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淺談隔離電源及其在高壓氧艙的應(yīng)用

文章更新時間：2023-01-05　點擊量：237

涂志燕

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：目的：提高高壓氧艙用電安全性，保障高壓氧艙安全、穩(wěn)定運行。方法：對高壓氧艙的單相220 V供電采用隔離電源方式。結(jié)果：隔離電源的使用能顯著提高高壓氧艙的用電安全性，保證整個供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、連續(xù)性。結(jié)論：隔離電源的使用對于保證高壓氧艙的安全運行十分必要。

關(guān)鍵詞：隔離電源；隔離變壓器；高壓氧艙

O引言

高壓氧醫(yī)學(xué)是近些年發(fā)展起來的一門邊緣學(xué)科【1】。高壓氧艙是高壓氧治療的關(guān)鍵設(shè)備【2】。隨著醫(yī)療認識及技術(shù)水平的提高，高壓氧治療的應(yīng)用也越來越廣泛高壓氧艙的使用也越來越被更多的醫(yī) 院所接受。高壓氧艙是一種特殊的載人壓力容器，其個系統(tǒng)的用電設(shè)備具有較多、較分散、供電形式也比較復(fù)雜等特點，因此高壓氧艙的安全用電包含2 層含義：既能保證各用電設(shè)備及整個供電系統(tǒng)的穩(wěn) 定性、連續(xù)性，又能有效保障進艙吸氧患者的人身安全。先進的醫(yī)療診斷和治療儀器在現(xiàn)代化醫(yī)院中起著越來越重要的作用，提供高質(zhì)量的電能保障是消除或降低醫(yī)療設(shè)備風(fēng)險，確保為患者診斷和治療準確性的重要因素【3】。因此在高壓氧艙及其附屬電氣設(shè) 備的運行過程中，合理配置電源、提供高質(zhì)量的電能保障、確保安全供電顯得尤為重要。

1供電方式

國際電工委員會(IEC)將電力供電統(tǒng)一分為：1Tr 系統(tǒng)、TN系統(tǒng)、IT系統(tǒng)。其中TN系統(tǒng)又分為TN—C、 TN—S、TN—C—S系統(tǒng)。 TT系統(tǒng)是指將電氣設(shè)備的金屬外殼直接接地的保護系統(tǒng)，又稱為保護接地系統(tǒng)。第一個T表示電力系統(tǒng)中性點直接接地；第二個符號T表示負載設(shè)備金屬外殼和正常不帶電的金屬部分與大地直接連接，而與系統(tǒng)如何接地?zé)o關(guān)。

TN系統(tǒng)是指將電氣設(shè)備的金屬外殼和正常不帶電的金屬部分與工作零線相接的保護系統(tǒng)，又稱接零保護系統(tǒng)。TN系統(tǒng)通常是一個中性點接地的三相電網(wǎng)系統(tǒng)。在TN系統(tǒng)中，若保護線和中性線合并為1條線，則稱為TN—C系統(tǒng)；若保護線和中性線分別為2條線，則稱為TN—S系統(tǒng)；若在供電系統(tǒng)中前部分為TN—C系統(tǒng)(需沒有220 V負載，即中性線沒有電壓)，而在系統(tǒng)后部分中從總配電箱中分出保護線，則稱為TN—C—S系統(tǒng)。

IT系統(tǒng)是指在電源中性點不接地系統(tǒng)中，將所有設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分均經(jīng)各自的保護線PE分別直接接地的供電系統(tǒng)。IT供電系統(tǒng)中，I表示電源側(cè)沒有工作接地或經(jīng)過高阻抗接地；T表示負載側(cè)電氣設(shè)備進行接地保護。

2隔離電源

隔離電源是指在IT系統(tǒng)中，普通單相電源經(jīng)隔離變壓器后，輸出的與大地不能形成回路的電源，是一種能顯著降低觸電風(fēng)險的安全電源。隔離電源負載側(cè)實行接地保護。隔離電源的具體實現(xiàn)是由隔離變壓器完成的。隔離變壓器是指變壓比為1：1的變壓器，這種變壓器的初級線圈匝數(shù)等于次級線圈匝數(shù)，如圖l所示。

隔離變壓器的初級線圈與市電的相線和中性線相連接，次級線圈與負載相連接。由于隔離變壓器變壓比為1：1，因此次級線圈電壓等于初級線圈電壓，均為220 V。電源經(jīng)隔離變壓器后，原電網(wǎng)中的地已不再是參考電位，隔離變壓器任何一根輸出線都不能與地構(gòu)成回路，只能在2根輸出線之間構(gòu)成回路，隔離電源的2根輸出線L1、L2都是相線。隔離電源的應(yīng)用，既提高了供電的安全性及電源供電質(zhì)量，又能有效地降低觸電事故的發(fā)生率。

3高壓氧艙及其附屬設(shè)備用電狀況分析

高壓氧艙及其附屬設(shè)備需要電力驅(qū)動的子系統(tǒng) 有：加減壓系統(tǒng)、供排氧系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)，其供電主要有3種形式：380V三相電、220V單相電、直流電。高壓氧艙及其附屬設(shè)備主要用電狀況見表1。

380V三相交流電直接由總配電柜引出，總配電柜屬于高壓氧艙專用，與高壓氧科室供電系統(tǒng)是相互獨立的，總配電柜的輸入遵循醫(yī)院整體供電方式。220 V單相交流電的使用，需要經(jīng)過隔離變壓器，使其成為隔離電源后再接入高壓氧艙單相電供電系統(tǒng)中。直流電由操作臺下的4臺開關(guān)電源供給，其中3臺輸出直流12 V，一臺輸出直流5 V，開關(guān)電源的交流電輸入由隔離電源提供。

4隔離電源在高壓氧艙供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

在實際應(yīng)用中高壓氧艙及其附屬電氣設(shè)備較多，電路連接及轉(zhuǎn)換也比較復(fù)雜，因此將整體供電線路簡化后，其拓撲圖如圖2所示。

由于空氣壓縮機、循環(huán)風(fēng)電動機需要三相電驅(qū)動，因此需由總配電柜引出的三相電供電。冷凍干燥機和空調(diào)系統(tǒng)的室外機由于其使用的是壓縮機制冷技術(shù)，需要220 V單相電驅(qū)動且工作電流較大，因此，由總配電柜分別引出單相電供電。

總配電柜輸出的220 V單相電經(jīng)隔離電源后，接人高壓氧艙接線排。圖2中5、6、7分別為3臺12 V直流開關(guān)電源，給LED燈盤和監(jiān)控攝像頭供電。8為 5 V直流開關(guān)電源，給參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)中的溫度、濕度、壓力數(shù)碼管顯示儀供電。

L1～L10分別為加減壓系統(tǒng)電磁閥、供排氧系統(tǒng)電磁閥、測氧儀、磁感應(yīng)電動機、對講機、功放機、工控機、畫面分割器、顯示器、視頻轉(zhuǎn)換器，供給220 V交流電，N為上述設(shè)備的共相端。

隔離電源的應(yīng)用降低了高壓氧艙的電氣設(shè)備對整個電路電源質(zhì)量的影響。在高壓氧艙運行過程中，高壓氧艙接線排連接的磁感應(yīng)電動機多次啟停，開關(guān)電源負荷較大。在各種用電設(shè)備中，開關(guān)電源、可控硅管、調(diào)光系統(tǒng)、uPS、交流穩(wěn)壓器、變頻空調(diào)等非線性設(shè)備，其輸入電流是非正弦波形，如波形削頂、疊加脈沖等，這對交流電網(wǎng)有非常大的危害【4】。在隔離電源中，隔離變壓器將初級線圈和次級線圈相互隔離，避免了高壓氧艙及其附屬電氣設(shè)備影響整個供電系統(tǒng)，造成電源質(zhì)量下降隋況的發(fā)生。

隔離電源的應(yīng)用使得高壓氧艙各供電設(shè)備自成回路，隔離變壓器初級線圈與次級線圈相互隔離，因此總配電柜的供電設(shè)備零線端與高壓氧艙接線排共相端實現(xiàn)相互隔離。相互隔離避免了總配電柜的其他回路漏電流通過零線竄入高壓氧艙接線排，提高了電氣設(shè)備的用電安全。

5隔離電源在高壓氧艙中應(yīng)用的必要性

(1)有效地保證高壓氧艙及其附屬電氣設(shè)備的安全運行。

(2)防止其他供電回路中的漏電流通過接地線竄人閣【5】，進而危害高壓氧艙中的患者安全。

(3)高壓氧艙的用電設(shè)備較多且分散，隔離電源的使用能有效地減少各設(shè)備發(fā)生接地故障，進而保整個供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

(4)由于隔離變壓器次級線圈與大地不形成回路，因此高壓氧艙中的某臺用電設(shè)備一旦發(fā)生接地故障，則其對地漏電流很小，不會造成漏電保護器動作，可有效保證整個高壓氧艙供電系統(tǒng)的連續(xù)性。

(5)可有效降低高壓氧艙工程師在維修電氣線路時發(fā)生觸電事故的可能性。

6討論

在高壓氧艙供電系統(tǒng)中，所有安裝在氧艙及操作臺上的電氣設(shè)備，其輸人都需要經(jīng)隔離電源。

隔離變壓器因不能長距離輸出使用，因此對于高壓氧艙的供電系統(tǒng)來講，隔離變壓器應(yīng)置于操作臺配電柜旁邊，其負載輸出側(cè)接入高壓氧艙操作臺配電柜的輸人中，盡量不要在整個高壓氧艙起始配電柜處接入隔離變壓器。

隔離變壓器在高壓氧艙實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)操作臺各電氣設(shè)備功率容量，計算所需隔離變壓器的容量。根據(jù)GB 16895．24—2005的規(guī)定：“醫(yī)療IT系統(tǒng)應(yīng)采用單相隔離變壓器，其額定輸出容量不應(yīng)小于0．5 kVA，但不應(yīng)超過10 kVA"。

現(xiàn)階段，大部門高壓氧艙使用的隔離電源比較簡陋，僅配置隔離變壓器對于整個供電安全來講是不夠的，還應(yīng)配置絕緣監(jiān)視儀。絕緣監(jiān)視儀在運行中，如果測量電阻上的電壓降超過特定的值(相當(dāng)于絕緣電阻降到特定值)，就會輸出報警信號，在發(fā)生第一次單相接地故障時，絕緣監(jiān)視儀報警，在發(fā)生第二次接地故障時(此時即為兩相短路)，保護電氣設(shè)備動作，切斷電路【6】。

為保障電源供電質(zhì)量，隔離電源除應(yīng)配置絕緣監(jiān)視儀外，還應(yīng)具有多種接線監(jiān)視功能，提高監(jiān)視可靠性。過負荷監(jiān)視應(yīng)在5～50 A范圍內(nèi)可調(diào)；變壓器繞組溫度超過120℃時發(fā)出超溫報警；變壓器負荷監(jiān)視，并顯示當(dāng)前負荷與額定負荷的百分比【7】。隔離電源的安全運行得到保障，是整個供電線路穩(wěn)定運行的重要前提。

高壓氧艙是一種特殊的載人壓力容器，電氣設(shè)備比較分散，各設(shè)備要求供電的形式具有多樣性，而且在整個系統(tǒng)中，各種電路走線方式比較復(fù)雜，高壓氧艙供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行直接關(guān)系到高壓氧治療的安全。隔離電源在高壓氧艙供電系統(tǒng)中的應(yīng)用，能顯著提高氧艙用電安全，保證高壓氧治療的安全穩(wěn)定運行。隔離電源在高壓氧艙供電系統(tǒng)中占據(jù)著至關(guān)重要的地位。

7隔離電源監(jiān)控系統(tǒng)的選型與應(yīng)用

7.1概述

隨著電子醫(yī)療設(shè)備在醫(yī)院領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，漏電流對病人構(gòu)成的威脅也越來越大，尤其是那些生命攸關(guān)的場所，病人在手術(shù)中或麻醉狀態(tài)下，各種電極、傳感器直接插入人體內(nèi)，微小的漏電流都有可能導(dǎo)致病人觸電身亡。另外有些醫(yī)療設(shè)備用于維持重癥病人的生命，一旦設(shè)備停電，也會對病人的生命構(gòu)成威脅。因此，對于醫(yī)療這一特殊場所的電氣設(shè)計，應(yīng)嚴格按照國家標(biāo)準和規(guī)范進行。安科瑞IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測故障定位裝置及系統(tǒng)適用于醫(yī)院的手術(shù)室、ICU(CCU)監(jiān)護病房等重要場所，能為這類場所提供安全、連續(xù)、可靠的供電解決方案。

7.2應(yīng)用場所

適用于醫(yī)院的手術(shù)室、各類重癥監(jiān)護室、搶救室、內(nèi)窺鏡室及造影室等醫(yī)療二類場所的隔離電源系統(tǒng)的遠程監(jiān)控及自動化。

7.3系統(tǒng)架構(gòu)

7.4系統(tǒng)功能

安科瑞IT配電監(jiān)控系統(tǒng)是基于觸摸屏軟件設(shè)計，軟件具有遠程測量、遠程參數(shù)設(shè)置和遠程自檢等多種功能，為各類場所的IT配電系統(tǒng)的集中監(jiān)控提供了強大的系統(tǒng)集成工具。軟件的主要功能如下：

一次圖和現(xiàn)場分布顯示

系統(tǒng)具有一次圖及現(xiàn)場分布圖顯示功能，能直觀的了解并及時地發(fā)現(xiàn)IT供電系統(tǒng)的報警地點或區(qū)域，從而方便專業(yè)人員及時到達現(xiàn)場進行故障排查；

實時數(shù)據(jù)采集與顯示

利用安裝于各IT配電系統(tǒng)中絕緣監(jiān)測儀表和絕緣故障定位儀表，采集各隔離電源系統(tǒng)的參數(shù)。采集到的數(shù)據(jù)實時顯示在監(jiān)控系統(tǒng)界面，這些監(jiān)測參量含IT系統(tǒng)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；

故障報警

將各IT配電系統(tǒng)出現(xiàn)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(tǒng)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(jiān)測值、故障地點以及故障發(fā)生時間等信息。同時啟動監(jiān)控系統(tǒng)的聲光報警系統(tǒng)，及時提醒相關(guān)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(shù)設(shè)置和查詢

通過系統(tǒng)，可根據(jù)要求遠程調(diào)整和設(shè)置各IT配電系統(tǒng)中絕緣監(jiān)測儀的各類報警參數(shù)閾值，也可以任意查看這些報警參數(shù)值。參數(shù)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。