饒世營

(福建晟業(yè)建筑設(shè)計有限公司 福建福州 350028)

醫(yī)療場所的接地設(shè)計研究與應(yīng)用
——以武平縣婦幼醫(yī)院接地設(shè)計為例

饒世營

(福建晟業(yè)建筑設(shè)計有限公司 福建福州 350028)

現(xiàn)代醫(yī)療設(shè)備越來越多樣化和復(fù)雜化，設(shè)備的電氣安全要求也越來越高。文章結(jié)合武平縣婦幼醫(yī)院接地設(shè)計，主要探討了低壓配電系統(tǒng)接地型式，TN-C-S系統(tǒng)的選用及局部IT系統(tǒng)在手術(shù)室、ICU、急診搶救室及無痛人流室等重要醫(yī)療場所的應(yīng)用，目的為確保各場所內(nèi)人體安全。

醫(yī)院接地設(shè)計；接地型式；TN-C-S系統(tǒng)；IT系統(tǒng)

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)水平和醫(yī)療技術(shù)水平飛速發(fā)展，醫(yī)療電氣設(shè)備不斷更新，大量醫(yī)療電子儀器不斷應(yīng)用于臨床診斷和治療，比如：CT、核磁共振、DR、CR、工頻X光機(jī)、彩色超聲等。醫(yī)療電氣設(shè)備在診斷和治療過程中的應(yīng)用越來越普遍，作用也越來越顯著，但很多醫(yī)院在內(nèi)部結(jié)構(gòu)、運營管理、電氣設(shè)備安全措施和供電條件存在很多不完善的地方，為設(shè)備在操作過程中埋下了很大的安全隱患。為了消除各種安全隱患，不僅要不斷優(yōu)化和完善醫(yī)院的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運營管理，吸取和積累經(jīng)驗，不斷規(guī)范醫(yī)護(hù)人員的操作，同時也嚴(yán)格要求在建和新建的醫(yī)院在設(shè)計和施工過程中滿足相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，確保電氣設(shè)備安全措施的正確性和供電電源的可靠性。

IEC標(biāo)準(zhǔn)將醫(yī)療場所定為電氣安全上的特殊場所，由于醫(yī)療場所的電氣設(shè)備與人體甚至是人體內(nèi)部器官直接接觸，大大增加了電擊危險性。手術(shù)室、搶救室等重要場所的供電中斷或其他電氣事故會嚴(yán)重威脅病人生命安全。如何選擇合理的接地形式，確保各醫(yī)療場所中電氣設(shè)備的接地安全和醫(yī)院供電的可靠性，筆者以武平縣婦幼醫(yī)院電氣設(shè)計為案例，針對上述問題提出相關(guān)建議。

1 醫(yī)院接地設(shè)計

該工程為武平縣婦幼醫(yī)院，局部地下1層、地上7層, 病床數(shù)59床，為三級醫(yī)院。功能分布為地下一層為消防泵房、配電間等設(shè)備用房。一層為急診診室、急診搶救室、急診觀察室、消控室、CR-DR機(jī)房、藥房、輸液室和門廳等；二層為B超、心電圖、檢驗科；三層為婦科診室、無痛人流室、宣教室、產(chǎn)檢；四層為兒科、婚檢、宣教室；五層為病房、ICU(重癥監(jiān)護(hù)室)；六層為病房、手術(shù)室及待產(chǎn)室等；七層為辦公室、會議室。

醫(yī)療場所電氣安全防護(hù)根據(jù)要求可劃分為3類。① 0類：不使用醫(yī)療電氣設(shè)備接觸部件的醫(yī)療場所；② 1類：醫(yī)療電氣設(shè)備接觸部件需要與患者體表、體內(nèi)(除2類醫(yī)療場所所述部位外)接觸的醫(yī)療場所；③ 2類：醫(yī)療電氣設(shè)備接觸部件需要與患者體內(nèi)接觸、手術(shù)室以及電源中斷或故障后將危及患者生命的醫(yī)療場所[1]。根據(jù)上述的分類，各醫(yī)療場所的具體類別如表1所示。該工程變配電房設(shè)于室外，低壓配電系統(tǒng)接地型式采用TN-C-S系統(tǒng)，進(jìn)線電纜的PEN線在入戶配電箱進(jìn)線開關(guān)之前作重復(fù)接地,設(shè)PE專用接地保護(hù)線, PE線與N線不得混接。急診搶救室、產(chǎn)房、手術(shù)室、ICU、無痛人流室內(nèi)等2類醫(yī)療場所采用局部IT系統(tǒng)。采用IT系統(tǒng)的各場所應(yīng)作局部等電位聯(lián)結(jié),設(shè)LEB端子箱,要求該局部等電位聯(lián)結(jié)端子板與插座PE線端子。固定式設(shè)備PE線端子及裝置外可導(dǎo)電部分等之間的聯(lián)結(jié)線和連接點的電阻總和不應(yīng)大于0.2Ω,任何兩個導(dǎo)電體間的電位差在10mV以下，并實現(xiàn)下列部分之間等電位:① PE線；② 裝置外導(dǎo)電部分；③ 防電場干擾的屏蔽層；④ 隔離變壓器一、二次繞組間的金屬屏蔽層；⑤ 地板下的金屬網(wǎng)格；⑥ 除設(shè)備要求與地絕緣外，固定安裝的、可導(dǎo)電的非電氣裝置的患者支撐物。

表1 工程各醫(yī)療場所的類別劃分表

2 接地型式

《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》JGJ16-2008指出:低壓配電系統(tǒng)的接地形式可分為TN、TT、IT 3種系統(tǒng)，其中TN系統(tǒng)又可分為TN-C、TN-S、TN-C-S 3種形式[2]。在TN系統(tǒng)中，電力系統(tǒng)有一點直接接地，電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分應(yīng)采用保護(hù)導(dǎo)體(PE)或保護(hù)接地中性導(dǎo)體(PEN)與該點相連接。在TT系統(tǒng)中，電力系統(tǒng)有一點直接接地，電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分通過保護(hù)線接至與電力系統(tǒng)接地點無關(guān)的接地極，如圖1所示。在IT系統(tǒng)中，電力系統(tǒng)不直接接地，應(yīng)對地絕緣或通過足夠大的阻抗接地[3]，電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分可單獨接地或成組接地，如圖2所示。

圖1 TT系統(tǒng)

圖2 IT系統(tǒng)

3 TN-C-S系統(tǒng)的選用

如何為醫(yī)療建筑及其建筑內(nèi)不同場所選擇合適的接地系統(tǒng)？根據(jù)《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計規(guī)范》JGJ 312-2013指出：醫(yī)療場所配電系統(tǒng)的接地形式嚴(yán)禁采用TN-C系統(tǒng)[1]。因為TN-C系統(tǒng)中N、PE線始終是合一的，如圖3所示。在三相負(fù)荷不平衡或接地故障時PEN上有電流通過，從而使醫(yī)療電氣設(shè)備外殼帶上對地電壓，嚴(yán)重危及醫(yī)療場所的人身安全。此外，TN-C系統(tǒng)還可能給醫(yī)療電氣設(shè)備帶來電磁干擾，采用TT或TN-S系統(tǒng)則能避免這些問題。但TT系統(tǒng)將電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分直接接地，設(shè)備對地絕緣比較容易受到過電壓損害。且接地故障電流較小時，低壓斷路器或熔斷器不一定能及時動作，造成漏電設(shè)備的金屬外殼對地電壓高于安全電壓(屬危險電壓)，因此還需要設(shè)置漏電保護(hù)器起保護(hù)作用。此外，TT系統(tǒng)采用獨立于電源端接地極的接地網(wǎng)，需消耗大量鋼材和工時，所以TT系統(tǒng)比較適宜戶外場所，接地保護(hù)比較分散的地方，如室外路燈等。

圖3 TN-C系統(tǒng)

對于民用建筑的低壓配電系統(tǒng)應(yīng)采用TT、TN-S或TN-C-S接地型式，然而TT接地系統(tǒng)比較適合戶外場所，所以在建筑內(nèi)部的低壓配電系統(tǒng)選用TN-S或TN-C-S接地型式。TN-S系統(tǒng)中的工作零線N和保護(hù)線PE線始終分開，如圖4所示，系統(tǒng)正常運行時，PE線上沒有電流，對地沒有電壓，所以電氣裝置的外露導(dǎo)電部分接在專用的保護(hù)線 PE 上安全可靠。當(dāng)建筑物采用TN-C-S系統(tǒng)時，在建筑物的進(jìn)線處設(shè)置重復(fù)接地，在重復(fù)接地點前TN-C-S系統(tǒng)的N、PE線是合一的，可看作為TN-C系統(tǒng)；重復(fù)接地點后N、PE線分開，可看作為TN-S系統(tǒng)，如圖5所示。TN-C-S或TN-S系統(tǒng)中PE線是連通的，任何一處發(fā)生故障均可能導(dǎo)致故障電壓沿PE線傳導(dǎo)至其它地方引起危害。因此，當(dāng)PE線較長時，需要再設(shè)多處接地點作等電位聯(lián)結(jié)，以降低保護(hù)導(dǎo)體的電位與其附近的對地電位產(chǎn)生位差的可能性。當(dāng)建筑物與室外變配電房的距離較遠(yuǎn)時，采用TN-C-S系統(tǒng)當(dāng)PEN線斷裂時，N線通過重復(fù)接地點形成電流通道，系統(tǒng)依舊能繼續(xù)運行，而不至于產(chǎn)生零點電位偏離燒壞單相電器設(shè)備，比TN-S系統(tǒng)更安全且節(jié)省投資，所以該工程采用TN-C-S系統(tǒng)。采用TN-C-S系統(tǒng)時，應(yīng)注意當(dāng)保護(hù)導(dǎo)體與中性導(dǎo)體從某點分開后不應(yīng)再合并，且中性導(dǎo)體不應(yīng)再接地，否則造成前段的N、PE并聯(lián)，PE導(dǎo)體可能會有大電流通過，提高PE導(dǎo)體的對地電位，危及人身安全。

圖4 TN-S系統(tǒng)

圖5 TN-C-S系統(tǒng)

4 IT系統(tǒng)的應(yīng)用

根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：在2類醫(yī)療場所內(nèi)，用于維持生命、外科手術(shù)和其他位于“患者區(qū)域”內(nèi)的醫(yī)療電氣設(shè)備和系統(tǒng)的供電回路，均應(yīng)采用醫(yī)療IT系統(tǒng)。用途相同且相鄰的一個或幾個房間內(nèi)，至少應(yīng)設(shè)置一個獨立的醫(yī)療場所局部IT系統(tǒng)[4]。醫(yī)療IT系統(tǒng)由醫(yī)用隔離變壓器、絕緣監(jiān)視儀及外接報警和顯示裝置3部分組成。其中醫(yī)用隔離變壓器應(yīng)設(shè)置過載和溫度監(jiān)測器。絕緣監(jiān)視儀應(yīng)滿足下列要求: ① 交流內(nèi)阻不應(yīng)小于100kΩ；② 測量電壓不應(yīng)超過直流25V；③ 測試電流在故障條件下峰值不應(yīng)大于1mA；④ 應(yīng)設(shè)置絕緣故障報警，在絕緣電阻最遲降至50kΩ時應(yīng)能報警、顯示，并應(yīng)配置試驗設(shè)施[4]。報警和顯示裝置設(shè)置在有專職人員值班的場所,以便醫(yī)務(wù)人員能實時監(jiān)察系統(tǒng)的絕緣狀況,利用第二故障(此故障將使預(yù)期危險電流變成實際的故障電流)尚未發(fā)生的時機(jī)及時采取措施，消除隱患。

IT系統(tǒng)在醫(yī)療場所的應(yīng)用中應(yīng)注意以下問題：

(1)醫(yī)療場所內(nèi)非生命支持系統(tǒng)采用TN-S系統(tǒng)，局部采用TT系統(tǒng)，如圖6所示。為避免二者之間存在電位差，局部IT系統(tǒng)供電的設(shè)備金屬外殼接地應(yīng)與TN-S系統(tǒng)共用接地裝置。

圖6 手術(shù)室配電箱系統(tǒng)圖

(2)IT系統(tǒng)不宜配出中性線(N線)，系統(tǒng)中單相220V電源經(jīng)1∶1隔離變壓器的二次提供，因此配電線路均為帶電導(dǎo)線，應(yīng)設(shè)置雙極開關(guān)作為線路保護(hù)。

(3)醫(yī)療場所局部IT系統(tǒng)隔離變壓器的一次側(cè)與二次側(cè)應(yīng)設(shè)置短路保護(hù)，為了保證重要負(fù)荷的不間斷供電，不應(yīng)設(shè)置動作于切斷電源的過負(fù)荷保護(hù)裝置。

(4)同一醫(yī)療場所局部IT系統(tǒng)的所有插座箱或插座組不應(yīng)由一個回路供電，防止某個地方出現(xiàn)故障影響所有插座使用，確保供電的可靠性。IT系統(tǒng)插座應(yīng)有固定的明顯標(biāo)志，防止誤操作。

(5)為單相設(shè)備供電的醫(yī)療IT系統(tǒng)應(yīng)采用單相隔離變壓器，當(dāng)需通過IT系統(tǒng)為三相負(fù)荷供電時，應(yīng)采用單獨的三相隔離變壓器。隔離變壓器宜靠近醫(yī)療場所設(shè)置，并應(yīng)設(shè)置明顯標(biāo)志和采取防護(hù)措施，防止無關(guān)人員接觸。

5 結(jié)語

現(xiàn)代醫(yī)院的醫(yī)療設(shè)備日新月異，電氣接地安全和供電要求越來越高且事關(guān)患者生命安全，要求電氣設(shè)計人員在設(shè)計過程中一定要慎之又慎。隨著醫(yī)療建筑電氣設(shè)計的內(nèi)容越來越多且越來越復(fù)雜，作為電氣設(shè)計人員要熟悉國家相關(guān)規(guī)范及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通過不斷學(xué)習(xí)提高自身的業(yè)務(wù)水平，不斷完善對醫(yī)療建筑的電氣設(shè)計，為患者提供舒適的就診環(huán)境和安全可靠的治療條件。

[1] JGJ 312-2013 醫(yī)療建筑電氣設(shè)計規(guī)范[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[2] JGJ16-2008 民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008．

[3] GB 50052-2009 供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2009.

[4] GB 16895．24-2005/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(yī)療場所[S].北京：中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會，2005.

ResearchandapplicationofearthingDesignofmedicalpremises——Taketheearthingdesignofthematernalandchildhealthhospitalofwupingcountyasanexample

RAOShiying

(Fujian Shengye Architectural Design Co.,Ltd,Fuzhou 350028)

Medical equipment in modern medical architecture is becoming more and more diverse and complicated, and the electrical safety requirements of equipment are becoming higher and higher . Combining with the wu ping county the experience of women and children's hospital of grounding design and Talk about earthing Design of medical premises, mainly discusses the low-voltage distribution system grounding type, the selection of TN-C-S system and the local IT systems in the operating room, ICU, emergency intensive care and painless abortion room important application of medical facilities, such as objective to ensure that each place safety within the human body.

Hospital earthing design；Earthing system；TN-C-S system；IT system

饒世營(1983.9- )，男，工程師。

E-mail:247692664@qq.com

2017-10-15

TU855

A

1004-6135(2017)12-0037-04