淺談隔離電源及其在高壓氧艙的應用

高壓氧醫學是近些年發展起來的一門邊緣學科【1】。醫用高壓氧艙是高壓氧治療的關(guan) 鍵設備【2】。隨著 醫療認識及技術水平的提高，高壓氧治療的應用也 越來越廣泛高壓氧艙的使用也越來越被更多的醫 院所接受。高壓氧艙是一種特殊的載人壓力容器，其個(ge) 係統的用電設備具有較多、較分散、供電形式也 比較複雜等特點，因此高壓氧艙的安全用電包含2 層含義(yi) ：既能保證各用電設備及整個(ge) 供電係統的穩 定性、連續性，又能有效保障進艙吸氧患者的人身安 全。先進的醫療診斷和治療儀(yi) 器在現代化醫院中起 著越來越重要的作用，提供高質量的電能保障是消 除或降低醫療設備風險，確保為(wei) 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 備的運行過程中，合理配置電源、提供高質量的電能 保障、確保安全供電顯得尤為(wei) 重要。

國際電工委員會(hui) (IEC)將電力供電統一分為(wei) ：1Tr 係統、TN係統、IT係統。其中TN係統又分為(wei) TN—C、 TN—S、TN—C—S係統。 TT係統是指將電氣設備的金屬外殼直接接地的保護係統，又稱為(wei) 保護接地係統。第一個(ge) T表示電力係統中性點直接接地；第二個(ge) 符號T表示負載設備金屬外殼和正常不帶電的金屬部分與(yu) 大地直接連接，而與(yu) 係統如何接地無關(guan) 。

TN係統是指將電氣設備的金屬外殼和正常不帶電的金屬部分與(yu) 工作零線相接的保護係統，又稱接零保護係統。TN係統通常是一個(ge) 中性點接地的三相電網係統。在TN係統中，若保護線和中性線合並為(wei) 1條線，則稱為(wei) TN—C係統；若保護線和中性線 分別為(wei) 2條線，則稱為(wei) TN—S係統；若在供電係統中前部分為(wei) TN—C係統(需沒有220 V負載，即中性線沒有電壓)，而在係統後部分中從(cong) 總配電箱中分出保護線，則稱為(wei) TN—C—S係統。

IT係統是指在電源中性點不接地係統中，將所有設備的外露可導電部分均經各自的保護線PE分別直接接地的供電係統。IT供電係統中，I表示電源側(ce) 沒有工作接地或經過高阻抗接地；T表示負載側(ce) 電氣設備進行接地保護。

隔離電源是指在IT係統中，普通單相電源經隔離變壓器後，輸出的與(yu) 大地不能形成回路的電源，是一種能顯著降低觸電風險的安全電源。隔離電源負載側(ce) 實行接地保護。隔離電源的具體(ti) 實現是由隔離變壓器完成的。隔離變壓器是指變壓比為(wei) 1：1的變壓器，這種變壓器的初級線圈匝數等於(yu) 次級線圈匝數，如圖l所示。

隔離變壓器的初級線圈與(yu) 市電的相線和中性線相連接，次級線圈與(yu) 負載相連接。由於(yu) 隔離變壓器變壓比為(wei) 1：1，因此次級線圈電壓等於(yu) 初級線圈電壓， 均為(wei) 220 V。電源經隔離變壓器後，原電網中的地已 不再是參考電位，隔離變壓器任何一根輸出線都不 能與(yu) 地構成回路，隻能在2根輸出線之間構成回路， 隔離電源的2根輸出線L1、L2都是相線。隔離電源的應用，既提高了供電的安全性及電源供電質量，又能有效地降低觸電事故的發生率。

高壓氧艙及其附屬設備需要電力驅動的子係統 有：加減壓係統、供排氧係統、空調係統、通信係統、照明係統、參數監控係統、視頻係統，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備主要用電狀況見表1。

380V三相交流電直接由總配電櫃引出，總配電櫃屬於(yu) 高壓氧艙專(zhuan) 用，與(yu) 高壓氧科室供電係統是相互獨立的，總配電櫃的輸入遵循醫院整體(ti) 供電方式。220 V單相交流電的使用，需要經過隔離變壓器，使其成為(wei) 隔離電源後再接入高壓氧艙單相電供電係統中。直流電由操作台下的4台開關(guan) 電源供給，其中3台輸出直流12 V，一台輸出直流5 V，開關(guan) 電源的交流電輸入由隔離電源提供。

在實際應用中高壓氧艙及其附屬電氣設備較多，電路連接及轉換也比較複雜，因此將整體(ti) 供電線路簡化後，其拓撲圖如圖2所示。

由於(yu) 空氣壓縮機、循環風電動機需要三相電驅動，因此需由總配電櫃引出的三相電供電。冷凍幹燥機和空調係統的室外機由於(yu) 其使用的是壓縮機製冷技術，需要220 V單相電驅動且工作電流較大，因此，由總配電櫃分別引出單相電供電。

總配電櫃輸出的220 V單相電經隔離電源後，接人高壓氧艙接線排。圖2中5、6、7分別為(wei) 3台12 V直流開關(guan) 電源，給LED燈盤和監控攝像頭供電。8為(wei) 5 V直流開關(guan) 電源，給參數監控係統中的溫度、濕度、壓力數碼管顯示儀(yi) 供電。

L1～L10分別為(wei) 加減壓係統電磁閥、供排氧係統電磁閥、測氧儀(yi) 、磁感應電動機、對講機、功放機、工控機、畫麵分割器、顯示器、視頻轉換器，供給220 V交流電，N為(wei) 上述設備的共相端。

隔離電源的應用降低了高壓氧艙的電氣設備對整個(ge) 電路電源質量的影響。在高壓氧艙運行過程中，高壓氧艙接線排連接的磁感應電動機多次啟停，開關(guan) 電源負荷較大。在各種用電設備中，開關(guan) 電源、可控矽管、調光係統、uPS、交流穩壓器、變頻空調等非線性設備，其輸入電流是非正弦波形，如波形削頂、疊加脈衝(chong) 等，這對交流電網有非常大的危害【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備影響整個(ge) 供電係統，造成電源質量下降隋況的發生。

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

(1)有效地保證高壓氧艙及其附屬電氣設備的 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)高壓氧艙的用電設備較多且分散，隔離電源的使用能有效地減少各設備發生接地故障，進而保整個(ge) 供電係統的穩定性。

(4)由於(yu) 隔離變壓器次級線圈與(yu) 大地不形成回路，因此高壓氧艙中的某台用電設備一旦發生接地故障，則其對地漏電流很小，不會(hui) 造成漏電保護器動作，可有效保證整個(ge) 高壓氧艙供電係統的連續性。

(5)可有效降低高壓氧艙工程師在維修電氣線路時發生觸電事故的可能性。

在高壓氧艙供電係統中，所有安裝在氧艙及操作台上的電氣設備，其輸人都需要經隔離電源。

隔離變壓器因不能長距離輸出使用，因此對於(yu) 高壓氧艙的供電係統來講，隔離變壓器應置於(yu) 操作台配電櫃旁邊，其負載輸出側(ce) 接入高壓氧艙操作台配電櫃的輸人中，盡量不要在整個(ge) 高壓氧艙起始配電櫃處接入隔離變壓器。

隔離變壓器在高壓氧艙實際應用中，應根據操 作台各電氣設備功率容量，計算所需隔離變壓器的容量。根據GB 16895．24—2005的規定：“醫療IT係統應采用單相隔離變壓器，其額定輸出容量不應小 於(yu) 0．5 kVA，但不應超過10 kVA"。

現階段，大部門高壓氧艙使用的隔離電源比較簡陋，僅(jin) 配置隔離變壓器對於(yu) 整個(ge) 供電安全來講是不夠的，還應配置絕緣監視儀(yi) 。絕緣監視儀(yi) 在運行中，如果測量電阻上的電壓降超過特定的值(相當於(yu) 絕緣電阻降到特定值)，就會(hui) 輸出報警信號，在發生第一次單相接地故障時，絕緣監視儀(yi) 報警，在發生第二次接地故障時(此時即為(wei) 兩(liang) 相短路)，保護電氣設備動作，切斷電路【6】。

為(wei) 保障電源供電質量，隔離電源除應配置絕緣監視儀(yi) 外，還應具有多種接線監視功能，提高監視可靠性。過負荷監視應在5～50 A範圍內(nei) 可調；變壓器繞組溫度超過120℃時發出超溫報警；變壓器負荷監視，並顯示當前負荷與(yu) 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(ge) 供電線路穩定運行的重要前提。

高壓氧艙是一種特殊的載人壓力容器，電氣設備比較分散，各設備要求供電的形式具有多樣性，而且在整個(ge) 係統中，各種電路走線方式比較複雜，高壓氧艙供電係統的安全穩定運行直接關(guan) 係到高壓氧治療的安全。隔離電源在高壓氧艙供電係統中的應用，能顯著提高氧艙用電安全，保證高壓氧治療的安全穩定運行。隔離電源在高壓氧艙供電係統中占據著的重要地位。

隨著電子醫療設備在醫院領域的廣泛應用，漏電流對病人構成的威脅也越來越大，尤其是那些生命攸關(guan) 的場所，病人在手術中或麻醉狀態下，各種電極、傳(chuan) 感器直接插入人體(ti) 內(nei) ，微小的漏電流都有可能導致病人觸電身亡。另外有些醫療設備用於(yu) 維持重症病人的生命，一旦設備停電，也會(hui) 對病人的生命構成威脅。因此，對於(yu) 醫療這一特殊場所的電氣設計，應嚴(yan) 格按照國家標準和規範進行。安科瑞醫用IT係統絕緣監測故障定位裝置及係統適用於(yu) 醫院的手術室、ICU(CCU)監護病房等重要場所，能為(wei) 這類場所提供安全、連續、可靠的供電解決(jue) 方案。

適用於(yu) 醫院的手術室、各類重症監護室、搶救室、內(nei) 窺鏡室及造影室等醫療二類場所的醫用隔離電源係統的遠程監控及自動化。

安科瑞IT配電監控係統是基於(yu) 觸摸屏軟件設計，軟件具有遠程測量、遠程參數設置和遠程自檢等多種功能，為(wei) 各類場所的IT配電係統的集中監控提供了強大的係統集成工具。軟件的主要功能如下：

一次圖和現場分布顯示

係統具有一次圖及現場分布圖顯示功能，能直觀的了解並及時地發現IT供電係統的報警地點或區域，從(cong) 而方便專(zhuan) 業(ye) 人員及時到達現場進行故障排查；

利用安裝於(yu) 各IT配電係統中絕緣監測儀(yi) 表和絕緣故障定位儀(yi) 表，采集各隔離電源係統的參數。采集到的數據實時顯示在監控係統界麵，這些監測參量含IT係統對地絕緣電阻、變壓器負荷電流、變壓器繞組溫度及絕緣故障回路等；

將各IT配電係統出現的各類故障，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一處理和記錄，並可直接在顯示界麵上彈出顯示故障類型、監測值、故障地點以及故障發生時間等信息。同時啟動監控係統的聲光報警係統，及時提醒相關(guan) 人員，進行故障處理。其中，聲音報警信號可被手動消除。

遠程參數設置和查詢

通過係統，可根據要求遠程調整和設置各IT配電係統中絕緣監測儀(yi) 的各類報警參數閾值，也可以任意查看這些報警參數值。參數包括絕緣報警值、負載電流報警值和隔離變壓器溫度報警值等。

係統可以以曲線的形式，顯示各IT配電係統的絕緣狀況、負載狀況，以及隔離變壓器的溫升狀況，以及它們(men) 的變化趨勢，以便於(yu) 分管理人員了解和分析各電源係統的運行變化情況，有針對性的對某些係統進行維護和保養(yang) 。