醫療建筑電氣設計重點要點探討

李明雨

（中國電建城市規劃設計研究院有限公司，廣東 廣州 510000）

1 負荷等級

醫療建筑同其他公共建筑一樣，用電負荷等級分為一級負荷中特別重要負荷、一級負荷、二級負荷、三級負荷四個類別，涉及人身安全、斷電可能造成重大醫療事故以及對供電可靠性要求高的重要設備，均為一級負荷或一級負荷中特別重要負荷，設計時應嚴格按照《醫療建筑電氣設計規范》（JGJ 312—2013）中的相關規定執行。

2 電源

當醫療建筑中有一級負荷中特別重要負荷時，應選擇“雙重電源+應急電源”的供電方式，應急電源通常選用自啟動柴油發電機組，用以保障重要負荷在雙重市政電源停電時的用電。柴油發電機的容量應以設備最長持續運行時間的要求為依據進行計算。

當柴油發電機的自啟動時間不滿足設備允許中斷供電時間的要求時，還應增設UPS不間斷電源，保證設備電源切換時間滿足要求，防止涉及生命安全、重要數據丟失等重大事故的發生。

另外，因醫療建筑的一般治療過程及疏散所需時間通常為3～24h，在市政雙重電源停電時，當發電機房內儲油量不能滿足柴油發電機組持續運行的要求時，需在室外設置儲油罐并預留供油口。對于柴油發電機組的供油時間，在《醫療建筑電氣設計規范》（JGJ 312—2013）中有明確要求：三級醫院應大于24h，二級醫院宜大于12h，二級以下醫院宜大于3h。

3 變配電

醫療建筑，尤其是三甲綜合醫院，有大量的二級及以上負荷，在負荷計算及變壓器選型時應特別注意，當成組的任一臺變壓器退出供電時，另一臺變壓器應能帶起此兩臺變壓器上全部二級及以上負荷的用電。如此，就需要在設計時任意一臺變壓器負荷率不可過高，建議按70%左右的負荷率設計較為合適。

需要重點注意的是，醫療建筑內的MRI機、CT機、CR機、X光機、DSA機、DR機、腸胃機等為斷續反復工作制的較大功率設備，通常每臺設備額定功率在100kW左右，負荷計算時需要系數不可過高，否則會造成變壓器容量虛大，實際負荷率偏低，運行不經濟的情況。其次，類似磁共振成像主機、高能射線發生器等設備運行時會產生高溫，長時間會對設備造成損壞，故需要低溫冷卻保證，其配套的冷水機組為連續工作制設備，需由變電所引出專用的兩回線路供電。

變配電系統的設計，除上述內容及《醫療建筑電氣設計規范》（JGJ 312—2013）中特殊要求除外，其他與普通的民用公共建筑沒有較多差異。

4 用電安全

除了與普通的民用公共建筑同樣的電氣防護措施之外，醫療建筑內還需采取特殊的電氣防護手段。通常，醫療場所分為三類，其中的1類、2類場所醫療電氣設備接觸部件均需要與患者體表或體內接觸，2類場所當電源中斷或故障后更是將會危及患者生命，這類場所必須設置帶絕緣檢測功能的IT系統，同時輔以等電位聯結措施。

眾所周知，當用電設備對人體心臟直接漏電達到0.001mA時，會導致病人觸電身亡，醫學上稱為“微電擊”[4]。普通民用公共建筑中使用的漏電斷路器通常設置的漏電動作電流值為30mA，而IT系統在1類、2類醫療場所就地設置了隔離變壓器，如圖1所示。

圖1 IT系統接地故障[5]

隔離變壓器的一次側及二次側不設置動作于切斷電源的過負荷保護，同時其二次側不接地，對地漏電流只能經過對地泄露電容與系統相線構成回路，而對地泄露電容容抗遠大于在TN系統中的接地電阻，所以單相接地故障時的對地泄漏電流小。當首次發生單相接地故障時，不會造成電擊或其他事故，且保護電器不會因故障電流而切斷電源回路，系統通過絕緣檢測裝置會提示工作人員線路故障，及時排除，如此能最大限度確保電源的連續可靠性和人身安全。

5 電能質量

醫療建筑中，對電能質量造成較大威脅的主要是諧波，常見的諧波源有以下幾類：

（1）大型醫療：大型醫療建筑中有各種大型醫療設備，其中含有大量的電力電子元件，在平時正常使用過程中會產生大量諧波，對電力系統造成污染，如MRI核磁共振機通過生成射頻脈沖和交變磁場來產生核磁共振，射頻脈沖和交變磁場都會帶來諧波污染；X光機中高壓整流器的整流橋工作時也會產生諧波等。

（2）變頻器、LED燈：大型醫療建筑中使用的變頻器、LED燈數量龐大，而變頻器、LED燈內部均有整流逆變模塊，工作時會產生大量3，5，7次諧波，變頻器的總諧波電流畸變率甚至高達33%以上。

（3）UPS電源：因醫療建筑中需使用UPS電源來確保不間斷供電的負荷較多，如計算機系統、安防系統、消防系統、手術室、急救室等，而UPS電源是以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻電源，其整流逆變的過程也會產生大量的3，5，7次諧波。

由此可見，大型醫療建筑中正常情況下會存在大量的3，5，7次諧波，不僅會對電力系統造成嚴重的污染，對末端的用電設備也會造成較大的損害，總結來說，諧波主要的危害有以下幾點：

另外，昆明中支利用 “定向降準”政策加大支小力度。分別于2018年4月25日、7月5日，對云南省特定地方法人金融機構（8家）按時下調人民幣存款準備金率1個、0．5個百分點。通過宏觀審慎評估（MPA）考核等手段，引導相關金融機構將定向降準釋放的資金主要用于小微企業貸款投放，適當降低小微企業融資成本，體現了定向調控和精準調控。經測算，年內3次定向降準（包括2018年1月25日對云南省達到普惠金融定向降準標準的5家地方法人金融機構下調人民幣存款準備金率），云南省相關地方法人金融機構共釋放資金約50億元。

（1）諧波電壓和電流會使變壓器、電動機因集膚效應、磁滯及渦流引起的損耗增加，并會使變壓器磁路飽和度增加，對電動機產生附加轉矩而產生機械振動、發熱和噪聲，會縮短變壓器、電動機的使用壽命。

（2）諧波電流頻率是原周期電流頻率的整數倍，而配電線路的感抗會隨頻率的升高而增加，諧波電流產生的附加損耗也就越大。

（3）大量的諧波會使醫療設備在診斷時出現數據偏差、數據丟失、成像模糊不清等問題，導致醫生誤診，甚至會對醫療設備造成不可逆損壞。更為嚴重的是，若當手術治療過程中，治療護理儀器受諧波干擾嚴重，還可能會造成涉及患者生命安全的醫療事故。

因此，諧波治理在醫療建筑電氣設計中也是極為重要的一環，通常從系統前端、設備末端兩個方向同時采取措施來限制諧波。首先是系統前端，盡可能將大型諧波源集中變壓器供電，并設置有源濾波裝置APF（見圖2）或靜止無功發生器，通過輸出與諧波及無功電流幅值相等、方向相反的補償電流，來抵消系統中的諧波電流；其次，是設備末端，同樣可在末端設備處就近加裝濾波裝置或高通濾波支路，吸收諧波電流，也可通過特殊措施提高設備抗諧波干擾能力，但需針對性地對設備進行一定改進，推廣性受技術所限暫時不大。

圖2 有源濾波裝置APF系統結構

6 智能化

智能化系統是現代智能建筑不可缺少的機電系統之一。以三甲綜合醫院為例，通常需要配置的智能化系統主要有如下幾大類：

（1）信息化應用系統：包括公共服務系統、智能卡應用系統、物業管理系統、信息設施運行管理系統、信息安全管理系統、基本業務辦公系統。

（3）建筑設備管理系統：建筑設備監控系統、建筑能效監管系統。

（4）公共安全系統：包括入侵報警系統、視頻安防監控系統、出入口控制系統、電子巡查系統、停車場管理及車位引導系統、安全防范綜合管理系統、應急響應系統。

（5）機房工程。

（6）信息化集成系統。

（7）專業業務系統：包括醫療業務信息化系統、病房探視系統、手術視頻示教系統、候診呼叫系統、護理呼叫對講系統、ICU病房探視對講系統、嬰兒防盜系統、電子病歷系統、影像檢查系統、手術室凈化設備監控系統、遠程醫療系統。

其中信息化應用系統、信息設施系統、建筑設備管理系統、公共安全系統、機房工程、智能化集成系統是普通大型民用公共建筑均需要配置的，比較特殊、重要的專業業務系統，主要應用于醫療信息管理、醫患互動、重要診療工作等方面。