大型醫院應對醫療設備供電質量異常的解決對策

劉元明，劉歡，余世準

湖北醫藥學院附屬太和醫院 a.綜合事務部；b.院務辦公室；c.醫學工程部，湖北 十堰 442000

先進的醫療診斷和治療儀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，確保為病人診斷和治療準確的重要因素。實際使用中，由于供電質量異常問題，如突然停電和電壓浪涌、尖峰、波形畸變、頻率偏移等，經常會對醫療設備造成不可預知的破壞。這些問題輕則造成醫療設備工作出錯，數據丟失，重則使設備系統崩潰，甚至損壞。其中，電源電壓不穩，偏高或偏低，或者供電突然中斷是對中大型醫療設備危害最大的因素，它會直接影響大型醫療設備的使用壽命，甚至造成嚴重破壞乃至報廢。因此，在醫療設備配電工程及設備運行中，確保醫療設備電源配置合理、性能穩定、功率負荷匹配、電氣設計規范，使用環境穩定、安全措施到位等顯得尤為重要。

1 醫療設備配電系統常見問題分析

1.1 供電質量下降

供電質量主要是指供電裝置正常工作，不出現供電突然中斷現象，為醫療設備提供的高質量電能，確保醫療設備能夠穩定運行。導致供電質量下降的因素有很多，首先，大量供電設備的使用。在多種醫療設備的使用過程中，存在著大量不同步的啟、停電的情況，容易造成醫療設備供電產生異常情況。其次，由非線性器件造成。開關電源、可控硅管、調光系統、不間斷電源、交流穩壓器、變頻空調都是非線性設備。非線性器件輸入的電流脈沖疊加很大，對正常的醫療設備供電會產生破壞作用。最后，大功率設備的存在也會帶來新的供電質量問題[1]。如果不注意恰當處理，就會造成醫療設備供電質量的降低。

1.2 電壓波動

電壓波動是電網中比較常見的問題，正常的電網電壓波動范圍應≤10%，而我國的電網電壓通常會超過此范圍，波動范圍可達±15%甚至±20%，這主要是配電變壓器材料、容量以及環路阻抗造成的[2]。電壓持續過高或過低都會使設備的電源系統發生故障，輕則燒斷保險絲，重則損壞電源系統和多臺醫療設備。

1.3 頻率偏移

我國的供電網絡頻率標準是50 Hz，使用大電網供電頻率偏差很小，一般情況下，供電頻率偏移不會對用電設備造成影響，但是對于一些精度較高而又需要電網頻率同步或作基準的設備會影響很大。

1.4 供電中斷

電力不足和供電線路質量差，會因為超負荷跳閘、三相嚴重不平衡、缺相造成保護等原因，使供電中斷。供電中斷會對MRI、CT造成極大的損害：① 計算機數據記錄丟失或系統軟件損壞，嚴重時會造成計算機主機、硬盤、光驅、磁帶機損壞；② 直接影響CT球管的壽命和控制電路、高壓箱的安全以及MRI的磁體線圈、梯度功放、射頻功放等部件的安全。嚴重時會立即損壞這些部件。CT機球管在工作時溫度很高，當供電中斷后強迫冷卻即終止，會大大縮短球管的使用壽命，甚至可能損壞球管。③ 容易造成梯度功放等高功率電路損壞，冷頭停止工作，會損壞液氦[2]。

1.5 電源干擾

電源干擾大至可分為尖峰電壓、浪涌電壓、噪聲干擾、奇次諧波等，強烈的干擾可造成醫療設備的電路板損壞、計算機控制出現紊亂、高壓系統不穩定，危及整機的安全[3]。

2 供電質量異常對醫療設備的影響

大型醫院醫療設備配置的是高精密和高價格的儀器，一旦出現破壞，很容易導致重大的經濟損失。電能質量異常對醫療設備的影響有兩種情況：一種是同處于某個用電支路的幾個病區，當供電系統輸送到醫院受污染的電源時，電能質量下降對全院所有醫療設備產生的影響是共性的，涉及范圍廣，發生故障的醫療設備品種和數量多。第二種情況是醫院內部施工、改造、裝修時許多用電量大的施工機械無序地亂搭電源，造成局部用電支路電能下降，連接在該支路上的醫療設備就會受到影響[4]。醫院的很多醫療設備和微電子技術是相聯系的，有資料表明，超過60%的醫療設備出現故障的原因和供電質量相關，不僅容易擊穿醫療設備中的半導體器件，還有可能導致醫療設備的自動控制系統產生混亂，而且還會對計算機信息系統中的數據進行破壞，導致設備接收數據失敗，這也是醫療設備提前老化的主要因素[5]。對于數字式的醫療設備來說，可能會導致數據破壞和文件丟失，甚至造成硬件系統的完全毀壞。

3 應對醫療設備供電質量異常的解決對策

3.1 電源配置合理

大型醫院用電屬于一級負荷，如急診部、監護病房、手術部、分娩室、血液凈化室、磁共振室、CT掃描室、高壓氧艙、加速器機房等場所，都配備有重要的醫療器械，具有較大容量與較小容量的一級用電負荷，應由兩路10 kV高壓電源供電，當一路電源發生故障時，另一路電源立即啟動供電，保證各種醫療設備的正常運行。這兩個10 kV高壓電源一般是由當地電力系統的兩個區域的變電站分別引來。盡管如此，仍有可能出現全部市電中斷的情況，因此，還應根據負荷對中斷供電時間的要求，增設能在15 s內向負荷供電的快速自起動柴油發電機組或可靠的不間斷電源裝置（UPS）作為自備應急電源供電[6]。

3.2 電源性能穩定

醫療設備和供電電能之間是密切聯系的。電能質量對醫療設備起著決定性作用。在電能質量控制中，主要建立起9項電能控制的參數，包括電壓偏差、交流諧波、電流波動、浪涌電壓、尖波、瞬態過電壓與暫態過電壓、突發電壓下陷和三相電壓平衡度以及噪聲，建立起這些控制項目的參數檢測、原始數據的要求、數據處理方式和數據分析等[7]。在日常的檢修工作中，工作人員應按照要求進行設備的及時檢測，判斷醫療設備是否存在著安全故障問題，并及時采取措施解決。

3.3 功率負荷匹配

各種醫療設備功率和用電情況是不一樣的，因此要改善醫療設備的入網情況。如電源插頭接觸電阻大，要有針對性地使用不同的電源插頭，選擇合適的插座。在條件允許的情況下，盡量使用繼電器來減少醫療設備和電阻的接觸。如果電源存在切換問題，要對精密的醫療設備配置不間斷的電源轉換設備來避免出現電源的間斷性問題[8]。

3.4 電氣設計規范

在醫院電氣設計中，需要注意與醫院相關部門進行充分的溝通與協商，要求詳細提供醫療電氣設備的容量及其特殊的用電要求。當相關部門確實不能提供有關醫療電氣設備的數據時，電氣設計人員可以參考相近的醫療電氣設備資料，考慮預留最大用電空間，保證現有的以及新增加的醫療電氣設備的用電負荷。同時，應根據具體情況，正確選取醫療動力需用的系數值。

3.5 使用環境穩定

良好的電源環境是確保醫療設備安全運行的重要條件，根據不同醫療設備的不同要求對電源環境進行必要的改善。具體措施可分為兩種不同的情況：① 對需要凈化的電源設備，如B超、CT機等，要配置凈化穩壓電源，確保醫療設備的工作環境比較穩定。② 對監護室和手術室等特殊醫療室，除需要接入雙電源之外，還要設置小型的發電機，避免在停電情況下，出現醫療設備不能使用，造成重大醫療事故的嚴重后果[8]。

3.6 安全措施到位

3.6.1 接地系統和自動切斷電源措施

采用共用接地系統和等電位連接。在采用共用接地系統的建筑物內的醫療電氣設備,很難設置單獨接地。因為設備外殼，整個建筑物的金屬構件，鋼筋、電氣保護接地系統都接入共用接地系統。要想從電子設備單獨引出接地線到室外單獨接地極，且要與共用接地系統完全隔離以避免反擊過電壓很難實現。應采取以下辦法解決：

（1）TN（保護接零）系統：① 醫院的醫療場所和與其有關的場所、鄰近非醫療場所均應采取TN-S（接零保護）系統，不允許出現PEN線；② 可導電醫療器件與人體外部接觸，或進入人體與人體內部接觸場所內的末端回路32A及32A以下的電源插座回路，應裝用IΔn≤30 mA的RCD作附加保護；③ 在進行如心臟內部手術等中斷供電將導致生命危險的場所內，只能在下列電氣設備的回路內才可裝用IΔn≤30 mA的RCD，如手術臺、X光機、額定功率＞5 kVA的大型電氣設備不重要（不影響生命安全）的電氣設備[9]。

（2）醫療IT（保護接地）系統：進行如心臟內部手術等場所，離手術臺周邊水平距離1.5 m，高度為2.5 m內（被稱作“病人環境”）的用于維持生命或進行外科手術的醫療電氣設備，應采用IT系統供電，但不包括上述用IΔn≤30 mA的RCD保護的設備。為此需嚴格限制其第一次故障電流。可在手術室內或其貼近處安裝1臺1：1的醫用隔離變壓器，其二次回路不接地，以IT系統供電。優點是當發生第一次接地故障后不切斷電路、不中斷對裝置的供電，當發生第二次接地故障時，由過電流保護電器或漏電電流動作保護器切斷故障電路。

（3）等電位聯結：在醫療過程中，為了進行各種目的的測量、診斷或治療，病人常和各種電氣設備連接，這種使用插入體內接近心臟或直接插入心臟內的醫療器械，應采取防止微電擊保護措施的等電位接地方式，使用有足夠絕緣保護裝置的II類電氣設備供電。

具體做法：在心臟內部手術和中斷供電將導致生命危險的治療場所內，醫用IT系統的PE線是醫院內TN-S系統的PE線的延伸，IT系統和TN-S系統共用同一個保護接地的接地裝置，切勿為該場所另設單獨的接地極和PE線，因為這樣做極易在該場所內形成＞50 mV的電位差，增大電擊危險[10-11]。在醫療設備較多之處，應采用鋼管和封閉鋼線槽敷線，以避免單相接地短路電流較多地流過共用接地系統，引起對電子設備的干擾。

3.6.2 特殊場所不中斷供電措施

醫療電氣設備按允許間斷供電時間的場所分級，其用電設備有≤0.5 s、≤15 s和＞15 s三級。對于間斷供電時間≤0.5 s的醫療電氣設備（包括安全照明），應增設不間斷電源裝置（UPS）作為自備應急電源；當電網電源中斷或電網電壓低于標稱電壓的90%時，為避免電壓質量問題引起醫療事故，需通過轉換開關將供電自動轉換至自備電源供電。

3.6.3 設備防火

醫療設備一旦發生故障很容易引起火災，由于病人行動緩慢或難于行動，將有極大的生命危險。所以，在醫療設備使用時應做好電氣防火工作，可導電醫療器件除該場所本身使用的電氣設備線路外，其他無關的電氣線路不應混合放置在一起，以免引起線路發熱而造成醫療設備間的相互影響。

4 設備照明設計

醫療設備運行中的照明設計相對一般的照明設計有一定的特殊性，主要應滿足醫療診斷、搶救治療和病人適應的需要，要具有明亮、舒適、安全的光照度。診治對光源和周圍色彩有特定要求，需要用顯色性良好的光源。檢查室、治療室等宜采用高顯色熒光燈，以便于觀察病人的情況，減少眩光和強光直射對診斷或治療產生的影響，或引起病人不適、心情躁動而影響檢查及治療效果。

5 小結

醫療設備效能的發揮和安全程度依賴于人的使用管理水平。總體來說，醫院的供電質量對醫療設備產生很大的影響，和病人的生命安全息息相關。為了保證醫院的正常運行，開展對醫療設備電能質量的研究是非常必要的，它能夠為醫療設備安全運行提供一定的保障。

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