醫(yī)院電氣設(shè)計概述論文

　　摘要：隨著我國國力的增強，醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)將在一定時期得到長足的發(fā)展，作為我們醫(yī)療工程設(shè)計人員，要不斷了解學習最新的醫(yī)療設(shè)備，學習了解國內(nèi)外的新規(guī)范。

　　關(guān)鍵詞：醫(yī)院 電氣設(shè)計 電氣安全 供電負荷

　　1 醫(yī)院的分類及規(guī)模

　　根據(jù)我國醫(yī)院建設(shè)的規(guī)劃，綜合醫(yī)院按床位可分為300、400、500、600、800及1000床。

　　按照醫(yī)院等級可分為三、二、一級醫(yī)院，目前經(jīng)常涉及的一般為二級以上的醫(yī)院。

　　在這些范圍內(nèi)的醫(yī)院就用電負荷而言，有一類負荷，還有部分二類負荷及三類負荷。

　　醫(yī)院按照功能劃分，一般分為門診部、醫(yī)技部、護理部、行政部、后勤部等。目前綜合性醫(yī)院的布局有分散式、集中式和半集中式。目前建筑設(shè)計中考慮節(jié)能及使用便利，多采用半集中式。

　　2 醫(yī)院負荷分析

　　2.1醫(yī)院負荷計算

　　按照目前調(diào)研的醫(yī)院負荷情況，醫(yī)院的用電負荷比例仍然以空調(diào)照明為主體，醫(yī)療設(shè)備用電所占比例很小，這也許與我國目前的醫(yī)療設(shè)備的水平有關(guān)。根據(jù)日本有關(guān)資料，80年代的醫(yī)院變壓器安裝容量為250～300VA/m2，當然日本等國的用電負荷計算與變壓器的安裝容量與我國差別很大，總體變壓器容量較我國大很多。但這其中醫(yī)療設(shè)備用電占50％。而我國目前醫(yī)療設(shè)備用電總體占不到20％。因此目前我國的醫(yī)院設(shè)計的用電負荷總體上仍然是以空調(diào)照明為主要負荷。其中空調(diào)煹韁評淶模45％～55％，照明30％，動力煱括醫(yī)療用地15％～25％。

　　根據(jù)近10年來完成的醫(yī)院工程的運行情況可以得出如下結(jié)論，我國醫(yī)院的用電負荷標準與商業(yè)寫字樓相比是較低的。綜合醫(yī)院護理單元照度需求較低

　　由以上數(shù)據(jù)可以看出，醫(yī)院雖然為功能性民用建筑，用電設(shè)備較多，但它總體照明的標準比起商業(yè)樓、寫字樓要低。從用電負荷計算的角度而言并不高，按照北京市供電規(guī)劃8VA/m2，即可滿足要求。醫(yī)院變壓器安裝指標并不是很高，一般在65～75VA/m2之間，分析原因如下：

　　真正意義上的醫(yī)療用電負荷并不多，且大型設(shè)備的需要系數(shù)較低。

　　綜合醫(yī)院護理單元的面積所占比例較大，此部分用電量較低。

　　醫(yī)院目前的運行狀況，全日制的門診醫(yī)技面積不大，白天空調(diào)等用電高峰時照明需求較小。

　　2.2醫(yī)院的負荷性質(zhì)及負荷類型

　　醫(yī)院供電系統(tǒng)應(yīng)遵循國內(nèi)供電規(guī)范，并參考國際IEC相關(guān)標準進行設(shè)計，按照我國現(xiàn)行醫(yī)院等級和標準地區(qū)醫(yī)院及二類醫(yī)院的供電等級為一級或二級負荷。因此電源一般采用兩路10kV供電。根據(jù)醫(yī)院的規(guī)�？煞譃槿缦聨最愊到y(tǒng)形式；

　　1牪捎昧鉸10kV電纜專用供電、自備柴油發(fā)電機，重要設(shè)備末端采用UPS供電。此類系統(tǒng)適用于特級及三甲級醫(yī)院。

　　2牪捎昧鉸10kV電纜專線供電，重要設(shè)備末端采用UPS供電。此類系統(tǒng)適用于三甲級醫(yī)院。

　　3牪捎昧鉸10kV供電或一路10kV專線供電，一路低壓供電，此類系統(tǒng)適用于二甲級醫(yī)院。

　　4犚宦10kV供電，重要設(shè)備末端采用UPS供電，僅用于一級醫(yī)院。

　　根據(jù)醫(yī)療建筑用電負荷的特殊性并考慮到醫(yī)院的可持續(xù)發(fā)展，低壓系統(tǒng)建議采用如下形式：

　　電壓波動大的空調(diào)及動力負荷為一個低壓系統(tǒng)，如空調(diào)采用專用變壓器供電；

　　電壓波動小的照明及一般醫(yī)療用電煵遄牳漢晌一個低壓系統(tǒng)；

　　電壓要求高且自身壓降大，醫(yī)用數(shù)字檢影成像系統(tǒng)設(shè)備，單獨采用一臺變壓器。對于電網(wǎng)電壓變化較大的系統(tǒng)，建議采用有載調(diào)壓變壓器。

　　按照IEC標準，醫(yī)院各部位的供電等級，接地方式見表2。

　　2.3應(yīng)急電源系統(tǒng)

　　醫(yī)院存在著大量的一級、二級用電負荷，應(yīng)急電源系統(tǒng)一般采用柴油發(fā)電機系統(tǒng)、UPS系統(tǒng)。柴油發(fā)電機容量一般為變壓器總安裝容量的15％～20％。而重要設(shè)備則采用UPS系統(tǒng)。

　　3 低壓配電系統(tǒng)

　　醫(yī)院用電負荷一般分成照明系統(tǒng)、醫(yī)療動力煵遄犗低場⒖盞饗低常熜路緇、空調(diào)機、風機盤管牐應(yīng)急照明系統(tǒng)等。

　　大型、重要性設(shè)備由配電變電所放射式供電，一類負荷均為雙路供電末端自投。冷水相組、真空吸引、X光機、CT機、MRI機、DSA機、ECT機等設(shè)備主機、燒傷病房、血透中心、中心手術(shù)部的電力及照明、CT機、MRI機、DSA機、ECT機的空調(diào)電源、電梯及屋頂排風機、洗衣房及營養(yǎng)部的動力也分別由變電所低壓屏放射式供電。

　　樹干式供電由變電所將各類電源分別引至各豎井，通過母線輸至各層。各豎井內(nèi)分別設(shè)有照明、配電、空調(diào)及應(yīng)急照明配電箱。配電、照明分別放射至各科室的配電、照明配電箱，各科室的計量表設(shè)在豎井配電箱內(nèi)，空調(diào)配電箱配電至末豎井區(qū)域內(nèi)的普通空調(diào)機及風機盤管。應(yīng)急照明配電箱由雙路電源供電并自動切換，供各應(yīng)急照明燈及防火卷簾門，排煙風機的用電。

　　醫(yī)技檢驗科、血液透析室等處的儀器對電源要求較高，部分電源通過穩(wěn)壓器后備UPS供電。

　　4 數(shù)字檢影成像設(shè)備的配電要求及內(nèi)阻計算

　　數(shù)字檢影成像設(shè)備是醫(yī)院的重要設(shè)備，現(xiàn)代醫(yī)院數(shù)字檢影設(shè)備的種類很多，目前比較常見的有：X光透視機、X光攝影機、X光治療機、X光造影機煱括X光介入機、心血管造影機烡SA牎⒓撲慊斷層掃描機CT機、同位素斷層掃描機烢CT�、礆�艙窕烳RI犚約癤刀、γ刀、直線加速器等設(shè)備。根據(jù)設(shè)備的不同用途、設(shè)備的工作制分為長期工作制、短時反復工作制。各種設(shè)備工作制見表3。

　　目前，許多X光機同時具有攝影、造影、透視、治療等多種功能。

　　4.1數(shù)字檢影設(shè)備供配電系統(tǒng)

　　數(shù)字檢影設(shè)備工作原理各有不同，但統(tǒng)一的一點是對電源的要求較高。由于數(shù)字檢影設(shè)備的以上特性，如果醫(yī)院有一定規(guī)模，此類設(shè)備應(yīng)由專用變壓器供電。設(shè)備球管電流在400mA以上的設(shè)備應(yīng)采用放射式供電。

　　心血管造影機、磁共振機、同位素斷層掃描機CT機、大型介入機等設(shè)備的主機電源一般需要雙路供電。且有些設(shè)備本身需要冷卻，設(shè)備有冷水機組，此部分的電源與主電源同樣重要。主電源進一步分成高壓發(fā)生器電源、行走機構(gòu)電源、影像設(shè)備電源及插座電源。此類設(shè)備的布置一般為掃描室、控制室兩部分。系統(tǒng)的電源一般送至控制室。大型設(shè)備還專門有電源室熍淶縭遙牎

　　心血管造影機房的高壓發(fā)生器電源、行走機構(gòu)電源、影像設(shè)備電源采用一般配電方式，其插座電源與胸腔手術(shù)室的要求相似：病人可能接觸用電設(shè)備采用IT系統(tǒng)及局部等電位接地，電位差小于50mV。設(shè)備廠家對于電源的要求引出了電源內(nèi)阻這一技術(shù)指標。設(shè)備對電源電壓的要求越高，電源內(nèi)阻越小。

　　4.2用電負荷計算

　　X射線機瞬時最大用電負荷一般由設(shè)備廠家提供，如未提供也可根據(jù)如下公式計算：

　　Sm=1/K×1/F×Esf×10－3

　　Sj=A×Ssm/η

　　4.3電源變壓器容量的確定

　　1牭ヌㄉ璞傅募撲愀漢傘

　　2牰項式法計算多臺設(shè)備計算負荷。

　　多數(shù)數(shù)字檢影設(shè)備是短時反復工作制，因此，進行負荷計算時可以采用較小的需要系數(shù)，根據(jù)目前一些醫(yī)院的實際運行結(jié)果表明，4臺設(shè)備同時曝光的可能性很低，日本有關(guān)資料也表明，選擇電源變壓器時，4臺以下的設(shè)備可以按1臺容量進行考慮。10～15臺設(shè)備的場所采用防止同時曝光設(shè)備可共用1臺變壓器。

　　4.4保護設(shè)備的選擇

　　數(shù)字檢影設(shè)備瞬時電流很大，保護設(shè)備宜用熔斷器。目前多數(shù)設(shè)備的技術(shù)要求中已對保護設(shè)備提出具體要求。

　　4.5配電線路導線截面的確定

　　數(shù)字檢影設(shè)備的配電線路導線截面要滿足設(shè)備的內(nèi)阻及壓降的要求。

　　電源變壓器內(nèi)部電阻：Rt

　　電源變壓器額定容量：Pt焝VA

　　電源變壓器相數(shù)：三相

　　電源變壓器電壓變動率：ε煟ィ

　　額定二次電壓：Vt烿

　　1牸撲惚溲蠱髂誆康繾鑂t

　　Rt=2×ε×0.01×Vt2/烶t×103牐煢福

　　計算干線電阻R1煢福牐

　　考慮到低壓開關(guān)的電阻及其它接觸電阻，電源變壓器和電源變壓器二次側(cè)的干線電阻為總電源電阻的80％。

　　R1=80％Rg－Rt煢福

　　最大允許內(nèi)阻：Rg煢福

　　計算干線截面：A焟m牐

　　單相設(shè)備A=2×p×L/R1焟m

　　三相設(shè)備A=p×L/R1焟m

　　由上可見，要滿足設(shè)備內(nèi)阻要求，實際就是要滿足設(shè)備的電源電壓要求。它受來自變壓器阻抗、變壓器至設(shè)備的配線長度、配線截面三個方面的因素的影響。

　　在系統(tǒng)設(shè)備時，應(yīng)盡量減小變壓器阻抗、減小變壓器至設(shè)備的距離、在滿足電源內(nèi)阻的條件下、減少配線電纜截面，以節(jié)約投資。

　　5 醫(yī)院的電氣安全及電力系統(tǒng)保護方式

　　醫(yī)院電氣安全是醫(yī)院電氣設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)。涉及到的電力系統(tǒng)的保護方式有接地保護烼N－S系統(tǒng)�、局部中许嵾矄緭碡系统�烮T犗低場⒁接鎂植康鵲縹喚擁兀煹縹徊钚∮10mV�、轿锟偟入娢患靶l(wèi)生間局部等電位接地、漏電保護焞m=30mA牎

　　一般場所的移動式設(shè)備均采用了漏電斷路器進行保護。冶療室、功能檢查室、手術(shù)室、搶救室、心血管造影室烡SA牎⑽郎間熢∈遙牼設(shè)置了局部等電位連接。中心手術(shù)室的配電系統(tǒng)為保證病人的安全采用了IT系統(tǒng)。

　　醫(yī)院接地問題，是一個較為敏感的問題，它涉及到病人的安全，設(shè)備正常運行等。按照我國現(xiàn)行各類規(guī)范中醫(yī)院設(shè)計的規(guī)定，我院目前設(shè)計采用的是防雷接地、電力系統(tǒng)接地、設(shè)備保護接地公用接地系統(tǒng)。目前各醫(yī)院及設(shè)備廠家經(jīng)常提出醫(yī)療設(shè)備、醫(yī)用等電位接地要單獨設(shè)置接地極，且要求與防雷接地、保護接地絕緣。實踐證明，由于場地的原因，這些單獨接地極不可能完全與建筑物的金屬大地絕緣，而一旦絕緣遭到破壞，醫(yī)用等電位接地與電力系統(tǒng)的保護接地則可能不是一個等電位，此時，在患者的周圍如果存在這樣兩個電位，將產(chǎn)生觸電的危險。

　　電氣設(shè)備對病人的影響，即電擊。電擊包括宏電擊和微電擊。防止宏電擊可以采用接地線及漏電保護器來完成。而引起微電擊的主要因素是電子儀器的泄漏電流及病人所處的環(huán)境非等電位。因此減少泄漏電流及局部等電位，是在保證電子儀器烠F型牼緣的條件下的克服微電擊的重要手段。

　　減少泄漏電流的方式是將電源進行隔離。通過隔離變壓器，二次側(cè)兩相導線對地高阻抗，減小了系統(tǒng)的泄漏電流。當泄漏電流在0.7mA～2mA范圍內(nèi)設(shè)絕緣監(jiān)視報警。以上系統(tǒng)稱之為局部IT系統(tǒng)。采用局部IT系統(tǒng)輔以局部等電位連接，就可以保證防止心臟手術(shù)及檢查中的微電擊。目前，我院地本工程中對需要儀器進入心臟區(qū)域的局部地區(qū)，如心臟手術(shù)室、ICU等處配置了上述系統(tǒng)。以上配電方式也是國際電工委員會烮EC犓倡導的。電子儀器的接地宜采用共用一點接地�；�于目前電子儀器的頻率較高，要求地線短而粗，地線過長反而成為干擾源。

　　目前我國與國際上防雷接地的規(guī)范是除爆炸危險場所外均為利用建筑物金屬體作為防雷、接地體，因此建筑物內(nèi)的所有金屬體熑綹紙畹齲牪豢殺苊獾撓敕覽紫低澄一體。而作為病人周圍的金屬體熑縊管、金屬門窗牭染與建筑物金屬體連接。為保證病人的安全，也要求設(shè)備儀器等的保護接地與病人周圍的金屬體局部等電位。因此防雷接地、設(shè)備的保護接地是不能分開設(shè)置的，否則病人反而會因接觸到不同電位而有觸電的危險。因此，此類與人體有接觸的醫(yī)療設(shè)備是不能單獨接地的。

　　醫(yī)院目前有著越來越多的先進儀器和設(shè)備，多數(shù)歸結(jié)為敏感電子設(shè)備。而雷電對敏感電子設(shè)備的影響，可通過設(shè)置SPD加以保護。對于有大電流接地的醫(yī)療設(shè)備的接地，應(yīng)避免接地線過長，宜采用就地接地，因采用局部等電位接地，周圍的病人也是相對安全的。

　　對于電磁干擾的問題，為減少電磁干擾的感應(yīng)效應(yīng)，我院采用了如下措施：

　　1牻物及房間外部設(shè)置屏蔽，如建筑中含金屬的墻、柱均可以作為格柵屏蔽分流，將建筑物金屬等電位連接。

　　2牭縉線路采用穿金屬管，減少干擾。

　　關(guān)于雷電對病人的影響，由于雷電的陡度大，散流快，建筑中含金屬的墻、柱均可以作為格珊屏蔽分流，且病人周圍采取了等電位的措施。因此在屏蔽范圍內(nèi)雷電病人是安全的。在手術(shù)部等設(shè)備進入病人體內(nèi)的部位均位于建筑物內(nèi)部，沒有外墻，因此病人是很安全的。

　　我們認為在醫(yī)療工程中防雷接地、電力系統(tǒng)接地、設(shè)備保護接地采用公用接地系統(tǒng)是可能的，也是必須的。只有完善好這一方法，病人的安全才能得到保證。我院在近幾年的醫(yī)院工程設(shè)計中均采用了上述接地方式，實踐證明也是很有效果的。該做法不僅節(jié)約了大量投資，而且真正實現(xiàn)了病人的電氣安全。數(shù)字檢影等設(shè)備投入使用的后，圖像清晰，運行良好。

　　在國內(nèi)，推行IEC關(guān)于醫(yī)療場所局部IT系統(tǒng)的設(shè)計思想也是為進一步保證病人的安全。由于沒有相應(yīng)的強制規(guī)范及投資等方面的原因，這一設(shè)計思路在設(shè)計中很難得到充分的體現(xiàn)。目前僅在與心臟介入相關(guān)的場所設(shè)置了IT系統(tǒng)，而在IEC推薦標準中目前要求多處場所設(shè)置該系統(tǒng)。

　　6 手術(shù)部、ICU、血透等場所的配電系統(tǒng)

　　中心手術(shù)部是醫(yī)院的核心，手術(shù)部的配電采用雙路電源末端切換。這包括手術(shù)室內(nèi)配電及手術(shù)室潔凈空調(diào)系統(tǒng)的配電。電源由變電所專線供電。每一間手術(shù)室應(yīng)單獨設(shè)置配電箱，按照新的《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建設(shè)標準》中的規(guī)定，容量不能小于8kVA。每間手術(shù)室的電源進線是否采用三相進線。主要根據(jù)布局及醫(yī)院的具體要求進行。目前部分手術(shù)室內(nèi)設(shè)置的高低溫冷柜等三相設(shè)備，電源三相引起的情況越來越多。作為與病人接觸的電源部分，應(yīng)盡量考慮單相供電。每間手術(shù)室考慮3～4個插座組，其中一組在綜合醫(yī)療柱上，每組插座組3～4組插座及2～3組接地端子。手術(shù)室內(nèi)設(shè)置觀片燈、書寫板照明、接地中心可設(shè)置在配電箱內(nèi)。配電箱可與手術(shù)室內(nèi)的控制面板結(jié)合�？刂泼姘迳嫌懈黝悮怏w出口、時鐘及定時鐘、實施空調(diào)檢測及控制、照明控制、廢氣檢測及排放。

　　心血管造影室除數(shù)字成像系統(tǒng)采用專門配電外，室內(nèi)設(shè)置要求與心臟手術(shù)室相同。

　　目前國內(nèi)心臟手術(shù)室、ICU、心血管造影、搶救室、血液透析等采用局部IT系統(tǒng)。IEC標準強烈要求IT系統(tǒng)不配出N線，目前病人接觸的用電設(shè)備均為單相設(shè)備，通過隔離變壓器配出的IT系統(tǒng)均為單相。

　　IT系統(tǒng)應(yīng)注意如下問題：

　　必須設(shè)置絕緣監(jiān)視裝置；

　　盡量減少系統(tǒng)容量，減小系統(tǒng)線路的長度；

　　增加線路的絕緣等級；

　　輔助以局部等電位接地，等電位干線保證在16mm2，支線在6mm2以上；

　　配電線路采用穿鋼管敷設(shè)，減少干擾；

　　變壓器二次出線采用雙極保護開關(guān)。

　　7 照明設(shè)計

　　由于經(jīng)濟發(fā)展水平的差異，我國與國外發(fā)達國家的醫(yī)院照度標準相差甚遠，發(fā)達國家的照度標準約是我國現(xiàn)行標準的5～10倍。目前完成的各醫(yī)院工程的照度水平在我國現(xiàn)行標準的基礎(chǔ)均有所提高，如一般環(huán)境為150Lx、診室等為200Lx、醫(yī)技科室300～500Lx、病房100Lx。實施后效果良好，體現(xiàn)了現(xiàn)代化醫(yī)院的良好形象。設(shè)計中應(yīng)注意醫(yī)療功能性用房照明的特殊要求。

　　診室、病房、急診觀察室、治療室等處采用高顯色熒光燈，以便于觀察病人的情況。色溫在3500K左右，病房、急診觀察室、治療室等處的頂燈采用漫反射型燈具，以減少眩光。在病房建議用間接照明，手術(shù)室、手術(shù)部清潔走廊、傳染科、污物、污洗等處與業(yè)主結(jié)合確定是否設(shè)置紫外線燈。

　　對特殊場所的照明采取了不同方式：磁共振掃描室、理療室、腦血流圖室等需要電磁屏蔽的地方，燈具采用了直流電源；測聽室的照明采用白熾燈；眼科暗室采用可調(diào)光的白熾燈。

　　8 其他

　　醫(yī)院發(fā)展快，變化多，在設(shè)計中我們將配電箱設(shè)置在夾墻內(nèi)，此方式配合吊頂線槽配電，使系統(tǒng)更加靈活，方便日后用電的發(fā)展需要。在檢驗科、中心實驗室等用房設(shè)置了沿墻附設(shè)的電氣配電槽，并將電源斷路器設(shè)置其上，以適應(yīng)實驗室用電設(shè)備多，用電變化多的需求。

　　在病房設(shè)置綜合醫(yī)療槽、槽內(nèi)設(shè)置插座組，接地端子，局部照明等，并在床頭方向距地0.3m處加設(shè)一組電源插座，方便電動床等固定設(shè)備的使用。

　　隨著我國國力的增強，醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)將在一定時期得到長足的發(fā)展，作為我們醫(yī)療工程設(shè)計人員，要不斷了解學習最新的醫(yī)療設(shè)備，學習了解國內(nèi)外的新規(guī)范。工作的重點應(yīng)在如下幾點：

　　進一步重視醫(yī)院的電氣安全，大力推廣安全可靠的配電及接地系統(tǒng)。目前IEC討論標準中建議采用局部IT系統(tǒng)的部位，已越來越多，設(shè)計人員應(yīng)注意對醫(yī)院方進行相關(guān)的宣傳。

　　了解醫(yī)療設(shè)備的配電要求，結(jié)合設(shè)備情況確定配電系統(tǒng)。 了解適用于醫(yī)院建筑的電氣產(chǎn)品 。

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