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摘 要：參考國際及國外對醫療領域的相應標準，結合我國有關的規范﹑標準，對手術室供配電系統作出了探討；論述了IT配電系統在醫院的應用范圍；分析了IT系統接地故障的特點；提出了醫院手術室IT電源系統的基本配置。 
關鍵詞：手術室配電系統、故障、絕緣監視、漏電;防雷;接地
1 引言
隨著醫療、電子、電器技術的飛速發展，現代醫療日益依賴于電氣和電子設備。人們對醫院手術室的環境要求越來越高，過去的一些設計遠不能滿足人們對安全保障的要求。尤其是手術室中大量設備觸及人體內臟和大腦等器官，如發生電氣漏電故障，很容易發生電氣事故。如何保護醫院的病人以及醫護人員不受漏電事故的傷害已經變得非常重要，已經受到了國內外的繼電保護專家和醫生們的普遍關注。許多國家和國際標準都對醫療領域，尤其是那些生命攸關的場所，如手術室﹑重癥監護室心﹑臟監護室等處的醫用配電系統做出了特殊規定，其目的就是保證為該場所內的醫療電器設備提供一個安全可靠的電源，以確保病人的安全。
2 電擊對人體的傷害
電流流入人體主要有三種后果。首先是灼傷，特別是在電流流入和流出人體的地方。其次是肌肉的麻痹，它可能短暫地使呼吸停止。第三是電擊造成心臟發生心室纖維性顫動，這種心室纖維性顫動會造成心室和心瓣膜的失調，從而使血液循環停止。前兩種結果會使人感到不適，但很少造成持久性損傷，而發生心室纖維性顫動則需盡快進行處理，否則會造成腦損傷或死亡。
電擊對人體造成傷害的程度取決于兩個因素：流過人體的電流大小、電流流過人體的時間。IEC標準中明確標出了15～100Hz的交流電對人體的影響與時間和電流大小的關系。 
在正常情況下，人體對電擊的自 然反映可以避免或減少電流對人體的傷害。一，人體的皮膚電阻可以限制流過人體的流量。二，肌肉在受到電擊時會收縮，一般能夠使人體迅速脫離電源。
3 相關規范對醫院手術室配電系統的規定
國外相關標準有德國的DINVDE0107﹑法國的NFC15-211﹑美國的NFPA99-1993﹑IEC（國際電工協會）60364-7-710.在國際電工協會IEC60364標準中規定，在醫療領域，由電網電源供電，用于維持生命或外科手術的醫療電器設備﹑以及用于手術室照明和類似照明設備﹑額定電壓超過AC25V或DC60V的設備，需要使用帶絕緣電阻監視儀的IT電源系統。
同時我國《民用建筑電氣設計規范》中14.7.6.3中規定在電源突然中斷后，有招致重大醫療危險的場所，應采用電力系統不接地（IT系統）的供電方式；14.2.8中規定IT系統需要裝設絕緣監視及接地故障報警系統或顯示裝置。以及我國2002年11月26日發布，
12月1日開始實施的《醫療潔凈手術部建筑技術規范》8.3.1.3中規定潔凈手術部用電應從本建筑物配電中心專線供給。根據使用場所的要求，主要選用TN-S系統和IT系統兩種形式；8.3.2.3中規定潔凈手術室內的電源宜設置漏電檢測報警裝置；8.3.4.2中規定心臟外科手術室需要設置有隔離變壓器的功能性接地系統等相關規定。
4 IT系統，即中性點不接地配電系統的特點
（1）IT系統降低了接觸電壓和電網對地漏電流，人身觸電危險降到最小程度；眾所，當用電設備對人體心臟直接漏電電流大于10uA時，就會導致病人死亡，在醫學上稱之為微電擊。而在一般通用建筑中所用的RCD等對地漏電保護開關，其動作響應值是m*（30mA），遠遠不能滿足醫療領域的需要。因此，現在國際上對醫療領域中的手術室﹑ICU﹑CCU等重要場所，除了按要求做部等電位聯結外，配電系統通常采用局部中性點不接地的供電系統（即IT系統或稱隔離電源系統）供電。通過單相3KVA-10KVA的隔離變壓器給這些場所供電，首先可以防止其它回路中的漏電電流通過接地線竄入手術室﹑ICU﹑CCU的醫療電氣設備上對病人的安全構成威脅；另外，一旦隔離電源上所接負載（如各種醫療電氣設備） 出現對地故障，因對地不能構成電氣回 路，所以只能產生一個很小的容性漏電 流，可有效控制對心臟等器官的直接漏 電流，大大地保護了病人免造漏電流的 傷害。
（2）IT系統保證供電的連續性，當電網負載出現一個絕緣故障時，不會引起電源自動開關動作；在醫療領域，某些場所對供電連續性要求很高，故設計為兩路（甚至三路）電源（TN-S系統）自動切換，以保證這些特殊場所的供電連續性。但此種配電系統如果在負載端出現相對絕緣故障時，故障電流將經過電源中性點對地構成電氣回路，從而形成一個較大的接地故障電流，使上一級自動開關或熔斷器動作，最終導致供電中斷。不能滿足重要設備用電的可靠性。而如果在這些場所局部采用IT配電系統時，因其電源中性點不接地，當負載端出現一點相對絕緣故障時，因其對地構不成電氣回路，只能產生一個很小的容性漏電電流，對人體不會產生危害，同時也不會導致開關動作，從而保證了特殊場所的供電的連續性。依據規范IT系統需要裝設絕緣監視及接地故障報警裝置，提醒絕緣故障的發生，以便維修人員及時發現問題，排除故障，防止IT系統電源二次異相接地故障時切斷電源。
（3）IT系統降低了對地漏電電流，因此也提高了整個配電系統的防火安全性。
5、醫院配電系統的選擇
在醫療過程中，為了進行各種目的的測量、診斷或治療，病人常常和各種電氣設備連接，電極有可能進入人體或牢固地附著在人體表面（如：心電圖、腦電圖），還可能從人體內導出液體，經過處理后再輸入體內（如：腎透析），這些將使人體失去皮膚電阻的保護。當病人處于麻醉狀態，或因痛覺喪失失去了對電擊的自然反映，會導致人體不能自行脫離電源。
除上述情況外，在一些手術過程中，導電體會直接觸及心臟（如：埋置心臟起搏器或打開心臟的手術）。
5.1.在醫療領域所有以檢查或治療為目的的，與病人直接接觸的設備，有三種應用情況；
（1）應用組0類：沒有醫療電氣設備與人體接觸的場所。例如：門診室、候診室、按摩室等。此類型場所沒有增加被電擊的風險，且電力中斷不會對病人造成危害。
（2）應用組1類：使用醫療電氣設備進行診斷或治療的場所，這些設備需要與人體接觸，與病人身體之間有能量交換，監視病人體內的能量交換。在此類場所醫療設備電源中斷不會引起病人生命危險，醫療設備因停電而重新開始不會影響對病人的診斷。例如：病房、產房、X光室等。
在0類和1類場所允許采用帶漏電保護的接地系統供電（脫扣電流30mA，脫扣時間100mS），既TT或TN-S系統，禁止使用三相四線制接地系統，即TN-C系統。
（3）應用組2類：在這類場合使用的醫療電氣設備包括：在病人體表或體內使用的實時監控儀器；用于手術的儀器設備；維持病人生命和軀體功能的設備；用于打開心臟、大腦的設備。在此類場合醫療設備電源中斷會引起病人生命危險；微弱的漏電流會產生“微電擊”。在2類場所中每個房間需要至少配備一套醫用IT電源供電（隔離供電電源），該電源系統需要安裝絕緣監視儀。例如：麻醉室﹑手術室﹑手術準備室﹑手術石膏室﹑手術恢復室﹑心臟導管插入室﹑重癥監護室心﹑臟監護室﹑血管造影檢查室﹑早產嬰兒監護室等。均屬于2類場所在應用組2類的醫療場所，需要使用帶絕緣監視的隔離電源系統，即IT系統。
5.2.建議接入醫用IT電源系統的用電設備：
A）呼吸B）恒溫培養箱C）透析設備D）麻醉設備E）病人監護設備F）高頻外科設備G）輸液泵H）注射泵I）心肺機J）心力記錄儀K）脈壓泵L）心律電子脈沖調節器等。 
5.3.手術室/ICU病房/CCU病房IT電源系統的基本配置應包括：隔離變壓器﹑絕緣監視儀﹑變壓器負載和溫度監視設備﹑外接報警顯示設備等。
6 接地與安全
對于醫院來說，電氣安全顯得特別重要，現代的醫療方法日益依賴于電氣和電子設備，特別是在醫院的手術室中，對病人進行手術時，有時需要用電子醫療設備深入到病人的身體內部，病人由于處在麻醉狀態，在普通接地的導體之間流過的細微電流會造成微電擊的發生。微電擊時的電流值若超過50uA時即有發生電室纖顫的危險，如不采取相應的措施，就有可能危及病人的安全，造成醫療事故的發生。
《民用建筑電氣設計規范》中14.7.6.2條規定，使用插入體內接近心臟或直接插入心臟內的醫療電氣設備的器械，應采取防止微電擊保護措施。
14.7.6.3條規定，在電源突然中斷后，有招致重大醫療危險的場所，應采用電力系統不接地（IT系統）的供電方式。
14.7.6.8條規定，手術室及搶救室應根據需要采取防靜電措施。
防微電擊措施宜采用等電位接地方式，在某醫療中心的電氣設計中采用等電位聯接，將包括室內給水管、金屬窗框、病床的金屬框架及患者可能在2.5m范圍內直接或間接接觸及到的各部分金屬部件均用6m2銅芯絕緣導線穿PVC管與等電位聯結端子板聯結。用于上述部件進行等電位聯接的保護線（或接地線）的電阻值，應使上述金屬導體相互間的電位差限制在10mV以下。
在某醫療中心的電氣設計中低壓配電系統采用TN-S型式，潔凈手術室采用局部電力系統不接地（IT系統）的供電方式，設置隔離變壓器并裝設絕緣監視及接地故障報警或顯示裝置。中心監護室、急診搶救室、產房、血透等處設置漏電檢測裝置；裝設漏電檢測裝置時
考慮到配電線路和用電設備的固有泄漏電流，線路長度控制在一定范圍之內。除了上述場所之處，其它用電插座回路均設置漏電保護開關。在放射科設備機房、手術室、產房、中心監護室、血透、各功能檢查科室設置局部等電位聯結接地端子箱，來滿足醫療設備的各種電氣接地要求。醫院建筑的接地一般情況下采用共用接地的方式，接地電阻不大于1Ω。
7 防雷系統
本文是在醫院總體防雷系統完善情況下僅考慮手術室內防雷。
為預防雷電電磁脈沖引起的過電流和過電壓，在下列部位裝設電涌保護器(SPD)：
1)在手術室電源總進線處加裝一組SPD。SPD支線上應設短路保護電器，并且與主進斷路器之間應有選擇性。
2)手術室采用IT不接地系統供電，當一次接地時，發出聲光預報警信號。
3)手術室內作等電位連接，將所有手術室內的用電設備的金屬外殼，進出手術室內的金屬管道、金屬構件、接地干線等與等電位端子做可靠連接（放熱焊接工藝）。
8 手術室設備設計舉例
某公司的漏電保護產品
應用于2類醫療場所的隔離供電系統隔離變壓器E14，絕緣及過載監視器E05.
工作原理：單端出現對地故障不會造成漏電，LIOM持續監控輸出線路對地絕緣。僅在輸出線L1、L2之間存在220V電壓，當其中一條線發生對地短路故障時，沒有實際的漏電流通過。另外還可以防止接地系統內的漏電流竄入與病人連接的設備回路。一旦發生一端接地的故障后，絕緣監視器就能夠檢測到這個故障并發出報警，而此時電源不會被切斷，保證了供電的連續性。醫護人員可以根據監視器上顯示的預期漏電流大小和手術的實際情況及時處理，因而人身觸電的危險被降低到了最小。
產品特性：電源：220Vac，50Hz；環境溫度：10°C到35°C；顯示器：面板上有10格顯示表，最的一格指示燈始終亮著，表示已連通電源。顯示表的其他部分亮起表示測得的PHC值（PHC：預期危險電流）；PHC報警：表示所測得的PHE已超過5mA的報警標準，當動作時表示為淡黃色燈閃亮；過負荷報警LED：顯示變壓器的二次側電流已至少連續三
秒鐘超過隔離變壓器的額定值。當動作時，表示為淡黃色燈閃亮。15A或20A的組件分別用于3.6kVA和4.8kVA的變壓器；雙音頻報警器：兩個不同頻率的振蕩器輪流驅動一個信號發生器，聲音大小由生產廠在印刷線路板上設定：1米的距離82dB（標準的）；音頻按扭：按下此按扭聲音報警即停止。同時啟動靜音發光二極管，當報警狀態取消后，靜音的功能即恢復；停止報警發光二極管：表示報警已經停止下來，動作時表示為淡黃色燈恒亮；測試按鈕：按下此按鈕隔離系統與地之間的試驗阻抗線路就會接通，試驗阻抗的PHC近似7.5mA，同時E05反映出此數值，使它的報警器發出聲音，同時PHC報警LED閃亮；外接報警繼電器：根據報警電路情況驅動報警繼電器去驅動一個外接報警器，這個繼電器不受靜音功能的影響，并有失壓轉接繼電器觸頭，其額定容量為5A220Vac。
9 安科瑞醫療IT系統介紹
9.1概述
隨著電子醫療設備在醫院領域的廣泛應用，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，病人在手術中或麻醉狀態下，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。另外有些醫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成威脅。因此，對于醫院這一特殊場所的電氣設計，應嚴格按照國家標準和規范要求，采用IT系統供電。
安科瑞醫用IT系統絕緣監測故障定位裝置及系統適用于醫院的手術室、ICU(CCU)監護病房等重要場所，能為這類場所提供安全、連續、可靠的供電解決方案。
9.2 醫用隔離電源監控系統
醫用隔離電源監控系統用于集中監控醫療大樓內所有醫療2類場所醫療IT系統的運行狀況。這種集中監控系統可以設置在醫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控系統中，由專業的電氣人員進行監控，一旦某套IT系統出現故障，電氣維護人員也能在一時間內做出判斷，并根據現場情況進行處理。
9.2.1 系統拓撲圖

圖1產品拓撲圖

9.2.2軟件功能
安科瑞醫用隔離電源監控系統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，為醫院2類場所隔離電源系統的集中監控提供了強大的系統集成工具。軟件的主要功能如下圖2：

圖2軟件的主要功能

■ 一次圖和現場分布顯示
系統具有一次圖及現場分布圖顯示功能，能直觀的了解并及時地發現IT供電系統的報警地點或區域，從而方便專業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中絕緣監測儀表和絕緣故障定位儀表，采集各隔離電源系統的參數。采集到的數據實時顯示在監控系統界面，這些監測參量含IT系統對地絕緣電阻、變壓器負荷電流、變壓器繞組溫度及絕緣故障回路等如圖3；

■ 故障報警
將各醫用隔離電源系統出現的各類故障，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、監測值、故障地點以及故障發生時間等信息。同時啟動監控系統的聲光報警系統，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消除。
■ 遠程參數設置和查詢
通過系統，可根據要求遠程調整和設置各醫用隔離電源系統中絕緣監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如圖4。

■ 圖形顯示功能：
系統可以以曲線的形式，顯示各套隔離電源系統的絕緣狀況、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的運行變化情況，有針對性的對某些系統進行維護和保養。
9.3 產品選型
表1醫用IT系統絕緣監測及故障定位產品

10 結束語
醫療建筑的電氣設計是一個大有可為的領域，它不同于寫字樓、商住樓或住宅小區的建筑電氣設計，需要按照醫療建筑的特點和特殊性來進行科學、、完整的設計，體現“以病人為中心”的醫療服務宗旨。手術室內的電氣設計尤為重要，優秀的醫療建筑電氣設計將會提升整個醫院水平,在提高管理水平的同時，增強社會效益。
參考文獻
[1]《建筑物防雷設計規范》《民用建筑電氣設計規范》《民用建筑照明設計標準》
[2]張學文，淺談醫院手術室供配電系統的設計.
[3] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.6版.