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医院手术部电气设计
日期：2010-03-10 10:19来源：中国中元国际工程公司:涂路:
本文结合规范要求，从供电、配电、照明、空调配电、用电安全及接地几个方面详细阐述手术部电气设计做法。

 

医院手术部电气设计
中国中元国际工程公司（建筑一所）涂 路
 
摘 要：本文结合规范要求，从供电、配电、照明、空调配电、用电安全及接地几个方面详细阐述手术部电气设计做法。
关键词：供电等级 分布式 集中式 医用IT系统 用电安全 等电位
 
一、手术部供电设计
手术部是医院中供配电要求最高的场所之一。根据GB50052-95《供配电系统设计规范》第2.0.1条有关负荷分级的要求，重要的或施行大型或复杂手术的手术室为一级负荷中特别重要负荷。与国际电工委员会（IEC）的有关标准接轨，新编《综合医院设计规范》在这个方面更加明确而具体，规定手术室属于2类场所，即“需要与患者体内（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场所”，故障情况下断电自动恢复的时间应不大于0.5秒即停电时间t≤0.5s，实际工程中一般采用UPS设备来满足此要求。
综合医院一般都配置手术部，数量从几间至几十间手术室不等，而且发展的趋势越来越大，如笔者最近设计的某外科大楼工程手术室已达48间的规模。再综合考虑医院中大量存在其它重要负荷如急诊处置、抢救、危重监护病房、DSA、血液透析、产房及消防报警和灭火设备等，一般均设置自备柴油发电机作为医院应急电源以满足规范要求。所以医院工程的较常用的供电设计为：双路市电（一般采用10kV电源）满足正常供电要求，再以柴油发电机组满足应急供电要求，手术室、ICU、CCU、产房及婴儿病房等一级负荷中特别重要负荷设置UPS装置电源以满足t≤0.5s的要求。由于发电机能在t≤15s内自动启动，所以UPS电源的蓄电池标准配置为15min或10min即可以满足要求。
门诊手术室或要求比较低的简单手术室也可以不设置UPS，但这时一般采用配置应急蓄电池的手术无影灯，能够在故障停电情况下确保施行简单手术。
从UPS设备的配置方式角度，手术部的电气设计一般有两种方式：分布式和集中式，分别见附图1和附图2（图2中手术专用配电箱与图1类似）：
 
分布式适用于中小型手术部，是比较常用的方式，即每个手术室均配置一个UPS及相应配电装置。单个UPS的容量较小但全部加起来总容量高，工程上常用的配置是10kVA/间。设计应注意配电小间面向清洁走廊，这样正常工作或维护和检修时减少对洁净区的影响。这个设计的特点是：
1. 供电可靠性较高、UPS发生故障的情况下影响面小，但维护工作量大，对手术部影响大。一般UPS使用几年后的维护工作量逐渐增大，需要进入手术部维护或检修，对手术部门的正常工作会产生影响，尤其是UPS设备的电池组是薄弱环节，性能不稳定，使用寿命短，给管理部门带来大量维护更换等工作；
2. 配电小间因放置UPS设备需要较大面积，占用了手术室的有效面积，而且UPS发热大增加了空调及通风需求。要很好地解决多点分散的UPS通风及降温问题在工程上是困难的。所以规模比较大的手术部多采用UPS设备集中设置。
集中式方式的特点是：可靠性高、经济性好、维护管理方便、基本不对手术部产生影响。一般在靠近手术部或邻层的位置设大容量UPS站，考虑到同时系数，UPS的总配置容量比分布式系统小，可节省总投资，不但经济而且可靠性也高。集中式UPS系统有两种方式：
1．UPS设一组或多组，每组承担一部分负载。为了提高供电可靠性，UPS采用多组设置可以减少检修或故障时的影响面，如图2所示。
2．另一种集中式UPS系统是采用n+1方式的冗余并联式UPS系统（手术部一般采用1+1方式），即所谓“一用一备”热备用UPS系统，两台UPS均能为100%手术负荷供电。理论上两组UPS同时故障的概率极小，当一台UPS设备维修或故障时另一台仍可持续供电不受影响，可靠性极高，但一次投资大，设备总容量比分布式系统更大。这种系统在发达国家较为常用。
因为UPS站在手术部洁净区域外独立设置，集中式能很好解决UPS的维护问题而不直接对手术部产生影响；而且集中设置有利于解决UPS设备空调和通风，分布式供电UPS发生故障率高的原因之一就在于不能很好解决通风问题。
二、手术部配电及照明设计
手术部配电设计一般分成两个相对独立的系统：手术室配电系统和手术部净化空调配电系统。净化空调配电系统将在下面的章节专门讨论，手术室配电设计最突出的特点是采用了医用IT不接地系统，UPS设备以后的配电系统一般如下图3所示。
根据规范要求：2类医疗场所中，外科手术和其他位于患者周围的电气装置均应采用医用IT系统，且医用IT系统必须配置绝缘监视器，当系统线路绝缘电阻减少到50 kΩ时能够声光警报。系统保证了供电高度可靠性和手术用电安全性，IT系统发生单相接地故障时按TN或TT系统运行，不要求停电，只有发生第二次接地故障时才要求断电；而绝缘监视器能声光警报提示及时排除第一次接地故障，恢复IT系统运行，所以IT系统供电可靠性很高。
IT系统另一优点是用电安全性。系统正常运行时只有极小的对地电容泄漏电流，为µA级，IT系统发生第一次接地故障后，非故障相电容性泄漏电流还是µA级的，所以施行心脏手术时即便发生一次接地故障也不至于产生微电击。而如果采用TN系统供电，发生接地故障时故障电流较大（至少为mA级足以引起漏电保护开关动作），足以对患者产生生命威胁，所以IT系统的使用对术中患者有用电安全的保障。
 
医用IT系统通常采用单相变压器，其额定容量不应超过10kVA。IT变压器二次侧出线应采用双极空开。从供电可靠性和手术安全角度，变压器一二次侧应设置过流保护，规范要求过载保护应报警而不跳闸以保证手术中患者的生命安全。医用IT变压器均有过载的声光报警功能，但市场上单相空气开关MCB一般为热磁脱扣器，过载下将在双金属片作用下跳闸难以实现规范要求，所以IT变压器原副侧开关的整定电流宜有余量，在变压器过载保护报警前不应动作跳闸。
另一个需要注意的问题是IT变压器的供电范围。一般每个手术室配一个医用IT变压器，供电包括：医疗柱或吊塔及其配出设备、插座箱、无影灯、恒温或冰柜、器械柜、手术信号及控制设备等，但手术室一般照明光带、电动门和手术室辅助间的用电设备不在这个范围，详见图3。有时为了限制UPS的容量，也把这些负荷排除在UPS供电系统之外。
手术室的照明要求较高：
1．平均照度要求不低于750lx，在医院各种场所为最高值；
2．手术室的洁净要求高，必须采用洁净灯具；
3．从照明性质看，因其特别重要，一般按一级负荷要求供电；
三、手术部净化空调配电设计
净化空调及通风对手术的正常进行非常重要，一般按一级负荷要求供电：即分别从两个配电变压器的母线上引一路电源且在净化机组配电房做末端自动切换控制，保证在不失去全部市电的情况下总能坚持工作。
手术部净化空调用电量很大，往往除风机外还有电加热设备（主要夏季用）和电加湿设备（冬季用），平均每间手术室的洁净空调用电的设备容量约20-30kW，用电总量远大于手术室的其它配电照明负荷，如果接入应急柴油发电机系统将使应急电源系统膨胀2-3倍、系统复杂且投资急增，所以规范并没有提这么高的要求，这些负荷不作为一级负荷中特别重要负荷对待。条件有限情况下手术部净化空调也作为二级负荷设计。
净化空调机组与手术室一般一一对应设置，供电电源问题解决后其配电设计比较简单。而且一般配电控制箱随机组成套供应，将电源送至各机组配电箱即可。
需要注意，尽管手术部洁净空调重要，但区别于消防负荷，在手术部发生火灾时应自动切除其电源，以满足消防规范要求。
四、手术室局部等电位连接设计
手术室局部等电位连接非常重要，是手术室设计的重要组成部分。已经有很多论著详细介绍了等电位连接的重要性，这里不再重复。具体阐述手术室局部等电位连接的做法。
为使下列装置达到等电位，在手术室内应设置辅助医用等电位连接母排或端子箱，等电位连线将下列装置与等电位母排连接，而且等电位母排应与混凝土结构体上预留的钢板焊接，使手术室的电位被钳制在大楼电位上。等电位母排与局部等电位连接设备之间导体的电阻（包括连接部分的电阻）不应超过0.2Ω，范围如下：
1．保护线PE或PE排
2．各种设备的外露可导电部分，如手术床、器械柜、配电控制柜、吊塔等
3．电磁干扰隔离板 
4．隔离变压器的金属外壳
辅助医用等电位母排或端子箱应靠近配电屏或在配电屏中。连接一般采用BV-4mm2铜导线或-25*4镀锌扁钢即可满足要求。
 
参考文献
[1]中华人民共和国国家标准GB50052-95    供配电系统设计规范
[2]工业与民用建筑配电设计手册（第二版）   中国电力出版社

 

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