淺談IT隔離電源在特殊供配電系統(tǒng)低壓配電柜中的應用

 

【摘要】同其他民用建筑配電方式不同，的供配電方式具有一定的特殊性，醫(yī)療電氣需要穩(wěn)定可靠的電能環(huán)境，從而為病人提供更加安全的就醫(yī)、治療環(huán)境。目前很多醫(yī)院開始采用IT供電系統(tǒng)，利用PLC控制元件，實現(xiàn)智能化控制及通訊，這種方式不但解決了傳統(tǒng)低壓控制元件的弊端，在有效解決成本的同時，提高了低壓配電系統(tǒng)的可靠性。

【關(guān)鍵詞】醫(yī)院供配電；低壓配電；配電柜設計

      不同于普通民用建筑，醫(yī)院建筑功能具有特殊性，這是由于醫(yī)院工作特殊性決定的，基于這一點，醫(yī)院低壓供配電方式也具有特殊性，在醫(yī)院這一特定的環(huán)境里，電路系統(tǒng)一旦出現(xiàn)漏電、供電不穩(wěn)等問題，很容易對就醫(yī)病人造成生命危害，因此醫(yī)院電氣設計安全要求極為嚴格。尤其在重癥監(jiān)護室、手術(shù)室等關(guān)系病患生命安全的場所。很多醫(yī)院為了提高供配電安全，在一些特殊場所采用了IT供電系統(tǒng)，即隔離電源，其主要目的在于為這些特殊場所提供安全穩(wěn)定的供電環(huán)境，以保證醫(yī)療設備的正常運行，保證病患安全。基于這一點本文針對一種低壓配電柜設計進行簡要分析。

     (1)系統(tǒng)主空開關(guān)并和配電柜門之間設有機械聯(lián)動裝置，確保只要在主空開關(guān)斷后才可打開柜門(可為專用人員設有“后門")滿足相關(guān)技術(shù)標準要求。(2)系統(tǒng)設有急停按鈕“E—OFF"和主功率恢復按鈕“mainpoweron"。不管系統(tǒng)工作在何種狀態(tài)，按下“E—OFF"鍵，系統(tǒng)所有功率部分均被斷開，系統(tǒng)各部分處于無電狀態(tài)(包括UPS輸出)。按下“mainpoweron"鍵，系統(tǒng)立刻恢復到從前(除PDU分路需要人工干預)工作狀態(tài)。(3)除PDU分(thePowerDistil—butionUnit(PDU))在啟動時需要人工干預(無停電后重啟功能)。其他各分路在停電后有延時重啟功能，且延時時間可設制(0s～30s)。(4)分路設置有各自的分路開關(guān)，實現(xiàn)獨立的開關(guān)功能，同時也設置獨立的狀態(tài)顯示，從而實現(xiàn)分路狀態(tài)的單獨指示。

3如何有效實現(xiàn)配電柜功能

     (1)專用的隔離變壓器是IT供電系統(tǒng)發(fā)揮作用的裝置，大型醫(yī)院供電系統(tǒng)為了確保供電的持續(xù)性、安全性，使隔離變壓器。由于這種專門的供電系統(tǒng)電源端不會設置接地導體，因而即便發(fā)生單相接地，由于回路阻抗大，也不會發(fā)生回路電流過大的故障，僅僅構(gòu)成對地電容回路。因而不容易出現(xiàn)點擊危險，無需切斷電源，如此供電系統(tǒng)可以不間斷的持續(xù)供電。但是若系統(tǒng)再次出現(xiàn)接地故障，則關(guān)閉電源，對發(fā)生故障的回路進行全面檢查。除此之外，在系統(tǒng)中需要設置絕緣監(jiān)測設備，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)絕緣故障，監(jiān)測設備可以及時發(fā)出報警，使得線路故障可以被及時發(fā)現(xiàn)、排除?；谶@種功能特性，IT供電系統(tǒng)的持續(xù)性、穩(wěn)定性、安全性相較于傳統(tǒng)供電系統(tǒng)更為可靠。

     (2)IT供電系統(tǒng)變壓器外殼需要聯(lián)結(jié)局部等電位以及端子板，并保證其二次線圈額定電壓U=120V。在IT供電系統(tǒng)中，提高系統(tǒng)供電安全性、穩(wěn)定性的核心在于對系統(tǒng)回路對地電容進行降低，對回路絕緣阻抗進行提高?；谶@一點，在進行低壓配電柜設計時需對系統(tǒng)容量盡可能減少，對分支回路數(shù)盡可能縮減，對配電線路長度盡可能縮短，同時設置可靠的線路絕緣防護。

     (3)這種應用在lT供電系統(tǒng)的隔離變壓器主要使用熔斷器作為短路保護裝置，而不是使用過負荷保護，由于在上下級饋電回路中設置熔斷器，在絕緣監(jiān)測裝置的監(jiān)測下，不但可以有效了解系統(tǒng)狀態(tài)，還可以對系統(tǒng)變壓器運行狀態(tài)、過負荷狀態(tài)等進行監(jiān)測，一旦有異常狀況出現(xiàn)，絕緣監(jiān)測就會發(fā)出警報，降低了由于系統(tǒng)發(fā)熱過度、漏電等引發(fā)的安全事故。機柜外殼設計達到IP2X的要求標準；柜門與主開關(guān)具有聯(lián)鎖裝置，確保斷電后才可開啟柜門，符合相關(guān)技術(shù)標準要求；柜內(nèi)帶電的接頭和端子均采用絕緣防護且滿足IP2X標準；對控制操作部分采用PELV(安保特低電壓)設計；柜內(nèi)具有良好的等電位接地連接。

三相總輸入經(jīng)空開引入，通過三相匯流端子，給5個分路供電?？傞_關(guān)和各分路開關(guān)下級設接觸器和熔斷器，實現(xiàn)輸出控制和電流三段保護。

3．2．1選擇科學合理的斷路器

    (1)如何選擇斷路器極限分斷能力。分段器的選擇中首先應當選擇合理的極限分斷能力，保證該回路發(fā)生短路時其短路電流小于斷路器分斷能力，與此同時使用級聯(lián)技術(shù)將上級斷路器同下級斷路器聯(lián)系起來，能夠有效提高斷路器的分斷能力，選型時可適當結(jié)合實際要求參考生產(chǎn)廠商所提供的級聯(lián)表。(2)如何選擇斷路器額定電流。在進行斷路器的額定參數(shù)選擇時，需要將上下級斷路器考慮在內(nèi)。斷路器額定電流作為重要的額定參數(shù)，其選擇取決于斷路器所保護的下級用電設備的額定電流，此時需要保證斷路器額定電流大于下級用電設備額定電流。此外，斷路器使用范圍環(huán)境溫度超過40℃或海拔超過3km則需要進行降容。綜合考慮設計要求和實際使用要求，最終保證額定參數(shù)適宜科學。(3)如何確定斷路器脫扣特性。由于使用環(huán)境不同，為了提高斷路器的適用性，通常設置有不同的電磁脫扣特性，配電設計中需要依照配電柜的實際要求，選擇脫扣特性。一般情況下，斷路器設置有B、c、D三種脫扣特性。一般斷路器都會選擇c脫扣特勝，也有特殊斷路器選擇另外兩種特性。

3．2．2導線的選擇

    對分路容量進行確定，即對各個分路所需要設置的斷路器額定參數(shù)進行確定，完成斷路器的確定后即確定各個分路所需導線參數(shù)。需要注意的是，確定分路導線時保證設置在該分路上的分斷保護設備額定參數(shù)小于導線額定電流，從而確定分路電流分斷保護設備可以發(fā)揮應用作用。除此之外還需要  結(jié)合廠家所提供的選型表確定導線規(guī)格。

3．2．3其他元件的選擇

    除了導線參數(shù)的選擇，以該回路電流的分斷保護器額定值為基礎確定其余回路設備的額定值是選件選擇的基本原則，也是確?；芈飞侠^電器、交流接觸元件以及變壓器能夠發(fā)揮應有作用的基礎要件。保證分斷保護裝置額定值小于上述元件額定值，如此才能有效發(fā)揮保護裝置的保護作用。除此之外，上述元件的選擇也需要結(jié)合廠家提供的選型表。

3.3控制部分的設計

    電路邏輯控制通過PLC予以實現(xiàn)，即可編程控制器。PLC主要采用兩路實現(xiàn)選擇性輸入，一路通過變壓器進行變壓，當電壓變?yōu)?20V后從總輸入下方引入；另一路則直接通過UPS的輸出端進入。第一路為優(yōu)先引入路，若第一路發(fā)生故障、斷電，則自動切換引用第二路。PLC具有內(nèi)置電容，即便停電1年，其內(nèi)部控制數(shù)據(jù)也可以完好保存。

4隔離電源監(jiān)控系統(tǒng)的選型與應用

    隨著電子醫(yī)療設備在醫(yī)院領域的廣泛應用，漏電流對病人構(gòu)成的威脅也越來越大，尤其是那些生命攸關(guān)的場所，病人在手術(shù)中或麻醉狀態(tài)下，各種電極、傳感器直接插入人體內(nèi)，微小的漏電流都有可能導致病人觸電身亡。另外有些醫(yī)療設備用于維持重癥病人的生命，一旦設備停電，也會對病人的生命構(gòu)成威脅。因此，對于醫(yī)療這一特殊場所的電氣設計，應嚴格按照國家標準和規(guī)范進行。安科瑞IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測故障定位裝置及系統(tǒng)適用于醫(yī)院的手術(shù)室、ICU(CCU)監(jiān)護病房等重要場所，能為這類場所提供安全、連續(xù)、可靠的供電解決方案。

4.2應用場所

    適用于醫(yī)院的手術(shù)室、各類重癥監(jiān)護室、搶救室、內(nèi)窺鏡室及造影室等醫(yī)療二類場所的隔離電源系統(tǒng)的遠程監(jiān)控及自動化。

4.3系統(tǒng)架構(gòu)

4.4系統(tǒng)功能

     安科瑞IT配電監(jiān)控系統(tǒng)是基于觸摸屏軟件設計，軟件具有遠程測量、遠程參數(shù)設置和遠程自檢等多種功能，為各類場所的IT配電系統(tǒng)的集中監(jiān)控提供了強大的系統(tǒng)集成工具。軟件的主要功能如下：

      一次圖和現(xiàn)場分布顯示

      系統(tǒng)具有一次圖及現(xiàn)場分布圖顯示功能，能直觀的了解并及時地發(fā)現(xiàn)IT供電系統(tǒng)的報警地點或區(qū)域，從而方便專業(yè)人員及時到達現(xiàn)場進行故障排查；

      實時數(shù)據(jù)采集與顯示

      利用安裝于各IT配電系統(tǒng)中絕緣監(jiān)測儀表和絕緣故障定位儀表，采集各隔離電源系統(tǒng)的參數(shù)。采集到的數(shù)據(jù)實時顯示在監(jiān)控系統(tǒng)界面，這些監(jiān)測參量含IT系統(tǒng)對地絕緣電阻、變壓器負荷電流、變壓器繞組溫度及絕緣故障回路等。

     

      故障報警

      將各IT配電系統(tǒng)出現(xiàn)的各類故障，如絕緣故障、過載故障、超溫故障以及接線斷線故障等信息進行統(tǒng)一處理和記錄，并可直接在顯示界面上彈出顯示故障類型、監(jiān)測值、故障地點以及故障發(fā)生時間等信息。同時啟動監(jiān)控系統(tǒng)的聲光報警系統(tǒng)，及時提醒相關(guān)人員，進行故障處理。其中，聲音報警信號可被手動消除。

      遠程參數(shù)設置和查詢

      通過系統(tǒng)，可根據(jù)要求遠程調(diào)整和設置各IT配電系統(tǒng)中絕緣監(jiān)測儀的各類報警參數(shù)閾值，也可以任意查看這些報警參數(shù)值。參數(shù)包括絕緣報警值、負載電流報警值和隔離變壓器溫度報警值等。

      圖形顯示功能

      系統(tǒng)可以以曲線的形式，顯示各IT配電系統(tǒng)的絕緣狀況、負載狀況，以及隔離變壓器的溫升狀況，以及它們的變化趨勢，以便于分管理人員了解和分析各電源系統(tǒng)的運行變化情況，有針對性的對某些系統(tǒng)進行維護和保養(yǎng)。

4.5安科瑞產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)

5結(jié)束語

      IT供電系統(tǒng)在很多特殊領域的實際應用中收到了良好的效果，并且該系統(tǒng)的漏電電流相對較小，可以進行帶故障運行，基于這一點，IT共供電系統(tǒng)應用于醫(yī)院等特殊領域，相比較TN系統(tǒng)配電方式，抗干擾性更強。TN系統(tǒng)中發(fā)生的接地故障大多數(shù)由金屬短路造成，因而回路中會產(chǎn)生較大的故障電流，致使斷路器發(fā)生過流保護動作，切斷電流，導致系統(tǒng)供電終止，這很大的影響了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而IT供電系統(tǒng)則有效解決了這一問題，因此能夠滿足在地下礦井、大型醫(yī)院、石油化工等特殊領域供電需求，發(fā)展前景廣闊。

     [1]董保生．低壓成套開關(guān)設備和控制設備[M]．北京：中國標準出版社．2006．

     [2]吳曉亮．低壓配電柜(MDP)的設計[J]．河北省科學院學報，2011(6)：49—52．

     [3]黃兢．低壓系統(tǒng)內(nèi)設備的絕緣配合．北京：中國標準出版社，2008

     [4]尹俊偉. 特殊供配電系統(tǒng)低壓配電柜設計分析

     [5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022年05版.

 

作者簡介：劉細鳳，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事IT隔離電源系統(tǒng)的研發(fā)與應用，