医用隔离电源(IT)系统常见故障的处理

2020-09-04 353

一、概述

随着电子医疗设备在医院的广泛应用,我们发现病人和医生已经深陷电子仪器和设备的包围之中,漏电流对病人构成的潜在威胁也远远大于以前,尤其是病人在手术中或麻醉状态下,各种电极、传感器直接插入病人体内,如有极其微弱的漏电流直接流过病人的心脏,就会导致病人触电身亡。
目前,我国大多数医院配电系统仍然采用TN-S系统。该系统接地故障多为金属性短路,因故障电流较大,使断路器或熔断器等过电流保护装置动作,造成房间停电。显然TN-S系统不能满足医院中一些重要场所对不间断供电的实用要求。故医院2类场所:如中心手术部的所有手术室;所有CU病房(包括ICU,CCU,NICU,PICU,SICU等)和心脏导管介入室等,应当采用医用隔离电源(IT)系统供电。
二、什么是医用隔离电源(IT)系统
I表示电源侧没有工作接地或经过高阻抗接地;T表示负载侧电气设备进行接地保护。IT系统在供电距离不是很长时,供电的可靠性高、安全性好。一般用于不允许停电的场所,或者是要求严格地连续供电的地方,医院的手术室和ICU室等二类场所必须采用IT系统。采用医用隔离电源(IT)系统,即电源中性点不接地,一旦设备漏电,单相对地漏电电流很小,不会破坏电源电压的平衡,所以比电源中性点接地的系统安全、可靠。
医用隔离电源(IT)系统,简单说就是隔离变压器和绝缘监视仪以及报警单元(还包括电流互感器等配件)组合在一起。供电原理很简单,说白了就是利用隔离变压器把TN-S系统变成不接地的IT系统,实际上一个隔离变压器就能实现应用的功能,但考虑到系统的长期稳定性,才会配备绝缘监测仪进行在线的实时监测整体的绝缘水平。
三、医用隔离电源(IT)系统在医疗领域的必要性
1.IT系统因降低了接触电压和电网对地漏电流(有效控制对心脏的直接漏电流),故人身触电后危险被降到最小程度;
众所周知,当用电设备对人体心脏直接漏电大于10uA时,会造成对病人的微电击击伤事故。而在一般通用建筑中所采用的RCD、ELCB等对地漏电保护开关,其动作响应值是mA级(如:30mA),远远不能满足医疗领域的需要。
因此,现在国际上对医疗领域中的手术室、ICU、CCU等重要场所通常采用局部“中性点不接地的供电系统”(即“IT系统”或称“隔离电源系统”)供电。通过单相3KVA-10KVA的隔离变压器给这些场所供电,首先可以防止其它供电回路中的漏电流通过接地线窜入手术室、ICU、CCU的医疗电气设备上对病人的安全构成威胁;另外,一旦隔离电源上所接的负载(如各种医疗电气设备)出现对地故障,因对地不能构成回路,只能产生一个很小的容性漏电流,极大地保护了病人免遭漏电流的伤害。
2.当电网负载端出现第一个绝缘故障点时,不会引起电源空开动作(跳闸),保证了供电的连续性;
在医疗领域,某些场所对供电持续性要求很高,故设计成两路(甚至三路)电源(接地供电系统)自动切换,以保证这些特殊场所的供电连续性。但如果在负载端出现相对绝缘故障时,故障电流将经过电源中性点对地构成回路,从而形成一个较大的故障电流,使上一级空开或熔断器动作,最终导致供电中断。而如果在这些特殊场所局部采用IT配电系统时,因其电源中性点不接地,当负载端出现第一点相对地绝缘故障时,因其对地不能构成回路,只会产生一个很小的容性漏电流,对人体不会产生危害,同时也不会导致空开动作,从而保证了手术室供电的连接性。
3.降低了对地漏电流,故提高了防火安全性。
四、医用隔离电源(IT)系统常见故障处理
①绝缘故障:
在实际应用中,IT系统一般与TN-S系统通过隔离变压器进行隔离。在正常情况下系统中仅存在线路对地电容的微小漏电流。当系统发生第一次单相接地故障时,由于这个电流值非常小,不会造成人身电击或者其它事故,也不会切断电源,保证了系统供电的连续性。但是如果不及时排除故障当另一相同时发生接地故障时,相当于形成相间短路,使过电流保护装置动作,引起供电的中断,这对于重要的供电场所来说是不允许的。为了防止上述短路故障的发生,IT系统必须设置绝缘监视仪,当系统发生第一次接地故障时,绝缘监视仪发现接地故障,并通过报警单元发出报警信号,通常是声光报警信号,提醒工作人员在发生异相接地故障前及时排除故障,消除隐患,从而有效地保证系统供电的连续性。通常的解决方法是逐个断开负载设备或开关回路的方法来查找故障设备或回路。
为方便快速查找故障回路,可以在IT系统中加装绝缘故障评估仪,以实现在线查找绝缘故障。当绝缘监视仪检测到绝缘故障时,给绝缘故障评估仪一个启动信号,评估仪开始逐路检测,最终找到并指示故障回路的位置,这样就极大地方便了工作人员进行故障排除。在CU病房(包括ICU,CCU,NICU,PICU,SICU等)这种24小时不间断工作的场所,非常适宜采用绝缘故障定位系统。
②变压器过负荷和超温:
为了保证系统供电的连续性,《建筑物电气装置第7-710部分特殊装置或场所的要求—医疗场所》GB16895.24-2005/IEC60364-7-710:2002中规定IT系统中的绝缘监视仪必须同时还具有变压器负荷和温度监测功能。
由于隔离变压器负载设备过多,可导致隔离变压器过负荷工作,长时间过负荷工作将降低设备的使用寿命和安全性。绝缘监视仪实时监测变压器的负荷状态,当其负荷过高时,报警单元将有相应的过负荷报警信号,以提醒相关人员及时处理。通常的解决方法是采用减少IT系统内不是必须使用的负载设备。
由于隔离变压器持续不断地工作,如果其安装环境通风不好或系统内负载设备过多,都可能导致变压器温度过高。绝缘监视仪实时检测变压器的温度状态,当其温度过高时,报警单元将有相应的温度报警信号,以提醒相关人员及时处理。通常的解决方法是改善变压器的通风散热状况或减少当前不是必须使用的负载设备。
③接线监视功能:
主要的接线监测内容包括:
-与PE线的连接监视
-与电流互感器的连接监视
-与温度传感器的连接监视
当出现连接故障时,报警单元将有相应的报警信号,以提醒相关人员及时处理。通常的解决方法是检查相应的连接线是否断开或检查相应的接线端子是否松动。
④仪器内部故障
当出现仪器内部故障时,与厂家技术部沟通联系解决。
五、结束语
随着人民生活水平的不断提高,涉及人身安全的医疗场所的电气设计,将会要求越来越高,越来越完善。带有绝缘监测的医用隔离电源(IT)系统能够为医疗场所提供安全、可靠、连续的供电,这是其它电源系统无法媲美的。随着我国国力的不断增强,医疗卫生事业的不断发展,随着人们对医用隔离电源(IT)系统的充分认识,其将得到越来越广泛的应用。
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