淺談IT隔離電源系統(tǒng)在場所的應用及設計

 劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘 要:結合某工程設計實例對IT系統(tǒng)特點、構成及IT系統(tǒng)相關規(guī)范要求進行了詳細闡述，并提供了IT系統(tǒng)的工程設計經驗，旨在推動IT系統(tǒng)的發(fā)展。

關鍵詞:IT系統(tǒng)，隔離變壓器，絕緣監(jiān)測

隨著電子工業(yè)與技術的發(fā)展，越來越多的電氣設備介入到患者診斷、治療過程中，而供配電系統(tǒng)的型式選擇與低壓電氣設備可靠運行以及醫(yī)護人員和患者人身密切相關，因此必須根據場所實際情況合理選擇供配電系統(tǒng)型式。

1 概述

當人遭受工頻交流電ji時可能受到不同程度的傷害，例如灼傷、肌肉麻痹、停止呼吸、心室纖維性顫動等。

根據 GB/T 13870.1—2008電流通過人體的效應部分:通用部分表11及圖20可知接地故障電流持續(xù)時間 0.1S且不大于50mA，接地故障電流路徑是手到雙腳，此時流經人體的接地故障電流使人產生不肌肉收縮，但通常沒有有害的電生理學效應;當故障路徑是胸膛至左手時，若使故障電流不對人產生傷害，要求故障電流不大于33mA。

因此故障電流路徑不樣，若使故障電流不對人造成傷害，要求故障電流限值也不同。此外，如果漏電斷路器保護動作時間大于0.1S，即故障電流持續(xù)時間大于0.1S，要求故障電流限值更小才能保證不對人產生傷害。

電ji對人造成嚴重傷害的是微電ji。當故障電流路徑不經過人體皮膚阻抗而流進心臟組織內部的電流所引起的人體電流效應就是微電ji。例如時體外電子器件直接接觸人體內部組織、器官。10μA～50μA或者50mV(距離心臟越近閾值越低)的微電ji即可引發(fā)致命的心室顫動。

通常情況下，電氣設備220V電源就近引自插座或配電箱預留回路，這些回路漏電斷路器的額定剩余電流般為30mA，無法滿足此情況下的電ji防護要求。

2 IT 系統(tǒng)簡介

2.1 IT 系統(tǒng)定義

GB 14050—2008系統(tǒng)接地的型式及技術要求對IT系統(tǒng)的定義是:電源端的帶電部分不接地或有點通過阻抗接地，電氣裝置的外露可導電部分直接接地。IT系統(tǒng)的系統(tǒng)圖參見圖1。

圖1 IT系統(tǒng)示意圖

2.2 IT 系統(tǒng)特點

1) IT系統(tǒng)電源端無接地的中性線或經過阻抗接地，單相接地故障情況下通過非故障相的對地電容形成接地故障電流回路，接地故障電流很小，接地故障電壓Uf很低，可帶故障持續(xù)運行，供電連續(xù)性及性高。

IT系統(tǒng)具有預防性、修復性的特點。

在絕緣下降但未出線接地故障時，通過監(jiān)測供電線路對地絕緣變化情況，在次接地故障發(fā)生前及時處理隱患。

即使次接地故障隱患未處理，其發(fā)生后并不會對系統(tǒng)運行造成危害。但次接地故障發(fā)生后并未處理，又發(fā)生二次接地故障時要求切斷供電電源。因此，二次接地故障發(fā)生前發(fā)現并處理次接地故障，以確保故障點對地電壓及故障電流不會對人員造成傷害。IT系統(tǒng)故障電壓計算可參見 GB/T 16895.10—2010低壓電氣裝置第4-44部分:防護電壓騷擾和電磁騷擾防護表44.A1中Uf值。IT系統(tǒng)Uf值更完整內容參見GB 16895.11—2001電氣裝置對暫時過電壓和高壓系統(tǒng)與地之間的故障的防護圖44D至圖44K。2)IT系統(tǒng)不同于常見的TN，TT系統(tǒng)，其系統(tǒng)特性決定必須設置對地漏電流監(jiān)測裝置，工礦企業(yè)660V的IT系統(tǒng)常用漏電繼電器，場所IT系統(tǒng)常用絕緣監(jiān)測器(IMD) 。

3 IT 系統(tǒng)在場所的應用

3.1 內外背景

、內均有關于室、ICU，CCU等場所配電系統(tǒng)的相關規(guī)范。目的就是為了確保場所用電的性、可靠性，見表1。

外IT系統(tǒng)應用更為成熟及廣泛，我IT系統(tǒng)僅應用于10kV及35kV的高壓系統(tǒng)和礦山、井下的某些低壓供電系統(tǒng)。

3.2 內相關規(guī)范要求及應用

GB 16895．24—2005建筑物電氣裝置第7-710部分: 特殊裝置或場所的要求 場所、JGJ 16—2008民用建筑電氣設計規(guī)范和JGJ 312—2013建筑電氣設計規(guī)范均對場所進行了分類: 場所分為0類場所、1類場所和2類場所。其中0類場所、1類場所電氣設備不接觸患者、接觸軀體外部或斷電不危及生命的非重要治療場所。2 類場所為電氣設備接觸部件用于諸如心內診療室、室及斷電危及生命的重要治療場所。具體場所內各個功能房間的類別劃分詳見JGJ 312—2013建筑電氣設計規(guī)范表3.0.2。

 0類場所及1類場所可以采用TN-S系統(tǒng)供電。但應滿足電ji防護相關要求，具體參見GB 50054—2011第5節(jié)相關內容。

JGJ 16—2008民用建筑電氣設計規(guī)范明確規(guī)定: 2類場所內用于維持生命、外科和其他位于“患者區(qū)域”內的電氣設備和系統(tǒng)的供電回路，均應采用IT系統(tǒng)。JGJ 312—2013建筑電氣設計規(guī)范也有類似要求。

JGJ 16—2008民用建筑電氣設計規(guī)范明確規(guī)定:用途相同且相鄰的個或幾個房間內，至少應設置個獨立的場所局部IT系統(tǒng)，除只有臺設備并由單臺的場所局部IT 隔離變壓器供電外，每個房間應配置絕緣故障監(jiān)測裝置，且應符合下列規(guī)定: 交流內阻不應小于100kΩ;測量電壓不應超過直流25V; 測試電流在故障條件下峰值不應大于1mA; 應設置絕緣故障報警，在絕緣電阻遲降至50kΩ時應能報警、顯示，并應配置試驗設施。IT變壓器應裝設過負荷和過熱的監(jiān)測裝置。

實際應用中，般是間室設臺隔離變壓器及套絕緣監(jiān)測系統(tǒng)，這樣發(fā)生絕緣故障的范圍小，便于手動查找和維護。面積較大的2類場所可選用帶自動定位功能的漏電監(jiān)測系統(tǒng)。目前我IT系統(tǒng)電壓還是以220V為主。主要原因是術室接觸設備負荷不大，220V能滿足用電需求。380V的IT系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時非故障相電壓升高為正常電壓1.732倍，由此會帶來設備、線纜的耐壓問題、問題，故380V較220V的IT系統(tǒng)很少使用。此問題GB 16895.24及相關文獻也有描述。

目前場所配電系統(tǒng)絕大多數是以TN-S配電系統(tǒng)為主，個別2類場所通過隔離變壓器采用局部IT系統(tǒng)。GB 50333—2013潔凈部建筑技術規(guī)范11.1.6條要求“心臟外科室用電系統(tǒng)須設置隔離變壓器”且為強條，可見隔離變壓器作為間接接觸防護措施的有效性及重要性。

3.3  IT 系統(tǒng)構成

1) 隔離變壓器。隔離變壓器次、二次線圈分別設置，內部設溫度傳感器，可將溫度信號傳至絕緣監(jiān)測系統(tǒng)，實現超溫報警。具體要求應滿足GB 16895.24第710.512.1.6條對隔離變壓器的要求。

2) 絕緣監(jiān)測系統(tǒng)。絕緣監(jiān)測系統(tǒng)主要包括絕緣監(jiān)測儀、報警顯示儀、電流互感器，24 V 直流電源，另外可選配絕緣故障定位儀。

3) 顯示報警單元。般與絕緣監(jiān)視儀相互通信，在絕緣故障時可發(fā)出聲光報警。

4 設計實例

4.1 工程項目背景

陽煤集團職業(yè)病防治大樓屬類高層，地下1層地10層，總建筑面積13555．51m2，2 類場所包括3間室及5間ICU。以室配電系統(tǒng)為例進行說明。

4.2  IT 系統(tǒng)設計

本項目室獨立配電箱系統(tǒng)圖見圖2。

圖 2 室配電箱系統(tǒng)圖

圖中各編號說明如下:

1) 插座箱回路、室塔吊回路、情報控制面板回路、室 PC 平臺回路、備用回路。

2) 無影燈回路、中門燈回路、觀片燈回路、電動門回路、書寫臺燈回路、室照明回路、備用回路。

3) UPS，置于室外。

4) 單相隔離變壓器，ES710。

5) 負荷監(jiān)視用電流互感器。

6) 儀器電源，AN450。

  7) 絕緣監(jiān)視儀，107TD47。

8) 外接報警顯示和測試儀器，MK2007CBM-CN。

9) 控制按鈕，位于情報控制面板。

10) 剩余電流評估儀,RCMS490-D。

本項目各個室、ICU面積較小，分布在不同樓層，故每間室及ICU分別設置獨立配電箱，嵌墻安裝于各自室的清潔走道內，上級電源引自本層雙電源動力箱。另外在隔離變壓器次側增設臺UPS柜，作為雙電源的后備電源。UPS柜在電纜井內落地安裝。所有供電線路均為低煙無鹵阻燃或低煙無鹵耐火電力電纜。

獨立配電箱采用IT系統(tǒng)與TN-S系統(tǒng)相結合的型式，接觸部件采用IT系統(tǒng)，不與患者接觸部件及臺電機回路采用TN-S系統(tǒng)。IT系統(tǒng)設絕緣監(jiān)視器，可實現絕緣監(jiān)視、負荷監(jiān)視和隔離變壓器溫度監(jiān)視等功能，并與報警顯示測試儀相互通信，發(fā)生接地故障時可發(fā)出聲光報警。TN-S系統(tǒng)設剩余電流評估儀，監(jiān)控本系統(tǒng)內各回路漏電流情況，各回路額定剩余電流30mA，動作時間0.1S。

各室、ICU分別設局部等電位箱，局部等電位箱不與TN- S系統(tǒng)接地網連接，使2類場所各個單獨房間內可導電部分形成等電位，進步降低接觸電壓，保證人身。

5 安科瑞IT隔離電源系統(tǒng)的介紹及選型

5.1 概述

隨著電子設備在醫(yī)院領域的廣泛應用，漏電流對病人構成的威脅也越來越大，尤其是那些生命攸關的場所，病人在中或麻醉狀態(tài)下，各種電極、傳感器直接插入人體內，微小的漏電流都有可能導致病人觸電身亡。另外有些設備用于維持重癥病人的生命，旦設備停電，也會對病人的生命構成威脅。因此，對于這特殊場所的電氣設計，應嚴格按照家標準和規(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)院的室、ICU(CCU)監(jiān)護病房等重要場所，能為這類場所提供、連續(xù)、可靠的供電解決方案。

5.2 隔離電源系統(tǒng)

隔離電源監(jiān)控系統(tǒng)用于集中監(jiān)控大樓內所有２類場所IT系統(tǒng)的運行狀況。這種集中監(jiān)控系統(tǒng)可以設置在醫(yī)院電氣運行和維護人員的值班室內，也可以集成在其它電力監(jiān)控系統(tǒng)中，由專業(yè)的電氣人員進行監(jiān)控，旦某套IT系統(tǒng)出現故障，電氣維護人員也能在時間內做出判斷，并根據現場情況進行處理。

系統(tǒng)拓撲圖

5.3 軟件功能

  安科瑞隔離電源監(jiān)控系統(tǒng)是基于觸摸屏軟件設計，軟件具有遠程測量、遠程參數設置和遠程自檢等多種功能，為醫(yī)院2類場所隔離電源系統(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：

■ 次圖和現場分布顯示

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

■ 實時數據采集與顯示

  利用安裝于各隔離電源系統(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。采集到的數據實時顯示在監(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

  將各隔離電源系統(tǒng)出現的各類故障，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)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)，及時提醒相關人員，進行故障處理。其中，聲音報警信號可被手動。

■ 遠程參數設置和查詢

  通過系統(tǒng)，可根據要求遠程調整和設置各隔離電源系統(tǒng)中絕緣監(jiān)測儀的各類報警參數閾值，也可以任意查看這些報警參數值。參數包括絕緣報警值、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，顯示各套隔離電源系統(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)。

5.4 安科瑞IT系統(tǒng)四件套選型

IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測產品（四件套）包括AITR S系列隔離變壓器、AIM-M10智能絕緣監(jiān)測儀、AKH-0.66P26電流互感器和AID系列（AID10、AID150）外接報警與顯示儀等，產品表2所示。

表2 IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測產品（四件套）

5 結語 

場所內各個功能房間電氣設備供電的可靠性和性直接決定就診患者的生命，這使得電氣問題相比于其他場所更為重要。場所如何實現更加可靠、的供電，應當引起廣大建筑電氣設計人員的高度重視，避免因電氣設計缺陷造成醫(yī)護人員與患者人身隱患。

參考文獻

[1] 王厚余．低壓電氣裝置的設計安裝和檢驗［M］.第3版.北京:中電力出版社，2012: 5．

[2] 花植，談IT系統(tǒng)在場所的應用及設計實例.

[3] 安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2019.11版.

作者簡介：

劉細鳳，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為IT配電