医疗建筑供配电系统设计探讨

医疗建筑供配电系统设计探讨

方新宇

东风鸿远工程咨询有限公司武汉分公司、湖北省武汉市、430000

摘要：随着经济的快速发展，中国的医疗卫生服务也得到了快速发展，但中国的医疗资源仍然无法满足日益增长的医疗服务需求，特别是自新冠肺炎疫情爆发以来，医疗资源的缺乏尤为突出，中国的医疗建筑业仍有很大的潜力可挖掘。笔者有幸参与了许多医疗建筑的电气设计，并希望结合这些项目的设计经验和医疗建筑电气设计的特点，探讨医疗建筑电气化设计的四个方面，包括供配电系统、应急电源系统、常用诊断和治疗设备的配电特点以及医疗场所的接地和安全保护，并总结了设计工作中需要注意的要点，供设计人员参考。

关键词：医疗建筑;供配电;系统设计

引言

新冠疫情爆发至今，已三年有余，这一场突如其来的疫情给我们的生命以及生活造成了重大的影响。同时也充分暴露了我国医疗体系、医院建设不足之处。后疫情时代，如何加强我国医疗体系的建设，改善医疗资源紧缺的短板，将是迫在眉睫的事情。本轮疫情之后，医院将迎来一波建设潮，医院的建设应该建立重大传染病防控与医院日常诊疗相结合的模式，以充分利用医疗资源，同时也应该利用装配式技术、BIM技术、绿色节能等医院建设的新的理念技术，以对未来医院的建设起到参考指导作用。与一般民用建筑相比，医疗建筑因其专业性、用电设备的多样性与复杂性而更为复杂，往往需要设计人员有扎实的专业基础和较强的技术能力。本文通过简单探讨医疗建筑供配电系统设计中常见的问题，总结设计规律及经验，帮助设计人员避免在设计中出现错误，提高设计人员的水平及效率。

一、负荷等级及供电电源

医疗建筑主要包括两类：一是医院建筑，包括三级医院、二级医院和一级医院；二是其他医疗机构建筑，包括专门的疾病预防和治疗中心（病房）、妇幼保健中心（病区）、卫生中心（包括乡镇卫生院）、市级卫生服务中心（病房、诊所、村卫生室等。每个医疗场所的电力负荷分类应根据医疗建筑的分类确定。与一般民用建筑不同，医疗建筑中有许多医疗设备用电负荷等级属于一级负荷，例如：急救室、重症监护室、早产儿室、血液透析室、手术室、术前准备室、术后复苏室、麻醉室、心血管造影室等，其中手术室、重症监护室和其他与患者生命安全相关的设备和照明负荷为一级负荷中特别重要的负荷。设计者必须根据具体的负荷分类、负荷容量和项目周围的市政条件，综合选择合适的供电方案。由于医疗建筑中有大量的一级、二级负荷，一般采用两路10KV高压电源供电，当一路电源发生故障时，另一路电源立即启动，以保证一次和二次负载的供电。

二、应急电源

应急电源系统包括应急柴油发电机组、UPS电源装置、直流电源装置和集中电源装置。UPS电源设备为弱电系统、安防系统、计算机系统等提供保供电源；直流电源装置为变配电设备和发电机组设备提供操作电源；集中电源装置为应急照明系统提供消防电源。

根据《医疗建筑电气设计规范》（JGJ312-2013）第4.4.1条，三级医院应设置应急柴油发电机组，二级医院宜设置应急柴油发电机组。对于三级和二级医院，通常应设置应急柴油发电机组作为第三电源，以便在市电停电时重要设备及消防设备能正常使用。如果市电两个主电源发生故障，应急柴油发电机必须在15秒内自动启动，并为消防负载和其他重要负载供电。在设计应急柴油发电系统时，设计者很容易忽略柴油发电机组的燃油供应时间要求。根据规范，三级医院的燃料供应时间应大于24小时，二级医院的时间应大于12小时，二级以下医院的时间则应大于3小时。设计人员应根据本工程选用的柴油发电机组的最大燃油消耗量和供油时间，计算储油空间的油箱容积是否满足要求。如果内部油箱的储油量不满足应急发电机连续运行时间的要求，则应在首层车辆可达的适当位置设置燃油进油设施或设置室外油罐。

医疗建筑对医疗场所的应急电源维护时间和应急电源切换时间也有严格要求。随着科学技术的进步，有许多类型复杂的医疗器械需要引起设计者的注意。设计人员应根据医疗场所和设施的分类，选择适当形式的应急电源系统。对于需要自动恢复供电时间小于或等于0.5S的电气设备，应急电源的维持时间不得小于3h，设计中一般考虑在线式UPS和应急柴油发电机组组合的应急电源模式。对于需要自动恢复供电时间大于或等于15S的电气设备，应急电源的维持时间不应小于24小时，设计中一般考虑UPS或者EPS和应急柴油发电机组组合的应急电源模式。

三、常用诊疗电气设备

在医疗建筑电气设计中，设计师应与医院主管部门协调确定医疗电气设备资料，除了了解医疗电气设备的设备容量及用电要求外，还应与设备供应商确定设备的医疗工艺要求，项目实施时应以所选的诊疗设备技术要求为准，并应得到设备供应商的技术确认。

常用的诊疗设备一般包含磁共振成像设备、医用X射线设备、医用高能射线设备、医用核素设备，例如放射科室的CT、MRI、DR、数字肠胃、ECT等。这些大型医疗诊断设备的容量一般较大，数量较多，一般优先考虑设置独立的专用变压器供电。大型医疗设备的供电线路一般采用从变电所单独引出专线回路供电，因大型医疗设备启动瞬间会产生冲击电流，造成的瞬时压降很大，同时诊疗设备对电源内阻有严格要求，为保证电源内阻满足设备要求，其供电电缆截面应根据设备供电距离确定。设计人员在设计中应特别重视诊疗电气设备的供电电缆截面校验工作。

医院诊疗设备很多是高精密的仪器且因涉及患者的生命安全，所以对电能质量要求很高，而一些设备在工作时产生的谐波较大，会严重影响电能的质量。除此之外，大型诊疗设备、UPS等非线性负载在运行时会产生较大的谐波电流，会导致供电系统的电压波形畸变，从而严重影响电气设备。设计师在诊疗设备配电系统中应尤为重视对谐波的治理，一般可考虑采用7%调谐滤波器的无功功率补偿柜来满足设备正常使用的要求。

四、医疗场所接地及安全防护

设计师应注意，TN-C系统不得用于医疗场所配电系统的接地，且医疗场所内局部IT系统供电的金属设备外壳接地应与建筑内的TN-S系统共用接地装置。应在医疗场所采取防电击措施。医疗场所根据电气安全防护要求分为三类：0类场所为不使用医用电气设备接触件的医疗场所；1类场所是指医疗电气设备的接触部位必须接触患者体表和身体的医疗场所；2类场所是指医疗电气设备的接触部件必须与患者身体、手术室接触的医疗场所，以及断电或故障后患者生命危险的医疗场所。

在0类场所，使用的大多数医疗设备都配有内部电源或低压直流电源，且医疗设备外壳一般由绝缘材料制成。低压直流电源应采用二线制，不允许使用接地线和金属外壳作为接地线。交流电源采用TN-S系统，设备应做好安全接地措施。在突然停电可能造成重大医疗危害的地方，电力系统必须采用非接地（IT系统）供电方式。医疗领域的本地IT系统通常包括绝缘监测器、绝缘变压器、变压器负载和温度监测装置以及外部报警显示器。IT供电系统是医疗场所，特别是手术室、ICU站等重要场所供电安全可靠的关键。设计者应严格按照规范要求进行设计。

在建筑中也很容易忽视医疗场所的电磁兼容性设计。用于生物电检测设备和医学成像等诊断和治疗设备的房间应配备电磁屏蔽或其他电磁泄漏防护措施。易受辐射干扰的诊断和治疗设备的房间不应与电磁干扰源的房间相邻。

结束语

医疗建筑功能复杂，专业电气设备种类繁多，不同的医疗场所对电力和配电的要求也不同，这给我们的设计带来了巨大挑战。在进行电气设计时，我们不仅要满足医疗现代化的发展要求，还要提高建筑运行的安全性和稳定性，为患者和医务人员提供一个健康、舒适、方便的内部环境。

参考文献：

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