大型醫療設備電氣設計與研究

李戰贈， 肖 彥

(中國建筑設計研究院有限公司，北京 100044)

0 引言

隨著我國經濟的高速發展和醫療衛生體制改革的深入，醫療建筑市場規模不斷擴大。很多新建醫療建筑集門診、醫技、病房、科研、辦公、后勤供應等多種功能于一身，建設標準高、建筑面積大、醫療工藝復雜，是民用建筑工程設計中最為復雜和特殊的類型之一。醫療建筑中工藝用電設備很多，如ICU、CCU、NICU、DSA、MRI、手術室、影像科、放射科、核醫學、血液透析等，尤其大型醫療設備由于設備數量多，單機裝機容量大，是電氣設計中最重要，也是設計難度最大的一部分。

1 典型大型醫療設備技術要求文件電氣參數解析

大型醫療設備主要分為磁共振成像設備、X射線設備、高能射線設備和核素設備這四類，常見的有CT、DSA、MRI、DR、數字胃腸機、鉬靶、ECT、PET-CT、后裝機、直線加速器等。

設備生產廠家提供的技術文件(如《場地準備快速指南》、《機房設計參考導則》、《項目指導手冊和場地要求》等)名字不同但內容基本類似，基本上都包含土建、電氣、暖通空調和給排水等相關專業的要求。技術文件中電氣專業一般包含設備最大功率、設備連續功率、設備峰值電流、設備連續電流、過流保護器額定電流推薦值、配電電纜最小截面要求、接地保護和機房照明等容，但需要留意的是，不同設備要求各不相同，即使同一類設備，生產廠家不同，要求也不盡相同。

2 負荷等級及供電要求

廠家提供的技術要求文件中基本沒有與供電負荷等級相關的內容，但為了供電安全，設計人員首先要確定設備的負荷等級。負荷等級的劃分可參照執行的規范主要是JGJ 312-2013《醫療建筑電氣設計規范》和JGJ 16-2008《民用建筑電氣設計規范》。

JGJ312-2013《醫療建筑電氣設計規范》“表4.2.1醫療建筑用電負荷分級”規定：三級、二級醫院的內鏡檢查室、影像科、放射治療室和核醫學的設備及照明用電為一級負荷，電子顯微鏡、影像科診斷用電設備為二級負荷。JGJ 16-2008《民用建筑電氣設計規范》“附錄A民用建筑中各類建筑物的主要用電負荷分級”中表A第23項中規定：二級及以上醫院的核磁共振、介入治療用CT及X光機掃描室、加速器機房為一級負荷，電子顯微鏡、一般診斷用CT及X光機用電為二級負荷。

綜上所述，二級及以上醫院的大型醫療設備，除一般診斷用CT及X光機用電為二級負荷外，基本上都是一級負荷。實際項目中，同一類設備不止一臺，機房都布置在一起，很難區分具體使用功能，并且大多數情況下既可用于治療，又可用于診斷，故筆者建議定義為一級負荷，電源采用雙電源互投，由變電所低壓配電柜放射式供電。

3 電氣設計需確定的問題

在醫院建設初期，建設方無法確定大型醫療設備的具體品牌和型號，提供不了電氣專業設計所需資料，因此需設計師充分了解各種大型醫療設備的技術要求，合理預留電氣條件，避免設備定型后出現大量修改而導致不必要的經濟損失。

首先，確定大型醫療設備電氣參數。設備的安裝功率，一般對應產品技術要求文件中的額定功率，或者最大功率和瞬時功率。《全國民用建筑工程設計技術措施-電氣》明確電力設備臺數在三臺及以下時需要系數建議為1，但由于醫療設備的特殊性，每臺設備的計算負荷不建議按設備安裝功率取值，宜參照產品技術要求文件中的連續功率、平均功率或持續功率。同樣，設備的計算電流，宜參照設備技術文件中的連續工作電流。國標圖集《醫療建筑電氣設計與安裝》中列出了主要醫療設備的電氣參數，可供參考。

其次，選擇變電所低壓配電柜為醫療設備配電的出線斷路器。常規情況下斷路器長延時整定值的選擇參照設備計算電流；由于醫療設備的計算電流參照于設備連續工作電流，遠小于根據設備安裝功率計算得出的電流，設備技術文件中雖然有尖峰電流、連續電流等電氣參數，但這些數據都不建議用于斷路器整定值的選擇。斷路器長延時整定值的選擇應參照技術要求文件中推薦的最小斷路器過負荷整定電流。需注意的是，推薦電流介于連續電流和尖峰電流之間。

最后，選擇配電電纜。電纜截面的大小不但要滿足斷路器長延時整定值、動穩定和熱穩定的要求，還應滿足醫療設備對電源電阻和電壓降的要求。生產廠家在技術要求文件中會提供不同供電距離下的推薦電纜截面積。同一類設備，不同生產廠家，對供電電纜推薦的截面積也不盡相同，比如典型設備CT機，生產廠家主要有GE、飛利浦和西門子三個，對供電電纜的截面要求見表1～3。根據實際供電距離，查閱每個設備廠家推薦的電纜截面積，按其中最大的預留，例如假定配電柜至變電所低壓配電柜的供電距離為65m，根據表1～3可知，三個廠家對應的推薦電纜截面積分別為70mm2、70mm2和95mm2，則建議電纜截面積按95 mm2預留。

西門子公司CT供電電纜截面積要求 表1

GE公司CT供電電纜截面積要求 表2

飛利浦公司CT供電電纜截面積要求 表3

綜上所述，變電所內大型醫療設備配電回路的設計關鍵是斷路器長延時整定值和配電電纜的選擇這兩點，只要斷路器整定值和電纜選擇合理到位，就不會導致此部分電氣設計的反復。

4 典型醫療設備運行測試

為了掌握大型醫療設備實際工作狀態，了解大型醫療設備運行時最大功率、峰值電流、連續功率和連續電流，對CT、MRI、DSA這三種典型的醫療設備進行檢驗測試，并根據多次測試中典型實驗數據繪制電流-時間關系圖。

測試的CT 設備是GE公司生產的Light speed VCT & Pro32，由產品技術文件可知本設備最大功率為150kVA，連續功率為25kVA，設備最大瞬間峰值電流為253A，連續電流為38A。

由于CT機配電柜電源由變電所低壓配電柜放射式供電，變電所所有出線回路均配置多功能儀表，因此電流和電壓值可由儀表讀出。根據設備工作時所記錄的電流數據和對應時間，選取最典型的時間段，繪制測試實驗圖如圖1所示。

圖1 CT機電流-時間關系圖

由測試結果可知，測試階段內設備最大尖峰電流為86A，持續約2s左右，最長不超過5s；設備工作電流在9A左右，一般不超過10A；設備待機電流為7.5A，一般不超過10A。設備工作周期與病人的檢查情況有關，時間不固定。測試尖峰電流大小和病人檢查時設備曝光大小有關，所測試尖峰電流并不一定是最大尖峰電流。變電所電壓基本為400V，設備工作功率約6.7kW，測試最大功率為56.6kW。

測試的DSA設備是飛利浦公司的Allura Xper FD 20血管機，測試信息詳見圖2，根據測試數據可知，測試階段內設備最大尖峰電流為56A，持續約2s左右，設備工作電流在14A左右。設備工作周期與病人手術情況有關，時間不固定。測試尖峰電流大小和病人手術時曝光大小有關，所測試尖峰電流并不一定是設備最大尖峰電流。變電所電壓基本為400V，設備工作功率約9.2kW，測試最大功率為36.9kW。

圖2 DSA電流-時間關系圖

測試的MRI設備是飛利浦公司的Achieva 3.0T磁共振機，測試信息見圖3～4，分別是主機電源和配套設備電源。測試階段內設備最大電流分別為41A和33A，持續約1min左右，設備工作電流分別為18A和31A左右。設備工作周期與病人手術情況有關，時間不固定。測試尖峰電流大小和病人情況有關，所測試尖峰電流并不一定是設備最大尖峰電流。變電所電壓基本為400V，設備工作功率約32kW，測試最大功率為48.7kW。

圖3 MRI電流-時間關系圖1

圖4 MRI電流-時間關系圖2

5 結束語

目前行業內大型醫療設備配電主要有設置專用變壓器和共用變壓器這兩種方式。專用變壓器的常規做法是設置一臺專用變壓器，僅為大型醫療設備供電，大型醫療設備的備用電源由本區域內其他變壓器提供。僅JGJ/T 16-92《民用建筑電氣設計規范》版第10.10.5條中規定了“宜設置專用變壓器”的條件，08版已取消此項要求。

醫療設備的安裝容量雖然都很大，但工作電流很小，相對于變壓器額定電流可忽略不計。放電時基本上都是短時脈沖電流，時間很短，電流值也不大，不會對變壓器產生沖擊，因此，筆者建議宜采用與醫院其他負荷共用變壓器的供電方式，既能滿足供電要求，又符合經濟、節能的設計理念。