吳恩遠(yuǎn)（山東省建筑設(shè)計研究院，濟(jì)南市 250001）

馬名東（中國建筑設(shè)計研究院，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)療場所應(yīng)用時的注意事項。介紹了IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測功能的擴(kuò)展：IT系統(tǒng)過負(fù)荷檢測，IT系統(tǒng)隔離變壓器溫度檢測，IT系統(tǒng)接地故障定位檢測，以及絕緣監(jiān)測、各類檢測的中央監(jiān)控系統(tǒng)。 

    1　 引言

    隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們生活水平的逐年提高，人們對電的需求量陡然增長。與此同時，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)事故也隨之劇增對人們的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。為了加強(qiáng)系統(tǒng)供電的安全性和可靠性，《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》(JGJ 16-2008) 12.8.6條規(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)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)地或集中地通過保護(hù)線（PE）接至接地極。在實際應(yīng)用中，IT系統(tǒng)一般與TN或TT系統(tǒng)通過隔離變壓器進(jìn)行隔離。

    在正常情況下，系統(tǒng)中僅存在線路對地電容的微小泄漏電流。圖1所示為IT系統(tǒng)發(fā)生第一次接地故障示意圖，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生第一次單相接地故障時，故障電流為兩非故障相對地電容電流的相量和Id ，由于這個電流值甚小，不會造成人身電擊或者其它事故，也不會切斷電源，保證了系統(tǒng)供電的連續(xù)性。但是如果不及時排除故障，當(dāng)?shù)诙�次另一相發(fā)生接地故障時，相當(dāng)于形成相間短路，使過電流保護(hù)裝置動作，引起供電的中斷，這對于重要的供電場所來說，是不允許的。

圖1　IT系統(tǒng)接地故障示意圖

    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)測器。這樣當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生第一次接地故障時，絕緣監(jiān)測器就能及時檢測出該接地故障，并通過報警裝置發(fā)出報警信號（通常是聲光報警信號），提醒工作人員趕在第二次發(fā)生異相接地故障前及時排除故障，消除隱患，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儀，當(dāng)絕緣監(jiān)測檢測到絕緣故障時，給故障檢測儀一個啟動信號，故障檢測儀開始逐路檢測，也可以利用手執(zhí)式故障定位設(shè)備對可能出現(xiàn)故障的回路進(jìn)行逐點(diǎn)排查，最終找到故障點(diǎn)并顯示故障點(diǎn)的位置，這樣就極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，國家《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》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)置過負(fù)荷保護(hù)……”，以防止系統(tǒng)過負(fù)荷時保護(hù)開關(guān)切斷電源。這就要求系統(tǒng)中的絕緣監(jiān)測器必須同時還具有負(fù)荷檢測和過負(fù)荷報警功能。在一些重要的場所，由于隔離變壓器持續(xù)不斷地工作，可能溫度過高而導(dǎo)致隔離變壓器工作異常。因此絕緣監(jiān)測器還需要實時檢測變壓器的溫度，當(dāng)其溫度過高時，應(yīng)有相應(yīng)的超溫報警信號，以提醒相關(guān)人員及時處理。

    由上面的分析可知，一個典型的單相IT系統(tǒng)，其組成設(shè)備主要包括：隔離變壓器、絕緣監(jiān)測器、電流互感器，以及外接報警與顯示儀，見圖2。

圖2　單相IT系統(tǒng)組成框圖

    系統(tǒng)中，絕緣監(jiān)測儀具有系統(tǒng)絕緣檢測、系統(tǒng)過負(fù)荷檢測和變壓器溫度檢測功能，以及相應(yīng)故障的報警與顯示功能，一般安裝在現(xiàn)場的終端配電柜中。外接報警與顯示儀則用于集中顯示相應(yīng)的檢測值，并具有超限報警功能，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)的外接報警與顯示儀通常安裝在醫(yī)院手術(shù)室的情報面板上。

    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系統(tǒng)對地電容構(gòu)成回路，故障回路阻抗極大，故障電流極小，發(fā)生電擊的危險很小，所以不必及時切斷電源來防電擊，從而維持供電的不間斷，只有在發(fā)生第二此接地故障時才要求切斷電源 [1] 。同時，安裝在系統(tǒng)中的絕緣監(jiān)測器能及時地檢測并給出系統(tǒng)絕緣故障報警信號，提醒工作人員及時排除故障。因此IT系統(tǒng)是一個連續(xù)、可靠的供電系統(tǒng)。

    b. IT系統(tǒng)中的絕緣監(jiān)測器，一方面實時監(jiān)測系統(tǒng)的絕緣狀態(tài)，另一方面還檢測系統(tǒng)的過負(fù)荷和變壓器的溫升狀態(tài)，一旦出現(xiàn)異常立即報警。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)的防火安全性。

    c. 在IT系統(tǒng)中，提高回路的絕緣阻抗、降低回路對地電容，是提高系統(tǒng)安全性與可靠性的關(guān)鍵。因此在系統(tǒng)設(shè)計時要盡量縮短系統(tǒng)配電線路的長度，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所，如化工、制藥企業(yè)的一些程序控制生產(chǎn)線，醫(yī)療場所的手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)室等場所。

    3　 IT系統(tǒng)在醫(yī)療場所的應(yīng)用

    醫(yī)療IT系統(tǒng)是IT系統(tǒng)應(yīng)用的一個典型實例。醫(yī)院因其職能的特殊性，對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)，以提供一個安全、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)國標(biāo)《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》（GB 16895.24–2005 / IEC 60364–7– 710：2002），將醫(yī)療場所劃分為0類場所、1類場所和2類場所。由于0類和1類場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)備斷電后不會對病人造成危害，因此可以使用TN-S系統(tǒng)，但須配有剩余電流動作保護(hù)器，在發(fā)生接地故障時，能及時斷開故障回路。并可同時配置剩余電流監(jiān)測設(shè)備，實時監(jiān)測系統(tǒng)各回路的泄漏電流值，在保護(hù)設(shè)備動作前發(fā)出報警信號，避免造成回路斷電，引起嚴(yán)重后果[2]。對于2類醫(yī)療場所，醫(yī)療設(shè)備的斷電或接地故障將會危及病人生命安全。根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，這類場所必須使用醫(yī)療IT系統(tǒng)，來保證系統(tǒng)供電的連續(xù)性和安全性。

    采用IT系統(tǒng)的2類醫(yī)療場所包括有手術(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。每個房間應(yīng)配有獨(dú)立的隔離電源系統(tǒng)。對于多個這類場所，可以采用如圖3所示的配電方案。

圖3　2類醫(yī)療場所配電方案

    圖中各個手術(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TN-S系統(tǒng)配電。各IT系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測器及總配電柜內(nèi)的剩余電流監(jiān)測設(shè)備又通過基于Modbus協(xié)議的RS485總線將各個監(jiān)測信號反饋到手術(shù)部的中央監(jiān)控室內(nèi)，并由中央控制室的上位機(jī)通過中央控制系統(tǒng)軟件進(jìn)行集中監(jiān)控。各個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)測儀時刻監(jiān)測IT系統(tǒng)的絕緣狀態(tài)，并在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時給出報警信號，外接的報警與顯示儀通過RS485接口與絕緣監(jiān)測儀進(jìn)行實時的數(shù)字通信，顯示絕緣監(jiān)測儀的檢測結(jié)果，并在報警時發(fā)出聲光報警信號。除了絕緣監(jiān)測設(shè)備外，系統(tǒng)還配置了絕緣故障測試儀和絕緣故障評估儀。絕緣故障測試儀能夠在線查找故障發(fā)生的回路，它和絕緣監(jiān)測儀一起工作，當(dāng)絕緣監(jiān)測儀探測到系統(tǒng)絕緣故障后，絕緣故障測試儀立即開始故障定位，由絕緣故障評估儀周期性地送出一個特殊的測試電流，測試電流流經(jīng)故障部位，由電流互感器探測，并由電子評估儀對故障回路進(jìn)行評估，評估的結(jié)果送報警與顯示儀中顯示。

圖4　手術(shù)室或ICU配電系統(tǒng)圖

    醫(yī)療IT系統(tǒng)同時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，能及時定位出現(xiàn)故障的回路，這極大地方便了工作人員了解系統(tǒng)狀態(tài)并及時排查故障，從而有效地保證了醫(yī)療IT系統(tǒng)的安全性與可靠性。

    3.2 IT系統(tǒng)在醫(yī)療場所應(yīng)用時的注意事項

    由于醫(yī)療場所具有其特殊性，因此在進(jìn)行醫(yī)療IT系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)：

    a. 醫(yī)療IT系統(tǒng)必須采用醫(yī)療場所供電用隔離變壓器，并應(yīng)符合國標(biāo)《電力變壓器、電源裝置和類似產(chǎn)品的安全 第16部分：醫(yī)療場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)配電線路的長度。

    c. 對于心臟手術(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。有時候僅靠帶絕緣監(jiān)測的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

    帶有絕緣監(jiān)測的IT系統(tǒng)能夠為局部場所提供安全、可靠、連續(xù)的供電，這是其它系統(tǒng)無法媲美的。因此在一些重要的生產(chǎn)加工場所、醫(yī)療場所，以及重要的設(shè)備運(yùn)行場所，可以優(yōu)先考慮使用IT系統(tǒng)。目前我國還沒有出臺關(guān)于IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測產(chǎn)品方面的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)用于IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測和故障點(diǎn)定位的產(chǎn)品也為數(shù)不多。因此，在期待國家標(biāo)準(zhǔn)盡快出臺的同時，尚需努力開發(fā)出各類用于IT系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測設(shè)備與故障點(diǎn)定位設(shè)備。相信在不久的將來，隨著人們對IT系統(tǒng)的充分認(rèn)識，IT系統(tǒng)也會得到越來越廣泛的應(yīng)用。

    參考文獻(xiàn)

    [1] 王厚余. 低壓電氣裝置的設(shè)計安裝和檢驗. 第二版. 北京：中國電力出版社，2007：48 - 52 .

    [2] 邵建勛. 醫(yī)用IT系統(tǒng)在醫(yī)療場所的應(yīng)用. 信息管理, 2008(6): 32 - 39.

    作者簡介

    徐軍（1976-），男，上海安科瑞電氣股份有限公司研發(fā)中心電氣安全研發(fā)部經(jīng)理，博士，研究方向為IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測。<