医疗IT配电系统的绝缘检测及其应用

徐霜

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

    摘要：本文主要介绍了在医疗IT系统领域中，对比IEC标准和以美国为代表的NSPF标准的不同之处，进一步理解应用与医疗IT系统的不同的漏电保护技术

    医疗2类场所是医院内重要场所，通常指手术室、重症监护室或心脏监护室等，对病人而言是生命攸关的场所，也是充满医疗器械和医疗电气设备的场所，此类场所的漏电保护和普通建筑物相比有特殊的要求，即通过局部IT 系统供电。为了更好地理解应用于医疗IT系统的不同的漏电保护技术，首先对现行相关的不同国际标准作一介绍。

    1 不同国家医疗IT系统的不同标准

    在医疗2类场所采用医疗IT 系统的主要国家及其国家标准如下：

    纵观上述各国的规范，主要可以划分为两大标准，即以IEC60364-7-710为代表的、监视IT系统对地绝缘阻值的标准，主要参与国家大部分为欧盟国家，如英国、法国、德国、芬兰、意大利、瑞士、匈牙利、爱尔兰等，欧盟以外的国家如中国和巴西等。另外一类标准以美国的NEPA99为代表，监视IT 系统对地容性漏电流和阻性漏电流的总和，主要追随的国家有加拿大、日本、澳大利亚、荷兰、挪威、智利和许多中美洲国家。

    2. 医疗智能绝缘监视仪

    IEC60364 标准规定，医疗2类场所内用于维持生命或外科手术的医疗电器设备，额定电压超过AC25V或DC60V的设备，必须使用带绝缘监视仪的IT 电源系统。

图1 安科瑞医疗智能绝缘监测仪

    医疗智能绝缘监视仪安装在IT 系统和大地之间，IT系统发生接地时，绝缘监视仪立刻发出报警信号，通知操作人员系统已经带故障运行，必须尽快找出故障，以便在发生第二点接地之前排除故障。对于医疗2类场所的IT系统内安装的绝缘监视仪，除了必须符合绝缘监视仪的通用规范IEC61557-8标准以外，还必须符合IEC60364-7-710标准的特殊要求：

    1.内部交内阻抗应至少为100kΩ；

    2.测试电压不应大于直流25V；

    3.即使在故障条件下，其注入的电流的峰值不应大于1mA；

    4.最迟应在绝缘电阻降至50kΩ时发生信号，应配置试验此功能的器具；

    5.绝缘监测器在接地中断或电气线路中断时发出信号。

    3.绝缘监视仪（IMD）的测量原理

    通常绝缘监视仪的测量原理如图1所示。

图2 绝缘监测仪的测量原理

    AIM-M100医疗绝缘监视仪通过内部的耦合电阻RA连接到被监视系统内。绝缘监视仪内部的信号源G发送一测量电压信号通过耦合电阻RA、测量电阻Rm和低通滤波电路叠合在被监视系统和大地（PE线）之间，该测量电压经过外部的IT系统对地的总绝缘阻抗RF构成测量回路，因此通过测量该回路内的测量电流Im得出被监视系统对地的总绝缘阻值。

    传统的应用与测量交流系统对地绝缘阻值的绝缘监视仪常常采用直流信号测量方法，相关的电路图可简化成图2；

图3 简化电路图

    绝缘监视仪送出一直流测量电压信号，通过系统绝缘电阻产生的测量电流Im和系统对地的绝缘阻值成线性，其关系如下列公式：

    通过测得的测量电流Im ， 极易得到系统对地的绝缘阻值Rf。

    但是，该测量方法容易受到被监视系统内的直流负载电流及各种不同频率的交流电流的干扰，因此改进型的绝缘监视仪采用叠加脉冲测量电压的方法检测IT系统的对地绝缘阻值。最近20年由于计算机技术突飞猛进的发展，安科瑞电气股份有限公司（ACREL)采用低频交流信号法测量出系统的绝缘电阻。该测量信号的幅度和频率等参数由单片机控制，可准确测量出当前系统的绝缘电阻和系统电容。通过在各地医院的广泛应用，证明是一种可靠的在线绝缘测量方法。

    4. 医疗智能绝缘监测仪在医疗2类场所的应用方案

   医疗智能绝缘监测仪在实际现场应用的方案如图4和图5，方案配置见表1和表2：

图4 手术室隔离电源系统解决方案图

    方案配置表

表2 重症监护室隔离电源系统方案配置

    5 主要产品及电源柜的报价方案

    为了方便广大客户对安科瑞产品的选择，现列出产品报价，如下表所示：

    5.1 GGF-I系列ICU/CCU病房隔离电源柜

    5.2 GGF-O系列手术室隔离电源柜

    5.3医疗IT绝缘监测产品

    6. 实际应用中的一些优化措施

    1.医疗IT系统的隔离变压器放置的位置没有严格的规定。隔离变压器放置的位置决定了从变压器到系统负载（医疗电器设备）的距离，距离越长，有线路产生的容性电流越大。美国标准的IT系统隔离变压器通常于手术室内部墙壁嵌入式安装，以缩短从变压器到医疗电器设备的界限距离。为满足加拿大更严格的规范，手术室的隔离变压器像吊塔一样悬于手术床上方，其目的同样是为了减少容性漏电流。在澳大利亚和日本的标准中，规定从变压器到手术室敷设的电缆不允许使用金属穿线管，也是为了同样的目的。不管将变压器至于手术室内部、不管是嵌入式还是悬挂式安装，都有碍于满足手术室的空气洁净要求；同时变压器的容量也不能太大，这也限制了手术室功能的灵活性。而如若将塑料穿线管至于手术室的吊顶内，会降低电气安装的可靠性。而IEC规范规定，IT 系统隔离变压器可以至于手术室之外，这就大大降低了电气安装的难度，同时对变压器的散热也十分有利。

    2. 为了既照顾到IEC规范的实用性，又尽量抑制IT系统内的容性电流，在IEC60364-7-710标准中，严格规定了隔离变压器的容量不得大于10kVA，这样可以在一定程度上防止使用很长很多线路的医疗IT系统。

    3. IEC标准的隔离变压器有相对较低的浪涌电流，降低了对IT系统前级的电源自动切换装置的要求。IEC61558-2-15标准对隔离变压器的规范，符合该规范的隔离变压器与美国标准的相对体积较小，噪声水平低，浪涌电流在额定电流的12倍以下，较小的浪涌电流无疑对与隔离变压器的初级连接的UPS的要求降低了。而美国标准的隔离变压器为了满足低水平的对地漏电流的要求，隔离变压器常常具有较高的噪声，浪涌电流常常在额定电流的20倍左右。在实际应用时，一套UPS设备常常连接了多台隔离变压器，这样隔离变压器的浪涌电流水平越高，UPS后备电源的造价也越高。

    7.结语

    综上所述，在医疗IT 系统领域，IEC规范具有较强的实用性，因而在世界范围内被广泛接受并采用。以美国为代表的NSPF标准比IEC标准更严格，实施该标准的难度和成本比IEC标准高。

    参考文献：

    [1]医疗IT 系统的漏电检测及其应用.智能建筑电气技术2010.3

    [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，主要研究方向为智能电网供配电<