李戰(zhàn)贈， 肖 彥

(中國建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100044)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和醫(yī)療衛(wèi)生體制改革的深入，醫(yī)療建筑市場規(guī)模不斷擴(kuò)大。很多新建醫(yī)療建筑集門診、醫(yī)技、病房、科研、辦公、后勤供應(yīng)等多種功能于一身，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高、建筑面積大、醫(yī)療工藝復(fù)雜，是民用建筑工程設(shè)計(jì)中最為復(fù)雜和特殊的類型之一。醫(yī)療建筑中工藝用電設(shè)備很多，如ICU、CCU、NICU、DSA、MRI、手術(shù)室、影像科、放射科、核醫(yī)學(xué)、血液透析等，尤其大型醫(yī)療設(shè)備由于設(shè)備數(shù)量多，單機(jī)裝機(jī)容量大，是電氣設(shè)計(jì)中最重要，也是設(shè)計(jì)難度最大的一部分。

1 典型大型醫(yī)療設(shè)備技術(shù)要求文件電氣參數(shù)解析

大型醫(yī)療設(shè)備主要分為磁共振成像設(shè)備、X射線設(shè)備、高能射線設(shè)備和核素設(shè)備這四類，常見的有CT、DSA、MRI、DR、數(shù)字胃腸機(jī)、鉬靶、ECT、PET-CT、后裝機(jī)、直線加速器等。

設(shè)備生產(chǎn)廠家提供的技術(shù)文件(如《場地準(zhǔn)備快速指南》、《機(jī)房設(shè)計(jì)參考導(dǎo)則》、《項(xiàng)目指導(dǎo)手冊和場地要求》等)名字不同但內(nèi)容基本類似，基本上都包含土建、電氣、暖通空調(diào)和給排水等相關(guān)專業(yè)的要求。技術(shù)文件中電氣專業(yè)一般包含設(shè)備最大功率、設(shè)備連續(xù)功率、設(shè)備峰值電流、設(shè)備連續(xù)電流、過流保護(hù)器額定電流推薦值、配電電纜最小截面要求、接地保護(hù)和機(jī)房照明等容，但需要留意的是，不同設(shè)備要求各不相同，即使同一類設(shè)備，生產(chǎn)廠家不同，要求也不盡相同。

2 負(fù)荷等級及供電要求

廠家提供的技術(shù)要求文件中基本沒有與供電負(fù)荷等級相關(guān)的內(nèi)容，但為了供電安全，設(shè)計(jì)人員首先要確定設(shè)備的負(fù)荷等級。負(fù)荷等級的劃分可參照執(zhí)行的規(guī)范主要是JGJ 312-2013《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》和JGJ 16-2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》。

JGJ312-2013《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》“表4.2.1醫(yī)療建筑用電負(fù)荷分級”規(guī)定：三級、二級醫(yī)院的內(nèi)鏡檢查室、影像科、放射治療室和核醫(yī)學(xué)的設(shè)備及照明用電為一級負(fù)荷，電子顯微鏡、影像科診斷用電設(shè)備為二級負(fù)荷。JGJ 16-2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》“附錄A民用建筑中各類建筑物的主要用電負(fù)荷分級”中表A第23項(xiàng)中規(guī)定：二級及以上醫(yī)院的核磁共振、介入治療用CT及X光機(jī)掃描室、加速器機(jī)房為一級負(fù)荷，電子顯微鏡、一般診斷用CT及X光機(jī)用電為二級負(fù)荷。

綜上所述，二級及以上醫(yī)院的大型醫(yī)療設(shè)備，除一般診斷用CT及X光機(jī)用電為二級負(fù)荷外，基本上都是一級負(fù)荷。實(shí)際項(xiàng)目中，同一類設(shè)備不止一臺，機(jī)房都布置在一起，很難區(qū)分具體使用功能，并且大多數(shù)情況下既可用于治療，又可用于診斷，故筆者建議定義為一級負(fù)荷，電源采用雙電源互投，由變電所低壓配電柜放射式供電。

3 電氣設(shè)計(jì)需確定的問題

在醫(yī)院建設(shè)初期，建設(shè)方無法確定大型醫(yī)療設(shè)備的具體品牌和型號，提供不了電氣專業(yè)設(shè)計(jì)所需資料，因此需設(shè)計(jì)師充分了解各種大型醫(yī)療設(shè)備的技術(shù)要求，合理預(yù)留電氣條件，避免設(shè)備定型后出現(xiàn)大量修改而導(dǎo)致不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

首先，確定大型醫(yī)療設(shè)備電氣參數(shù)。設(shè)備的安裝功率，一般對應(yīng)產(chǎn)品技術(shù)要求文件中的額定功率，或者最大功率和瞬時功率?！度珖裼媒ㄖこ淘O(shè)計(jì)技術(shù)措施-電氣》明確電力設(shè)備臺數(shù)在三臺及以下時需要系數(shù)建議為1，但由于醫(yī)療設(shè)備的特殊性，每臺設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷不建議按設(shè)備安裝功率取值，宜參照產(chǎn)品技術(shù)要求文件中的連續(xù)功率、平均功率或持續(xù)功率。同樣，設(shè)備的計(jì)算電流，宜參照設(shè)備技術(shù)文件中的連續(xù)工作電流。國標(biāo)圖集《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)與安裝》中列出了主要醫(yī)療設(shè)備的電氣參數(shù)，可供參考。

其次，選擇變電所低壓配電柜為醫(yī)療設(shè)備配電的出線斷路器。常規(guī)情況下斷路器長延時整定值的選擇參照設(shè)備計(jì)算電流；由于醫(yī)療設(shè)備的計(jì)算電流參照于設(shè)備連續(xù)工作電流，遠(yuǎn)小于根據(jù)設(shè)備安裝功率計(jì)算得出的電流，設(shè)備技術(shù)文件中雖然有尖峰電流、連續(xù)電流等電氣參數(shù)，但這些數(shù)據(jù)都不建議用于斷路器整定值的選擇。斷路器長延時整定值的選擇應(yīng)參照技術(shù)要求文件中推薦的最小斷路器過負(fù)荷整定電流。需注意的是，推薦電流介于連續(xù)電流和尖峰電流之間。

最后，選擇配電電纜。電纜截面的大小不但要滿足斷路器長延時整定值、動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定的要求，還應(yīng)滿足醫(yī)療設(shè)備對電源電阻和電壓降的要求。生產(chǎn)廠家在技術(shù)要求文件中會提供不同供電距離下的推薦電纜截面積。同一類設(shè)備，不同生產(chǎn)廠家，對供電電纜推薦的截面積也不盡相同，比如典型設(shè)備CT機(jī)，生產(chǎn)廠家主要有GE、飛利浦和西門子三個，對供電電纜的截面要求見表1～3。根據(jù)實(shí)際供電距離，查閱每個設(shè)備廠家推薦的電纜截面積，按其中最大的預(yù)留，例如假定配電柜至變電所低壓配電柜的供電距離為65m，根據(jù)表1～3可知，三個廠家對應(yīng)的推薦電纜截面積分別為70mm2、70mm2和95mm2，則建議電纜截面積按95 mm2預(yù)留。

西門子公司CT供電電纜截面積要求 表1

GE公司CT供電電纜截面積要求 表2

飛利浦公司CT供電電纜截面積要求 表3

綜上所述，變電所內(nèi)大型醫(yī)療設(shè)備配電回路的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是斷路器長延時整定值和配電電纜的選擇這兩點(diǎn)，只要斷路器整定值和電纜選擇合理到位，就不會導(dǎo)致此部分電氣設(shè)計(jì)的反復(fù)。

4 典型醫(yī)療設(shè)備運(yùn)行測試

為了掌握大型醫(yī)療設(shè)備實(shí)際工作狀態(tài)，了解大型醫(yī)療設(shè)備運(yùn)行時最大功率、峰值電流、連續(xù)功率和連續(xù)電流，對CT、MRI、DSA這三種典型的醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)測試，并根據(jù)多次測試中典型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制電流-時間關(guān)系圖。

測試的CT 設(shè)備是GE公司生產(chǎn)的Light speed VCT & Pro32，由產(chǎn)品技術(shù)文件可知本設(shè)備最大功率為150kVA，連續(xù)功率為25kVA，設(shè)備最大瞬間峰值電流為253A，連續(xù)電流為38A。

由于CT機(jī)配電柜電源由變電所低壓配電柜放射式供電，變電所所有出線回路均配置多功能儀表，因此電流和電壓值可由儀表讀出。根據(jù)設(shè)備工作時所記錄的電流數(shù)據(jù)和對應(yīng)時間，選取最典型的時間段，繪制測試實(shí)驗(yàn)圖如圖1所示。

圖1 CT機(jī)電流-時間關(guān)系圖

由測試結(jié)果可知，測試階段內(nèi)設(shè)備最大尖峰電流為86A，持續(xù)約2s左右，最長不超過5s；設(shè)備工作電流在9A左右，一般不超過10A；設(shè)備待機(jī)電流為7.5A，一般不超過10A。設(shè)備工作周期與病人的檢查情況有關(guān)，時間不固定。測試尖峰電流大小和病人檢查時設(shè)備曝光大小有關(guān)，所測試尖峰電流并不一定是最大尖峰電流。變電所電壓基本為400V，設(shè)備工作功率約6.7kW，測試最大功率為56.6kW。

測試的DSA設(shè)備是飛利浦公司的Allura Xper FD 20血管機(jī)，測試信息詳見圖2，根據(jù)測試數(shù)據(jù)可知，測試階段內(nèi)設(shè)備最大尖峰電流為56A，持續(xù)約2s左右，設(shè)備工作電流在14A左右。設(shè)備工作周期與病人手術(shù)情況有關(guān)，時間不固定。測試尖峰電流大小和病人手術(shù)時曝光大小有關(guān)，所測試尖峰電流并不一定是設(shè)備最大尖峰電流。變電所電壓基本為400V，設(shè)備工作功率約9.2kW，測試最大功率為36.9kW。

圖2 DSA電流-時間關(guān)系圖

測試的MRI設(shè)備是飛利浦公司的Achieva 3.0T磁共振機(jī)，測試信息見圖3～4，分別是主機(jī)電源和配套設(shè)備電源。測試階段內(nèi)設(shè)備最大電流分別為41A和33A，持續(xù)約1min左右，設(shè)備工作電流分別為18A和31A左右。設(shè)備工作周期與病人手術(shù)情況有關(guān)，時間不固定。測試尖峰電流大小和病人情況有關(guān)，所測試尖峰電流并不一定是設(shè)備最大尖峰電流。變電所電壓基本為400V，設(shè)備工作功率約32kW，測試最大功率為48.7kW。

圖3 MRI電流-時間關(guān)系圖1

圖4 MRI電流-時間關(guān)系圖2

5 結(jié)束語

目前行業(yè)內(nèi)大型醫(yī)療設(shè)備配電主要有設(shè)置專用變壓器和共用變壓器這兩種方式。專用變壓器的常規(guī)做法是設(shè)置一臺專用變壓器，僅為大型醫(yī)療設(shè)備供電，大型醫(yī)療設(shè)備的備用電源由本區(qū)域內(nèi)其他變壓器提供。僅JGJ/T 16-92《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》版第10.10.5條中規(guī)定了“宜設(shè)置專用變壓器”的條件，08版已取消此項(xiàng)要求。

醫(yī)療設(shè)備的安裝容量雖然都很大，但工作電流很小，相對于變壓器額定電流可忽略不計(jì)。放電時基本上都是短時脈沖電流，時間很短，電流值也不大，不會對變壓器產(chǎn)生沖擊，因此，筆者建議宜采用與醫(yī)院其他負(fù)荷共用變壓器的供電方式，既能滿足供電要求，又符合經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的設(shè)計(jì)理念。