大型綜合醫(yī)院電氣安全設計與應用

摘要：探討了大型綜合醫(yī)院建筑電氣設計方案，介紹了開關站及變配電所的設 置，闡述了照明系統(tǒng)節(jié)能、醫(yī)療IT系統(tǒng)、能耗監(jiān)測系統(tǒng)、智能配電監(jiān)測管理系統(tǒng)等 方面的設計,提出大型綜合醫(yī)院要重點關注供電可靠性和用電安全性，進一步推動 智能配電系統(tǒng)在綜合醫(yī)院建筑中的實際應用。

關鍵詞：大型綜合醫(yī)院；電氣設計；智能配電；負荷分級

引言

隨著經濟的快速發(fā)展，大型綜合醫(yī)院醫(yī)療業(yè) 務規(guī)模不斷擴大，醫(yī)護人員及病患人數急劇增 加，各種先進精密醫(yī)療和科研設備數量猛增，用 電量急劇上升，導致各種變壓器和配電設施經常 岀現過載發(fā)熱、超負荷運行、電壓波動、諧波干擾 嚴重等問題，危及醫(yī)院供電電網的安全，影響供 電網絡的正常運行。為此，要采取有效措施，既 能保障大型綜合醫(yī)院供電可靠性,又能讓醫(yī)院管 理人員及時發(fā)現電氣隱患并在最短時間內予以 排除。

1合理確定供配電系統(tǒng)設計方案

大型綜合醫(yī)院的供配電系統(tǒng)應根據醫(yī)院建 筑的標準等級、負荷性質、用電容量、系統(tǒng)規(guī)模以 及當地供電條件，充分考慮近期的使用和遠期的 發(fā)展需要，合理確定供配電系統(tǒng)設計方案口3。 在保障安全、供電可靠、技術先進和經濟合理的 前提下，供配電系統(tǒng)架構應簡單明晰，能降低造 價,減少電量損失，便于管理及維護。

1.1負荷分級及供電要求

醫(yī)院供電負荷等級分為一級負荷中特別重 要負荷、一級負荷、二級負荷及三級負荷。

（1）一級負荷中特別重要負荷：急診搶救 室、急診采血、兒科急診、產房、早產兒室、重癥監(jiān) 護室、手術部（手術室、麻醉室、蘇醒室）、透析、生 殖中心、燒傷病房中涉及患者生命安全的設備及 其照明用電，大型生化儀器、重癥呼吸道感染區(qū) 的通風系統(tǒng)⑴。

（2）一級負荷:急診部、監(jiān)護病房（ICU）、手 術部、介入手術、急診與門診手術、危重病人（搶 救室）、分娩房、嬰兒室、病理切片分析、核磁共 振、介入治療用CT及X光機掃描室、血庫、加速 器機房、治療室及配血室的電力和照明，培養(yǎng)箱、 冰箱、恒溫箱和其他必須持續(xù)供電的精密醫(yī)療裝 備，走道照明用電；百級潔凈度手術室空調系統(tǒng) 用電；消防控制室、火災自動報警及聯動控制裝 置、火災應急照明及疏散指示標志、防煙及排煙 設施、自動滅火系統(tǒng)、消防水泵、消防電梯及其排水泵、電動的防火卷簾與門窗以及閥門等消防用 電；主要業(yè)務和計算機系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、電子信息 系統(tǒng)機房用電，普通電梯（客、醫(yī)梯）用電；排水 （污）泵、生活水泵用電等⑵。

（3）二級負荷:除百級潔凈度手術室之外的 其他手術室空調系統(tǒng)用電，電子顯微鏡、一般診 斷用CT及X光機用電、自動扶梯用電、廚房動力 與照明用電等。

（4）三級負荷:不屬于一、二級的負荷，如一 般電力、照明、空調及開水器等用電負荷。

大型綜合醫(yī)院存在著大量一級負荷和特別 重要負荷，應由2個市電電源供電，當一個電源 發(fā)生故障時，另一個電源不應同時受到損壞。對 于特別重要負荷，還應增設應急電源，并嚴禁將 其他負荷接入應急。

1.2用電負荷容量的確定

對于制冷、空調、風機、水泵、電熱、電梯等用電 設備按相關工藝所提供的設備安裝容量進行負 荷統(tǒng)計，其備用設備容量不計入在內;對于照明等設 備用電負荷根據不同設計階段按規(guī)范照度標準、單 位容量法和具體平面布置方案進行負荷統(tǒng)計。變壓 器安裝容量指標為70?100 VA/m2。

1.3供電電源及電壓等級

供電電源及電壓等級采用20 kV還是10 kV 電壓等級，應與當地供電部門協商，以滿足用戶 的供電要求。

1.4備用電源和應急電源

特別重要負荷采用雙路市電和柴油發(fā)電機 組供電，另設有不間斷電源（UPS）裝置，以滿足 電源切換時間的要求。

火災自動報警及聯動控制裝置、主要業(yè)務和 計算機系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、電子信息系統(tǒng)機房設備 等用電，除采用雙路市電供電，另外增加UPS 供電。

為確保消防系統(tǒng)的可靠性，一級負荷中的消 防設備電源除采用雙路市電供電外，一般要納入 柴油發(fā)電機組供電,但雙路市電已滿足國家規(guī)范 的要求，正常時由工作電源供電。工作電源故障 或斷電時，備用電源自動投入供電，工作電源恢 復供電后備用電源自動退岀。

2合理確定開關站及變配電所

2.1開關站及變配電所設置

開關站及變配電所的設置應充分考慮負荷 中心和供電半徑的要求，從而縮短低壓配電線路 長度，降低線路的損耗,減少電壓損失,其位置盡 量遠離人員密集的場所，并避免電磁輻射。按國 家現行規(guī)范，中心城區(qū)供電半徑不大于15。m, 一 般城區(qū)不大于250 m,郊區(qū)不大于40。mo

2.2高壓

高壓由兩路獨立市電電源同時供 電（高壓電源等級應符合當地供電部門要求），采 用單母線分段方式運行，中間設置母聯開關，平 時兩段母線分列運行，當任一路電源故障或斷電 時,通過手動/自動操作母聯開關合閘，另一路電 源承擔全部一、二級負荷。

2.3低壓

變壓器低壓側采用單母線分段方式運行，設 置母聯斷路器，當任一路電源或變壓器故障斷電 時,通過母聯斷路器手投/自投合閘，確保一、二 級負荷的使用。母聯斷路器自投時，應按適當的 比例分批自動斷開三級負荷，以滿足變壓器的正 常工作。主進斷路器與母聯斷路器之間設有電 氣聯鎖，任何情況下只能使其中的2個斷路器合 閘,避免發(fā)生誤動作造成損失。當主進斷路器因 過載或短路故障分閘時,母聯斷路器不得自動合 閘。干式變壓器采用箱變形式與低壓開關柜并 列安裝，箱體防護等級為IP30o

2.4干式變壓器選擇

根據國家規(guī)范和用戶的負荷特點及經濟運 行條件,10/0.4 kV單臺變壓器的容量一般不宜 大于1 250 kVA,但考慮到用電設備容量較大，在 保證技術經濟合理、運行安全可靠，并征得當地 供電部門同意后,可采用1 600 -2 500 kVA的低 損耗高節(jié)能環(huán)保型干式變壓器（如非晶合金變壓 器等）。

2.5無功補償與諧波治理

綜合樓內各用電設備優(yōu)先選用高效節(jié)能 產品，故平均自然功率因數按0. 80?0. 85考慮，根據規(guī)范和供電部門要求進行無功功率補償。 0.4 kV低壓側功率因數應提高至0.93左右，在 各變壓器低壓側統(tǒng)一考慮自動補償，實時檢測負 荷變化情況，實現相控補償動態(tài)管理,避免超、漏 補現象的發(fā)生；為防止電源諧波的干擾和污染, 應在無功功率補償同時增加電源濾波裝置進行 治理,提高設備的可靠性,降低運行成本,避免對 配電系統(tǒng)和各種設備造成影響或破壞，以達到節(jié) 能目的。國家規(guī)范對諧波治理有明確的規(guī)定，部 分地方規(guī)范的規(guī)定更明確些，如規(guī)定對醫(yī)療 設備、空調設備應進行有源濾波治理。

2.6線纜選擇

線纜選擇應考慮工程的重要性、火災幾率及 其特點和經濟合理等因素,并采取有效的阻火安 全措施,避免產生有害氣體對環(huán)境和人身造成危 害。消防設備等所屬配電干線及分支干線采用 礦物絕緣電纜，支線采用低煙無鹵耐火型電線電 纜;非消防負荷供電采用低煙無鹵阻燃型電線電 纜;個別配電干線采用封閉式母線。

3照明系統(tǒng)節(jié)能設計

根據GB 50034—2013 （建筑照明設計標 準》⑶要求，正常照明按不同的場所、不同使用功 能和特點，在滿足照度和節(jié)能的前提下,合理地 選擇光源和光色，并結合建筑吊頂形式選擇相適 應的燈具,與室內裝飾相協調。

3.1節(jié)能光源與燈具的應用

按照GB 50034—2013 （建筑照明設計標 準》，各房間或場所不超過現行照明功率密度值, 對于要求照度高和顯色好的場所,優(yōu)先選用高效 節(jié)能型熒光燈或LED燈;對于走廊、電梯廳、前室 等處以筒燈照明為主，均采用LED燈;對于門廳 等空間比較高的場所選用小容量金屬鹵化物燈, 并配套節(jié)能鎮(zhèn)流器;病房樓標準層走廊及病房 內，為避免眩光采用帶磨砂罩高效節(jié)能熒光燈或 LED燈，并在走廊及病房內設置起夜燈，由護士 站統(tǒng)一集中控制。通過節(jié)能光源和燈具的應用, 提高了發(fā)光效率，降低了運營成本，延長了使用 壽命。

大面積應用高能效LED燈具與使用同樣光 效的普通照明燈具相比，最高可降低30%能耗; 結合照明控制裝置，節(jié)能效益最高可達50%。隨 著LED技術的發(fā)展,照明材料價格降低,有利于 LED產品的使用和推廣。采用LED燈具進行巧 妙組合、運用的環(huán)境照明可改善用戶體驗。

3.2智能照明控制系統(tǒng)

門急診大廳、醫(yī)療街、候診區(qū)、停車場及病房 走廊等公共場所，其正常照明采用智能照明控制 系統(tǒng)，可實現就地控制、遠程控制、定時控制、場 景編程控制等功能,提高節(jié)能效果，降低工作強 度。控制面板宜設置在分診臺、護士站及主要通 道口等便于操作的位置。智能照明控制系統(tǒng)應 預留與BAS系統(tǒng)聯網的通信接口。

4醫(yī)療IT系統(tǒng)設計

醫(yī)院2類場所（如手術室、監(jiān)護室等），既要 保證供電的可靠性和連續(xù)性，還需防止系統(tǒng)和負 載的微弱漏電，即醫(yī)療設備對病人的微電擊（導 致病人有生命危險）。因此在2類醫(yī)療場所內， 醫(yī)用電氣設備和系統(tǒng)的供電回路均應采用醫(yī)療 IT系統(tǒng)。

醫(yī)療IT系統(tǒng)主要由醫(yī)用單相隔離變壓器、直 流穩(wěn)壓電源模塊、絕緣監(jiān)視儀、外接報警顯示儀和 絕緣故障定位系統(tǒng)等組成,單相隔離變壓器容量 為3.15?10.00 kVA。手術室都采用8 kVA單相隔 離變壓器，承擔手術室內吊塔、無影燈和插座的供 電。蘇醒室、搶救室、麻醉室內相對所需醫(yī)療設備 較少,可降低單相隔離變壓器選型容量。

5能耗監(jiān)測系統(tǒng)

計量裝置對建筑物內用電、水、冷熱量、燃氣 及醫(yī)用氣體等能耗進行分類分項計量，具有數據 通信功能,通過對能耗進行動態(tài)監(jiān)測，實現建筑 物內用能的管理。按科室或區(qū)域對照明和插座、 室外景觀照明、空調用電、動力用電、特殊用電等 進行分項計量。在園區(qū)給水進水管處、各科室供 水管處及生活熱水供回水管處設置計量水表;市 政主干熱力供熱管網處設置計量表具，對總供熱量進行計量;在空調機房內分水器至各區(qū)域的主 干供水管處設置能量計量表，對各區(qū)域供冷、供 熱量進行計量。分項分科室計量便于醫(yī)院后勤 的精細化管理，掌握各科室、各區(qū)域的用能情況, 促進整個醫(yī)院行為節(jié)能,有利于發(fā)現用能過程存 在的問題,便于進一步進行節(jié)能診斷和改造⑷。

6智能配電監(jiān)測管理系統(tǒng)

智能配電監(jiān)測管理系統(tǒng)支撐變配 電系統(tǒng)的實時監(jiān)測管理、供給管理和運維管理等工作，對用能供能單位進行有效監(jiān)管，實現優(yōu)化 運行以及供電可靠性，具有運行維護、管理功能。 智能配電系統(tǒng)按照主要功能劃分為以下4個 層級。

現場設備管理層,實現電氣系統(tǒng)的基本 現場保護、監(jiān)測、控制層級功能,主要由現場多功 能電表組成。該層級設備是實現電力系統(tǒng)的計 量、信息監(jiān)測功能。

通信管理層，實現設備之間聯絡和通信 管理，主要由交換機、以太網關設備組成。該層 設備完成設備的基本智能化功能,是實現電力系 統(tǒng)信息化的基礎。

監(jiān)控管理層，實現現場信息到計算機界 面的轉化,主要由計算機、監(jiān)控軟件、打印機 等設備組成。該層設備將現場信息化的數據轉 換成人機界面信息,并將信息按照發(fā)生源進行分 析處理。

遠程移動運維應用層，結合移動端數據 完成資產管理、維護管理、工單計劃和落實管理、 實時報警推送、能耗分析等功能,遠端數據需要 能夠實現關鍵數據的備份,須能提升對電力系統(tǒng) 的管理易用性和便利性。

7防雷、接地系統(tǒng)及安全措施

建筑防雷裝置應按規(guī)范要求設置，滿足防直 擊雷、防側擊雷、防雷電感應及防雷電波的侵入, 并設置等電位聯結。建筑防雷接地、電氣設備保 護接地、電梯機房、消防控制室、弱電進線間等接 地共用建筑物聯合接地極,要求接地電阻W1 Oo 當實測不滿足要求時，增加人工接地極。

為防止雷電的侵入，配電室干線以及各樓層 總配電箱等設置防雷過電壓保護,配電箱內加裝 一至二級電涌保護器，某些部位設置三級電涌保 護，以確保各回路電源干線和重要設備可靠運 行。在變電室低壓配電柜母線、室外引入的電力 線路的總配電箱母線等處,應裝設I級試驗的電 涌保護器。

特殊房間電氣防護要求:醫(yī)院建筑內的護士 站、麻醉室辦公室、輸血科、診室等為醫(yī)療。類場 所;病房、血液透析室等為醫(yī)療1類場所；手術 室、重癥監(jiān)護室、搶救室等為醫(yī)療2類場所。1類 和2類醫(yī)療場所設置防止接地故障(間接接觸) 電擊防護的自動切斷電源保護裝置,IT、TN系統(tǒng) 約定接觸電壓不超過25 V,TN系統(tǒng)切斷時 間：230 V時為0.2 s,400 V時為0. 05 so 2類醫(yī) 療場所區(qū)域內，TN系統(tǒng)在下列回路中采用不超 過30 mA的額定剩余電流,并有過電流保護的電 磁式剩余電流保護器:手術臺驅動機構供電回 路,X射線供電回路，額定功率大于5 kVA的設 備供電回路，非生命支持系統(tǒng)的電氣設備供電 回路。

8、安科瑞為醫(yī)院安全用電提供的解決方案

8.1安科瑞Acrelcloud-6000安全用電云平臺

安科瑞電氣推出的安全用電監(jiān)控云系統(tǒng)采用的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器、故障電弧探測器、電氣防火限流式保護器和中性安防，對引發(fā)電氣火災的主要因素（導線溫度、電流、剩余電流、故障電弧等）進行不間斷的數據與統(tǒng)計分析，并將發(fā)現的各種隱患信息及時推送給學校管理人員，指導學校實現時間的排查和治理，達到潛在電氣火災隱患，實現“防患于未然"的目的。

用戶可以利用PC、手機、平板電腦等多種終端實現對平臺的訪問，查詢包括系統(tǒng)信息、實時數據、報記錄等在內的各種信息，使用方便。利用該系統(tǒng)為用戶提供的低成本服務，能有提升企業(yè)的消防管理和電氣設備水平，防范重大惡性火災財產損失、尤其是重大惡性人員傷亡責任的發(fā)生。

本系統(tǒng)的整體結構如圖所示：

8.2硬件配置：

平臺服務器：建議按照我方提供配置標準購買，或者客戶自己租用阿里云資源。

站控管理層硬件配置：（如申請阿里云可忽略）

現場儀表硬件配置

8.2.1現場儀表選型介紹--剩余電流火災探測器

8.2.2現場儀表選型--故障電弧探測器

8.2.3現場儀表選型--電氣防火限流式保護器

4.2.4現場儀表選型中性安防保護器

中性線的定義：三相電的星形接法是把每一相電源或負載的一端都接在中性點上，將中性點

引出的這條線叫中性線，這樣就形成三相四線制或者五線制。也可不引出，形成三相三線制?，F

在的低壓配電線路，采用最多的是三相四線制，其中的三條線路分別用A、B、C代表三相，另一條中性線用N代表。

在三相四線制或五線制運行過程中，中性線引發(fā)火災事故主要通過三種途徑：

A.中性線長期過載導致中性線絕緣層老化，最后使得絕緣層燃燒引發(fā)火災；

B.中性線故障使中性線開路，導致三相電嚴重不平衡，燒毀電氣設備引發(fā)火災。

C.中性線老化使線路局部過熱，導致中性線絕緣層老化，最后使得絕緣層燃燒引發(fā)火災。

1）產品型號

2） 模塊接口示意

3）產品尺寸

9結語

隨著大型綜合醫(yī)院建筑的不斷發(fā)展,建筑電 氣設計所包含的內容越來越豐富,對供電可靠性 以及用電安全性等提岀了更高的要求。電氣設 計人員應不斷學習新技術、熟悉新產品，將成熟 先進的技術及節(jié)能產品應用到綜合醫(yī)院建設工 程中。智能配電管理系統(tǒng)初期建設時應統(tǒng)籌規(guī) 劃，分步實施,為業(yè)主提供高效的管理服務。

參考文獻:

[1]醫(yī)療建筑電氣設計規(guī)范:JGJ 312—2013[S].

[2]民用建筑電氣設計規(guī)范:JGJ 16—2008 [S].

[3]建筑照明設計標準:GB 50034—2013[S].

[4]公共建筑節(jié)能設計標準:GB 50189-2015[S].

[5]張釗，任立全：大型綜合醫(yī)院電氣設計與應用.

[6]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊，2020.06版.