顧方紅 (江蘇省江陰市建筑設計研究院有限公司，江蘇省江陰市，214401)
徐軍 （安科瑞電氣股份有限公司，上海市，201801）
摘 要 ：討論IT系統(tǒng)應用中的集中監(jiān)控系統(tǒng)的設計、UPS與IT系統(tǒng)的結合應用、IT系統(tǒng)斷路器的選型，以及不同場所醫(yī)用隔離電源柜的安裝等相關問題，強調(diào)IT系統(tǒng)的設計與施工應標準化、規(guī)范化。
關鍵詞 ： 場所；IT系統(tǒng)；集中監(jiān)控系統(tǒng)；UPS應用；斷路器選型；隔離電源柜；絕緣監(jiān)測裝置；對地絕緣電阻
0 引言
近年來，隨著人們對IT系統(tǒng)認識的不斷深入，IT系統(tǒng)的設計和應用也越來越廣泛，其中，醫(yī)用隔離電源系統(tǒng)就是IT系統(tǒng)在場所的典型應用[1]。醫(yī)院因其職能的特殊性，對其配電方式也有特殊的要求。如醫(yī)院的外科手術設備、用于維持病人生命的設備等，為了保證供電的連續(xù)性和可靠性，保障設備使用人員和病人的安全性，均應采用IT系統(tǒng)供電，同時輔以高要求的局部等電位聯(lián)結[2]。
針對IT系統(tǒng)在場所的設計和應用，內(nèi)不少電氣專家和同仁都曾刊文介紹，提供了非常寶貴的建議和經(jīng)驗。IT系統(tǒng)的設計，具有不同于其它場所IT系統(tǒng)設計的特點，所采用的絕緣監(jiān)測裝置也有特殊的要求。筆者結合實際工程經(jīng)驗，對IT系統(tǒng)應用中幾個相關問題陳述下自己的淺見，望業(yè)內(nèi)專家不吝指教，以加深對IT系統(tǒng)應用的研究與討論。
1 IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測的集中監(jiān)控系統(tǒng)設置
在IT系統(tǒng)中，用于實時監(jiān)測系統(tǒng)運行狀況，且在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時能及時報警的裝置是絕緣監(jiān)測器（IMD），除此之外，還應該設置個外接報警與顯示裝置（可簡稱外顯裝置）。GB 16895.24-2005/IEC 60364-7-710:2002《建筑物電氣裝置 7-710部分：特殊裝置或場所的要求 場所》710.413.1.5條中的要求：每個IT系統(tǒng)，配備帶有聲光報警系統(tǒng)且應裝設在適當?shù)牡胤揭员汜t(yī)務人員可以經(jīng)常監(jiān)視的裝置。目大多是采用帶有通訊功能的外顯裝置，該裝置通過通訊實時讀取絕緣監(jiān)測器的監(jiān)測數(shù)據(jù)，當絕緣監(jiān)測器監(jiān)測到系統(tǒng)故障時，裝置便發(fā)出聲光報警信號。其中聲音信號可以解除，但光信號需在故障被清除恢復正常后才能熄滅。在2類場所凈化裝修時，用于外科手術室IT系統(tǒng)監(jiān)視的外顯裝置通常安裝在手術室的情報面板上，或嵌墻安裝在情報面板的旁邊。而用于各類ICU(CCU)室內(nèi)IT系統(tǒng)監(jiān)視的外顯裝置，則通常安裝于護士站內(nèi)，由護士人員來監(jiān)視。
在實際應用中，也可通過上位機集中監(jiān)控系統(tǒng)對所有2類場所的IT系統(tǒng)進行集中監(jiān)控。隔離電源集中監(jiān)控系統(tǒng)拓撲圖，該監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控層、通訊層和設備層。其中監(jiān)控層包括監(jiān)控主機和打印設備，通訊層包括通訊網(wǎng)關和通訊線路，設備層包括所有應用于各場所內(nèi)的隔離電源設備和監(jiān)測儀表。由于監(jiān)控系統(tǒng)采用上位機平臺，可以通過軟件展現(xiàn)豐富的監(jiān)控信息和實現(xiàn)多的監(jiān)控功能，這些信息和功能主要包括配電次圖和現(xiàn)場分布圖、各IT系統(tǒng)的運行參數(shù)監(jiān)控、遠程參數(shù)設置、故障聲光報警和記錄，以及各IT系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的曲線顯示等。圖1為監(jiān)控系統(tǒng)展現(xiàn)的IT系統(tǒng)對地絕緣電阻監(jiān)測的曲線圖。該曲線清晰的展現(xiàn)了IT系統(tǒng)對地絕緣電阻不斷下降的變化情況，根據(jù)下降的趨勢，可以分析和查找系統(tǒng)絕緣下降的原因，并提采取措施排除故障隱患，從而有效保障系統(tǒng)的安全可靠運行。
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圖1 IT系統(tǒng)對地絕緣電阻監(jiān)測曲線
上述分析可以看出，采用上位機集中監(jiān)控系統(tǒng)來監(jiān)控各IT系統(tǒng)，比在現(xiàn)場安裝功能簡單的外顯裝置來監(jiān)控，具有好的監(jiān)控和預防效果。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(nèi)，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(xiàn)故障，電氣維護人員也能在*時間內(nèi)做出判斷，并根據(jù)現(xiàn)場情況進行處理。相比而言，安裝在現(xiàn)場的外顯裝置是由非電氣專業(yè)的醫(yī)院人員監(jiān)控的，故障報警時，醫(yī)院人員很難辨識報警原因，也無法根據(jù)故障情況判斷是否可以繼續(xù)進行手中的工作。許多情況下，也不定能及時通知到電氣維護人員。如果出現(xiàn)的是絕緣故障且未能及時排除，若又發(fā)生二次故障，將轉變?yōu)閹щ妼w間短路而過電流跳閘停止，導致嚴重后果。
筆者以為，考慮以為人本，對于重要的2類場所的IT系統(tǒng)，除了采用外顯裝置現(xiàn)場監(jiān)控外，可再通過上位機集中監(jiān)控系統(tǒng)，由專業(yè)的電氣人員進行集中監(jiān)控，能有效的保障IT系統(tǒng)的可靠運行。
2 UPS與IT系統(tǒng)的結合應用
JGJ312-2013《建筑電氣設計規(guī)范》4.4.6條規(guī)定：“要求中斷供電時間小于或等于0.5s的級負荷中特別重要的負荷，應設不間斷電源裝置（UPS），且宜為在線式。”對于采用IT系統(tǒng)的供電的重要負荷，應配置不間斷電源裝置。現(xiàn)有的設計方法中有的是將UPS設置在隔離變壓器的面，采用三相輸入三相輸出的UPS集中給多套IT系統(tǒng)供電；有的采用單相輸入單相輸出的UPS為1套IT系統(tǒng)供電。這里特別指出的是，單相輸入單相輸出的UPS可以直接接在隔離變壓器的二次側，此時UPS的輸入輸出端均采用不接地的接線方式，即IT系統(tǒng)。在文獻[2]文中已經(jīng)說明，UPS的負荷側系統(tǒng)不是電源側系統(tǒng)的延伸，而是重新起的另系統(tǒng)，UPS的輸出端是此另起系統(tǒng)的始點。將UPS直接置于隔離變壓器的二次側，輸出端采用不接地的IT系統(tǒng)，與置于隔離變壓器的面相比，減少了層環(huán)節(jié)，供電可靠性高。從UPS額定輸出功率的選擇上，采用UPS后置，由于不用考慮隔離變壓器瞬態(tài)啟動時zui大功率要求，可以減少UPS額定輸出功率，降低設備成本，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性。
對于IT系統(tǒng)配置的UPS容量的設計，傳統(tǒng)的方法是根據(jù)設計的負載功率并同時考慮定的余量來確定，通常是在總負載功率的基礎上乘以1.2~1.5的系數(shù)。對于單獨給手術室或重癥監(jiān)護室配置的UPS，這樣設計可以保證不間斷供電的可靠性。對于集中給多個手術室配電的UPS而言，由于并不是所有的手術室都同時處在使用中，采取這種方法設計UPS容量，會造成“大馬拉小車”的情形，使UPS在投入使用時，直處在低負載率、低效率、高耗能的運行狀態(tài)。UPS的效率與帶載率（UPS實際輸出功率與額定輸出功率的比值）成正比，UPS的額定輸出功率越接近實際負載功耗，其效率就越高，通常應將負載率控制在40%~80%之間。因此，對于手術室集中配置的UPS的容量的設計，除了考慮可靠性外，還應結合所有手術室同時使用的比例，乘以0.5~1的系數(shù)，從而盡可能克服UPS功率儲備過大造成系統(tǒng)能耗高、經(jīng)濟性差的缺陷。
3 IT系統(tǒng)斷路器的選擇
GB 16895.24-2005/IEC 60364-7-710:2002710.53.1條 2類場所內(nèi)線路的保護中規(guī)定：“對每個終端回路都需設置短路保護和過負荷保護，但IT系統(tǒng)的變壓器的進出線回路不允許裝設過負荷保護，但可用熔斷器作短路保護”。采用IT系統(tǒng)配電的負荷，大多是手術用或維持病人生命的重要設備，這些設備在使用過程中不允許斷電，即使過負荷運行，也不允許斷路器過負荷保護。可以選擇采用單磁式的斷路器，這種斷路器只有短路保護，沒有過載保護功能，短路時，靠電磁力脫扣，是種磁保護。據(jù)筆者了解，由于單磁式斷路器使用受限，目僅有極少數(shù)幾家公司生產(chǎn)，而且價格也比普通斷路器貴，所以大多數(shù)電氣設計人員在IT系統(tǒng)配電設計時，仍選用帶過載保護功能的斷路器。這樣設計要充分保證所保護的回路不能過載運行，否則可能導致斷路器過載斷開，造成嚴重事故。
另外，由于任何隔離變壓器在切合時均會產(chǎn)生沖擊電流（即涌流）。不同廠家的醫(yī)用隔離變壓器，其涌流值也不致，通常為額定輸入電流峰值的數(shù)倍。GB 19212.16-2005《電力變壓器、電源裝置和類似產(chǎn)品的安全 16部分：醫(yī)用場所供電用隔離變壓器的特殊要求》13.3條規(guī)定：“涌流不應超過額定輸入電流峰值的12倍……”。因此在選擇隔離變壓器輸入端斷路器的額定電流時，應充分考慮到隔離變壓器切合時涌流的影響，如果涌流過大，所選用的斷路器的脫扣器無法承受，會導致切合不上去?；蛘吣炒吻泻仙先?，但在運行中，可能出現(xiàn)工作電源失電，安全電源投切，當正好處在電源電壓zui不利的電角度時，過大的涌流可能導致斷路器斷開，造成運行中的設備無法正常供電。因此，對隔離變壓器輸入端的斷路器應盡可能采用與變壓器額定輸入電流相匹配的單磁式斷路器，如果選用帶過載保護的斷路器，除了額定電流要留有足夠的余量外，應選用符合GB14048.2-2008《低壓開關設備和控制設備2部分：斷路器》，脫扣曲線為C、D型曲線的斷路器。
4 醫(yī)用隔離電源柜的安裝
手術室或ICU(CCU)的配電設計，現(xiàn)行的方法大多是將IT系統(tǒng)及相關配電斷路器組裝成配電柜，稱為隔離電源柜。手術室用隔離電源柜內(nèi)除了IT系統(tǒng)外，通常還有TN系統(tǒng)，用于為手術室內(nèi)諸如觀片燈、書寫臺燈、電動門等非手術設備供電。各類監(jiān)護室用的隔離電源柜通常僅有IT系統(tǒng)，用于給監(jiān)護室內(nèi)各病房旁邊的護理吊塔供電。
醫(yī)用隔離電源柜屬于配電設備，應安裝于非潔凈區(qū)域。手術室用的隔離電源柜通常嵌墻安裝在手術室外廊側墻內(nèi)，即手術室與清潔走廊間的墻體裝修夾層內(nèi)，但不能安裝于手術室內(nèi)部或潔凈走廊內(nèi)。對于ICU(CCU)室而言，情況要相對復雜。對于較大的ICU中心，病床床位較多，所需設置的隔離電源柜也較多，這也意味著現(xiàn)場附近需要較大的安裝空間。有些新建醫(yī)院項目中，IT系統(tǒng)設計由設計院電氣設計人員設計，電氣設計人員會根據(jù)設計需求，要求在ICU（CCU）中心附近設間配電間，用來集中安裝隔離電源柜。但有些項目，電氣設計人員只設計到樓層配電箱，ICU（CCU）的配電交由專業(yè)的凈化公司進行深化設計，所以電氣設計人員不會根據(jù)ICU(CCU)室的配電需求，提出設置配電間的設置要求。凈化公司在進行凈化設計時，往往空間的功能分區(qū)已經(jīng)明確，無法調(diào)整，導致隔離電源柜無合適空間安裝。有些項目將隔離電源柜安裝在距ICU(CCU)中心較遠的配電間內(nèi)，致使配電線路較長，影響了IT系統(tǒng)的安全性。也有的將絕緣監(jiān)測器安裝在就近的配電箱內(nèi)，而將隔離變壓器吊頂安裝在天花板以內(nèi)，這樣處理方式不便于隔離變壓器的安裝維護和通風散熱，對IT系統(tǒng)的穩(wěn)定運行也存在隱患。因此，針對ICU(CCU)中心，無論電氣設計人員是否做IT的配電設計，都應為隔離電源柜的安裝，提出相應的空間要求。
5 結語
IT系統(tǒng)的應用在我標中已有明確要求，但醫(yī)用IT系統(tǒng)的設計和施工狀況卻參差不齊，有些設計僅考慮經(jīng)濟成本卻忽略了安全性、可靠性和家標準的要求，這與采用IT系統(tǒng)的本意是相背的，旦運行過中配電設備出現(xiàn)故障，很可能造成重大的事故。因此，筆者也吁請同行認真研究IT系統(tǒng)的應用，形成相對統(tǒng)和標準的設計施工方法，以好的保障2類場所的配電可靠與安全。限于水平，筆者所述必然存在不少謬誤，也肯請同行不吝批評指正。
文章來源：《建筑電氣》2015年12期。
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