周曉麗

（上海安科瑞電氣股份有限公司  上海市嘉定  201800）

摘  要：本文結合大型綜合醫院工程的配電設計實例，介紹了大型綜合醫院的負荷分級、供電系統、應急電源系統、照明系統及醫療特殊場所的醫用隔離電源柜低壓配電系統的設計，并對相應規范在設計過程中的操作性及應用進行了簡要論述，以供電氣設計人員參考。

關鍵詞：供電系統；醫療供電解決方案；應急電源；絕緣監測儀；照明系統

0　引言

隨著時代的發展及科學技術的進步，醫療技術及人民生活水平不斷提高，醫院中的新型醫療電氣設備不斷增多，人們對醫院配電系統設計的要求也越來越高，大型綜合醫院配電系統設計顯得尤為重要。

1　工程概況

某大學附屬醫院屬三級甲等醫院，該院醫療綜合樓建筑面積為109 505 m2，建筑高度為68．55 m，地下有3層，地上有16層。地下3層及地下2層部分平時為汽車停車場，戰時作為人防使用。變配電所、水泵房、樓宇自動化管理控制室、信息中心等設備用房均設在地下2層。地下1層為柴油發電機房、放療科、中心供應室、洗衣房等。1～3層為門診醫技樓，4層為手術室及ICU，5層為行政辦公樓及設備層，6層為產科及產房，7～16層為標準護理單元。醫院設置病房420間、診室52間、手術室23間，其中4層設潔凈手術室21間、I級(百級)手術室4間、Ⅱ級(千級)手術室8間、Ⅲ級9間。安科瑞結合對該工程的配電系統設計體會，對醫療特殊場所的配電系統設計進行簡要論述。

2　供電系統

2.1 負荷分級

在確定醫院供電系統之前，首先根據供電要求進行負荷分級。IEC標準中供電等級按照恢復供電時間分為0．5 S內、15 S內、大于15 S。而我國國內規范將用電負荷根據供電可靠性及中斷供電所造成的損失或影響的程度，分為一級負荷、二級負荷及三級負荷。該工程主要依據的規范有JGJ 49--1988《綜合醫院建筑設計規范》、GB50333--2002(醫院潔凈手術部建筑技術規范》、JGJ 16--2008《民用建筑電氣設計規范》等。

IEC標準和JGJ 16--2008《民用建筑電氣設計規范》第12．8．2條規定，按醫療電氣設備與人體接觸的狀況和斷電的后果，將醫療場所作如下分類：0類場所為不使用接觸部件的醫療場所；1類場所為接觸部件接觸軀體外部及除2類場所規定外的接觸部件侵入軀體的任何部分；2類場所為將接觸部件用于諸如心內診療術、手術室以及斷電將危及生命的重要治療場所（ICU病房配電解決方案以GGF-I8隔離配電柜系統化圖為例）。可見，醫院的負荷等級應以醫療場所與人體生命的安全程度及電氣設備與人體的接觸程度進行劃分。

根據我國現行規范標準并參照IEC標準，根據供電可靠性及中斷供電所造成的損失或影響程度，消防設備、醫用客梯、氧氣供應系統設備、真空吸引系統設備、中心供應室內的醫用蒸汽、潔凈空調系統用電設備、走道照明用電及生活泵用電等，按一級負荷供電。其中，所有消防設備、重癥監護室、急救室、重要手術室（手術室配電解決方案以以GGF-O8隔離配電柜系統化圖為例）等涉及患者生命安全的設備及照明用電，為一級負荷中特別重要的負荷。一般空調電源、客梯用電、自動扶梯電源、電子顯微鏡、高級病房照明用電等為二級負荷，其他用電按三級負荷設計。

2.2 供電方案

用電設備負荷采用兩路10 kV獨立市電電源作為常用電源，電纜專線供電，自設柴油發電機組作為第三電源。電壓波動大的空調用電負荷屬季節性負荷，采用一臺專用變壓器供電；電壓波動小的照明及一般醫療用電(插座)采用兩臺變壓器供電；電壓要求高且自身壓降大，醫用數字減影成像系統設備(如x光機、CT機等)，單獨采用一臺變壓器供電，電力負荷單獨采用一臺變壓器供電。變壓器容量為：2×2 500 kVA+2×1 600 kVA+800 kVA，變壓器安裝指標為82 VA／m2。配電系統的主接線圖如圖1所示。

圖1　配電系統的主接線圖

低壓系統的供電分為4大部分，即照明部分(由TMl、TM2變壓器及1、2段母線承擔)、醫療設備、空調通風部分及動力部分(由TM3、TM4、TM5變壓器及3、4、6段母線承擔)。

運行方式為兩路10 kV電源采用單母線分段接線，平時兩路分列運行，互為備用。當一路電源故障時，通過手動、自動聯絡開關，由另一路電源負擔全部負荷。高壓主進線開關與聯絡開關之間設電氣聯鎖，任何情況下只能閉合兩個開關。0．4／0．23 kV低壓側采用單母線分段接線，共6段母線。5臺變壓器對應5段母線，其中l段與2段母線互投；3段與4段母線互投；6段母線為空調母線段；5段母線為應急母線段，為一、二級負荷在兩路市電均失電情況下供電。正常情況下，應急母線引自2、4段低壓母線；緊急情況下，應急母線的電源引自柴油發電機組出線。當2、4段母線失電時，將在15 s內起動應急柴油發電機組完成供電。

對于重要手術室及重要醫療設備等對間斷供電時問要求更高的設備，需在末端配置UPS設備來滿足要求。

2.3 應急電源的選擇

對于不同醫療場所的電源等級要求，應急電源系統根據醫院規模不同，采用雙電源切換或柴油發電機組系統、應急電源系統(EPS)。

應急電源(第三電源)供電方案首先考慮采用柴油發電機組系統。由于受建筑的使用功能和面積等因素的限制，為節約有效使用面積，柴油發電機組設置在地下一層，但存在進排風、排煙、機組冷卻、噪音、消防、柴油儲存、供油系統等問題。為解決這些問題，采取了一系列相應措施，如增沒進排風井、排煙井，通風專業設計進風機、排風機等。為達到環保要求，煙氣通過排煙管經消聲器沿排煙豎井一直排至五層裙房，再從側墻引出。排煙口處裝設二次燃燒網，使廢氣在高溫下進行二次燃燒，以達到排放標準。另外一個供電方案是采用一套大容量的應急電源系統(EPS)來代替柴油發電機組，轉換時間≤O.2 s。它的最大優點是可以帶感性、阻性負載，適應負載能力強，從而解決了柴油發電機進排風及排煙井等問題。而EPS的缺點是供電時間偏短，設備費用較高，占地面積大。經過兩個方案比對，為提高供電的可靠性，節約投資，應急電源最終選用柴油發電機組。

2.4 供電系統主要監控設備

3　低壓配電系統

3.1 配電系統及線路

低壓配電系統采用放射式與樹干式相結合的配電方式，個別部分采用鏈接方式配電。冷水機組、大型醫療設備(X光機、CT機、MIR機、DSA機、ECT機)、中心供應室、凈化機房、電梯、自動扶梯及屋面消防設備分別由變電所低壓屏放射式供電。

消防用電設備、應急照明及特殊要求的醫療用電沒備均采用兩路供電。一路電源由正常母線配出，另一路電源由應急母線配出，即一、二級負荷均為雙路供電末端自投。

根據GB50333--2002第8．3．1條《醫院潔凈手術部建筑技術規范》，潔凈手術部的供電采用雙路電源，直接從本建筑物的10／0．4 kV的變電所供給，末端采用ATS(自動轉換開關)自動切換。ATS一般切換時間在l s內，滿足規范要求。對恢復供電時間<0．5 s的重要手術室，配置UPs不間斷電源(UPS轉換時間≤4 ms)來滿足要求。

考慮到該工程綜合樓面積較大，醫院內有大量患者的特殊性，除醫院的公共部分(包括急救室、手術室及走道等)照明采用雙電源供電末端自動切換外，對醫院的一般照明(包括一般病房、診室等)采用2條密集型插接式母線槽供電，在每層的電井內設層照明總箱。層照明配電總箱內裝設手動雙投開關。兩條母線槽互為備用，單號樓層電源引自1號母線槽，雙號樓層電源引自2號母線槽，每條母線均可承擔綜合樓的全部照明用電負荷。當任一樓層照明線路出現故障或檢修時，電氣專業維修人員只要合上樓層照明總箱手動轉換開關，即可保證故障層或檢修層的一般照明用電。

根據IEC標準，按人們對某些外界環境影響條件及人的能力，將人分為5類(BAI—BA5)。醫院的患者屬于牛理和智力有缺陷的BA3類人員，醫院屬人員疏散緩慢的場所，公共部分的照明均按應急照明系統(消防負荷)設計，即按一級負荷中的重要負荷設計。由于采用柴油發電機作為第三電源(應急電源)，而柴油發電機的起動時間＜15 s，為避免火災時因電源突然中斷而導致人員傷亡，在公共部分除設計火災疏散標志照明外，還設計了自帶蓄電池的應急燈，使照度不小于正常照度的50％，供電時間≥90 min。考慮醫院屬于人員密集場所，火災時電線電纜所產生的有毒氣體對人的身體有害，甚至會威脅生命，設計時所有電線、電纜均采用低煙無鹵耐火或阻燃電線、電纜穿鋼管或封閉式金屬橋架在樓板或吊頂內敷設。

3.2 醫用放射線設備的配電系統

醫用放射線設備是醫院的重要設備。該工程中放射科配備的醫用放射線設備包括x光機、ECT機、NMR—CT機、DSA機、CT機等。JGJ 16--2008《民用建筑電氣設計規范》第9．7．2條規定，根據醫用放射線設備的不同特點，將醫療設備的工作制進行劃分。根據JGJ 49--1988《綜合醫院建筑設計規范》，放射科配備的醫用放射線設備的主機電源均采用雙路供電。系統電源由變電所低壓屏放射式供電，直接送至設備控制室。醫用放射線設備的工作原理不同，但對電源的電壓要求很高。在各沒備廠家的技術要求中，應對電源內阻提出要求。設備對電源電壓的要求越高，電源內阻越小。在施工圖設計階段，根據醫院方提供的設備容量，參考國內同等規模的醫院放射科設備按規范要求選擇導線截面，即醫用放射線設備的配電線路導線截面要同時滿足設備的內阻及壓降要求，以保證設備的電源電壓。內阻及壓降受3方面因素的影響，即變壓器阻抗、變壓器至設備的配線長度、配線截面。

根據JGJ 16--2008《民用建筑電氣設計規范》，為保障醫用放射線設備安全、運行可靠，引入NMR-CT機室的所有電氣管線均穿阻燃塑料管，引入的管線采用專用濾波器進行濾波。

3.3 低壓配電系統主要監控儀表

3.4 手術部、ICU、血透等場所的配電系統

根據《醫院潔凈手術部建筑技術規范》，4層潔凈手術部的用電由變電所采用雙電源直接供給，末端切換。在4層設手術部總配電箱，每個手術室單獨設配電箱，電源由4層手術部總配電箱配出。

每個手術室配電箱設置在潔凈走廊，即每個手術室的外側墻內。潔凈手術室的負荷4個I級和1個Ⅱ級手術室為15 kW，其余手術室為10 kW。根據醫院布局及規模，考慮部分手術室內需要設置高低溫冷柜等三相設備，手術室的電源進線采用三相進線。與病人接觸的電源部分，采用單相供電。為潔凈手術部設置的潔凈空調機房設備用電也從變電所采用雙電源直接供給，末端切換。

根據《醫院潔凈手術部建筑技術規范》第8．3．4條規定，心臟外科手術室必須設置隔離變壓器的功能性接地系統。根據JGJ 16--2008《民用建筑電氣設計規范》第12．8．6條第1款規定，在2類場所內用于維持生命、外科手術和其他位于患者區域(在離手術臺1．5 m的水平范圍，高度為2．5 m的垂直范圍)內的醫用電氣設備和系統的供電回路，均采用局部IT(隔離)電源，輔以局部等電位聯結，防止心臟手術及檢查中的微電擊，這樣可以最大限度地保證病人的安全。

ICU、血透等場所也采用局部IT系統。目前醫院病人接觸的用電設備均為單相設備，通過隔離變壓器配出的IT系統均為單相。安科瑞（Acrel）公司的醫用隔離電源柜及其配套絕緣監測裝置是針對醫療Ⅱ類場所的供電需求而開發設計的，能夠很好的滿足各類手術室和重癥監護室對電源安全性和可靠性的要求，并符合國家相關標準。產品可廣泛應用于醫療、電信、冶金、煤礦、船舶、建筑機械、石油化工及交通工程等領域。配套產品包括AIM系列的絕緣監測儀、AID系列的報警與顯示儀、ACLP10-24型的儀用直流穩壓電源、AITR系列隔離變壓器等。手術室或ICU配電系統圖如圖2所示。

安科瑞公司的醫療IT隔離電源系統主要包括以下部件：

1）AIM-M100絕緣監視儀

2）AITR系列隔離變壓器

3）AID100外接報警和顯示儀

4）ACLP10-24型的儀用直流穩壓電源

3.5主要產品型號規格及配置

安科瑞（Acrel）公司的醫用隔離電源柜是針對醫療2類場所的供電需求而設計的具有局部IT系統的配電柜，IT系統裝設絕緣監測裝置來監測系統的絕緣狀況，各輸出回路采用了具有短路保護功能的斷路器；其它系統輸出回路則采用了具有漏電保護功能的斷路器。產品根據使用場所的不同分為GGF-O系列手術室用隔離電源柜和GGF-I系列ICU/CCU等病房用隔離電源柜兩大類，能夠很好的滿足各類手術室和重癥監護室對電源安全性和可靠性的要求，并符合GB16895.24-2005/IEC60364-7-710:2002《建筑物電氣裝置第7-710部分：特殊裝置或場所的要求-醫療場所》和GB7251.1-2005/IEC 60439-1:1999《低壓成套開關設備和控制設備》等標準。

3.5.1 ICU、CCU病房配電解決方案（以GGF-I8隔離配電柜系統圖為例）

3.5.2 手術室配電解決方案（以GGF-O8隔離配電柜系統圖為例）

4　電氣接地及電氣安全保護

電氣安全保護是指防止電流經由人體任何部位，通過限制可能流經人體的電流，使之小于電擊電流。在故障情況下，若觸及外露可導電部分，可能引起流經人體的電流大于電擊電流時，能在規定的時間內自動斷開電源；若發生短路或過負載，過熱或電弧引起可燃物燃燒或使人遭受灼傷時，能在規定的時間內自動斷開電源。

醫療電氣設備防電擊措施有局部等電位聯結、特低電壓供電、1：l隔離變壓器供電、過電流保護、剩余電流保護斷路器(一般場所的移動式設備均采用剩余電流斷路器保護，采用局部IT系統的設備除外)、共用接地系統等。

該工程10 kV高壓系統為中性點不接地系統，低壓配電系統的接地形式為TN—S系統，局部為IT系統(如手術室、ICU加護病房等)，建筑物內的電氣裝置做等電位聯結(總等電位聯結MEB及局部等電位聯結LEB)。電氣裝置內的PE保護線與接地干線、各種金屬管路及建筑物結構等互相連接。在強弱電井內分別敷設一條40 mm×4 mm鍍鋅扁鋼作接地干線，與強電井內母線槽的金屬外殼連接。在各層強弱電井、相關各室內設局部等電位聯結端子箱，將室內高度在2．5 m以下的配電箱PE母排、電氣裝置的金屬外殼及其他金屬管道、金屬窗框、病床的金屬框架等均進行等電位聯結。

一般醫療用電系統供電回路裝有剩余電流保護器(RCD)。手術室等場所用電采取防微電擊措施。在手術室、ICU加護病房、層流病房等設專用配電箱(內設隔離變壓器及絕緣監察裝置)。

固定式或手握式醫療電氣設備(急救和手術用電設備等除外)，高度在2．5 m以下的設備裝設剩余電流保護器。由于該工程施工圖設計完成于2005年10月，根據舊版JGJ／T 16一1992《民用建筑電氣設計規范》第14．3．1條規定，漏電電流保護裝置的的動作電流宜按下列數值選擇：手握式用電設備為15 mA，醫療電氣設備為6 mA。根據我國國情，只有少數進口剩余電流保護裝置的動作電流可以整定到6 mA，有些維持生命的電氣醫療設備一旦斷電也將危及病人。在該工程設計中，對所有需要將剩余電流保護裝置的動作電流整定到6 mA的醫療電氣設備均采用局部IT系統供電。新版JGJ 16--2008《民用建筑電氣設計規范》第7．7．10條明確規定，用于電子信息設備、醫療電氣設備的剩余電流保護器應采用電磁式。

5　照明設計

綜合醫院建筑不僅包括病房、門診樓、醫技樓等醫療用房，而且也包括各種醫療服務設施，如中心供應室、真空吸引室、手術室專用氣體站房等。醫院的照明設計不但要滿足各種醫療技術的要求，還要考慮到醫療用房的特殊性。光源的選擇對病人起著重要的心理治療作用，對于醫護人員觀察病人的病情、正確診斷治療也有很大的幫助。

GB 50034--2004((建筑照明設計標準》對醫院的照度標準值、統一眩光值(UGR)、顯色指數均有設計標準。照明光源應選擇光效高、顯色性好的光源，還要滿足規范中規定的功率密度限值，即進行節能設計。為提高功率因數，減少頻閃及眩光，克服噪聲對病人的影響，該工程主要場所(如診室、病房、急診觀察室等)，采用高顯色格柵熒光燈(T5管)配電子鎮流器，使功率因數C0Sφ≥0．9；根據功能需要，對特殊場所的照明(如側聽室的照明)可采用白熾燈，以減少熒光燈配電感鎮流器產生的噪聲影響；眼科暗室采用可連續調光的白熾燈；手術室采用專用無影燈；手術部清潔走廊、檢驗中心的細菌培養等處，均采用清潔燈具吸頂安裝；血庫、污物、污染等處設置紫外線殺菌燈；核廢液處理、柴油發電機房等采用防爆燈具。

6　結束語

醫院配電系統設計不同于一般的民用設計，需要電氣設計人員不斷學習、更新知識，與同行們互相交流、探討，學習了解有關國家及IEC標準，這樣才能使大型綜合醫院配電系統的設計不斷優化，更好地適應時代的發展。

參考文獻：

[1]上海安科瑞電氣股份有限公司產品資料，2011.03版.

[2]周銀雙，張宏.大型綜合醫院配電系統優化設計探討[J].低壓電器,2009.22.

[3]曹榮桂，于冬．醫院管理學[M]．北京：人民衛生出版.

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