李曉強，關(guān)永飛

黑龍江省醫(yī)院 醫(yī)學工程科，黑龍江哈爾濱 150036

醫(yī)療設(shè)備供電系統(tǒng)電氣安全簡析

李曉強，關(guān)永飛

黑龍江省醫(yī)院 醫(yī)學工程科，黑龍江哈爾濱 150036

專欄——醫(yī)療設(shè)備質(zhì)量保證

編者按：加強醫(yī)療設(shè)備質(zhì)量保證工作、保障醫(yī)療設(shè)備的臨床安全使用，已經(jīng)成為了醫(yī)學工程技術(shù)人員的重要工作職責。本期專欄特邀哈爾濱醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院醫(yī)學工程部主任劉剛擔任欄目主編，選取臨床應(yīng)用較多的供電系統(tǒng)、輸液泵以及除顫器三個方面，進行了醫(yī)療設(shè)備質(zhì)量保證相關(guān)的探討。

欄目主編：劉剛

哈爾濱醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院醫(yī)學工程部主任，研究員級高級工程師，管理學博士。黑龍江醫(yī)學工程分會主任委員，中華醫(yī)學會醫(yī)學工程分會常委，衛(wèi)生部醫(yī)院管理研究所臨床醫(yī)學工程研究基地（黑龍江）首席專家， 2007年通過國際臨床工程師認證考核。主持省市科技攻關(guān)以及省衛(wèi)生廳課題多項。

欄目主編郵箱：liugang@54dr.com

本文介紹了一些供電系統(tǒng)方面的知識，分析了幾種接地方式，重點強調(diào)了醫(yī)院特殊環(huán)境下對接地的要求及對不良后果的預(yù)防。

供電系統(tǒng)；保護接地；隔離供電；漏電

眾所周知，在現(xiàn)代醫(yī)院工作的過程中，電子儀器、電子設(shè)備日益增加，它同各種診斷、治療工作密切結(jié)合，醫(yī)院用電質(zhì)量要求更加嚴格，用電方式更加復雜，用電量大幅度增加，因此安全供電是醫(yī)院建設(shè)過程中重要環(huán)節(jié)，特別是手術(shù)室、ICU病房這些特殊醫(yī)療場所尤為顯得重要。

醫(yī)用供電有如下基本要求：① 醫(yī)院供電必須具有防斷電措施。應(yīng)具有雙路供電自動切換的功能，并備有發(fā)電機組以防意外，重要場所配置UPS（不間斷電源）。不同功能區(qū)的供電線路要分開，以免相互影響。② 醫(yī)院供電必須具有防漏電措施。醫(yī)用配電不同于一般的民用建筑的配電，在醫(yī)療環(huán)境微小的漏電電流，都會釀成嚴重的醫(yī)療事故。

大多數(shù)醫(yī)院基本供電系統(tǒng)有3相3線制和3相4線制等，但這些名詞術(shù)語內(nèi)涵不是十分嚴格。根據(jù)國際電工委員會（IEC）規(guī)定的各種保護方式、術(shù)語概念，將低壓配電系統(tǒng)按接地方式的不同分為3類，即TT、TN和IT，其中TN系統(tǒng)又分為TN-C、TN-S系統(tǒng)。下面對各種供電系統(tǒng)做一個扼要的介紹。

1 TT方式供電系統(tǒng)

TT方式是指將電氣設(shè)備的金屬外殼直接接地的保護系統(tǒng)，稱為保護接地系統(tǒng)，也稱TT系統(tǒng)。第1個符號T表示電力系統(tǒng)中性點直接接地；第2個符號T表示負載設(shè)備外露不與帶電體相接的金屬導電部分與大地直接連接，而與系統(tǒng)如何接地無關(guān)。在TT系統(tǒng)中負載的所有接地均稱為保護接地，如圖1所示。

圖1 在TT系統(tǒng)中負載的所有接地均稱為保護接地

這種供電系統(tǒng)的特點如下:

(1)當電氣設(shè)備的金屬外殼帶電（相線碰殼或設(shè)備絕緣損壞而漏電）時，由于有接地保護，可以大大減少觸電的危險性。但是，低壓斷路器（自動開關(guān)）不一定能跳閘，造成漏電設(shè)備的外殼對地電壓高于安全電壓，屬于危險電壓。

(2)當漏電電流比較小時，即使有熔斷器也不一定能熔斷，所以還需要漏電保護器作保護，因此TT系統(tǒng)難以推廣。

2 TN方式供電系統(tǒng)

這種供電系統(tǒng)是將電氣設(shè)備的金屬外殼與工作零線相接的保護系統(tǒng)，稱作接零保護系統(tǒng)，用TN表示。TN方式供電系統(tǒng)中，根據(jù)其保護零線是否與工作零線分開而劃分為TN-C和TN-S兩種。

2.1 TN-C方式供電系統(tǒng)

它是用工作零線兼作接零保護線，可以稱作保護中性線，可用NPE表示，如圖2所示。

圖2 TN-C方式供電系統(tǒng)

這種供電系統(tǒng)的特點如下：

(1) 由于三相負載不平衡，工作零線上有不平衡電流，對地有電壓，所以與保護線所聯(lián)接的電氣設(shè)備金屬外殼有一定的電壓。

(2) 如果工作零線斷線，則保護接零的漏電設(shè)備外殼帶電。

(3) 如果電源的相線碰地，則設(shè)備的外殼電位升高，使中性線上的危險電位蔓延。

(4) TN-C系統(tǒng)干線上使用漏電保護器時，工作零線后面的所有重復接地必須拆除，否則漏電開關(guān)合不上；而且，工作零線在任何情況下都不得斷線。所以，實用中工作零線只能讓漏電保護器的上側(cè)有重復接地。

(5) TN-C方式供電系統(tǒng)只適用于三相負載基本平衡情況。

2.2 TN-S方式供電系統(tǒng)

該系統(tǒng)是把工作零線N和專用保護線PE嚴格分開的供電系統(tǒng)，稱作TN-S供電系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 TN-S供電系統(tǒng)

這種供電系統(tǒng)的特點如下：

(1) 系統(tǒng)正常運行時，專用保護線上沒有電流，只是工作零線上有不平衡電流。PE線對地沒有電壓，所以電氣設(shè)備金屬外殼接零保護是接在專用的保護線PE上，安全可靠。

(2) 工作零線只用作單相負載回路。

(3) 專用保護線PE不許斷線，也不許進入漏電開關(guān)。

(4) 干線上使用漏電保護器，工作零線不得有重復接地，而PE線有重復接地，但是不經(jīng)過漏電保護器，所以TN-S系統(tǒng)供電干線上也可以安裝漏電保護器。

TN-C和TN-S系統(tǒng)優(yōu)缺點比較：

TN-C供電系統(tǒng),對于單相回路存在較大的安全缺陷。單相二線供電方式,最大缺陷是在發(fā)生電器外殼碰相線時，直接將 220V 相電壓施加給此時正巧觸摸到的人，從而發(fā)生觸電事故。但如果把接外殼的保護線 PE 和中性線 N 并聯(lián)合用一根,實際上這也是極不安全的。建筑物的配電線路由于接頭松脫、導線斷線等故障,很可能造成圖4所示A點處開路,此時當其中一臺設(shè)備開關(guān)接通后，在 A點后面所有中性線上,將出現(xiàn)相電壓,這個高電壓又被設(shè)備接地引至所有插入插座的用電設(shè)備外殼上，而且其后的設(shè)備即使并未開啟,外殼上也有 220V 電壓，這是十分危險的。

圖4 接外殼保護線PE和中性線N并聯(lián)合用一根

圖5 采用3相5線制的TN-S供電系統(tǒng)

如果采用3相5線制的TN-S 供電系統(tǒng)，則不會出現(xiàn)這種情況。如圖5所示，只有當保護線斷開，而且又有一臺設(shè)備發(fā)生相線碰外殼，兩故障同時出現(xiàn)時，才會出現(xiàn)與前述類似情況的事故，從而也極大地降低了事故出現(xiàn)的可能性。

3 IT方式供電系統(tǒng)

國內(nèi)普遍稱為隔離供電系統(tǒng)，或稱為隔離變壓器供電系統(tǒng)。一般供電電網(wǎng)是以大地作為參考電位，相線中的電流可以通過任何未絕緣的通道，對地構(gòu)成回路，這是電擊的根本原因。隔離供電是采用隔離變壓器供電，電源經(jīng)隔離變壓器后，原電網(wǎng)中的地已不再是參考電位，隔離變壓器任何一根輸出線都不能與地構(gòu)成回路，只能在兩根輸出線之間構(gòu)成回路，隔離電源兩根輸出L1、L2都是相線，都應(yīng)安裝斷路器或熔斷器，這就提高了供電的安全性。IT方式供電系統(tǒng)供電的可靠性高、安全性好，一般用于不允許停電的場所，或者是要求嚴格地連續(xù)供電的地方，例如大醫(yī)院的手術(shù)室。為了有效地防止微電擊的發(fā)生，國際上現(xiàn)在普遍采用隔離供電系統(tǒng)(IT系統(tǒng))。在手術(shù)室、心導管室、ICU病房、CCU病房、新生兒病房、心電圖室、腦電圖室、理療室、透析病房等特殊醫(yī)療場所供電，都應(yīng)當采用IT供電系統(tǒng)，或IT系統(tǒng)、TN-S系統(tǒng)同時使用。

醫(yī)用IT供電系統(tǒng)設(shè)一臺1：1專用隔離變壓器，其二側(cè)不接地，箱內(nèi)設(shè)一套漏電檢測報警裝置（絕緣監(jiān)視裝置）以防止產(chǎn)生接地故障電流。當發(fā)生第1次單相接地故障,一般當系統(tǒng)絕緣水平低于50kΩ時，并不自動切斷電源，而由絕緣監(jiān)視裝置發(fā)出故障報警。這時故障電流僅為醫(yī)療場所內(nèi)的一小段線路的微量對地電容電流，引起該場所內(nèi)的不同部分的電位差很小(≤50μV)。這時醫(yī)護人員可根據(jù)病人病情的嚴重程度，可在確保病人安全的前提下，決定是否切斷電源，或繼續(xù)進行手術(shù)，并采取相應(yīng)措施。當發(fā)生第1次接地故障，在手術(shù)后，應(yīng)立即排除故障，防止第2次異相接地故障發(fā)生而引起相間短路。

綜上所述，醫(yī)院一般臨床科室低壓配電系統(tǒng)應(yīng)嚴格采用TN-S系統(tǒng)，絕對禁止工作零線和保護接地混接。在手術(shù)室、心導管室、ICU病房、CCU病房、新生兒病房、心電圖室、腦電圖室、理療室、透析病房等特殊醫(yī)療場所，應(yīng)當采用IT供電系統(tǒng)，或IT系統(tǒng)與TN-S系統(tǒng)同時使用。在實際中，還有一種3相6線的接法，除工作零線、保護接地外，還專門另配一路接地線，這根線跟設(shè)備地線分開來接，不與其他任何線相接，用做對儀器設(shè)備的保護，因為電氣元件的損壞往往只幾微秒的時間，所以要將誤動作電流更快的引回大地，需要儀器直接接地。例如：放射設(shè)備工作時使用10萬伏高壓，為保護患者的安全必須單獨接地，接地電阻盡量小，地線電流容量要足夠大。

[1] 王力群,王昕,燕學智.電器、電子控制與安全系統(tǒng)——工程機械設(shè)計與維修叢書[M].北京:化學工業(yè)出版社, 2005.

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[4] 佘少華.電器產(chǎn)品強制認證基礎(chǔ)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008.

[5] 劉鐵兵,湯黎明,戚仕濤,等.醫(yī)療設(shè)備供電系統(tǒng)電能質(zhì)量控制的研究[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2010,25(5):10-13.

Safety Analysis of Power Supply for Medical Equipment

Li Xiao-qiang, Guan Yong-fei
Clinical Engineering Department of Heilongjiang Provincial Hospital, Harbin Heilongjiang 150036, China

Some knowledge of the power supply system are introduced, several ways of grounding are analyzed. Requirements of the grounding are emphasized under special hospital environment, and the prevention of negative consequences is mentioned.

power supply system; protective grounding; isolated power supply; leakage of electricity

R197.32；R197.39

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2010.12.001

1674-1633(2010)12-0001-03

2010-07-08

作者郵箱：lxqiang@163.com