醫療用電設備配電系統設計及經濟性分析

王志翔

(中衡設計集團股份有限公司，蘇州 215021)

0 引言

隨著社會經濟的高速發展，作為民生項目重要一環的醫療資源及水平也得到了各地政府的高度重視，一批批新建醫院和既有醫院的升級改造項目紛紛投入建設，包括社區醫院、綜合三甲醫院，以及醫療城、醫療集聚區等各種形態。

由于醫院內大都是各種用電設備，對用電的依賴性較高，因此可以說電氣設計是整個醫院建筑設計中的最重要環節，其供電可靠性和安全性直接影響醫療效果。而隨著現代醫療技術的發展，各種先進的醫療設備和電子儀器不斷地投入應用，但因其功能不同，各類設備應用的醫療場所不同，供配電要求也各不相同。因此，針對醫院建筑的電氣設計問題，本文以筆者主持設計的某三級醫院為例，闡述醫療設備分類要求和對應的配電系統設計，并從經濟性角度進行優化分析。

1 醫療設備負荷分析

醫療用電設備種類繁多，包含大型設備和各類醫療場所的用電設備。常用大型醫療設備可參見表1。

表1 大型醫療設備

典型醫療場所包括門診、急診、手術室、重癥監護室、住院、檢查、影像、放射等?！夺t療建筑電氣設計規范》第3章，根據電氣安全防護的要求，將醫療場所分為0、1、2三類：0類場所醫療設備與患者不接觸，1類場所設備與患者體表和體內(除2類場所所列部位)接觸，2類場所設備與患者體內接觸、供電中斷危及患者生命，具體場所詳見《規范》中表3.0.2。其中，該表還對中斷供電后的自動恢復時間提出具體要求，分t≤0.5s、0.5s15s三種，對配電系統備用電源及其轉換方式有指導意義。

按照常規的負荷分級方式，醫療用電負荷也根據可靠性要求及中斷供電的影響進行分級。典型場所內(如急診搶救室、重癥監護室、手術室等)涉及患者生命安全的設備及其照明，屬于一級負荷中特別重要負荷，其他用電分屬一、二、三級負荷，具體參見《醫療建筑電氣設計規范》第 4.2節，此處不一一列舉。三級醫院應設置應急柴油發電機組，供電給一級負荷中特別重要負荷，機組承載醫療負荷可參見表2。

表2 由應急柴油發電機組負載的醫療設備

注：某些用電如供應中心不屬于特別重要負荷，但與院方協商后，認為終端供電也會影響其他特別重要場所的運行使用，所以也歸入發電機組供電。

2 醫療設備配電系統設計

在設計配電系統之前，首先要確定供電方案，為配電系統設定好前提條件。三級醫院需要兩路獨立電源，并應設置應急柴油發電機組，供電方案如圖1。

圖1 供電方案

配電系統采用放射式與樹干式相結合的方式。通常大型醫療設備等單臺容量較大的負荷或特別重要負荷采用放射式供電，由變電所低壓配電屏直供；當其他負荷等級相同且供電路由合理時，可采用樹干式與放射式相結合的供電方式；一級負荷采用雙電源供電，并在末端設置自動切換；二級負荷采用雙電源供電并在末端或適當位置切換；其余一般負荷采用單電源供電；斷電后恢復供電時間t≤0.5s的負荷，應采用在線式UPS供電，且自備電源維持時間不小于3h；設置了柴油發電機組，應急自動啟動時UPS裝置應急供電時間應≥10min(一般取15min即可)。

綜上所述，根據以上對負荷的分析和配電系統的設計要求，將大型醫療設備及各醫療場所用電設備負荷分成以下幾類，并分別設置對應的配電系統。

1)1、2類場所，一級負荷之特別重要負荷，斷電后恢復供電時間t≤0.5s。

此類負荷由變電所放射式直供，兩路電源(一路與發電機電源先行切換)，末端自動切換，并有UPS做備用。主要負荷有急診室、手術室、重癥監護病房ICU及HDU、產房、血液病房、血透室、DSA輔助電源等場所用電設備，其配電干線如圖2所示。

以急診室醫療用電為例，其配電箱系統圖參見圖3。

圖2 第一類醫療用電配電干線圖

2)1、2類場所，一級負荷之特別重要負荷，斷電后恢復供電時間0.5s

此類負荷配電要求與第一類在中斷供電時間需求上有差別，發電機能在15s內投入運行并供電即可，自動切換開關ATS(PC級切換時間小于0.6s)能滿足斷電后自動恢復供電時間，無需UPS做備用，除此之外，其余配電系統與第一類基本類同。主要負荷有負壓吸引站、病理科、檢驗中心、生殖中心以及急診、手術等場所(除上述第一類之外)的特別重要負荷。

3)1、2類場所，一級負荷，斷電后恢復供電時間0.5s

此類醫療負荷數量最多、范圍也最廣，配電系統由兩路市電電源在末端自動切換。大型醫療設備和一些重要負荷采用放射式配電，其他負荷采用樹干式和放射式混合式配電。大型醫療設備主要是指診療用的CT、MRI、DR、DSA、直線加速器等主機設備，其配電干線如圖4所示。

圖3 典型急診室配電箱系統

圖4 第三類醫療用電配電干線

4)0、1類場所，二級負荷，斷電后恢復供電時間0.5s

此類負荷也需要兩路電源，但可以在變電所通過低壓母線聯絡開關切換后單回路配電，又由于中斷供電時間要求小于15s，手動切換的低壓母聯不能滿足時間要求，還是需要雙電源自動切換開關ATS來完成兩路電源的轉換。因此，為避免系統過于復雜，此類負荷的配電干線基本上與上述第三類負荷的樹干式配電系統合并，滿足要求的同時也簡化了系統。

5)其他二、三級負荷，斷電后恢復供電時間t> 15s。

此類負荷配電較為簡單，單從切換時間考慮，變電所低壓母聯就能滿足要求，因此通常采用單回路配電即可。

至此，各種醫療用電負荷的配電方式及系統形式均已基本闡述完畢，可能還有個別遺漏的設備，但總歸還是要按照負荷分級和使用場所及其中斷時間的要求具體設計。醫院建筑電氣設計最紛繁復雜的醫療設備配電系統已搭建完成，剩下末端配電的細節也有規范、圖集可循，限于篇幅，此處不再詳述。

3 經濟性分析

醫院建筑的醫療設備數量多、容量大，供配電系統的可靠性和安全性要求高，配電電源及回路需要雙重備份，另需要雙重電源、配電開關、線路、自動切換開關ATS等，造價成本遠高于其他建筑類型。但是，通常建筑電氣的設計除滿足規范要求的可靠性、安全性外，也需要根據建設方的投入資本，考慮到經濟性問題，以求合理地簡化系統、節省造價。

對于一級負荷中特別重要負荷，由于其用電性質的絕對重要性，供配電系統基本沒有優化的余地，只能維持前述的系統架構。而對于一、二級醫療負荷，《醫療建筑電氣設計規范》第4.3.1條規定，一級負荷宜在末端配電箱或用電設備處自動切換；二級負荷可在配變電所或總配電箱處切換。

基于此條規定，如果建設方資金有限且得到了業主許可，那么對于樹干式配電的兩路干線(參看圖4的配單干線)，完全可以在線路首端經切換后轉為單路干線系統；對于其他雙路電源放射式配電到末端的系統，也可以將用電設備按區域、功能、路由等因素合并，在配變電所或區域總配電間處設置雙電源切換的配電總箱，然后單回路放射式配電至用電設備。經此優化后，系統結構簡化，減少了大量備份回路的開關、電纜、ATS等，造價也大為降低。

此外，只有當變電所低壓母聯開關采用手動切換方式(時間以分鐘計算)，不能滿足一、二級負荷中斷供電時間t≤15s的要求時，才需要在配電回路中加入雙電源自動切換開關ATS(切換時間以秒計，PC級小于0.6s)裝置，備份電源回路要延伸到二、三級配電處。如果能實現低壓母聯開關與變壓器低壓主開關之間的自動切換，且切換時間控制在15s以內，則在理論上，除特別重要負荷外的幾乎所有一、二、三級非消防負荷均可以自變電所低壓屏單回路配電，從而極大地簡化低壓配電系統，節省造價。

4 結束語

優秀的醫院建筑電氣設計離不開可靠性高的供配電系統。本文單獨將醫療用電的配電作為論題，剖析影響醫療用電可靠安全性的各要素，形成較為完善的配電系統架構。另一方面又從經濟性角度探討了優化系統、節省成本的可能性，希望能對其他醫院項目的設計起到一定的參考借鑒作用。

[1] 住房和城鄉建設部工程質量安全監管司,中國建筑標準設計研究院.全國民用建筑工程設計技術措施-電氣(2009版)[M].北京:中國計劃出版社,2009.

[2] JGJ 16-2008民用建筑電氣設計規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2008.

[3] GB 50052-2009供配電系統設計規范[S]. 北京:中國計劃出版社,2010.

[4] GB 50054-2011低壓配電設計規范[S]. 北京:中國計劃出版社,2012.

[5] GB 51039-2014綜合醫院建筑設計規范[S]. 北京:中國計劃出版社,2015.

[6] JGJ 312-2013醫療建筑電氣設計規范[S]. 北京:中國建筑工業出版社,2014.

[7] 08 SD706-2醫療場所電氣設計與設備安裝[S]. 北京:中國建筑工業出版社,2009.