浅谈医用IT隔离电源在特殊供配电系统低压配电柜中的应用
时间：2023-02-23 阅读：445
【摘要】同其他民用建筑配电方式不同，医用的供配电方式具有一定的特殊性，医疗电气需要稳定可靠的电能环境，从而为病人提供更加安全的就医、治疗环境。目前很多医院开始采用IT供电系统，利用PLC控制元件，实现智能化控制及通讯，这种方式不但解决了传统低压控制元件的弊端，在有效解决成本的同时，提高了低压配电系统的可靠性。
【关键词】医院供配电；低压配电；配电柜设计
1概述
不同于普通民用建筑，医院建筑功能具有特殊性，这是由于医院工作特殊性决定的，基于这一点，医院低压供配电方式也具有特殊性，在医院这一特定的环境里，电路系统一旦出现漏电、供电不稳等问题，很容易对就医病人造成生命危害，因此医院电气设计安全要求极为严格。尤其在重症监护室、手术室等关系病患生命安全的场所。很多医院为了提高供配电安全，在一些特殊场所采用了IT供电系统，即医用隔离电源，其主要目的在于为这些特殊场所提供安全稳定的供电环境，以保证医疗设备的正常运行，保证病患安全。基于这一点本文针对一种医用低压配电柜设计进行简要分析。
2配电柜功能设计
(1)系统主空开关并和配电柜门之间设有机械联动装置，确保只要在主空开关断后才可打开柜门(可为专用人员设有“后门”)满足相关技术标准要求。(2)系统设有急停按钮“E—OFF”和主功率恢复按钮“mainpoweron”。不管系统工作在何种状态，按下“E—OFF”键，系统所有功率部分均被断开，系统各部分处于无电状态(包括UPS输出)。按下“mainpoweron”键，系统立刻恢复到从前(除PDU分路需要人工干预)工作状态。(3)除PDU分(thePowerDistil—butionUnit(PDU))在启动时需要人工干预(无停电后重启功能)。其他各分路在停电后有延时重启功能，且延时时间可设制(0s～30s)。(4)分路设置有各自的分路开关，实现独立的开关功能，同时也设置独立的状态显示，从而实现分路状态的单独指示。
3如何有效实现配电柜功能
3．1安全性
(1)专用的隔离变压器是IT供电系统发挥作用的装置，大型医院供电系统为了确保供电的持续性、安全性，使医用隔离变压器。由于这种专门的供电系统电源端不会设置接地导体，因而即便发生单相接地，由于回路阻抗大，也不会发生回路电流过大的故障，仅仅构成对地电容回路。因而不容易出现点击危险，无需切断电源，如此供电系统可以不间断的持续供电。但是若系统再次出现接地故障，则关闭电源，对发生故障的回路进行全面检查。除此之外，在系统中需要设置绝缘监测设备，一旦系统出现绝缘故障，监测设备可以及时发出报警，使得线路故障可以被及时发现、排除。基于这种功能特性，IT供电系统的持续性、稳定性、安全性相较于传统供电系统更为可靠。
(2)IT供电系统变压器外壳需要联结局部等电位以及端子板，并保证其二次线圈额定电压U=120V。在IT供电系统中，提高系统供电安全性、稳定性的核心在于对系统回路对地电容进行降低，对回路绝缘阻抗进行提高。基于这一点，在进行低压配电柜设计时需对系统容量尽可能减少，对分支回路数尽可能缩减，对配电线路长度尽可能缩短，同时设置可靠的线路绝缘防护。
(3)这种应用在lT供电系统的隔离变压器主要使用熔断器作为短路保护装置，而不是使用过负荷保护，由于在上下级馈电回路中设置熔断器，在绝缘监测装置的监测下，不但可以有效了解系统状态，还可以对系统变压器运行状态、过负荷状态等进行监测，一旦有异常状况出现，绝缘监测就会发出警报，降低了由于系统发热过度、漏电等引发的安全事故。机柜外壳设计达到IP2X的要求标准；柜门与主开关具有联锁装置，确保断电后才可开启柜门，符合相关技术标准要求；柜内带电的接头和端子均采用绝缘防护且满足IP2X标准；对控制操作部分采用PELV(安保特低电压)设计；柜内具有良好的等电位接地连接。
3．2功率部分实现
三相总输入经空开引入，通过三相汇流端子，给5个分路供电。总开关和各分路开关下级设接触器和熔断器，实现输出控制和电流三段保护。
3．2．1选择科学合理的断路器
(1)如何选择断路器极限分断能力。分段器的选择中首先应当选择合理的极限分断能力，保证该回路发生短路时其短路电流小于断路器分断能力，与此同时使用级联技术将上级断路器同下级断路器联系起来，能够有效提高断路器的分断能力，选型时可适当结合实际要求参考生产厂商所提供的级联表。(2)如何选择断路器额定电流。在进行断路器的额定参数选择时，需要将上下级断路器考虑在内。断路器额定电流作为重要的额定参数，其选择取决于断路器所保护的下级用电设备的额定电流，此时需要保证断路器额定电流大于下级用电设备额定电流。此外，断路器使用范围环境温度超过40℃或海拔超过3km则需要进行降容。综合考虑设计要求和实际使用要求，最终保证额定参数适宜科学。(3)如何确定断路器脱扣特性。由于使用环境不同，为了提高断路器的适用性，通常设置有不同的电磁脱扣特性，配电设计中需要依照配电柜的实际要求，选择脱扣特性。一般情况下，断路器设置有B、c、D三种脱扣特性。一般断路器都会选择c脱扣特胜，也有特殊断路器选择另外两种特性。
3．2．2导线的选择
对分路容量进行确定，即对各个分路所需要设置的断路器额定参数进行确定，完成断路器的确定后即确定各个分路所需导线参数。需要注意的是，确定分路导线时保证设置在该分路上的分断保护设备额定参数小于导线额定电流，从而确定分路电流分断保护设备可以发挥应用作用。除此之外还需要 结合厂家所提供的选型表确定导线规格。
3．2．3其他元件的选择
除了导线参数的选择，以该回路电流的分断保护器额定值为基础确定其余回路设备的额定值是选件选择的基本原则，也是确保回路上继电器、交流接触元件以及变压器能够发挥应有作用的基础要件。保证分断保护装置额定值小于上述元件额定值，如此才能有效发挥保护装置的保护作用。除此之外，上述元件的选择也需要结合厂家提供的选型表。
3.3控制部分的设计
电路逻辑控制通过PLC予以实现，即可编程控制器。PLC主要采用两路实现选择性输入，一路通过变压器进行变压，当电压变为120V后从总输入下方引入；另一路则直接通过UPS的输出端进入。第一路为优先引入路，若第一路发生故障、断电，则自动切换引用第二路。PLC具有内置电容，即便停电1年，其内部控制数据也可以完好保存。
4医用隔离电源监控系统的选型与应用
4.1概述
随着电子医疗设备在医院领域的广泛应用，漏电流对病人构成的威胁也越来越大，尤其是那些生命攸关的场所，病人在手术中或麻醉状态下，各种电极、传感器直接插入人体内，微小的漏电流都有可能导致病人触电身亡。另外有些医疗设备用于维持重症病人的生命，一旦设备停电，也会对病人的生命构成威胁。因此，对于医疗这一特殊场所的电气设计，应严格按照国家标准和规范进行。安科瑞医用IT系统绝缘监测故障定位装置及系统适用于医院的手术室、ICU(CCU)监护病房等重要场所，能为这类场所提供安全、连续、可靠的供电解决方案。
4.2应用场所
适用于医院的手术室、各类重症监护室、抢救室、内窥镜室及造影室等医疗二类场所的医用隔离电源系统的远程监控及自动化。
4.3系统架构
4.4系统功能
安科瑞IT配电监控系统是基于触摸屏软件设计，软件具有远程测量、远程参数设置和远程自检等多种功能，为各类场所的IT配电系统的集中监控提供了强大的系统集成工具。软件的主要功能如下：
一次图和现场分布显示
系统具有一次图及现场分布图显示功能，能直观的了解并及时地发现IT供电系统的报警地点或区域，从而方便专业人员及时到达现场进行故障排查；
实时数据采集与显示
利用安装于各IT配电系统中绝缘监测仪表和绝缘故障定位仪表，采集各隔离电源系统的参数。采集到的数据实时显示在监控系统界面，这些监测参量含IT系统对地绝缘电阻、变压器负荷电流、变压器绕组温度及绝缘故障回路等。
故障报警
将各IT配电系统出现的各类故障，如绝缘故障、过载故障、超温故障以及接线断线故障等信息进行统一处理和记录，并可直接在显示界面上弹出显示故障类型、监测值、故障地点以及故障发生时间等信息。同时启动监控系统的声光报警系统，及时提醒相关人员，进行故障处理。其中，声音报警信号可被手动消除。
远程参数设置和查询
通过系统，可根据要求远程调整和设置各IT配电系统中绝缘监测仪的各类报警参数阈值，也可以任意查看这些报警参数值。参数包括绝缘报警值、负载电流报警值和隔离变压器温度报警值等。
图形显示功能
系统可以以曲线的形式，显示各IT配电系统的绝缘状况、负载状况，以及隔离变压器的温升状况，以及它们的变化趋势，以便于分管理人员了解和分析各电源系统的运行变化情况，有针对性的对某些系统进行维护和保养。
4.5安科瑞产品功能和技术参数
5结束语
IT供电系统在很多特殊领域的实际应用中收到了良好的效果，并且该系统的漏电电流相对较小，可以进行带故障运行，基于这一点，IT共供电系统应用于医院等特殊领域，相比较TN系统配电方式，抗干扰性更强。TN系统中发生的接地故障大多数由金属短路造成，因而回路中会产生较大的故障电流，致使断路器发生过流保护动作，切断电流，导致系统供电终止，这很大的影响了供电系统的稳定性，而IT供电系统则有效解决了这一问题，因此能够满足在地下矿井、大型医院、石油化工等特殊领域供电需求，发展前景广阔。