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[摘 要] 为了探究医疗IT系统保证医院2类场所供电安全的原理，本文通过分析2类场所特殊性，总结现有规定等对其供电系统的要求，结合供电系统的保护原理，对IT系统的优点、不足和弥补措施进行了总结分析。证明了医疗IT系统各组成部分在医疗场所应用的必要性。
[关键词] 2类场所 医疗IT系统 原理
引言
医院的电气设计有别于其他公共建筑，医院内的供电系统应确保医疗场所内电气设备的供电可靠性和用电安全性，确保治疗过程中医务人员和患者的安全，因此医疗场所内的电气设计具有其特殊性。
一、2类医疗场所的特殊性
根据接触部件和患者之间的接触情况以及医疗场所的具体用途，国标GB 16895.24-2005将医疗场所分为0、1、2三类。其中2类医疗场所是指将接触部件用于诸如心内诊疗术、手术室以及断电将危机生命的重要治疗的医疗场所，如手术室、ICU、CCU等。
在正常情况下，人体对电击的自然反射可以避免或减少其造成的伤害。因为人体皮肤电阻可以限制流过人体的电流量。而且肌肉在受到电击时会收缩而使人体脱离电源。然而，在医疗场所，特别是2类场所，存在以下特殊性：
1.患者因本身或在药物作用下存在生理、智力缺陷，在受到电击等危险情况下无法及时反应和自我保护。
2.患者在手术或插入导管时会失去皮肤电阻的保护，阻抗由数千欧以上下降至几百欧。IEC标准规定，进行心脏手术的电气手术台正常泄漏电流不得超过10μA，发生一次绝缘故障的泄漏电流不得大于50μA，因胸腔手术等过程中，通过患者心脏的电流超过50μA的“微电击”就可导致患者发生心室纤维性颤动而死亡。
3.区别于0类和1类场所，在外科手术等过程中，医疗设备断电会给患者构成危害，甚至威胁生命，因此2类场所的某些医疗设备须要持续供电，以保证患者的安全。
由于以上特殊性，2类医疗场所，对电气安全性有更高的要求。
二、现有的相关规范、规定对供电系统的要求
ICE根据其发电机或变压器中性点接地状态及设备端的保护方式，将供电系统分为IT、TT和TN三类。
由于2类场所的特殊性，国际电工委员会和很多国家都对2类场所的供电系统选择作了特殊要求。其中大都提到了，要求其采用带绝缘监视装置的医疗IT系统，即不接地电源系统，给ICU、CCU、手术室等2类场所供电。我国相关标准规定如下：
GB50333-2002标准规定洁净手术室用电应从建筑内配电中心专门供给。以TN-S 系统和IT 系统两种形式为主；洁净手术室内的电源宜设备漏电检测报警装置；心脏外科手术室必须设置有隔离变压器的功能性接地系统等。GB16895.24-200与 JGJ16-2008都要求2类场所必须充分考虑微电击产生的危险以及持续供电的必要性，严格限制其第一次故障电流，在2类场所内特别是“患者区域”内的医疗电气设备和系统的供电回路则必须使用隔离电源供电。所谓的“患者区域”指在医院的2类医疗场所内离手术台周边水平距离1.5m，高度为2.5m内的环境，在此区域内，患者和医疗电气系统部件之间或患者与触及系统部件的其他人之间可能发生有意或无意地接触。
各项规定对医疗场所供电系统安全的要求日渐严格，而我国相应标准对2类场所都要求采用医疗IT系统供电，下面就对医疗IT系统的安全性原理进行分析。
三、医疗IT系统的安全性原理
1. IT系统的安全保护原理
首先讨论IT系统的基本安全性，分析为何采用IT系统为2类场所供电。
IT系统的电源端不接地或经高阻抗接地，其电气装置的外露导电部分，被单独地或集中地通过保护（PE）线接至接地极。其安全原理图示如下。
图2 IT系统安全原理示意图
当IT系统设备发生一次单相碰壳故障，由于中性点不接地，所以进入大地的漏电流不会与中性点形成导电性通道。但当发生碰壳的相线与其它两相线间仍会通过大地与线路间存在阻抗，设备外壳保护接地电阻RE与人体电阻R人并联，由于RE远大于R人，其并联电阻近似为RE，若各相对地阻抗相等为Z，由戴维南定理得，人体承受的电压为，由于RE的分流作用，流经人体电流为。.Z由绝缘电阻R与分布电容C并联组成，容抗为10～1000kΩ/km，与R并联仍远大于设备端人与接地电阻并联电阻，有效降低了漏电设备故障对地电压。人体电阻R人与设备的接地电阻RE并联，以电阻反比例分配漏电流，RE又有效地分担了人体承担的漏电流。
图3 IT系统故障等效电路图
可见，IT系统的安全的关键是设备外壳接地，只要保证接地良好，满足标准，低压IT系统就可以实现设备漏电故障时对患者的保护。
2. IT系统保护原理的优点
之所以2类场所必须采用IT系统供电，因其具有以下优点：
（1）降低了接触电压和电网对地漏电流，患者触电危险降到最小程度；
其他供电系统通过RCD等动作响应值在mA级的对地漏电保护开关的措施都不能满足医疗领域的需要，而IT系统则可通过控制接地电阻，从本质上限制漏电流在uA级的微电击电流强度以下。通过单相隔离变压器为2类场所供电，医疗IT系统还可以防止其它回路中的漏电电流通过接地线窜入病人环境内的医疗电气设备中，而对病人安全构成的威胁；而且区别于TN系统等，一旦隔离电源上所接负载出现对地故障，因对地不构成电气回路，所以只产生一个很小的容性漏电流，可有效控制对心脏等器官的直接漏电流，极大地保护了病人免受漏电流的伤害。
（2）保证供电连续性，当电网负载出现第一次单相绝缘故障时，不会引起电源自动开关动作；
在医疗领域，为了保证其他医疗场所对供电连续性的要求，也采用两路甚至三路电源自动切换的设计（TN-S系统）。但这种系统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电气回路，从而形成一个较大的接地故障电流，使上一级保护开关或熔断器动作，仍能导致供电中断。不能满足2类场所要求的供电可靠性。而IT系统因其电源中性点不接地，当负载端出现第一点相对绝缘故障时，因其对地漏电电流小，不会导致开关动作。
（3）降低了对地漏电电流，因此也提高了整个配电系统的防火安全性。
但IT系统有着其他供电系统不可替代的优点的同时，还存在其不足，必须采取控制措施。
3. IT系统不足及医疗IT系统
IT系统由于故障电流小，第一次单相接地故障后对设备运行不会有太大影响，不会造成人身电击或者其它事故，也不会切断电源是其优点。但是如果不及时排除故障，当第二次另一相发生接地故障时，相当于形成相间短路，相电压使得过电流保护装置动作，引起供电的中断，这对于2类场所来说是不允许的。
为了防止上述故障的发生，就要采用满足医疗用途特殊要求的IT系统，即称为医疗IT系统，根据IEC60364-7-710标准规定，医疗IT系统必须由隔离变压器、绝缘监视仪和安装在手术室现场的外接报警和显示设备等部分组成。
医疗IT系统的隔离变压器应符合IEC60364-7-710和IEC61558-2-15标准，其容量应在0.5-10kVA之间并使用单相隔离变压器。医疗IT系统中的绝缘监视仪应能监视变压器次级回路对地绝缘阻抗，变压器的超温状态和变压器的次级负载电流。这样的医疗IT系统当发生第一次接地故障时，绝缘监测器就能及时检测出接地故障，并通过报警装置发出声光报警信号，提醒工作人员赶在第二次发生异相接地故障前及时排除该故障，从而有效地保证供电的连续性。
四、结论
各种供电系统有其各自的适用范围，医疗IT系统充分发挥了IT系统的安全原理，并且通过采取措施弥补了IT系统的不足，使其能够满足医疗场所，特别是2类场所对于供电系统的特殊需求。
原理分析还阐明了隔离变压器、绝缘监视仪和安装在手术室现场的外接报警和显示设备作为医疗IT系统三个必要组成部分的作用。为其设计和功能拓展提供理论依据。
参考文献：
[1] GB16895.24-2005 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[S].
[2] 戴绍基，电气安全四十讲[M].机械工业出版社,2008.
[3] 邵建勋，医用IT系统在医疗场所的应用[J]. 中国医院建筑与装备，2008年 第6期.
[4] 吴恩远，IT系统在医疗场所的应用及绝缘检测功能扩展[J]. 建筑电气，2010年 第4期.
[关键词] 2类场所 医疗IT系统 原理
引言
医院的电气设计有别于其他公共建筑，医院内的供电系统应确保医疗场所内电气设备的供电可靠性和用电安全性，确保治疗过程中医务人员和患者的安全，因此医疗场所内的电气设计具有其特殊性。
一、2类医疗场所的特殊性
根据接触部件和患者之间的接触情况以及医疗场所的具体用途，国标GB 16895.24-2005将医疗场所分为0、1、2三类。其中2类医疗场所是指将接触部件用于诸如心内诊疗术、手术室以及断电将危机生命的重要治疗的医疗场所，如手术室、ICU、CCU等。
在正常情况下，人体对电击的自然反射可以避免或减少其造成的伤害。因为人体皮肤电阻可以限制流过人体的电流量。而且肌肉在受到电击时会收缩而使人体脱离电源。然而，在医疗场所，特别是2类场所，存在以下特殊性：
1.患者因本身或在药物作用下存在生理、智力缺陷，在受到电击等危险情况下无法及时反应和自我保护。
2.患者在手术或插入导管时会失去皮肤电阻的保护，阻抗由数千欧以上下降至几百欧。IEC标准规定，进行心脏手术的电气手术台正常泄漏电流不得超过10μA，发生一次绝缘故障的泄漏电流不得大于50μA，因胸腔手术等过程中，通过患者心脏的电流超过50μA的“微电击”就可导致患者发生心室纤维性颤动而死亡。
3.区别于0类和1类场所，在外科手术等过程中，医疗设备断电会给患者构成危害，甚至威胁生命，因此2类场所的某些医疗设备须要持续供电，以保证患者的安全。
由于以上特殊性，2类医疗场所，对电气安全性有更高的要求。
二、现有的相关规范、规定对供电系统的要求
ICE根据其发电机或变压器中性点接地状态及设备端的保护方式，将供电系统分为IT、TT和TN三类。
由于2类场所的特殊性，国际电工委员会和很多国家都对2类场所的供电系统选择作了特殊要求。其中大都提到了，要求其采用带绝缘监视装置的医疗IT系统，即不接地电源系统，给ICU、CCU、手术室等2类场所供电。我国相关标准规定如下：
GB50333-2002标准规定洁净手术室用电应从建筑内配电中心专门供给。以TN-S 系统和IT 系统两种形式为主；洁净手术室内的电源宜设备漏电检测报警装置；心脏外科手术室必须设置有隔离变压器的功能性接地系统等。GB16895.24-200与 JGJ16-2008都要求2类场所必须充分考虑微电击产生的危险以及持续供电的必要性，严格限制其第一次故障电流，在2类场所内特别是“患者区域”内的医疗电气设备和系统的供电回路则必须使用隔离电源供电。所谓的“患者区域”指在医院的2类医疗场所内离手术台周边水平距离1.5m，高度为2.5m内的环境，在此区域内，患者和医疗电气系统部件之间或患者与触及系统部件的其他人之间可能发生有意或无意地接触。
各项规定对医疗场所供电系统安全的要求日渐严格，而我国相应标准对2类场所都要求采用医疗IT系统供电，下面就对医疗IT系统的安全性原理进行分析。
三、医疗IT系统的安全性原理
1. IT系统的安全保护原理
首先讨论IT系统的基本安全性，分析为何采用IT系统为2类场所供电。
IT系统的电源端不接地或经高阻抗接地，其电气装置的外露导电部分，被单独地或集中地通过保护（PE）线接至接地极。其安全原理图示如下。
图2 IT系统安全原理示意图
当IT系统设备发生一次单相碰壳故障，由于中性点不接地，所以进入大地的漏电流不会与中性点形成导电性通道。但当发生碰壳的相线与其它两相线间仍会通过大地与线路间存在阻抗，设备外壳保护接地电阻RE与人体电阻R人并联，由于RE远大于R人，其并联电阻近似为RE，若各相对地阻抗相等为Z，由戴维南定理得，人体承受的电压为，由于RE的分流作用，流经人体电流为。.Z由绝缘电阻R与分布电容C并联组成，容抗为10～1000kΩ/km，与R并联仍远大于设备端人与接地电阻并联电阻，有效降低了漏电设备故障对地电压。人体电阻R人与设备的接地电阻RE并联，以电阻反比例分配漏电流，RE又有效地分担了人体承担的漏电流。
图3 IT系统故障等效电路图
可见，IT系统的安全的关键是设备外壳接地，只要保证接地良好，满足标准，低压IT系统就可以实现设备漏电故障时对患者的保护。
2. IT系统保护原理的优点
之所以2类场所必须采用IT系统供电，因其具有以下优点：
（1）降低了接触电压和电网对地漏电流，患者触电危险降到最小程度；
其他供电系统通过RCD等动作响应值在mA级的对地漏电保护开关的措施都不能满足医疗领域的需要，而IT系统则可通过控制接地电阻，从本质上限制漏电流在uA级的微电击电流强度以下。通过单相隔离变压器为2类场所供电，医疗IT系统还可以防止其它回路中的漏电电流通过接地线窜入病人环境内的医疗电气设备中，而对病人安全构成的威胁；而且区别于TN系统等，一旦隔离电源上所接负载出现对地故障，因对地不构成电气回路，所以只产生一个很小的容性漏电流，可有效控制对心脏等器官的直接漏电流，极大地保护了病人免受漏电流的伤害。
（2）保证供电连续性，当电网负载出现第一次单相绝缘故障时，不会引起电源自动开关动作；
在医疗领域，为了保证其他医疗场所对供电连续性的要求，也采用两路甚至三路电源自动切换的设计（TN-S系统）。但这种系统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电气回路，从而形成一个较大的接地故障电流，使上一级保护开关或熔断器动作，仍能导致供电中断。不能满足2类场所要求的供电可靠性。而IT系统因其电源中性点不接地，当负载端出现第一点相对绝缘故障时，因其对地漏电电流小，不会导致开关动作。
（3）降低了对地漏电电流，因此也提高了整个配电系统的防火安全性。
但IT系统有着其他供电系统不可替代的优点的同时，还存在其不足，必须采取控制措施。
3. IT系统不足及医疗IT系统
IT系统由于故障电流小，第一次单相接地故障后对设备运行不会有太大影响，不会造成人身电击或者其它事故，也不会切断电源是其优点。但是如果不及时排除故障，当第二次另一相发生接地故障时，相当于形成相间短路，相电压使得过电流保护装置动作，引起供电的中断，这对于2类场所来说是不允许的。
为了防止上述故障的发生，就要采用满足医疗用途特殊要求的IT系统，即称为医疗IT系统，根据IEC60364-7-710标准规定，医疗IT系统必须由隔离变压器、绝缘监视仪和安装在手术室现场的外接报警和显示设备等部分组成。
医疗IT系统的隔离变压器应符合IEC60364-7-710和IEC61558-2-15标准，其容量应在0.5-10kVA之间并使用单相隔离变压器。医疗IT系统中的绝缘监视仪应能监视变压器次级回路对地绝缘阻抗，变压器的超温状态和变压器的次级负载电流。这样的医疗IT系统当发生第一次接地故障时，绝缘监测器就能及时检测出接地故障，并通过报警装置发出声光报警信号，提醒工作人员赶在第二次发生异相接地故障前及时排除该故障，从而有效地保证供电的连续性。
四、结论
各种供电系统有其各自的适用范围，医疗IT系统充分发挥了IT系统的安全原理，并且通过采取措施弥补了IT系统的不足，使其能够满足医疗场所，特别是2类场所对于供电系统的特殊需求。
原理分析还阐明了隔离变压器、绝缘监视仪和安装在手术室现场的外接报警和显示设备作为医疗IT系统三个必要组成部分的作用。为其设计和功能拓展提供理论依据。
参考文献：
[1] GB16895.24-2005 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[S].
[2] 戴绍基，电气安全四十讲[M].机械工业出版社,2008.
[3] 邵建勋，医用IT系统在医疗场所的应用[J]. 中国医院建筑与装备，2008年 第6期.
[4] 吴恩远，IT系统在医疗场所的应用及绝缘检测功能扩展[J]. 建筑电气，2010年 第4期.