安科瑞 師晴晴
江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405
吳恩遠(yuǎn)(山東省建筑設(shè)計(jì)研究院，濟(jì)南市 250001)
馬名東(中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院，北京市 100044)
徐 軍(上海安科瑞電氣股份有限公司，上海市 201801)
摘 要 闡述了IT系統(tǒng)的定義、組成及特點(diǎn)，IT系統(tǒng)在醫(yī)療場(chǎng)所應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)。介紹了IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)功能的擴(kuò)展：IT系統(tǒng)過(guò)負(fù)荷檢測(cè)，IT系統(tǒng)隔離變壓器溫度檢測(cè)，IT系統(tǒng)接地故障定位檢測(cè)，以及絕緣監(jiān)測(cè)、各類檢測(cè)的中央監(jiān)控系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞 IT系統(tǒng) 絕緣監(jiān)測(cè) 過(guò)負(fù)荷檢測(cè) 隔離變壓器溫度檢測(cè) 故障定位
1 引言
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們生活水平的逐年提高，人們對(duì)電的需求量陡然增長(zhǎng)。與此同時(shí)，由于停電、漏電，以及線路絕緣故障引發(fā)的觸電、電氣火災(zāi)事故也隨之劇增對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。為了加強(qiáng)系統(tǒng)供電的性和可靠性，《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ 16-2008) 12.8.6條規(guī)定：在2類醫(yī)療場(chǎng)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)用電氣設(shè)備和系統(tǒng)的供電回路，均應(yīng)采用醫(yī)療IT系統(tǒng)。
IT系統(tǒng)具有泄漏電流小，可帶故障運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，因此在醫(yī)療場(chǎng)所、地下礦井、化工企業(yè)、船舶、電信、冶金、石油化工及交通工程等領(lǐng)域，IT系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。
2 IT系統(tǒng)及其特點(diǎn)
2.1 IT系統(tǒng)的定義及組成
IT系統(tǒng)的電源端不接地或經(jīng)高阻抗接地，其電氣裝置的外露導(dǎo)電部分，被單獨(dú)地或集中地通過(guò)保護(hù)線(PE)接至接地。在實(shí)際應(yīng)用中，IT系統(tǒng)一般與TN或TT系統(tǒng)通過(guò)隔離變壓器進(jìn)行隔離。
在正常情況下，系統(tǒng)中僅存在線路對(duì)地電容的微小泄漏電流。圖1所示為IT系統(tǒng)發(fā)生*次接地故障示意圖，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生*次單相接地故障時(shí)，故障電流為兩非故障相對(duì)地電容電流的相量和Id ，由于這個(gè)電流值甚小，不會(huì)造成人身電擊或者其它事故，也不會(huì)切斷電源，保證了系統(tǒng)供電的連續(xù)性。但是如果不及時(shí)排除故障，當(dāng)次另一相發(fā)生接地故障時(shí)，相當(dāng)于形成相間短路，使過(guò)電流保護(hù)裝置動(dòng)作，引起供電的中斷，這對(duì)于重要的供電場(chǎng)所來(lái)說(shuō)，是不允許的。
圖1 IT系統(tǒng)接地故障示意圖
Fig. 1 IT system grounding fault diagram
為了防止上述短路故障的發(fā)生， T系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置絕緣監(jiān)測(cè)器。這樣當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生*次接地故障時(shí)，絕緣監(jiān)測(cè)器就能及時(shí)檢測(cè)出該接地故障，并通過(guò)報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警信號(hào)(通常是聲光報(bào)警信號(hào))，提醒工作人員趕在次發(fā)生異相接地故障前及時(shí)排除故障，隱患，從而有效地保證系統(tǒng)供電的連續(xù)性。
可以在系統(tǒng)中安裝專門的故障檢測(cè)儀，當(dāng)絕緣監(jiān)測(cè)檢測(cè)到絕緣故障時(shí)，給故障檢測(cè)儀一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)，故障檢測(cè)儀開(kāi)始逐路檢測(cè)，也可以利用手執(zhí)式故障定位設(shè)備對(duì)可能出現(xiàn)故障的回路進(jìn)行逐點(diǎn)排查，終找到故障點(diǎn)并顯示故障點(diǎn)的位置，這樣就大地方便了工作人員進(jìn)行故障排除。
為了保證系統(tǒng)供電的連續(xù)性，《建筑物電氣裝置 第7-710部分：特殊裝置或場(chǎng)所的要求—醫(yī)療場(chǎng)所》GB16895.24-2005 / IEC60364-7-710:2002 710.53.1條規(guī)定：“……醫(yī)用IT系統(tǒng)的變壓器進(jìn)出線回路不允許設(shè)置過(guò)負(fù)荷保護(hù)……”，以防止系統(tǒng)過(guò)負(fù)荷時(shí)保護(hù)開(kāi)關(guān)切斷電源。這就要求系統(tǒng)中的絕緣監(jiān)測(cè)器同時(shí)還具有負(fù)荷檢測(cè)和過(guò)負(fù)荷報(bào)警功能。在一些重要的場(chǎng)所，由于隔離變壓器持續(xù)不斷地工作，可能溫度過(guò)高而導(dǎo)致隔離變壓器工作異常。因此絕緣監(jiān)測(cè)器還需要實(shí)時(shí)檢測(cè)變壓器的溫度，當(dāng)其溫度過(guò)高時(shí)，應(yīng)有相應(yīng)的超溫報(bào)警信號(hào)，以提醒相關(guān)人員及時(shí)處理。
由上面的分析可知，一個(gè)典型的單相IT系統(tǒng)，其組成設(shè)備主要包括：隔離變壓器、絕緣監(jiān)測(cè)器、電流互感器，以及外接報(bào)警與顯示儀，見(jiàn)圖2。
Fig. 2 Schematic diagram of the composition of single-phase IT system
系統(tǒng)中，絕緣監(jiān)測(cè)儀具有系統(tǒng)絕緣檢測(cè)、系統(tǒng)過(guò)負(fù)荷檢測(cè)和變壓器溫度檢測(cè)功能，以及相應(yīng)故障的報(bào)警與顯示功能，一般安裝在現(xiàn)場(chǎng)的終端配電柜中。外接報(bào)警與顯示儀則用于集中顯示相應(yīng)的檢測(cè)值，并具有超限報(bào)警功能，一般安裝在位置明顯的地方，方便人員查看，如手術(shù)室IT系統(tǒng)的外接報(bào)警與顯示儀通常安裝在醫(yī)院手術(shù)室的情報(bào)面板上。
2.2 IT系統(tǒng)的特點(diǎn)
a. 由于系統(tǒng)電源端帶電導(dǎo)體不接地，即使系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障也只能通過(guò)系統(tǒng)對(duì)地電容構(gòu)成回路，故障回路阻抗大，故障電流小，發(fā)生電擊的危險(xiǎn)很小，所以不必及時(shí)切斷電源來(lái)防電擊，從而維持供電的不間斷，只有在發(fā)生此接地故障時(shí)才要求切斷電源 [1] 。同時(shí)，安裝在系統(tǒng)中的絕緣監(jiān)測(cè)器能及時(shí)地檢測(cè)并給出系統(tǒng)絕緣故障報(bào)警信號(hào)，提醒工作人員及時(shí)排除故障。因此IT系統(tǒng)是一個(gè)連續(xù)、可靠的供電系統(tǒng)。
b. IT系統(tǒng)中的絕緣監(jiān)測(cè)器，一方面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的絕緣狀態(tài)，另一方面還檢測(cè)系統(tǒng)的過(guò)負(fù)荷和變壓器的溫升狀態(tài)，一旦出現(xiàn)異常立即報(bào)警。因此IT系統(tǒng)能夠減少因系統(tǒng)發(fā)熱、漏電等原因引起的電氣火災(zāi)事故，大大提高了系統(tǒng)的防火性。
c. 在IT系統(tǒng)中，提高回路的絕緣阻抗、降低回路對(duì)地電容，是提高系統(tǒng)性與可靠性的關(guān)鍵。因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要盡量縮短系統(tǒng)配電線路的長(zhǎng)度，減小系統(tǒng)容量，減少系統(tǒng)分支回路數(shù)，并做好線路的絕緣防護(hù)措施。這也就限制了IT系統(tǒng)僅能用在重要的局部的供電場(chǎng)所，如化工、制藥企業(yè)的一些程序控制生產(chǎn)線，醫(yī)療場(chǎng)所的手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)室等場(chǎng)所。
3 IT系統(tǒng)在醫(yī)療場(chǎng)所的應(yīng)用
醫(yī)療IT系統(tǒng)是IT系統(tǒng)應(yīng)用的一個(gè)典型實(shí)例。醫(yī)院因其職能的特殊性，對(duì)其配電方式有特殊的要求。如外科手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)室等，都需要采用IT系統(tǒng)，以提供一個(gè)、可靠、連續(xù)的配電系統(tǒng)。
3.1 醫(yī)療IT系統(tǒng)的應(yīng)用
根據(jù)國(guó)標(biāo)《建筑物電氣裝置 第7 - 710部分：特殊裝置或場(chǎng)所的要求 醫(yī)療場(chǎng)所》(GB 16895.24–2005 / IEC 60364–7– 710：2002)，將醫(yī)療場(chǎng)所劃分為0類場(chǎng)所、1類場(chǎng)所和2類場(chǎng)所。由于0類和1類場(chǎng)所不使用與病人直接接觸的醫(yī)療器械，或者所使用的設(shè)備斷電后不會(huì)對(duì)病人造成危害，因此可以使用TN-S系統(tǒng)，但須配有剩余電流動(dòng)作保護(hù)器，在發(fā)生接地故障時(shí)，能及時(shí)斷開(kāi)故障回路。并可同時(shí)配置剩余電流監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各回路的泄漏電流值，在保護(hù)設(shè)備動(dòng)作前發(fā)出報(bào)警信號(hào)，避免造成回路斷電，引起嚴(yán)重后果[2]。對(duì)于2類醫(yī)療場(chǎng)所，醫(yī)療設(shè)備的斷電或接地故障將會(huì)危及病人生命。根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，這類場(chǎng)所使用醫(yī)療IT系統(tǒng)，來(lái)保證系統(tǒng)供電的連續(xù)性和性。
采用IT系統(tǒng)的2類醫(yī)療場(chǎng)所包括有手術(shù)室、急診搶救室、各類重癥監(jiān)護(hù)室(ICU)、心臟導(dǎo)管及造影室等。每個(gè)房間應(yīng)配有獨(dú)立的隔離電源系統(tǒng)。對(duì)于多個(gè)這類場(chǎng)所，可以采用如圖3所示的配電方案。
Fig. 3 Power distribution scheme in Class II medical site
圖中各個(gè)手術(shù)室和重癥監(jiān)護(hù)室分別采用獨(dú)立的IT供電系統(tǒng)，所有的IT系統(tǒng)由手術(shù)部與ICU總配電柜通過(guò)TN-S系統(tǒng)配電。各IT系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測(cè)器及總配電柜內(nèi)的剩余電流監(jiān)測(cè)設(shè)備又通過(guò)基于Modbus協(xié)議的RS485總線將各個(gè)監(jiān)測(cè)信號(hào)反饋到手術(shù)部的中央監(jiān)控室內(nèi)，并由中央控制室的上位機(jī)通過(guò)中央控制系統(tǒng)軟件進(jìn)行集中監(jiān)控。各個(gè)IT系統(tǒng)與TN-S系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，都可以顯示在中央監(jiān)控室的上位機(jī)上，方便工作人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控與管理。
各類手術(shù)室和重癥監(jiān)護(hù)室根據(jù)各系統(tǒng)容量分別配置單獨(dú)的IT系統(tǒng)，主要的醫(yī)療儀器、無(wú)影燈、多功能吊塔等用電設(shè)備須從IT系統(tǒng)中取電。照明燈、觀片燈和電動(dòng)門等可以不從IT系統(tǒng)取電。 圖4為采用醫(yī)療隔離電源系統(tǒng)的手術(shù)室或ICU配電系統(tǒng)圖。絕緣監(jiān)測(cè)儀時(shí)刻監(jiān)測(cè)IT系統(tǒng)的絕緣狀態(tài)，并在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)給出報(bào)警信號(hào)，外接的報(bào)警與顯示儀通過(guò)RS485接口與絕緣監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)字通信，顯示絕緣監(jiān)測(cè)儀的檢測(cè)結(jié)果，并在報(bào)警時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。除了絕緣監(jiān)測(cè)設(shè)備外，系統(tǒng)還配置了絕緣故障測(cè)試儀和絕緣故障評(píng)估儀。絕緣故障測(cè)試儀能夠在線查找故障發(fā)生的回路，它和絕緣監(jiān)測(cè)儀一起工作，當(dāng)絕緣監(jiān)測(cè)儀探測(cè)到系統(tǒng)絕緣故障后，絕緣故障測(cè)試儀立即開(kāi)始故障定位，由絕緣故障評(píng)估儀周期性地送出一個(gè)特殊的測(cè)試電流，測(cè)試電流流經(jīng)故障部位，由電流互感器探測(cè)，并由電子評(píng)估儀對(duì)故障回路進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估的結(jié)果送報(bào)警與顯示儀中顯示。
Fig. 4 Powr distribution system diagram for operating room or ICU
醫(yī)療IT系統(tǒng)同時(shí)還配置了絕緣故障定位設(shè)備，在發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)絕緣故障的同時(shí)，能及時(shí)定位出現(xiàn)故障的回路，這大地方便了工作人員了解系統(tǒng)狀態(tài)并及時(shí)排查故障，從而有效地保證了醫(yī)療IT系統(tǒng)的性與可靠性。
3.2 IT系統(tǒng)在醫(yī)療場(chǎng)所應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)
由于醫(yī)療場(chǎng)所具有其特殊性，因此在進(jìn)行醫(yī)療IT系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)：
a. 醫(yī)療IT系統(tǒng)采用醫(yī)療場(chǎng)所供電用隔離變壓器，并應(yīng)符合國(guó)標(biāo)《電力變壓器、電源裝置和類似產(chǎn)品的 第16部分：醫(yī)療場(chǎng)所供電用隔離變壓器的特殊要求》的要求。
b. 為了降低醫(yī)療系統(tǒng)對(duì)地電容，提高絕緣強(qiáng)度， IT系統(tǒng)的配電箱要盡量安裝在使用場(chǎng)所附近，并盡可能減小系統(tǒng)容量以及系統(tǒng)分支數(shù)，盡量縮短系統(tǒng)配電線路的長(zhǎng)度。
c. 對(duì)于心臟手術(shù)等手術(shù)設(shè)備與人體心臟直接接觸的手術(shù)室，要充分做好防電擊措施。有時(shí)候僅靠帶絕緣監(jiān)測(cè)的IT系統(tǒng)是不夠的，還應(yīng)做好局部等電位聯(lián)結(jié)，使保護(hù)區(qū)內(nèi)所有可導(dǎo)電的部分都處于同一電位水平上。
4 結(jié)語(yǔ)
帶有絕緣監(jiān)測(cè)的IT系統(tǒng)能夠?yàn)榫植繄?chǎng)所提供、可靠、連續(xù)的供電，這是其它系統(tǒng)無(wú)法媲美的。因此在一些重要的生產(chǎn)加工場(chǎng)所、醫(yī)療場(chǎng)所，以及重要的設(shè)備運(yùn)行場(chǎng)所，可以優(yōu)先考慮使用IT系統(tǒng)。目前我國(guó)還沒(méi)有出臺(tái)關(guān)于IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)產(chǎn)品方面的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，用于IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)和故障點(diǎn)定位的產(chǎn)品也為數(shù)不多。因此，在期待標(biāo)準(zhǔn)盡快出臺(tái)的同時(shí)，尚需努力開(kāi)發(fā)出各類用于IT系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測(cè)設(shè)備與故障點(diǎn)定位設(shè)備。相信在不久的將來(lái)，隨著人們對(duì)IT系統(tǒng)的充分認(rèn)識(shí)，IT系統(tǒng)也會(huì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
文章來(lái)源于：《建筑電氣》2010年4期。
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