安科瑞 師晴晴
江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405
吳恩遠(山東省建筑設計研究院，濟南市 250001)
馬名東(中國建筑設計研究院，北京市 100044)
徐 軍(上海安科瑞電氣股份有限公司，上海市 201801)
摘 要 闡述了IT系統(tǒng)的定義、組成及特點，IT系統(tǒng)在醫(yī)療場所應用時的注意事項。介紹了IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測功能的擴展：IT系統(tǒng)過負荷檢測，IT系統(tǒng)隔離變壓器溫度檢測，IT系統(tǒng)接地故障定位檢測，以及絕緣監(jiān)測、各類檢測的中央監(jiān)控系統(tǒng)。
關鍵詞 IT系統(tǒng) 絕緣監(jiān)測 過負荷檢測 隔離變壓器溫度檢測 故障定位
1 引言
隨著國民經濟的快速發(fā)展和人們生活水平的逐年提高，人們對電的需求量陡然增長。與此同時，由于停電、漏電，以及線路絕緣故障引發(fā)的觸電、電氣火災事故也隨之劇增對人們的生命財產構成了嚴重威脅。為了加強系統(tǒng)供電的性和可靠性，《民用建筑電氣設計規(guī)范》(JGJ 16-2008) 12.8.6條規(guī)定：在2類醫(yī)療場所內，用于維持生命、外科手術和其他位于“患者區(qū)域” 內的醫(yī)用電氣設備和系統(tǒng)的供電回路，均應采用醫(yī)療IT系統(tǒng)。
IT系統(tǒng)具有泄漏電流小，可帶故障運行等優(yōu)點，因此在醫(yī)療場所、地下礦井、化工企業(yè)、船舶、電信、冶金、石油化工及交通工程等領域，IT系統(tǒng)得到了廣泛的應用。
2 IT系統(tǒng)及其特點
2.1 IT系統(tǒng)的定義及組成
IT系統(tǒng)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。在實際應用中，IT系統(tǒng)一般與TN或TT系統(tǒng)通過隔離變壓器進行隔離。
在正常情況下，系統(tǒng)中僅存在線路對地電容的微小泄漏電流。圖1所示為IT系統(tǒng)發(fā)生*次接地故障示意圖，當系統(tǒng)發(fā)生*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(tǒng)供電的連續(xù)性。但是如果不及時排除故障，當次另一相發(fā)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。
圖1 IT系統(tǒng)接地故障示意圖
Fig. 1 IT system grounding fault diagram
為了防止上述短路故障的發(fā)生， T系統(tǒng)應設置絕緣監(jiān)測器。這樣當系統(tǒng)發(fā)生*次接地故障時，絕緣監(jiān)測器就能及時檢測出該接地故障，并通過報警裝置發(fā)出報警信號(通常是聲光報警信號)，提醒工作人員趕在次發(fā)生異相接地故障前及時排除故障，隱患，從而有效地保證系統(tǒng)供電的連續(xù)性。
可以在系統(tǒng)中安裝專門的故障檢測儀，當絕緣監(jiān)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(zhí)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，這樣就大地方便了工作人員進行故障排除。
為了保證系統(tǒng)供電的連續(xù)性，《建筑物電氣裝置 第7-710部分：特殊裝置或場所的要求—醫(yī)療場所》GB16895.24-2005 / IEC60364-7-710:2002 710.53.1條規(guī)定：“……醫(yī)用IT系統(tǒng)的變壓器進出線回路不允許設置過負荷保護……”，以防止系統(tǒng)過負荷時保護開關切斷電源。這就要求系統(tǒng)中的絕緣監(jiān)測器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(xù)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(jiān)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(tǒng)，其組成設備主要包括：隔離變壓器、絕緣監(jiān)測器、電流互感器，以及外接報警與顯示儀，見圖2。
Fig. 2 Schematic diagram of the composition of single-phase IT system
系統(tǒng)中，絕緣監(jiān)測儀具有系統(tǒng)絕緣檢測、系統(tǒng)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(tǒng)的外接報警與顯示儀通常安裝在醫(yī)院手術室的情報面板上。
2.2 IT系統(tǒng)的特點
a. 由于系統(tǒng)電源端帶電導體不接地，即使系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障也只能通過系統(tǒng)對地電容構成回路，故障回路阻抗大，故障電流小，發(fā)生電擊的危險很小，所以不必及時切斷電源來防電擊，從而維持供電的不間斷，只有在發(fā)生此接地故障時才要求切斷電源 [1] 。同時，安裝在系統(tǒng)中的絕緣監(jiān)測器能及時地檢測并給出系統(tǒng)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(tǒng)是一個連續(xù)、可靠的供電系統(tǒng)。
b. IT系統(tǒng)中的絕緣監(jiān)測器，一方面實時監(jiān)測系統(tǒng)的絕緣狀態(tài)，另一方面還檢測系統(tǒng)的過負荷和變壓器的溫升狀態(tài)，一旦出現異常立即報警。因此IT系統(tǒng)能夠減少因系統(tǒng)發(fā)熱、漏電等原因引起的電氣火災事故，大大提高了系統(tǒng)的防火性。
c. 在IT系統(tǒng)中，提高回路的絕緣阻抗、降低回路對地電容，是提高系統(tǒng)性與可靠性的關鍵。因此在系統(tǒng)設計時要盡量縮短系統(tǒng)配電線路的長度，減小系統(tǒng)容量，減少系統(tǒng)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(tǒng)僅能用在重要的局部的供電場所，如化工、制藥企業(yè)的一些程序控制生產線，醫(yī)療場所的手術室、重癥監(jiān)護室等場所。
3 IT系統(tǒng)在醫(yī)療場所的應用
醫(yī)療IT系統(tǒng)是IT系統(tǒng)應用的一個典型實例。醫(yī)院因其職能的特殊性，對其配電方式有特殊的要求。如外科手術室、重癥監(jiān)護室等，都需要采用IT系統(tǒng)，以提供一個、可靠、連續(xù)的配電系統(tǒng)。
3.1 醫(yī)療IT系統(tǒng)的應用
根據國標《建筑物電氣裝置 第7 - 710部分：特殊裝置或場所的要求 醫(yī)療場所》(GB 16895.24–2005 / IEC 60364–7– 710：2002)，將醫(yī)療場所劃分為0類場所、1類場所和2類場所。由于0類和1類場所不使用與病人直接接觸的醫(yī)療器械，或者所使用的設備斷電后不會對病人造成危害，因此可以使用TN-S系統(tǒng)，但須配有剩余電流動作保護器，在發(fā)生接地故障時，能及時斷開故障回路。并可同時配置剩余電流監(jiān)測設備，實時監(jiān)測系統(tǒng)各回路的泄漏電流值，在保護設備動作前發(fā)出報警信號，避免造成回路斷電，引起嚴重后果[2]。對于2類醫(yī)療場所，醫(yī)療設備的斷電或接地故障將會危及病人生命。根據相關的標準和規(guī)范，這類場所使用醫(yī)療IT系統(tǒng)，來保證系統(tǒng)供電的連續(xù)性和性。
采用IT系統(tǒng)的2類醫(yī)療場所包括有手術室、急診搶救室、各類重癥監(jiān)護室(ICU)、心臟導管及造影室等。每個房間應配有獨立的隔離電源系統(tǒng)。對于多個這類場所，可以采用如圖3所示的配電方案。
Fig. 3 Power distribution scheme in Class II medical site
圖中各個手術室和重癥監(jiān)護室分別采用獨立的IT供電系統(tǒng)，所有的IT系統(tǒng)由手術部與ICU總配電柜通過TN-S系統(tǒng)配電。各IT系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測器及總配電柜內的剩余電流監(jiān)測設備又通過基于Modbus協(xié)議的RS485總線將各個監(jiān)測信號反饋到手術部的中央監(jiān)控室內，并由中央控制室的上位機通過中央控制系統(tǒng)軟件進行集中監(jiān)控。各個IT系統(tǒng)與TN-S系統(tǒng)的運行狀態(tài)，都可以顯示在中央監(jiān)控室的上位機上，方便工作人員對系統(tǒng)進行集中監(jiān)控與管理。
各類手術室和重癥監(jiān)護室根據各系統(tǒng)容量分別配置單獨的IT系統(tǒng)，主要的醫(yī)療儀器、無影燈、多功能吊塔等用電設備須從IT系統(tǒng)中取電。照明燈、觀片燈和電動門等可以不從IT系統(tǒng)取電。 圖4為采用醫(yī)療隔離電源系統(tǒng)的手術室或ICU配電系統(tǒng)圖。絕緣監(jiān)測儀時刻監(jiān)測IT系統(tǒng)的絕緣狀態(tài)，并在系統(tǒng)出現故障時給出報警信號，外接的報警與顯示儀通過RS485接口與絕緣監(jiān)測儀進行實時的數字通信，顯示絕緣監(jiān)測儀的檢測結果，并在報警時發(fā)出聲光報警信號。除了絕緣監(jiān)測設備外，系統(tǒng)還配置了絕緣故障測試儀和絕緣故障評估儀。絕緣故障測試儀能夠在線查找故障發(fā)生的回路，它和絕緣監(jiān)測儀一起工作，當絕緣監(jiān)測儀探測到系統(tǒng)絕緣故障后，絕緣故障測試儀立即開始故障定位，由絕緣故障評估儀周期性地送出一個特殊的測試電流，測試電流流經故障部位，由電流互感器探測，并由電子評估儀對故障回路進行評估，評估的結果送報警與顯示儀中顯示。
Fig. 4 Powr distribution system diagram for operating room or ICU
醫(yī)療IT系統(tǒng)同時還配置了絕緣故障定位設備，在發(fā)現系統(tǒng)絕緣故障的同時，能及時定位出現故障的回路，這大地方便了工作人員了解系統(tǒng)狀態(tài)并及時排查故障，從而有效地保證了醫(yī)療IT系統(tǒng)的性與可靠性。
3.2 IT系統(tǒng)在醫(yī)療場所應用時的注意事項
由于醫(yī)療場所具有其特殊性，因此在進行醫(yī)療IT系統(tǒng)設計時應特別注意以下幾點：
a. 醫(yī)療IT系統(tǒng)采用醫(yī)療場所供電用隔離變壓器，并應符合國標《電力變壓器、電源裝置和類似產品的 第16部分：醫(yī)療場所供電用隔離變壓器的特殊要求》的要求。
b. 為了降低醫(yī)療系統(tǒng)對地電容，提高絕緣強度， IT系統(tǒng)的配電箱要盡量安裝在使用場所附近，并盡可能減小系統(tǒng)容量以及系統(tǒng)分支數，盡量縮短系統(tǒng)配電線路的長度。
c. 對于心臟手術等手術設備與人體心臟直接接觸的手術室，要充分做好防電擊措施。有時候僅靠帶絕緣監(jiān)測的IT系統(tǒng)是不夠的，還應做好局部等電位聯(lián)結，使保護區(qū)內所有可導電的部分都處于同一電位水平上。
4 結語
帶有絕緣監(jiān)測的IT系統(tǒng)能夠為局部場所提供、可靠、連續(xù)的供電，這是其它系統(tǒng)無法媲美的。因此在一些重要的生產加工場所、醫(yī)療場所，以及重要的設備運行場所，可以優(yōu)先考慮使用IT系統(tǒng)。目前我國還沒有出臺關于IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測產品方面的規(guī)范、標準，用于IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測和故障點定位的產品也為數不多。因此，在期待標準盡快出臺的同時，尚需努力開發(fā)出各類用于IT系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測設備與故障點定位設備。相信在不久的將來，隨著人們對IT系統(tǒng)的充分認識，IT系統(tǒng)也會得到越來越廣泛的應用。
文章來源于：《建筑電氣》2010年4期。
參考文獻
1 王厚余. 低壓電氣裝置的設計安裝和檢驗. 版. 北京：中國電力出版社，2007：48 - 52 .
2 邵建勛. 醫(yī)用IT系統(tǒng)在醫(yī)療場所的應用. 信息管理, 2008(6): 32 - 39.
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