醫療IT配電系統的絕緣檢測及其應用

徐霜

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療IT系統領域中，對比IEC標準和以美國為代表的NSPF標準的不同之處，進一步理解應用與醫療IT系統的不同的漏電保護技術

關鍵詞  漏電  絕緣監視  IEC標準  NSPF 標準  醫療IT系統

醫療2類場所是醫院內重要場所，通常指手術室、重癥監護室或心臟監護室等，對病人而言是生命攸關的場所，也是充滿醫療器械和醫療電氣設備的場所，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 系統供電。為了更好地理解應用于醫療IT系統的不同的漏電保護技術，首先對現行相關的不同標準作一介紹。

1 不同國家醫療IT系統的不同標準

在醫療2類場所采用醫療IT 系統的主要國家及其國家標準如下：

縱觀上述各國的規范，主要可以劃分為兩大標準，即以IEC60364-7-710為代表的、監視IT系統對地絕緣阻值的標準，主要參與國家大部分為歐盟國家，如英國、法國、德國、芬蘭、意大利、瑞士、匈牙利、愛爾蘭等，歐盟以外的國家如中國和巴西等。另外一類標準以美國的NEPA99為代表，監視IT 系統對地容性漏電流和阻性漏電流的總和，主要追隨的國家有加拿大、日本、澳大利亞、荷蘭、挪威、智利和許多中美洲國家。

2. 醫療智能絕緣監視儀

IEC60364 標準規定，醫療2類場所內用于維持生命或外科手術的醫療電器設備，額定電壓超過AC25V或DC60V的設備，使用帶絕緣監視儀的IT 電源系統。   

圖1  安科瑞醫療智能絕緣監測儀

醫療智能絕緣監視儀安裝在IT 系統和大地之間，IT系統發生接地時，絕緣監視儀立刻發出報警信號，通知操作人員系統已經帶故障運行，盡快找出故障，以便在發生點接地之前排除故障。對于醫療2類場所的IT系統內安裝的絕緣監視儀，除了符合絕緣監視儀的通用規范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.zui遲應在絕緣電阻降至50kΩ時發生信號，應配置試驗此功能的器具；

5.絕緣監測器在接地中斷或電氣線路中斷時發出信號。

3.絕緣監視儀（IMD）的測量原理

  通常絕緣監視儀的測量原理如圖1所示。

                       圖2 絕緣監測儀的測量原理

    AIM-M100醫療絕緣監視儀通過內部的耦合電阻RA連接到被監視系統內。絕緣監視儀內部的信號源G發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視系統和大地（PE線）之間，該測量電壓經過外部的IT系統對地的總絕緣阻抗RF構成測量回路，因此通過測量該回路內的測量電流Im得出被監視系統對地的總絕緣阻值。

傳統的應用與測量交流系統對地絕緣阻值的絕緣監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

絕緣監視儀送出一直流測量電壓信號，通過系統絕緣電阻產生的測量電流Im和系統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 ，  易得到系統對地的絕緣阻值Rf。

但是，該測量方法容易受到被監視系統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視儀采用疊加脈沖測量電壓的方法檢測IT系統的對地絕緣阻值。zui近20年由于計算機技術突飛猛進的發展，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的絕緣電阻和系統電容。通過在各地醫院的廣泛應用，證明是一種可靠的在線絕緣測量方法。

4. 醫療智能絕緣監測儀在醫療2類場所的應用方案

  醫療智能絕緣監測儀在實際現場應用的方案如圖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解決方案圖

 方案配置表

表2  重癥監護室隔離電源系統方案配置

5 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

5.2 GGF-O系列手術室隔離電源柜

5.3醫療IT絕緣監測產品

6. 實際應用中的一些優化措施
1.醫療IT系統的隔離變壓器放置的位置沒有嚴格的規定。隔離變壓器放置的位置決定了從變壓器到系統負載（醫療電器設備）的距離，距離越長，有線路產生的容性電流越大。美國標準的IT系統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療電器設備的界限距離。為滿足加拿大更嚴格的規范，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規范規定，IT 系統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規范的實用性，又盡量抑制IT系統內的容性電流，在IEC60364-7-710標準中，嚴格規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療IT系統。

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范，符合該規范的隔離變壓器與美國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。而美國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，在醫療IT 系統領域，IEC規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。以美國為代表的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]醫療IT 系統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：

徐霜，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，:   :