大型综合医院配电设计

/大型综合医院配电设计甘肃省建筑设计探讨院王治义730030摘要：结合大型综合医院工程配电设计实例，阐述相关规范在设计实践中的应用关键词：综合医院负荷等级配电系统1工程概况依据功能、任务不同，我国医院分为一级、二级、三级。一级医院：是干脆向肯定人口的社区供应预防、医疗、保健、康复服务的基层医院、卫生院；二级医院：是向多个社区供应综合医疗卫生服务和担当肯定教学、科研任务的地区性医院；三级医院：是向几个地区供应高水平专科性医疗卫生服务和执行高等教学、科研任务的区域性以上医院。各级医院又分为甲、乙、丙三等，三级医院增设特等。一般综合性医院均设有急诊、门诊、手术、医技、康复、体检、行政办公及服务性用房。现结合大型综合医院工程的配电设计实例，对相应规范在设计过程中可操作性及应用，进行讲解。兰州高校附属其次医院属三级甲等医院，该院医疗综合楼建筑面积109505平方米，建筑高度68.55米。地下三层，地上十六层。地下三层及地下二层部分平常为汽车停车场，战时为人防。变配电所、水泵房、楼宇自动化管理限制室、信息中心等设备用房均设在地下二层。地下一层为柴油发电机房、消控室、放疗科、中心供应、洗衣房等。一至三层为门诊医技，四层为手术室及ICU，五层为行政办公及设备层，六层为产科及产房，七至十六层为标准护理单元。设置病房420间，共1163床。诊室52间，手术室23间，其中四层设干净手术室21间，I级（百级手术室）4间，II级（千级手术室）8间，III级干净手术室的分级见表1。表1干净手术室的分级等级手术室名称手术切口类别适用手术提示Ⅰ特殊干净手术室Ⅰ关节置换手术、器官移植手术及脑外科、心脏外科和眼科等手术中的无菌手术Ⅱ标准干净手术室Ⅰ胸外科、整形外科、泌尿外科、肝胆胰外科、骨外科和一般外科中的一类切口无菌手术Ⅲ一般干净手术室Ⅱ一般外科（除去一类切口手术）、妇产科等手术Ⅳ准干净手术室Ⅲ肛肠外科及污染类等手术2供电系统2.1负荷分级在确定医院供电系统之前，首先依据供电要求进行负荷分级。IEC标准中供电等级依据复原供电时间分为0.5S内,15S内,>15S。而我国内规范将用电负荷依据供电牢靠性及中断供电所造成的损失或影响的程度，分为一级负荷、二级负荷及三级负荷。本设计依据的主要设计规范有《综合医院建筑设计规范》（JGJ49-88）、《医院干净手术部建筑技术规范》（GB50333-2002）、《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）等。IEC标准和《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008：条）按医疗电气设备和人体接触的状况和断电的后果，将医疗场所作如下分类：0类场所应为不运用接触部件的医疗场所；1类场所应为接触部件接触躯体外部及除2类场所规定外的接触部件侵入躯体的任何部分;2类场所应为将接触部件用于诸如心内诊疗术、手术室以及断电将危及生命的重要治疗场所。可见医院的负荷等级划分应以医疗场所和人体生命的平安程度及电气设备和人体的接触程度进行划分。参照IEC标准医院各部位的供电等级、接地方式的划分示例见表2。表2医院各部位的供电等级、接地方式医疗用房场所类别医用接地方式非接地配电方式（局部IT系统）供电等级爱护接地局部等电位接地0.5S内15S内>15S手述室、急救室、心血管造影、ICU、CCU、重症监护2△△△△△△早产儿保温箱、恒温箱2△△△△△分娩室、内镜、治疗室、血液透析室、水疗、理疗室、功能检查1△△△△病房、灭菌室、待产室1△△X射线、CT、MIR、核医学、高压氧仓、中心血库1△△△浴室及潮湿场所、护士站、门（急）诊诊室、中心（消毒）供应室0△△△依据我国现行规范标准并参照IEC标准，依据供电牢靠性及中断供电所造成的损失或影响的程度，参照“民规”JGJ16-2008（附录表A序号23）消防设备、医用客梯、氧气供应系统设备、真空吸引系统设备、中心供应内的医用蒸汽、干净空调系统用电设备、走道照明用电及生活泵用电等按一级负荷供电。其中全部消防设备、重症监护、急救室、重要手术室等涉及患者生命平安的设备及照明用电为一级负荷中特殊重要负荷。一般空调电源、客梯用电、自动扶梯电源、电子显微镜、高级病房照明用电等为二级负荷，其它用电按三级负荷设计。2.2供电形式依据医院规模，医院供电形式如下：特等及三甲级医院：采纳两路10KV独立市电电源，电缆专线供电、自设变电所柴油发电机、重要设备末端采纳UPS供电。三级甲等医院：采纳两路10KV独立市电供电，电缆专线供电、重要设备末端采纳UPS供电。二级甲等医院：采纳两路10KV或一路10KV专线供电、一路低压供电。一级医院：一路10KV供电或低压供电，重要设备末端采纳UPS供电。2.3供电方案用电设备负荷等级确定后，结合医院规模，就可明确供电形式。采纳两路10KV独立市电电源作为常用电源，电缆专线供电、自设柴油发电机组作为第三电源。电压波动大的空调用电负荷属季节性负荷，采纳一台专用变压器供电；电压波动小的照明及一般医疗用电（插座）采纳两台的变压器供电；电压要求高且自身压降大，医用数字减影成像系统设备（如X光机、CT等），单独采纳一台变压器供电，电力负荷单独采纳一台变压器供电。变压器容量为：2x2500KVA+2x1600KVA+800KVA=9000KVA，变压器安装指标为：82VA/m2。配电系统的主接线图见图1。图1配电系统的主接线图低压系统的供电分为四大部分。既照明部分（由TM1、TM2变压器及1，2段母线担当）；医疗设备、动力部分（由TM3、TM4变压器及3，4段母线担当）；空调部分（由TM5变压器6段母线担当）；应急母线段5段带应急负荷。运行方式说明如下：两路10KV电源，采纳单母线分段接线，平常两路分列运行，互为备用。当一路电源故障时，通过手/自动联络开关，由另一路电源负担全部负荷。高压主进线开关和联络开关之间设电气连锁，任何状况下只能合两个开关。0.4/0.23KV低压侧采纳单母线分段接线，共六段母线。五台变压器对应五段母线。其中1段和2段母线互投，3段和4段母线互投。6段母线为空调母线段。5段母线为应急母线段，为一、二级负荷在两路市电均失电状况下供电。正常状况下，应急母线引自2，4段低压母线；紧急状况下，应急母线的电源引自柴油发电机组出线。当2，4段母线失电时，将在15S内启动应急柴油发电机组完成供电。对于重要手术室及重要医疗设备等对间断供电时间要求更高的设备，在末端配置UPS设备来满意要求。2.3应急电源的选择应用对于不同医疗场所的电源等级要求。应急电源系统依据医院规模不同，采纳双电源切换或采纳柴油发电机组系统、EPS应急电源系统。应急电源（第三电源）供电方案首先考虑采纳柴油发电机组系统。由于建筑的运用功能和面积的限制等因素，为节约有效运用面积，柴油发电机组设置在地下一层。存在进排风、排烟、机组冷却、噪音、消防、柴油储存、供油系统等问题，为解决这些问题，要实行了一系列的相应措施，如增设进排风井、排烟井，通风专业设计进风、排风机等。为达到环保要求，烟气通过排烟管经消声器沿排烟竖井始终排到五层裙房，再从侧墙引出。排烟口处装设二次燃烧网，使废气在高温下进行二次燃烧，以达到排放标准。另外一个供电方案是采纳一套大容量的EPS应急电源系统来代替柴油发电机组，转换时间≤0.1~0.2S。它的最大优点是可以带感性、阻性负载，适应负载实力强。从而解决了柴油发电机进排风及排烟井等问题。而EPS的缺点是供电时间偏短，设备费用较高，占地面积大。经过两个方案比选，为提高供电的牢靠性，节约投资,应急电源最终选用柴油发电机组。机组台数的选择：柴油发电机的设置可设置单台，也可多台设置。单台机组的优点是占地小，维护工作量低。多台机组设置方式的优点在于机组可并列运行。可依据负荷大小自动调整启动台数，多台机组之间负荷可进行调整。缺点是机房面积较大。《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）：条第1款规定:当应急负荷较大时，可采纳多机并列运行，机组台数宜为2~4台。依据《全国民用建筑工程设计技术措施》—电气（2003）2.6.3条第6款规定：作为应急电源用的柴油发电机组，当须要容量小于1500KVA时，宜选用单台机组。当须要容量为1500~2000KVA时，宜选用两台机组。但须要容量更大时，宜分散设置发电机房，使其深化负荷中心。柴油机冷却系统：柴油机的冷却系统分为风冷却和水冷却两种方式。一般风冷却较多。系统较为简洁，但要求机房的进出风面积较大。机房的噪声限制费用较高。水冷却系统也有利用消防水池、冷却塔作为循环冷却水的。节约冷却塔及水池，但停电过长的地区不适用。依据此工程应急负荷的大小、性质及建筑平面的布置条件，选用两台750KW的柴油发电机，冷却系统为风冷系统。3低压配电系统3.1配电系统及线路低压配电系统采纳放射式和树干式相结合的配电方式，个别部分采纳链接方式配电。冷水机组、大型医疗设备（X光机、CT机、MIR机、DSA机、ECT机）、中心供应、净化机房、电梯、自动扶梯及屋面消防设备分别由变电所低压屏放射式供电。消防用电设备、应急照明及特殊要求的医疗用电设备均采纳两路供电。一路电源由正常母线配出，另一路电源由应急母线配出。既消防负荷均为双路供电末端自投。依据《医院干净手术部建筑技术规范》（GB50333-2002）条，第1~3款规定：“1干净手术部必需保证用电牢靠性，当采纳双路供电源有困难时，应设置备用电源，并能在1min内自动切换。2干净手术室内用电应和协助用房用电分开，每个手术室的干线必需单独敷设。3干净手术部用电应从本建筑物配电中心专线供应。”，干净手术部的供电采纳双路电源，干脆从本建筑物的10KV/0.4KV的变电所供应，末端采纳ATS（自动转换开关）自动切换，ATS一般切换时间在1S内，满意规范要求。依据表1的要求，对复原供电时间为0.5S内的重要手术室配置UPS不间断电源（UPS转换时间≤4mS）来满意要求。考虑到本工程综合楼面积较大，医院内有大量患者的特殊性，除医院的公共部分（包括急救室、手术室及走道等）照明采纳双电源供电末端自动切换外，对医院的一般照明（包括一般病房、诊室等）采纳2条密集型插接式母线槽供电，在每层的电井内设层照明总箱。层照明配电总箱内装设手动双投开关。两条母线槽互为备用，单号楼层电源引自1号母线槽，双号楼层电源引自2号母线槽，每条母线均可担当综合楼的全部照明用电负荷。当任一楼层照明线路出现故障或检修时，电气专业修理人员只要合上楼层照明总箱手动转换开关，就可保证故障层或检修层的一般照明用电。依据IEC对某些外界环境影响条件的分类,人的实力分为五类（BA1~BA5）。BA1类指未受过电气培训的人。BA2类指常在该场所活动的儿童，但不肯定指在家庭住宅内；如幼儿园场所。BA3类指在生理和智力上有缺陷的人（病人、老人）；如医院场所。BA4类经电气技术人员或受其监管，从而能不引发电气危急的人（操作人员或维护人员）；如进行电气工作的场所。BA5类指具有电气技术学问和丰富的阅历，足以避开发生电气危急的人（工程师和技师）；如关闭的进行电气工作的场所。医院的患者属生理和智力有缺陷的BA3类人员，行动不便，医院属人员疏散缓慢的场所，公共部分的照明均按应急照明系统（消防负荷）设计，即按一级负荷中的重要负荷设计，由于采纳柴油发电机作为第三电源（应急电源），而柴油发电机的启动时间在15S内，为避开火灾时因电源突然中断而导致人员伤亡，我们在公共部分除设计火灾疏散标记照明外，又设计了自带蓄电池的应急灯。使照度不少于正常照度的50%，供电时间不少于90分钟。考虑医院属人员密集场所，火灾时电线电缆所产生的有毒气体对人的身体有害，甚至会威逼生命。我们在设计时全部电线、电缆均采纳低烟无卤耐火或阻燃电线、电缆穿钢管或封闭式金属桥架在楼板或吊顶内敷设。3.2医用放射线设备的配电系统医用放射线设备是医院的重要设备。本工程中放射科配备的医用放射线设备包括X光机（X射线诊断机、X射线治疗机）、ECT（同位素断层扫描机）、NMR-CT机（核磁共振检查机）、DSA（心血管造影机）、CT机等。依据《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）：条规定,依据医用放射线设备的不同特点，将医疗设备的工作制进行划分。医用放射线设备工作制划分见表3。表3医用放射线设备工作制工作制设备名称断续工作制X射线诊断机、CT机、ECT机、DSA机连续工作制X射线治疗机、电子加速器、NMR-CT机（核磁共振）依据《综合医院建筑设计规范》（JGJ49-88））：“第条医疗装备电源的电压、频率允许波动范围和线路电阻，应符合设备要求，否则应实行相应措施。第5.4.3条放射科的医疗装备电源，应从变电所单独进线。”（及《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）：9.7.3条规定:“大型医疗设备的供电应从变电所应满意对电源内阻的要求。”；9.74条规定：“放射科、核医学科、功能检查室、检验科等部门的医疗装备的电源，应分别设置切断电源的总开关。”）核医学科、放射科配备的医用放射线设备的主机电源均采纳双路供电。系统电源由变电所低压屏放射式供电，干脆送至设备限制室。医用放射线设备的工作原理不同，但对电源的电压要求很高。各设备厂家的技术要求中应对电源内阻提出要求。设备对电源电压的要求越高，电源内阻越小。在施工图设计阶段，依据医院方供应的设备容量参考国内同等规模的医院放射科设备按规范要求选择导线截面。既医用放射线设备的配电线路导线截面要同时满意设备的内阻及压降要求，以保证设备的电源电压。内阻及压降受三方面因素的影响，即变压器阻抗、变压器至设备的配线长度、配线截面。依据《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）9.7医用设备规定9.7.51X射线管的管电流大于或等于400mA的射线机，应采纳专用回路供电；2CT机、电子加速器应不少于两个回路供电，其中主机部分应采纳专用回路供电；3X射线机不应和其他电力负荷共用同一回路供电；4多台单相、两相医用射线机，应接于不同的相导体上，并宜三相平衡；5放射线设备的供电线路应采纳铜芯绝缘电线或电缆。6当为X射线机设置配套的电源开关箱时，电源开关箱应设在便于操作处，并不得设在射线防护墙上。电源开关和爱护装置的选择应符合下列规定:1在X射线机房装设的和X射线诊断机配套运用的电源开关和爱护装置,应按不小于X射线机瞬时负荷的50%和长期负荷100%中的较大值进行参数计算,并选择相应的电源开关和爱护电器。2当电源限制柜随设备供应时，不应重复设置电源开关和爱护电器，其供电线路始端应设隔离电器及爱护电器，其规格应比X射线机按第1款规定确定的计算电流大1~2级。NMR-CT机的扫描室应符合下列要求：1室内的电气管线、器具及其支持构件不得运用铁制物质或铁磁制品；2进入室内的电源、电线必需进行滤波。”。为保障医用放射线设备平安、运行牢靠，引入NMR-CT机室的全部电气管线均穿阻燃塑料管，引入的管线采纳专用滤波器进行滤波。3.3手术部、ICU、血透等场所的配电系统依据《医院干净手术部建筑技术规范》条和8.3.3条规定，“干净手术部用电应从本建筑物配电中心专线供应。”和“干净手术室的配电总负荷应按设计要求计算，并不应小于8KVA。”。四层干净手术部的用电由变电所采纳双电源干脆供应，末端切换。在四层设手术部总配电箱，每个手术室单独设配电箱，电源由四层手术部总配电箱配出。每个手术室配电箱设置在干净走廊内，既每个手术室的外侧墙内。干净手术室的负荷四个I级和一个II级手术室为15KW，其余手术室为10KW。依据本医院布局及规模，考虑部分手术室内须要设置凹凸温冷柜等三相设备，手术室的电源进线采纳三相进线。和病人接触的电源部分，采纳单相供电。为干净手术部设置的干净空调机房设备用电也从变电所采纳双电源干脆供应，末端切换。依据《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）：12.8医疗场所的平安防护中有关规定；医疗场所采纳TN系统供电时，应符合下列规定：1TN-C系统严禁用于医疗场所的供电系统。2在1类医疗场所中额定电流不大于32A的终端回路，应采纳最大剩余动作电流为30mA的剩余电流淌作爱护器作为附加防护。3在2类医疗场所，当采纳额定剩余动作电流不超过30mA的剩余电流淌作爱护器作为自动切断电源的措施时，应只用于下列回路：1）手术台驱动机构的供电回路；2）移动式X光机的回路；3）额定功率大于5KVA的大型设备的回路；4）非用于维持生命的电气设备回路。4应确保多台设备同时接入同一回路时，不会引起剩余电流淌作爱护器（RCD）误动作。TT系统要求在全部状况下均应采纳剩余电流爱护器。依据《医院干净手术部建筑技术规范》条，“心脏外科手术室必需设置有隔离变压器的功能性接地系统。”，及《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）：12.8.6条第1款规定，在2类场所内，用和维持生命、外科手术和其他位于“患者区域（在离手术台1.5m的水平范围，高度为2.5m的垂直范围）”内的医用电气设备和系统的供电回路，均采纳了局部IT（隔离）电源，辅以局部等电位连接，防止心脏手术及检查中的微电击，这样可以最大限度地保证病人的平安。ICU、血透等场所也采纳局部IT系统。目前医院病人接触的用电设备均为单相设备，通过隔离变压器配出的IT系统均为单相。依据民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）：12.8.10第5款规定：“用于移动式和固定式设备的医疗IT系统应采纳单相变压器，其额定输出容量不应小于0.5KVA，并不应超过10KVA。”。IT系统所供电的电气装置内的外露导电部分，需通过和PE线的连接而做爱护接地，其回路中需装设绝缘监视器以便在发生第一次接地故障时发出报警信号，IT系统的主要作用是在发生第一次接地故障时避开手术室（I级）配电系统图见图2。(当只有一台设备由单台专用的医疗IT变压器供电时,该变压器可不装设绝缘监视器。每个医用IT系统应设在医务人员可以常常监视的地方，如护士站。)4电气接地及电气平安爱护随着科学技术的进步，医生对病人病情的诊断，通常借助于医疗仪器的帮助。干脆作用于人体的医疗电子仪器越来越多，由于医院的特殊性，医疗电气设备不仅和人体表面接触，有时还和人的心脏接触，发生电击时病人无法摆脱。运用医疗仪器不仅要考虑到医疗仪器诊断的精确性，而且要考虑到对病人的平安爱护。图2干净手术室（I级）配电系统图医疗电气设备防电击措施可用局部等电位连接，特低电压供电，1：1隔离变压器供电，过电流爱护，用漏电爱护断路器[一般场所的移动式设备均采纳漏电断路器爱护（采纳局部IT系统的设备除外）]，共用接地系统等。电气平安爱护是指防止电流经由人体任何部位通过；限制可能流经人体的电流，使之小于电击电流；在故障状况下触及外露可导电部分时，可能引起流经人体的电流大于电击电流时，能在规定的时间内自动断开电源；发生短路或过负载时，过热或电弧引起可燃物燃烧或使人遭遇灼伤时，能在规定的时间内自动断开电源。本工程10KV高压系统为中性点不接地系统，低压配电系统的接地形式为TN-S系统，局部为IT系统（手术室、ICU加护病房等）建筑物内的电气装置做等电位联接（总等电位联接MEB及局部等电位联结LEB）。电气装置内的PE爱护线和接地干线，各种金属管路及建筑物结构等相互联结。在强弱电井内分别敷设一条-40*4镀锌扁钢作接地干线，每层和强电井内母线槽的金属外壳连接。在各层强、弱电井，相关各室内设局部等电位连接端子箱，将室内高度在2.5米以下的配电箱PE母排、电气装置的金属外壳及其它金属管道、金属窗框、病床的金属框架等均进行等电位联结。一般医疗用电系统供电回路装有漏电爱护器（RCD）。手术室等场所用电实行防微电击措施。在手术室、ICU加护病房、层流病房等设专用配电箱（内设隔离变压器及绝缘监察装置）。固定式或手握式医疗电气设备（急救和手术用电设备等除外），高度在2.5米以下的设备装有漏电爱护器。由于本工程施工图设计完成于2005年10月，依据旧版《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-92）：条规定，“漏电电流爱护装置的的动作电流宜按下列数值选择：（1）手握式用电设备为15mA。（3）医疗电气设备为6mA。”，依据我国国情，只有少数进口漏电电流爱护装置的的动作电流可以整定到6mA，有些维持生命的电气医疗设备假如断电也将危及病人。本工程设计中，我们将全部须要将漏电电流爱护装置的动作电流整定到6mA的医疗电气设备均采纳局部IT系统供电。新版《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）：条明确规定,“用于电子信息设备、医疗电气设备的剩余电流爱护器应采纳电磁式；”。干净手术室接地回路图见图3。注：电子式和电磁式剩余电流爱护器的区分：电磁式供电牢靠性高，不依靠于外部电源。电子式和电磁式漏电爱护器见表4。图3干净手术室接地回路图表4电磁式和电子式漏电爱护器比较项目电磁式电子式制造原理无放大部件，因互感器的输出功率一般不超过1mVA。要求零序互感器要求灵敏有电子放大部件，使得推动脱扣机构的功率能够达到数百毫安灵敏度以30mA为限，100A以上大容量产品提高灵敏度有困难灵敏度高，可制成6mA及以下超高灵敏度产品电源电压波动对特性的影响无有（有稳压电源时可削减影响）环境温度改变对特性的影响很小有（有温度补偿时可削减影响）延时及反时限特性一般实现易实现抗机械冲击和振动实力一般较差较强抗外界电磁干扰实力强弱（电子线路实行抗干扰措施后可增加）制造要求工艺困难精密简洁制造材料高导磁材料（坡莫合金）一般磁性材料接线方式进出线可倒接进出线不行倒接价格较高，100A以上产品尤高较低，100A以上产品比电磁式产品低得多5照明设计5.1光源的选择综合医院建筑不仅包括病房、门诊、医技等医疗用房，而且也包括各种医疗服务设施，如中心供应、真空吸引、手术室专用气体站房等。医院的照明设计不但要满意各种医疗技术的要求，还要考虑到医疗用房的特殊性。光源的选择,对病人起着重要的心理治疗作用,对于医护人员视察病人的病情,正确诊断治疗也有很大的帮助。《建筑照明设计标准》（GB50034-2004）对医院的照度标准值、统一眩光值（UGR）、显色指数均有设计标准。照明光源应选择光效高、显色性好的光源，还要满意规范中规定的功率密度限值，即节能设计要求。为提高功率因数，削减频闪及眩光，克服噪声对病人的影响，本工程主要场所如诊室、病房、急诊视察室等采纳高显色格栅荧光灯（即选用细管径荧光灯T5，T8），配高品质的电子镇流器或节能电感镇流器，使功率因数大于等于0.9（Cosφ≥0.9）。5.2放射室、核磁共振检查室照明放射室的灯具一般在设备的四周匀称布置，并留意避开给病人造成的眩光，灯具不应布置在灯具的正上方。核磁共振检查室是强磁场室，为了防止电磁感应影响仪器的图像和片子质量，照明灯具一般选用卤钨灯，灯体为非磁性材料，如铜、铝、工程塑料等。核磁共振检查室的照明电源一般为直流，假如采纳沟通电源，金属外壳应集中一点接地。灯具应实行