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浅谈IT隔离电源在低压配电系统和接地系统中的应用

 更新时间:2023-05-29 点击量:376

[摘要]本文介绍了低压配电系统和接地系统的原理和安/全性,分析了低压配电系统对医务人员、患者和医疗设备的影响,并提出了保护医务人员和患者人身安/全、确保医疗设备安/全运行的措施。

 

【关键词】TN-S;IT;国际电工委员会;剩余电流保护器;总等电位连接;局部等电位连接;IT隔离电源;隔离变压器

 【技术支持唯新:CDD-9888】【公从号:安科瑞能效管理解决方案】


0前言

是为患者提供手术和抢救的场所,承担全院患者的手术和治疗任务。的电气配电系统和接地质量直接影响患者和医务人员的人身安/全,以及手术过程中医疗设备的正常使用。根据国家有关负荷分级和供电要求的标准,医院需要是一ji负荷中特别重要的负荷,作为不允许中断供电的场所。因此,对低压配电系统的要求很,不仅要保证电气设备突然故障时不能停电,还要保证患者及相关医务人员的人身安/全。本研究总结了低压配电系统和接地系统,重/点分析了两种系统在的应用。

 

1低压配电系统概述

 

根据国家有关电气安/全规范的要求,间接接触保护低压配电系统主要是指TN-S系统和IT系统[1]。

 

1.1 TN-S系统

 

从变电站电源端引出的低压配电系统为3L+1N+1PE线。N线和PE线是分开的。PE线基本不通过电流或电位;只有在接地故障发生时才通过故障电流。因此,电气设备的暴露导电部分通常对地面几乎没有电位,更安/全。

 

1.2 IT系统

 

变电站电源端不做系统接地或电阻接地,只做保护接地,用户端电气设备接地系统做等电位连接系统。IT系统通常需要使用绝缘监测器(IMD)监测电气设备的绝缘水平。当接地故障发生时,故障电流很小,因为故障电流没有返回电源。保护接地的接地电阻R产生的地面故障电压很低,不会造成电击事故,也不会切断电源。但IMD会发出报警信号,提示系统接地故障,术后停电维修。如果不及时维护和排除故障,继续运行故障,当D二次接地故障变成短路时,这是因为各种医疗设备PE线相互连接,在某些情况下,当d一个医疗设备暴露导电部分接地故障时,接地故障电流通过PE线传输到相邻医疗设备的暴露导电部分,当D二个医疗设备暴露导电部分也发生接地故障时,也就是说,当D二次接地故障发生时,两台医疗设备的相线和PE线之间形成短路电流电路,导致设备操作人员发生电击伤害事故。IT系统演变成TN系统或TT系统。IT系统演变成TN系统或TT系统。电器或剩余电流保护器只能通过电流保护。(RCD)强制切断电源,导致手术间停电跳闸。IT系统一般不会引出N线,因为当引出N线时,IT系统会发生单相接地故障,相间对地电压会升到380 V,N线对地电压为220 V,导致医疗设备绝缘损坏;医务人员直接或间接接触的预期接触电压可达380 V,电击死亡的风险越来越大[2]。不能提供220,因为N线没有引出。 限制了V电源电压的应用。主要适用于对供电要求的地方。如医院、重症监护病房等(ICU)等待系统短路导致停电危及患者生命安/全的场所。

 

2接地系统概述

 

接地系统包括总等电位连接和局部等电位连接。总等电位连接是通过进线配电箱旁边的接地母排连接下级配电箱的PE线、建筑物的金属结构和接地装置,形成大型接地系统。局部等电位连接是在局部场所连接各可导电部件,也可连接很近的PE线、金属管道和建筑金属构件,形成局部接地系统。当单相接地故障发生时,局部等电位连接可以进一步降低接地电阻,进一步降低接触电压,这是局部等电位连接的优点。

 

3低压配电系统和接地系统的应用

 

根据国际电工委员会的标准,医疗场所根据医疗电气设备与人体接触的情况、停电的危险程度和允许间歇供电时间分为0、1、2类[3]。可用于心脏手术的医疗设备或中断电源会导致生命危险的医疗设备。是两种需要IT系统或TN的地方-TNS系统不允许使用-C系统。

 

上述IT系统在d一次接地故障时不切断电源或电击事故,只通过绝缘监测器发出报警信号。d一次接地故障时,保护电器的动作特性应符合以下公式:

 

RA Id≤50V

 

RA—暴露可导电部分的接地电阻(Ω);Id—当d一次接地故障发生时,W故障电流可以忽略相线和暴露导电部分的阻抗(A)。

 

为满足上述公式的要求,应降低接地极的接地电阻RA,或减少设备对地面的正常泄漏电流,限制线路总长度[4]。因此,当d一次接地故障发生时,接触电压将控制在50 V以下,对医护人员和手术患者进行现场操作是安/全的。根据国家电气安/全相关规范和标准,在干燥环境下发生接地故障时,不允许预期接触电压>50 V,潮湿环境下≤25 V,水下环境≤12 V。在IT系统故障状态下,*允许不停电的接触电压只能是50 V,联系医护人员>50 V可能有触电危险。

 

IT系统用于的进线配电箱,但220用于监护仪、呼吸机、麻醉机等医疗设备 V的电压应为380/220 V变压器,该变压器不仅可以改变电压,而且具有安/全隔离的效果。其容量≥0.5 kVA,但≤10 kVA。IT系统在隔离变压器后进行局部等电位连接。在与局部等电位连接后,医疗设备的PE线仍与医院TN相连-C-S系统或TN-S系统的PE线连接,但不能单独接地,以免重复接地错误。因为如果在其他地方发生单相接地短路,当接地故障电流通过PE线传输到正常使用的医疗设备上的暴露导电部分时,当地等电位连接面上的医疗设备和地面电位立即增加。与设备与地面之间无电位差相比,手术台上的患者和相邻操作医疗设备的医务人员免受电击伤害。如果重复接地,由于局部等电位连接与地面“0"电位之间的电位差,对人员的人身安/全非常不利。由于两个接地系统之间可能存在电位差,通过其他PE线传输的杂散电流会冲进监护仪、呼吸机、麻醉机等精/密医疗设备,干扰设备的各种参数,甚至突破精/密电路板。

 

TN用于的总进线配电箱-S系统,即3L+1N+1PE的接线方式。但IEC规定了与手术台周围的水平距离1.5 m,度为2.5 m内被称为患者环境。围绕患者环境的手术台相邻悬臂吊塔应采用局部医疗IT系统供电。悬臂吊塔上的插座主要用于维持生命或手术的医疗设备。使用1:1变比单相隔离变压器通过悬臂吊塔插座为生命支持医疗设备供电,连接当地医疗IT系统中的所有医疗设备、隔离变压器PE线端子和进线配电箱PE线端子,确保当地患者环境在当地等电位连接的保护范围内。在等电位连接系统中,局部等电位连接端子板、插座PE线端子、医疗设备PE线端子、设备外可导电部件的电阻总和≤0.2Ω,使整个接地系统的电位差接近相等。

 

应在适当的位置安装IT系统绝缘监测的声光信号,以便医务人员在手术过程中进行监测。不同颜色的灯应显示系统的不同绝缘状态。当绝缘电阻下降时,*下降到50 kΩ应发出信号。故障排除前不允许切断,声信号允许中止,但灯信号不得切断。

 

在实际工程中,TN也可以在同一设计-S系统和IT系统插座,悬臂吊塔由IT系统供电,墙壁由TN供电-S系统供电。但要严格区分和标记,防止相关医疗设备混插。呼吸机、麻醉机、监护仪、手术无影灯等医疗设备需要使用IT系统插座,以确保电气设备在接地故障时不会跳闸。TN可用于其他手术辅助医疗设备-S系统插座。每个系统都有自己的过电流保护装置和剩余电流保护器,以避免TN-过电流保护装置或剩余电流保护器在S系统接地故障时跳闸,影响IT系统。单独设计的优点是降低隔离变压器的容量和加热,提隔离变压器的使用寿命,使隔离变压器能够更好地服务于IT系统。

 

4.隔离电源监控系统的选择和应用

 

4.1概述

随着电子医疗设备在医院领域的广泛应用,漏电流对患者的威胁越来越大,尤其是那些生命危险的地方。各种电极和传感器直接插入手术或麻醉状态下的人体,微小的漏电流可能导致患者触电。此外,一些医疗设备用于维持重症患者的生命。一旦设备停电,也会对患者的生命构成威胁。因此,医疗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IT系统绝缘监测故障定位装置及系统适用于医院,ICU(CCU)对病房等重要场所进行监测,可为此类场所提供安/全、连续、可靠的供电解决方案。

 

4.2应用场所

 

远程监控和自动化适用于医院、各类、抢救室、内窥镜室、造影室等医疗二级场所的医疗隔离电源系统。

4.3系统架构

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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:

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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。

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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。

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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

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参考文献

[1]王厚余.建筑物电气装置600问[M].北京:中国电力出版社,2013.

[2]贺湘琨.GB 50054-2011《低压配电设计规范》与《建筑物电气装置》系列标准条文关联对照表[J].建筑电气,2012,31(3):58-64.

[3]洪元颐,洪元颐,张文才,等.中国电气工程大典:建筑电气工程[M].北京:中国电力出版社,2009.

[4]文涛.低压配电系统和接地系统.

[5]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版