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        隔離變壓器的作用

        發布日期:2015-10-13

        一,隔離變壓器系統(又稱醫用IT隔離供電系統)在醫療領域的必選性:    (IT隔離供電系統,即中性點不接地配電系統)     

        1. 隔離變壓器系統因降低了接觸電壓和電網對地漏電流(有效控制對心臟的直接漏電流),故人身觸電危險被降到*小程度。   眾所周知,當用電設備對人體心臟直接漏電大于10uA 時,會造成對病人的微電擊事故。而在一般通用建筑中所采用的RCD、ELCB等對地漏電保護開關,其動作響應值是mA級(如:30 mA),遠遠不能滿足醫療領域的需要。因此,現在國際上對醫療領域中的手術室、ICU、CCU等重要場所通常采用局部“中性點不接地的供電系統”(即“IT系統”或稱“隔離電源系統”)供電。1912年芬蘭澄諾灝亞(CNHY)電氣控制有限公司通過單相3KVA-10KVA的隔離變壓器給這些場所供電,首先就防止了其它供電回路中的漏電流通過接地線竄入手術室、ICU、CCU的醫療電氣設備上對病人的安全構成威脅;另外,一旦隔離電源上所接的負載(如各種醫療電氣設備)出現對地故障,因對地不能構成回路,只能產生一個很小的容性漏電流,極大地保護了病人免遭漏電流的傷害。     2. 隔離變壓器系統在電網負載端出現第一個絕緣故障點時,不會引起電源空開動作(跳閘),保證了供電的連續性。     隔離變壓器系統在醫療領域某些場所因對供電持續性要求很高,故設計成兩路(甚至三路)電源(接地供電系統)自動切換,以保證這些特殊場所的供電連續性,但如果在負載端出現相對絕緣故障時,故障電流將經過電源中性點對地構成回路,從而形成一個較大的故障電流,使上一級空開或熔斷器動作,*終導致供電中斷。而如果在這些特殊場所局部采用IT配電系統時,因其電源中性點不接地,當負載端出現第一點相對地絕緣故障時,因其對地不能構成回路,只會產生一個很小的容性漏電流,對人體不會產生危害,同時也不會導致空開動作,從而保證了手術室供電的連接性。     

        3. 隔離變壓器系統降低了對地漏電流,故提高了防火安全性。    

        二、 國內/外相關規定:     隔離變壓器系統在許多國家和國際標準上都對醫療領域,尤其是那些生命攸關的場所,如手術室、重癥監護室、心臟監護室等的電器作了特殊的規定。其目的就是保證為該場所內的醫療電器提供一個安全可靠的電源,以確保病人的安全。相關標準如下:    

        德國 DIN VDE 0107    

        芬蘭SFS6000     

        奧地利 OEVE-EN7     

        法國 NFC 15-211    

        意大利 CEI 64-4    

        美國 NFPA 99-1993    

        澳大利亞 AS2500     

        英國 HTM2007/2014,BS7671    

        巴西 NBR 13543     

        IEC(國際電工協會) 6034-7-710     

        在國際電工協會IEC60364標準中規定,在醫療領域,由電網電源供電,用于維持生命或外科手術的醫療電器設備,以及用于手術室照明和類似照明設備,額定電壓超過AC25V DC60V的設備,必須使用帶絕緣電阻監視儀的IT系統。     同時我國《民用建筑電氣設計規范》中14.7.6.3中規定“在電源突然中斷后,有招致重大醫療危險的場所,應采用電力系統不接地(IT系統)的供電方式”;14.2.8中規定“IT系統必須裝設絕緣監視及接地故障報警系統或顯示裝置”。以及我國20021126日發布、12日開始實施的《醫院潔凈手術部建筑技術規范》8.3.1.3中規定“潔凈手術部用電應從本建筑物配電中心專配供給。根據使用場所的要求,主要選用TN-S系統和IT系統兩種形式”;8.3.2.3中規定“潔凈手術室內的電源宜設備漏電檢測報警裝置”;8.3.4.2中規定“心臟外科手術室必須設置有隔離變壓器的功能性接地系統”等相關規定。    

        三、 隔離變壓器系統工作原理:   

        1、隔離變壓器系統的原理   

        隔離變壓器系統,簡單說就是隔離變壓器和絕緣監視儀以及報警終端三個放在一起。供電原理很簡單,說白了就是利用隔離變壓器把TN供電變成不接地的IT供電,實際上一個隔離變壓器就能實現應用的功能,但考慮到系統的長期穩定性,才會放上絕緣監測儀進行在線的實時檢測整體的絕緣水平。 

        IT 系統的電源端不接地或經高阻抗接地,其電氣裝置的外露導電部分,被單獨地或集中地通過保護線(PE)接至接地極。在實際應用中,IT 系統一般與 TN 或 TT系統通過隔離變壓器進行隔離。 在正常情況下,系統中僅存在線路對地電容的微小泄漏電流。當系統發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,保證了系統供電的連續性。但是如果不及時排除故障,當第二次另一相發生接地故障時,相當于形成相間短路,使過電流保護裝置動作,引起供電的中斷,這對于重要的供電場所來說,是不允許的。

        為了防止上述短路故障的發生, 系統應設置絕緣監測器。這樣當系統發生第一次接地故障時,絕緣監測器就能及時檢測出該接地故障,并通過報警裝置發出報警信號(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供電的連續性??梢栽谙到y中安裝專門的故障檢測儀,當絕緣監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,也可以利用手執式故障定位設備對可能出現故障的回路進行逐點排查,*終找到故障點并顯示故障點的位置,這樣就極大地方便了工作人員進行故障排除。    

        為了保證系統供電的連續性,國家《建筑物電氣裝置 第 7-710部分:特殊裝置或場所的要求—醫療場所》GB16895.24-2005 / IEC60364-7-710:2002 710.53.1 條規定:“……醫用 IT 系統的變壓器進出線回路不允許設置過負荷保護……”,以防止系統過負荷時保護開關切斷電源。這就要求系統中的絕緣監測器必須同時還具有負荷檢測和過負荷報警功能。在一些重要的場所,由于隔離變壓器持續不斷地工作,可能溫度過高而導致隔離變壓器工作異常。因此絕緣監測器還需要實時檢測變壓器的溫度,當其溫度過高時,應有相應的超溫報警信號,以提醒相關人員及時處理。 由上面的分析可知,一個典型的單相 IT系統,其組成設備主要包括:隔離變壓器、絕緣監測器、電流互感器,以及外接報警與顯示儀。   

        隔離變壓器系統中,絕緣監測儀具有系統絕緣檢測、系統過負荷檢測和變壓器溫度檢測功能,以及相應故障的報警與顯示功能,一般安裝在現場的終端配電柜中。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,如手術室 IT 系統的外接報警與顯示儀通常安裝在醫院手術室的情報面板上。    

        2、隔離變壓器系統的特點     

             a.由于系統電源端帶電導體不接地,即使系統發生單相接地故障也只能通過系統對地電容構成回路,故障回路阻抗極大,故障電流極小,發生電擊的危險很小,所以不必及時切斷電源來防電擊,從而維持供電不間斷,只有在發生第二此接地故障時才要求切斷電源。同時,安裝在系統中的絕緣監測器能及時地檢測并給出系統絕緣故障報警信號,提醒工作人員及時排除故障。因此 IT 系統是一個連續、可靠的供電系統。     

             b.隔離變壓器系統中的絕緣監測器,一方面實時監測系統的絕緣狀態,另一方面還檢測系統的過負荷和變壓器的溫升狀態,一旦出現異常立即報警。因此 IT 系統能夠減少因系統發熱、漏電等原因引起的電氣火災事故,大大提高了系統的防火安全性。   

             c.在隔離變壓器系統中,提高回路的絕緣阻抗降低回路對地電容,是提高系統安全性與可靠性的關鍵。因此在系統設計時要盡量縮短系統配電線路的長度,減小系統容量,減少系統分支回路數,并做好線路的絕緣防護措施。這也就限制了 IT 系統僅能用在重要的局部的供電場所,如化工、制藥企業的一些程序控制生產線,醫療場所的手術室、重癥監護室等場所。     

        3、隔離變壓器系統在新改擴建醫院中的設計與應用    

        1.) 在醫療領域所有的以檢查或治療為目的,與病人直接接觸的設備(包括其導線),有三種應用情況:   

           ● 應用組0類:該醫療場所內沒有使用電網電源的醫療電器設備。  例如:門診室、候診室、按摩室等  

           ● 應用組1類:該醫療場所內有使用電網電源的醫療電器設備,這些設備沒有任何部件插入病人體內的。   例如:病房、產房、X光室等   

           ● 應用組2類:該醫療場所有使用電網電源的醫療電器設備,這些設備用于心臟或人體內部手術、對病人進行實時監視或用于維持病人生命等作用。     例如:麻醉室、手術室、手術準備室、手術石膏室、手術恢復室、心臟導管插入室、重癥監護室、心臟監護室、血管造影檢查室、早產兒監護室等     在應用組2類的醫療場所,必須使用帶絕緣電阻監視的隔離電源系統(IT系統)。在應用組0類和1類的醫療場所,可使用帶漏電流保護的接地系統,即TN-S系統。   

        2.) 建議接入IT電網的用電設備: 

           a)呼吸機 b)恒溫培養箱  

           c)透析設備 d)麻醉設備    

           e)病人監護設備 f)高頻外科設備  

           g)輸液泵 h)注射泵   

           i)心肺機 j)心力記錄器   

           k)脈壓機 l)心律電子脈沖調節器等   

            3,) 手術室/ICU病房/CCU病房IT電源系統的基本配置: 

               ⑴ 隔離變壓器   

               ⑵ 絕緣監視儀  

               ⑶ 變壓器負載和溫度監視設備   

               ⑷ 外接報警顯示設備 

        根據國際電工協會(IEC)有關規定,隔離變壓器IT供電系統需要包括絕緣監視儀、隔離變壓器、變壓器負載和溫度監視設備、外接報警顯示設備,因此許多國際與國家標準認定,使用IT供電系統是醫療場所供電安全可靠的關鍵。同時因醫用IT供電系統因為使用情況的特殊性,還有四個必要要求:· 第一個絕緣故障的發生不會導致保護裝置動作切斷供電,以至維持生命設備出現故障或停止工作· 醫療電器設備可以正常工作· 故障電流被減小到安全范圍內· 由于供電故障被避免,因此手術室不會發生突然停電事故IEC 60364-7-710:2002-11 要求第二類醫療場所全部使用 IT 供電系統 (不接地系統)710.713.1.5  第二類醫療場所中, IT 供電系統應用于:· 為醫療電氣設備和生命維持系統供電的回路· 患者區域內的其他設備下列房間需要特別注意:麻醉室    


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