醫院電氣設計概述

論文類別:工學論文 > 電力論文
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上傳時間:2006/3/3 13:52:00

摘要:隨著我國國力的增強,醫疗衛生事業將在一定時期得到長足的發展,作為我們醫療工程設計人員,要不斷了解學習最新的醫療設备,學習了解國內外的新規範。
關鍵詞:醫院 電氣設计 電氣安全 供電负荷
1 醫院的分類及規模

  根據我國醫院建設的規劃,綜合醫院按床位可分為300、400、500、600、800及1000床。
按照醫院等級可分為三、二、一級醫院,目前經常涉及的一般為二級以上的醫院。
在這些範圍內的醫院就用電負荷而言,有一類負荷,還有部分二類負荷及三類負荷。
  醫院按照功能劃分,一般分為門诊部、醫技部、護理部、行政部、後勤部等。目前綜合性醫院的布局有分散式、集中式和半集中式。目前建築設計中考慮節能及使用便利,多采用半集中式。
2 医院負荷分析
2.1醫院負荷計算
  按照目前調研的医院負荷情況,醫院的用電負荷比例仍然以空調照明為主體,醫療設备用電所占比例很小,這也許與我国目前的醫療設備的水平有關。根據日本有關資料,80年代的醫院變壓器安裝容量為250~300VA/m2,当然日本等國的用電負荷計算與變壓器的安裝容量與我國差別很大,總體變壓器容量較我國大很多。但這其中醫療設備用电占50%。而我國目前醫療設備用電總體占不到20%。因此目前我國的醫院設計的用電負荷總體上仍然是以空調照明為主要負荷。其中空調電制冷的45%~55%,照明30%,動力包括醫療用地15%~25%。
根据近10年來完成的醫院工程的运行情況可以得出如下結論,我國醫院的用電負荷標準與商業寫字樓相比是較低的。综合醫院護理單元照度需求較低
由以上數據可以看出,醫院雖然為功能性民用建築,用電設備较多,但它總體照明的標準比起商业樓、寫字樓要低。從用電負荷計算的角度而言並不高,按照北京市供電規劃8VA/m2,即可滿足要求。醫院變压器安裝指標並不是很高,一般在65~75VA/m2之間,分析原因如下:
真正意義上的醫療用電負荷並不多,且大型設備的需要系數较低。
綜合醫院护理單元的面積所占比例較大,此部分用電量較低。
醫院目前的運行狀況,全日制的門診醫技面積不大,白天空調等用電高峰時照明需求較小。
2.2醫院的負荷性質及負荷类型
  醫院供電系統應遵循國內供電規範,並參考國際IEC相關標准進行設計,按照我國现行醫院等級和標準地區醫院及二類医院的供電等級為一级或二級負荷。因此電源一般采用兩路10kV供電。根據醫院的規模可分為如下幾類系統形式;
1采用兩路10kV電纜專用供電、自备柴油發電機,重要設備末端采用UPS供電。此類系統适用於特級及三甲級醫院。
2采用兩路10kV電纜專線供電,重要設备末端采用UPS供電。此類系統适用於三甲級醫院。
3采用兩路10kV供電或一路10kV專線供電,一路低壓供电,此類系統適用於二甲級醫院。
4一路10kV供電,重要設備末端采用UPS供電,僅用於一級醫院。
根據醫療建築用電負荷的特殊性並考慮到醫院的可持續發展,低壓系統建議采用如下形式:
電壓波動大的空調及動力負荷為一个低壓系統,如空調采用專用變压器供電;
电壓波動小的照明及一般醫療用電插座負荷為一個低壓系統;
電压要求高且自身壓降大,醫用数字檢影成像系統設備,單獨采用一臺變壓器。對於電網電压變化較大的系統,建議采用有載调壓變壓器。
按照IEC標準,醫院各部位的供電等級,接地方式見表2。
2.3應急電源系統
  醫院存在著大量的一级、二級用電負荷,應急電源系統一般采用柴油發電機系統、UPS系統。柴油發電機容量一般為變壓器總安裝容量的15%~20%。而重要設備則采用UPS系統。

3 低壓配電系統

  醫院用電负荷一般分成照明系統、醫療动力插座系統、空調系統新風機、空調機、風機盤管,應急照明系統等。
大型、重要性設備由配電变電所放射式供電,一類负荷均為雙路供電末端自投。冷水相組、真空吸引、X光機、CT機、MRI機、DSA機、ECT機等設備主機、燒傷病房、血透中心、中心手術部的電力及照明、CT機、MRI機、DSA機、ECT機的空調電源、电梯及屋頂排風機、洗衣房及營養部的動力也分別由變電所低壓屏放射式供電。
  樹幹式供電由變電所將各類電源分別引至各豎井,通過母線輸至各層。各豎井內分别設有照明、配電、空調及应急照明配電箱。配電、照明分別放射至各科室的配電、照明配電箱,各科室的计量表設在豎井配電箱內,空調配電箱配電至末豎井區域內的普通空調机及風機盤管。應急照明配電箱由雙路電源供電並自動切換,供各應急照明燈及防火卷簾門,排烟風機的用電。
醫技檢驗科、血液透析室等處的儀器对電源要求較高,部分电源通過穩壓器後備UPS供電。

免費論文下載中心 http://www.hi138.com 4 數字檢影成像設备的配電要求及內阻計算

  數字檢影成像設備是醫院的重要設備,現代醫院數字檢影設備的种類很多,目前比較常見的有:X光透視機、X光攝影機、X光治療機、X光造影機包括X光介入機、心血管造影機DSA、計算機斷層掃描機CT機、同位素斷層掃描機ECT、磁共振機MRI以及X刀、γ刀、直線加速器等设備。根據設備的不同用途、設备的工作制分為長期工作制、短時反復工作制。各種設備工作制見表3。
目前,許多X光機同時具有攝影、造影、透視、治療等多種功能。
4.1數字檢影设備供配電系統
  數字檢影設備工作原理各有不同,但統一的一點是對電源的要求較高。由于數字檢影設備的以上特性,如果医院有一定規模,此類設備應由專用变壓器供電。設備球管電流在400mA以上的設備應采用放射式供電。
心血管造影机、磁共振機、同位素斷層掃描機CT機、大型介入機等設備的主機電源一般需要雙路供電。且有些設備本身需要冷卻,設備有冷水機組,此部分的電源與主電源同樣重要。主電源进一步分成高壓發生器電源、行走機構電源、影像设備電源及插座電源。此類設備的布置一般為掃描室、控制室兩部分。系統的電源一般送至控制室。大型設備還專門有電源室配電室。
心血管造影機房的高壓發生器電源、行走机構電源、影像設備電源采用一般配电方式,其插座電源與胸腔手术室的要求相似:病人可能接觸用電設備采用IT系統及局部等電位接地,電位差小於50mV。設備廠家對於電源的要求引出了電源內阻這一技術指標。設備對電源電壓的要求越高,電源內阻越小。
4.2用電負荷計算
  X射線机瞬時最大用電負荷一般由設備廠家提供,如未提供也可根據如下公式計算:
Sm=1/K×1/F×Esf×10-3
Sj=A×Ssm/η
4.3電源變壓器容量的確定
1單臺設備的計算負荷。
2二項式法計算多臺設备計算負荷。
多數數字檢影設備是短时反復工作制,因此,進行負荷計算時可以采用較小的需要系數,根據目前一些醫院的實際運行結果表明,4臺設備同時曝光的可能性很低,日本有關资料也表明,選擇電源變壓器時,4臺以下的設備可以按1台容量進行考慮。10~15臺設備的場所采用防止同時曝光設備可共用1臺變压器。
4.4保護設備的選擇
數字檢影設備瞬時電流很大,保護設備宜用熔斷器。目前多數设備的技術要求中已對保護设備提出具體要求。
4.5配電線路導線截面的確定
數字檢影設備的配电線路導線截面要滿足設備的內阻及壓降的要求。
電源變壓器內部電阻:Rt
電源變壓器額定容量:PtkVA
電源變壓器相數:三相
電源變壓器電壓變動率:ε%
額定二次電壓:VtV
1计算變壓器內部電阻Rt
Rt=2×ε×0.01×Vt2/Pt×103Ω
計算幹線電阻R1Ω:
考慮到低压開關的電阻及其它接觸電阻,電源变壓器和電源變壓器二次側的干線電阻為總電源電阻的80%。
R1=80%Rg-RtΩ
最大允許內阻:RgΩ
計算幹線截面:Amm:
單相設備A=2×p×L/R1mm
三相設备A=p×L/R1mm
  由上可见,要滿足設備內阻要求,實際就是要滿足設備的電源電壓要求。它受来自變壓器阻抗、變壓器至設備的配線長度、配線截面三個方面的因素的影響。
  在系統設備时,應盡量減小變壓器阻抗、減小變壓器至設備的距離、在滿足電源內阻的條件下、减少配線電纜截面,以節約投資。

5 醫院的電氣安全及电力系統保護方式

  醫院電氣安全是醫院电氣設計的一個重要环節。涉及到的電力系統的保護方式有接地保護TN-S系統、局部中性線不接地系統IT系統、醫用局部等電位接地電位差小於10mV、建築物總等電位及衛生间局部等電位接地、漏电保護lm=30mA。
一般場所的移動式設備均采用了漏電斷路器进行保護。冶療室、功能檢查室、手术室、搶救室、心血管造影室DSA、衛生間浴室均設置了局部等電位連接。中心手術室的配電系統為保證病人的安全采用了IT系統。
  醫院接地問題,是一個較為敏感的問題,它涉及到病人的安全,設備正常運行等。按照我國現行各類规範中醫院設計的規定,我院目前設計采用的是防雷接地、電力系統接地、設備保護接地公用接地系統。目前各醫院及设備廠家經常提出醫療設備、醫用等電位接地要單獨設置接地極,且要求與防雷接地、保護接地絕緣。實踐證明,由於場地的原因,這些單獨接地極不可能完全與建築物的金屬大地絕緣,而一旦絕緣遭到破坏,醫用等電位接地與電力系統的保護接地則可能不是一个等電位,此時,在患者的周圍如果存在這樣兩個電位,將產生觸電的危險。
  电氣設備對病人的影響,即電擊。電击包括宏電擊和微電擊。防止宏電擊可以采用接地线及漏電保護器來完成。而引起微電击的主要因素是電子儀器的泄漏電流及病人所處的环境非等電位。因此減少泄漏電流及局部等電位,是在保證電子儀器CF型絕緣的條件下的克服微電擊的重要手段。
減少泄漏電流的方式是將電源進行隔離。通過隔離變壓器,二次側兩相導線對地高阻抗,減小了系統的泄漏電流。當泄漏電流在0.7mA~2mA範圍內設絕緣監視報警。以上系統稱之為局部IT系統。采用局部IT系統輔以局部等電位連接,就可以保證防止心臟手術及檢查中的微電击。目前,我院地本工程中對需要仪器進入心臟區域的局部地區,如心臟手術室、ICU等處配置了上述系統。以上配電方式也是國際電工委員會IEC所倡導的。電子儀器的接地宜采用共用一點接地。基於目前電子儀器的頻率较高,要求地線短而粗,地線過長反而成為干擾源。
  目前我國與國际上防雷接地的規範是除爆炸危險場所外均為利用建築物金屬體作為防雷、接地體,因此建築物内的所有金屬體如鋼筋等不可避免的與防雷系統為一体。而作為病人周圍的金屬體如水管、金屬門窗等均與建築物金屬體連接。為保證病人的安全,也要求設備儀器等的保護接地與病人周圍的金屬體局部等電位。因此防雷接地、設備的保護接地是不能分開設置的,否則病人反而會因接触到不同電位而有觸電的危險。因此,此類與人體有接觸的醫療設备是不能單獨接地的。
  醫院目前有着越來越多的先進儀器和設備,多數歸結為敏感电子設備。而雷電對敏感電子設備的影響,可通過設置SPD加以保护。對於有大電流接地的醫療设備的接地,應避免接地線過長,宜采用就地接地,因采用局部等電位接地,周圍的病人也是相對安全的。
對於電磁幹擾的問題,為減少電磁幹擾的感應效應,我院采用了如下措施:
1建築物及房間外部設置屏蔽,如建筑中含金屬的墻、柱均可以作為格栅屏蔽分流,將建築物金屬等電位连接。
2電氣线路采用穿金屬管,減少幹擾。
關於雷電對病人的影響,由於雷電的陡度大,散流快,建築中含金屬的墻、柱均可以作為格珊屏蔽分流,且病人周圍采取了等電位的措施。因此在屏蔽範圍內雷電病人是安全的。在手術部等設备進入病人體內的部位均位於建築物內部,沒有外墻,因此病人是很安全的。
我們认為在醫療工程中防雷接地、電力系统接地、設備保護接地采用公用接地系統是可能的,也是必須的。只有完善好這一方法,病人的安全才能得到保證。我院在近几年的醫院工程設計中均采用了上述接地方式,實踐證明也是很有效果的。該做法不僅節約了大量投資,而且真正實現了病人的電氣安全。數字檢影等設備投入使用的後,圖像清晰,運行良好。
在國內,推行IEC關於醫療場所局部IT系統的設計思想也是為進一步保證病人的安全。由於沒有相應的強制規範及投資等方面的原因,這一設計思路在设計中很難得到充分的體現。目前僅在與心臟介入相關的場所設置了IT系統,而在IEC推薦標準中目前要求多處場所設置該系統。

6 手術部、ICU、血透等場所的配電系統

  中心手術部是醫院的核心,手術部的配電采用雙路電源末端切換。這包括手術室內配電及手術室潔净空調系統的配電。電源由變電所專線供電。每一間手術室應單獨設置配電箱,按照新的《醫院潔凈手術部建設標準》中的規定,容量不能小於8kVA。每間手術室的電源進線是否采用三相進線。主要根據布局及醫院的具體要求進行。目前部分手術室內设置的高低溫冷櫃等三相設備,电源三相引起的情況越來越多。作為與病人接觸的電源部分,應盡量考慮單相供電。每間手術室考慮3~4個插座組,其中一組在综合醫療柱上,每組插座組3~4組插座及2~3組接地端子。手術室內設置觀片燈、書寫板照明、接地中心可設置在配電箱內。配电箱可與手術室內的控制面板結合。控制面板上有各类氣體出口、時鐘及定時鐘、实施空調檢測及控制、照明控制、廢气檢測及排放。
心血管造影室除數字成像系統采用專门配電外,室內設置要求與心臟手術室相同。
目前國内心臟手術室、ICU、心血管造影、搶救室、血液透析等采用局部IT系統。IEC標準強烈要求IT系統不配出N线,目前病人接觸的用電設備均為單相設備,通過隔離變壓器配出的IT系统均為單相。

IT系統應註意如下問题:

必须設置絕緣監視裝置;
盡量減少系統容量,減小系統線路的長度;
增加線路的絕緣等級;
輔助以局部等電位接地,等電位幹線保證在16mm2,支線在6mm2以上;
配電線路采用穿鋼管敷設,減少幹擾;
變壓器二次出線采用雙極保護開關。

7 照明設計

  由於經濟發展水平的差異,我國與國外發達國家的醫院照度標準相差甚远,發達國家的照度標准約是我國現行標準的5~10倍。目前完成的各醫院工程的照度水平在我国現行標準的基礎均有所提高,如一般環境為150Lx、診室等為200Lx、醫技科室300~500Lx、病房100Lx。實施後效果良好,體現了現代化醫院的良好形象。設計中應注意醫療功能性用房照明的特殊要求。
診室、病房、急诊觀察室、治療室等處采用高顯色熒光燈,以便於觀察病人的情況。色溫在3500K左右,病房、急診觀察室、治療室等處的頂燈采用漫反射型燈具,以減少眩光。在病房建議用間接照明,手術室、手術部清潔走廊、傳染科、汙物、汙洗等处與業主結合確定是否設置紫外線燈。
對特殊场所的照明采取了不同方式:磁共振掃描室、理療室、腦血流圖室等需要電磁屏蔽的地方,燈具采用了直流電源;測听室的照明采用白熾燈;眼科暗室采用可調光的白熾燈。

8 其他

  醫院發展快,變化多,在設計中我們將配電箱設置在夾墻內,此方式配合吊頂線槽配電,使系統更加靈活,方便日後用電的發展需要。在檢驗科、中心實驗室等用房設置了沿墻附設的電氣配電槽,並將電源斷路器設置其上,以適應實验室用電設備多,用电變化多的需求。
在病房设置綜合醫療槽、槽內设置插座組,接地端子,局部照明等,並在床頭方向距地0.3m處加設一組電源插座,方便電動床等固定設備的使用。
  隨著我國国力的增強,醫療衛生事業將在一定時期得到長足的發展,作為我們醫療工程設計人員,要不斷了解學習最新的醫療设備,學習了解國內外的新规範。工作的重點應在如下几點:
進一步重視医院的電氣安全,大力推廣安全可靠的配電及接地系統。目前IEC討論標準中建議采用局部IT系統的部位,已越來越多,設計人員應註意对醫院方進行相關的宣傳。
  了解醫療设備的配電要求,結合设備情況確定配電系統。 了解適用于醫院建築的電氣產品 。轉貼于 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
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