延时0-10s（可调）自动启动柴油发电机组。两台柴油发电机组在15s内并机自启动，达到额定转速、电压、频率后投入，并对应急母线段负荷供电。当市电恢复供电时.机组自动分闸并经冷却延时后停机。柴油发电机组与市电设电气、机械联锁。考虑到医院的特殊性、消防防火等因素，未在柴油发电机房内设置储油箱，而另在室外邻近柴油发电机房的位置设置了一个不小于8h的地下储油罐，并预留临时柴油车的输油接口。对停电要求小于0.5s的重要负荷，如手术室、ICU及重要的计算机房设备用电，还采用ups不间断电源设备供电。

    4　医疗动力及空调配电、控制系统

    4.1低压配电的供电方式

    低压配电采用放射式与树干式相结合的方式，对于单台容量较大的负荷或重要负荷如冷冻机、水泵房、电梯机房等设备采用放射式供电；对于一般负荷采用树干式与放射式相结合的供电方式。

    4.2大型医疗设备的供电

    由低压配电柜采用放射式向大型医疗设备（如MR、CT、DR）供电，配电电缆应满足对电源内阻的要求。由于大型医疗设备在初期设计阶段往往都未最终选定，故通常对其供电的电力电缆须在设备确定并核对无误后敷设，以避免浪费。

    4.3消防负荷及一级负荷中特别重要负荷的供电

    消防负荷及一级负荷中特别重要负荷如：消防泵、排烟风机、加压送风机、消防控制室、消防电梯、抢救、检验中心、ICU、呼吸机等维持患者生命的设备及计算机监控中心等。采用双电源供电并在末端自动切换。

    4.4手术层的配电

    手术层根据防火分区及洁净区的划分，分别设反专用配电总柜。为了维护检修方便、减少外来尘及病菌对手术部洁净区的污染，手术部总配电柜应设于非沽净区并采用双路电源供电并按根据容量设置ups不间断电源。为保证供电可靠性，各手术室设专用配电箱并采用放射式供电，配电箱不应设在手术常内部，应设在手术室外廊侧墙内。配电室放射式双路电源供电，在配电柜内自动切换后，放射式供电至各手术室专用配电箱。手术室属于2类场所，患者区域(在离手术台1.5m的水平范围，高度为2.5m的垂直范围)内的医用电气设备和系统供电回路，应采用局部IT系统，辅以局部等电位联结。系统设置绝缘监视装装置，最大限度防止手术徽电击事故的发生。手术室患者区域外的非重要回路采用带剩余电流监测的TN-S系统，可实现剩余电流达到监测响应值（可根据需求设定6mA或10mA等）时声光报警，达到30mA时开关动作，有利于提早发现问题，保障手术室各设备正常工作。手术室隔离电源柜系统图如图2。

图2 手术室隔离电源柜系统图

    4.5照明供电方式

    考虑到医院面积较大、普通照明及医疗动力负荷较大又存在大量患者的特殊性，单条母线很难满足供电负荷及可靠性要求，故考虑采用两条密集型封闭插接母线供电。两条母线互为备用并很据设计要求或整体需要系数适当留有余量，在各层强电竖井内设置总配电箱。单号及双号楼层电源分别引自不同母线槽，当一条母线或某层照明出现故障或检修时，可以通过手动转换开关切换到另一条母线上供电，保证其正常照明用电需求。

    4.6强电竖井（配电小室）

    根据供电半径及防火分区的划分，本楼设有4个强电竖并，均兼作配电小室。每层配电小室内设有照明、应急照明、(医疗)动力总配电箱及通风空调配电箱（部分空调配电箱设置在空调机房内）。手术层根据区域划分在非洁净区单设配电间。

    5　照明设计

    各种病房、检验室、医患走廊、手术室等部门选用漫反射型高显色性灯具，减少眩光而且满足医疗环境的视觉要求。照度及功率密度应满足国家标准《建筑照明设计标准》GB50034一2004的相关要求。门诊室、医生办公室等一般场所采用格栅型嵌入式荧光灯具(反射器为雾面合金铝贴膜)。理疗室、MR扫描室等需要电磁屏蔽的房间采用直流灯具。洁净场所采用洁净灯具，嵌入式密闭安装。荧光灯采用T8型，色温为4000K.显色指数大于80的三基色节能型灯管。因医院大量采用荧光灯，为提高功率至数及减少操声、频闪，荧光灯具配高性能、低谐波电子镇流器，功率因数大于0.95。病房及病房走廊设地脚灯，护士站可集中控制。手术室、大型医疗没备室的入口处安装红色信号标志灯。医院内部主要采用移动小推车式消毒方式，在走道及病房内等均设插座供其使用。治疗室、消毒供应等场所设置固定式紫外线杀茵灯。灯具采用有接地端子的1类灯具，使其能可靠接地。

    根据IEC按人们对某些外界环境影响条件及人的能力划分，医院的患者属于生理或智力有缺陷的人员，医院属于人员疏散缓慢场所，公共区域的照明均按应急照明设计。并采用消防智能疏散指示系统，使人们在火灭情况下远离着火点，快速有序地疏散。

    6　部分设计中需注意的问题

    1）由于医院的特殊性，依据医疗的要求、医疗场所及设备的使用，包括所有的医疗过程能在3h内结束,并且建筑内人员能在24h内提前疏散完毕的情况下,备用电源的供电周期可选择不小于3h。否则应保持24h的供电周期。

    2）直接用于手术或维持患者生命的供电回络的出线断路器只带短路保护，不带过负荷保护。

    3）用于电子信息、医疗电气设备的剩余电流动作保护器应采用电磁式。

    4）为保证NMR-CT（核磁共振）的正常运行，对其室内的电磁环境有严格的要求，室内的电气管线、器具等不得使用铁磁材料，这对进入其室内的灯具、管线等提出了特别要求。另外进入核磁共振机房扫描室的电源线路也必须装设有源或无源滤波装置。照明通常采用直流电源，如采用交流电源，灯具及管线应采取屏蔽措施并可靠接地。

    5）医院手术室、ICU（重症加强护理病房）、CCU（心脏监护病房）等重要场所的患者区域应采用IT系统，系统的隔离变压器容量不宜过大，以免系统对地电容电流增大造成系统报警。根据IEC60364- 7-720中规定，其额定容量不应低于0.5kVA且不大于10kVA，没计可很据实际情况确定。根据《医院洁净手术部建筑技术规范》GB50333-2002中规定，手术室的配电总负菏不应小于8kVA。

    7　主要产品型号规格及配置

    随着电子医疗设备在医院领域的广泛应用，漏电流对病人构成的威胁也越来越大，尤其是那些生命攸关的场所，病人在手术中或麻醉状态下，各种电极、传感器直接插入人体内，微小的漏电流都有可能导致病人触电身亡。因此，对于医院这一特殊场所的电气设计，应严格按照国家标准和规范进行。

    安科瑞公司的医用隔离电源柜及其配套绝缘监测装置是针对医疗Ⅱ类场所的供电需求而开发设计的，能够很好的满足各类手术室和重症监护室对电源安全性和可靠性的要求，并符合国家相关标准。

    8　设备清单

    参考文献：

    [1]某综合医院外科大楼供配电设计简介.智能建筑电气技术2013.3

    [2]安科瑞电气股份有限公司产品选型手册2013.1版.

    作者简介：

    徐霜，女，本科，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为医疗供配电设计<