如何設計眼科醫(yī)院配電系統(tǒng)

1 　引言　

隨著醫(yī)院建筑在我國的蓬勃發(fā)展, 營造良好的設施、幽雅的就醫(yī)環(huán)境、提供優(yōu)質(zhì)的醫(yī)療服務已成為醫(yī)院運營所必不可少的手段。現(xiàn)在的醫(yī)院建設將目前國內(nèi)外先進的供配電技術、照明技術、電氣安全技術等運用于其中, 在提供溫馨、舒適的就醫(yī)和工作環(huán)境的前提下, 降低能量消耗, 實現(xiàn)安全可靠的運行, 使建成后的醫(yī)院高效、穩(wěn)定的運營。

根據(jù)目前調(diào)研的醫(yī)院負荷情況, 醫(yī)院的負荷比例仍然以空調(diào)照明為主體, 醫(yī)療設備用電所占的比例很小, 中醫(yī)眼科醫(yī)院不例外, 空調(diào)(電制冷的) 43 %, 照明35 %, 動力(包括醫(yī)療用電)22 %。醫(yī)院變壓器安裝指標為76VA/m² 。

醫(yī)院供電系統(tǒng)應遵循國內(nèi)供電規(guī)范并參考國際IEC 相關標準進行設計, 將醫(yī)院的供電等級分為一級或二級負荷, 因此電源一般采用兩路10kV 供電。一級負荷采用雙路電源供電。

照度水平在我國執(zhí)行的標準的基礎上有所提高。每個病床有床頭燈, 病房及病房區(qū)設夜間照明燈。眼科醫(yī)院的眼科診室設有可調(diào)光的白熾燈。

中心層流手術室是一個醫(yī)院的核心, 是醫(yī)院最重要的醫(yī)療機構(gòu), 手術部的供電照明系統(tǒng)為最重要的供電系統(tǒng)。

數(shù)字檢影成像設備是醫(yī)院的重要醫(yī)療設備。它的配電設計引出了電源內(nèi)阻來校核設備的配電線路截面。

醫(yī)院電氣安全是醫(yī)院電氣設計的一個重要環(huán)節(jié)。低壓系統(tǒng)采用TN —S 系統(tǒng)。醫(yī)院的接地也涉及到病人的安全、設備正常的運行等, 因此中醫(yī)眼科醫(yī)院設計采用防雷接地、電力系統(tǒng)接地、設備保護接地共用接地系統(tǒng)。以下對中醫(yī)眼科醫(yī)院的電氣設計做一系統(tǒng)的介紹。

2 　工程概況

某眼科醫(yī)院位于北京市石景山區(qū)魯谷路。醫(yī)療綜合樓建筑面積為21000m²,是一座擁有病床位170 床的以中醫(yī)眼科為重點的專科醫(yī)院。某眼科醫(yī)院的醫(yī)療綜合樓由地下一層、三層A 、B 區(qū)裙房、一層設備層和B 區(qū)四層病房組成。裙房高13.2m , 病房高30.1m 。結(jié)構(gòu)型式A 區(qū)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu), B 區(qū)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu), A 段為獨立基礎, B 段為筏基基礎及獨立基礎。

3 　強電電氣設計

3.1 　電氣負荷及供電

某眼科醫(yī)院的醫(yī)療綜合樓屬一類高層建筑。

主要用電設備有:冷水機組2 臺;水泵16 臺(其中冷凍、冷卻泵6 臺, 生活泵4 臺、消防泵4臺, 熱交換站2 臺);風機47 臺(其中排煙、加壓風機11 臺, 新風及空調(diào)機組36 臺);電梯8 部及醫(yī)院動力, 照明等設備用電。

以上用電負荷性質(zhì)可分為:一級負荷、二級負荷和三級負荷。該醫(yī)療綜合樓的手術室、ICU 、急診室、配變電所的照明、應急照明、計算中心、消防用電設備以及故障時必須持續(xù)供電的醫(yī)療設備均為一級用電負荷;生活泵、電梯、排水泵等為二級負荷;其余為三級負荷。

電氣負荷計算采用了需要系數(shù)法并考慮其最大負荷的同期系數(shù)。本工程采用低壓電容器作為無功功率補償, 以提高功率因數(shù)。工程負荷計算如下:

用電設備安裝容量Pe =2164.5kW

計算有功負荷P j =1190.6kW

計算無功負荷Qj =388.4kvar

補償后全院平均功率因數(shù):0.92

全院總的需要系數(shù):0.55

其中一類負荷計算結(jié)果如下:

全院一類用電設備安裝容量P e =390.1kW

一類負荷計算有功負荷Pj =210.8kW

一類負荷計算無功負荷Qj =121.6kvar

3.2 　配變電所設計

本建筑為一類建筑, 供電電源采用兩路10kV 專用線路, 電纜埋地敷設進入本樓地下一

層電纜分界室, 作為配變電所高壓柜進線。配變電所高壓柜采用KYN —10 型金屬鎧裝移開式手車柜, 兩路出線供本樓兩臺變壓器兩路出線備用。本樓變壓器為兩臺800kVA 環(huán)氧樹脂絕緣干式變壓器。20 臺低壓配電屏采用GCL1 型抽出式配電屏。

10kV 高壓系統(tǒng)采用單母線分段接線, 正常情況下兩路電源同時供電, 分列運行, 互為備用。10kV 母聯(lián)手動切換, 兩路電源均能承擔100 %用電負荷。配變電所內(nèi)兩臺變壓器, 一臺變壓器給一段220/ 380V 低壓母線供電, 兩段母線間設聯(lián)絡斷路器, 其中一段母線失電后, 母聯(lián)自動投入。中醫(yī)眼科醫(yī)院的高低壓系統(tǒng)圖見圖1 。

在設計變壓器低壓側(cè)出線系統(tǒng)時, 設計采用了能夠快速開斷短路電流并有限流作用的塑殼斷路器。在短路電流上升未達到峰值之前(10ms之內(nèi), 短路電流從零迅速上升到峰值的時間是在短路發(fā)生后的半周波10ms 的時刻), 塑殼斷路器快速開斷。由于采用了具有限流作用的塑殼斷路器, 通過查驗曲線和核實導線, 在選擇設計變壓器低壓側(cè)出線電纜時, 可大大減小電纜截面, 即較小電纜截面的電纜即可通過電纜的短路穩(wěn)定校驗。

電氣系統(tǒng)的無功功率補償我們采用了低壓側(cè)集中無功功率補償, 通過諧波校核, 在電容器回路串接6 %Xc 的電抗器, 以抑制5 次、7 次諧波電流。由于系統(tǒng)采用D , Yn11 接線的變壓器,就限制了3 次諧波注入電源系統(tǒng)。

3.3 　配電設計

醫(yī)院用電負荷分成一般照明系統(tǒng)、醫(yī)療動力(插座) 系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)(新風機、空調(diào)機等)、應急照明系統(tǒng)等。

本樓用電設備的電源電壓均為220/ 380V 。其中大型、重要性設備由配變電所放射式供電,

一類負荷均為雙路供電末端自投。冷水機組、真空吸引、X 光機、CT 機等設備主機、中心手術

部的電力及照明、電梯及屋頂排風機、冷卻塔風機、屋頂照明、中心供應的動力、值班室路燈照明均分別由配變電所低壓配電屏放射式供電;地上部分風機、空調(diào)機、電梯等設備由低壓配電屏采用放射式與樹干式相結(jié)合的方式配電。

本樓A 、B 區(qū)各設有1 個電氣豎井, 其中B區(qū)的電氣豎井由地下1 層至地上7 層均設置, A區(qū)的電氣豎井僅裙房3 層設置。豎井兼作配電間。豎井內(nèi)設有一般照明總箱、應急照明箱、空調(diào)配電箱。其中照明及配電、應急照明及空調(diào)采用樹干式配電方式。低壓電氣豎向系統(tǒng)見圖3 。

大型水泵和風機采用了軟起動器, 通過相位控制降低電動機電壓, 并能在起動時間內(nèi)將電動機電壓提升到電網(wǎng)電壓。軟起動器可以限制起動電流和起動轉(zhuǎn)矩, 從而有效防止機械沖擊以及電網(wǎng)電壓壓降, 使機械設備能夠平穩(wěn)加速, 延長了機器的使用壽命。

在檢驗科、中心實驗室等用房設置了沿墻敷設的電氣組合線槽, 并將電源斷路器設置其上,

以適應實驗室用電設備多、用電變化多的要求。

一般配電及照明線路采用隔氧層阻燃交聯(lián)聚乙烯電力電纜(GZR —YJV —0.6/1kV -), 導線采用BV 型銅芯導線;一級用電負荷的配電干線采用隔氧層耐火交聯(lián)聚乙烯電力電纜(GNH —YJV —0.6/1kV -), 導線采用ZR —BV 型銅芯阻燃導線。從配變電所引出照明、應急照明和動力干線電纜, 走地下夾層, 沿封閉電纜橋架引至電氣豎井、空調(diào)機房或用電設備;一般用電設備的電纜和一級用電設備的電纜分開, 分別用電纜橋架敷設, 一級用電設備的電纜橋架金屬構(gòu)件的外表面應加符合國家有關規(guī)范的耐火涂層。中間豎井內(nèi)的照明、應急照明和設備層以上病房樓空調(diào)采用密集型插接式保護母線, 通過插接箱向各層配電箱供電。從電氣豎井內(nèi)一般總配電箱引至各層分配電箱的線路沿金屬線槽在吊頂內(nèi)暗敷;從電氣豎井內(nèi)應急照明總配電箱引至各層分配電箱的線路穿鋼管在墻及結(jié)構(gòu)內(nèi)暗敷;中心手術部及設備層內(nèi)一級用電負荷的配電干線沿金屬線槽在吊頂內(nèi)暗敷, 或沿電纜橋架在設備層明敷, 此類電纜橋架, 金屬線槽等金屬構(gòu)件的外表面應施加符合國家有關規(guī)范的耐火涂層。從各分照明配電箱和各分動力配電箱引出的分支線路應穿鋼管在吊頂內(nèi)或結(jié)構(gòu)內(nèi)暗敷。插座及危險場所配電回路應安裝漏電保護器。

3.4 　照明設計

3.4.1 　照度標準

由于經(jīng)濟發(fā)展水平的差異, 我國與國外發(fā)達國家的醫(yī)院的照度標準相差甚遠, 發(fā)達國家的照度標準約是我國現(xiàn)行標準的5 ～ 10 倍。為了體現(xiàn)現(xiàn)代化醫(yī)院的良好形象, 結(jié)合本工程的具體情況, 照度水平在我國執(zhí)行的標準的基礎上有所提高。

(1) 手術室                           500lx

(2) 診斷治療室、護士站、藥房         300lx

(3) 醫(yī)生辦公室、CT 室、中心供應      200lx

(4) 病房                             100lx

(5) 夜間守護                         5 ～ 10lx

(6) 大廳                             300lx

(7) 候診室                           150lx

3.4.2 　設計中注意醫(yī)療功能性用房照明的特殊要求

診室、病房、急診觀察室、治療室等處采用高顯色熒光燈, 以便于觀察病人的情況。色溫在3500K 左右。病房、急診觀察室、手術室、治療室等處的頂燈采用漫反射式燈具, 以減少眩光。手術室、中心手術部清潔走廊、污物、洗消等處設置電子滅菌燈。測聽室的照明采用白熾燈。眼科暗室采用可調(diào)光的白熾燈。每個病床有床頭燈, 病房及病房區(qū)設夜間照明燈。

3.4.3 　其他燈具選型及安裝

配變電所、強弱電豎井、病房值班及電梯機房等無吊頂?shù)姆块g采用控照式熒光燈鏈吊安裝;夾層和設備層采用控照式熒光燈吸頂安裝, 地下一層水泵房、冷凍機房及熱交換間采用壁裝投光燈。空調(diào)機房采用控照熒光燈壁裝;樓梯間和雨棚等處采用1 ×60W 斜扁圓吸頂燈;淋浴、開水間采用吊裝防水防塵燈管。首層急診、兒科及大堂雨棚采用節(jié)能筒燈吸頂安裝。手術室、口腔診室及修復診室等采用棱晶面罩熒光燈嵌頂安裝;病房采用棱晶面罩熒光燈吸頂安裝。熒光燈管采用高顯色熒光燈管。辦公室、診室、化驗、掛號、收費、藥房及病歷等房間采用2 ×36W 格柵熒光燈嵌頂安裝。洗消、備餐及消毒等潮濕環(huán)境場所采用密閉式熒光燈吸頂安裝。走道采用2 ×18W 格柵熒光燈嵌頂安裝, 候診、大堂及衛(wèi)生間等處采用3 ×18W 格柵熒光燈嵌頂安裝。病房設置地腳燈。

各強電豎井內(nèi)均設有應急照明配電箱, 其電源由配變電室提供兩路電源末端切換, 為疏散通道及人員密集的門診樓內(nèi)的應急照明提供可靠電源。為便于疏散, 在疏散走廊和樓梯間設有明顯的疏散指示燈和安全出口燈。

3.5 　手術部的配電系統(tǒng)

本工程中心手術室集中在地上3 層, 共有手術室4 間, 四間均為千級。

中心手術室是一個醫(yī)院的核心, 是醫(yī)院最重要的醫(yī)療機構(gòu), 手術部的供電照明系統(tǒng)為最重要的供電系統(tǒng)。手術部配電設計以滿足手術部用電需要,安全供電為目的。

(1)系統(tǒng)

根據(jù)規(guī)范規(guī)定, 手術室配電、照明均按照一級負荷配電, 應采用雙路供電電源, 并且兩路電源有自動切換功能。中心手術部設有專用雙路電源自動切換配電柜, 從專用配電柜向各個手術室配電箱放射式配電。雙路電源從配變電所低壓配電屏直接引入。

手術部潔凈空調(diào)集中在設備層, 設有專用配電柜, 雙路電源從配變電所低壓配電屏直接引入并能自動切換。從專用配電柜向各潔凈空調(diào)配電箱放射式配電。

每間潔凈手術室均配置獨立的配電箱, 為減少外來塵、菌的侵入從而帶來交叉感染的因素, 配電箱放在污染走廊一側(cè)。配電箱分別給無影燈、一般燈帶照明、觀片燈、電子滅菌燈、插座組、綜合醫(yī)療柱等供電。每間手術室設置220V 插座組3 組, 每組設置單相三線插座3 個, 三相插座1 個, 接地端子2 個。

電氣所有進出手術室的管線均需要進行密閉封堵, 以保證手術室內(nèi)部的潔凈度。

(2) 照明、燈具選型及安裝

手術室、潔凈走廊等采用漫反射罩熒光燈嵌頂安裝, 采用高顯色熒光燈管及無噪音的電子鎮(zhèn)流器;手術室光帶一般照明采用光源色溫為4500K左右的冷白色熒光燈;污染走廊等非潔凈區(qū)采用格柵熒光燈嵌頂安裝。

手術室潔凈走廊和清潔走廊均設100 %應急照明, 平時作為一般用, 發(fā)生火災時, 不論當時情況如何, 均能強制點亮所有照明燈具。

(3)電氣接地

配電箱旁設置等電位接地中心。接地中心與各插座接地端子及手術室內(nèi)的金屬體(如器械柜、手術床等)采用6mm2 銅導線, 穿PVC 管連接。手術室照明平面見圖4 , 手術室配電平面圖見圖5 。手術室配電箱系統(tǒng)接線圖見圖6 。

　3.6 　數(shù)字檢影成像設備的配電要求及內(nèi)阻計算

3.6.1 　數(shù)字檢影成像設備供配電系統(tǒng)

本工程大型影像設備有CT 機、X 光機等設備。它們的主機電源采用雙路電源供電。由配變電所低壓配電屏放射式配電。

設備廠家對于CT 機、X 光機電源的要求引出了電源內(nèi)阻這一技術指標。設備對電源電壓的要求越高, 電源內(nèi)阻越小。

3.6.2 　負荷計算

大多數(shù)數(shù)字檢影設備是短時反復工作制, 因此計算負荷時可以打較小的需要系數(shù), 根據(jù)目前一些醫(yī)院的實際運行結(jié)果表明, 四臺設備同時曝光的可能性很低。如此計算出的總計算容量小于400kVA時, 可以不采用專用放射科變壓器供電。

3.6.3 　配電線路導線截面的確定

數(shù)字檢影設備的配電線路導線截面要滿足設備的內(nèi)阻及電壓降的要求。

電源變壓器的內(nèi)部電阻:R t (Ψ)

電源變壓器額定容量:P t (kVA)

電源變壓器相數(shù):三相

電源變壓器電壓變動率:ε(%)

額定二次電壓:Ut (V)

(1) 計算變壓器內(nèi)部電阻Rt

R_t =2 ×ε×0.01 ×U_t²/ (P_t ×10³)(Ω)

(2) 計算干線電阻R l (Ω)

考慮到低壓開關的電阻及其它接觸電阻, 電源變壓器和電源變壓器二次側(cè)的干線電阻為總電源電阻的80 %。

R_l=80%R_g -R_t(Ω)

(3) 最大允許內(nèi)阻:R_g (Ω)

(4) 計算干線截面A (mm):

單相設備A =2 ×ρ×L/ R_l (mm)

三相設備A =ρ×L/ R_l (mm)

由上可見滿足設備內(nèi)阻要求, 實際就是要滿足設備的電源電壓。它受三個方面因素的影響:變壓器阻抗、變壓器至設備的配線長度、配線截面。在系統(tǒng)設置時, 盡量減小變壓器阻抗、減小變壓器至設備的距離。在滿足電源內(nèi)阻的條件下, 減少配線電纜截面, 節(jié)約投資。

以下是本院設備在電源變壓器為1250kVA 時,不同內(nèi)阻要求下的配電導線截面。如表1 所示。

3.6.3 　接地

醫(yī)用數(shù)字檢影設備一般商家對接地均提出較高要求:接地電阻要求小于1Ψ, 且單獨設置接地極。但目前醫(yī)院中的大型設備很多, 且設備較為集中,設備單獨設置接地極往往較為困難。我國現(xiàn)有規(guī)范對此沒有明確規(guī)定。

目前的醫(yī)療設備的接地極主要是以下兩種:(1)設備的保護接地;(2)設備的工作接地。要求

單獨接地的主要是計算機的工作接地。我國的《電子計算機機房設計規(guī)范》及美國IEEE 的推薦標準都建議電子信號的工作地接到共用接地極上。美國IEEE 的推薦標準中還指出分別接地間距得不到保證, 其結(jié)果各接地極之間反而會受到影響。

因此宜將醫(yī)院此部分設備的接地系統(tǒng)利用建筑物的基礎作為共用的接地極。同時, 由于建筑物采用共用接地極, 為防止雷電過電壓損壞計算機等電子設備, 應將有計算機等電子設備的機房、控制室等房間的建筑物內(nèi)金屬體(包括柱內(nèi)、墻內(nèi)、板內(nèi)鋼筋)作等電位連接。

3.7 　醫(yī)院電氣安全

本工程防止電擊的措施如下:

基礎絕緣(醫(yī)療設備自身構(gòu)造)。

保護接地:醫(yī)院各醫(yī)療場所均采用接地保護。

漏電斷路器:一般場所的移動式設備均采用漏電斷路器保護。

建筑物進行總等電位連接, 浴室、手術室、治療室等設置局部等電位連接。

采用共用接地系統(tǒng):醫(yī)院接地問題涉及到病人的安全、醫(yī)療儀器設備的正常運行等。本設計采用的是防雷接地、電力系統(tǒng)接地、設備保護接地及設備工作接地共用接地系統(tǒng)。

為減少電磁干擾的感應效應, 采取了建筑物及房間外部設置屏蔽, 如:含金屬的墻、柱均可以作為格柵屏蔽分流。將建筑物金屬等電位連接;電子儀器的接地采用共用一點接地;電氣線路采用穿金屬管, 目的是為了減少干擾。

3.8 　防雷接地

接地系統(tǒng)采用TN —S 系統(tǒng), PE 線和N 線絕緣分開。凡是在正常情況下不帶電的電氣設備的金屬外殼、金屬線槽、電纜鎧裝、配線鋼管等均應可靠接地, 接地可利用100mm ×100mm ×5mm 接地鋼板, 請結(jié)構(gòu)專業(yè)預埋。手術室配電箱旁設置等電位接地端子, 綜合布線設備間設置等電位接地干線采用25mm ×4mm 鍍鋅扁鋼作為計算機的接地干線。病房衛(wèi)生間設置等電位接地干線采用25mm ×4mm 鍍鋅扁鋼。室內(nèi)的水盆, 各種金屬管道等均采用25mm ×4mm 鍍鋅扁鋼與接地干線可靠連接。防雷與電氣接地采用共用接地體, 接地電阻小于等于1Ω。等電位聯(lián)結(jié)參見《等電位聯(lián)結(jié)安裝》圖集02D501-2 。

防雷設計直接利用底板及柱基內(nèi)的主鋼筋做接地極, 利用柱內(nèi)主筋作防雷引下線;屋頂設明敷避雷帶, 外墻金屬門窗接地;在相關部位預埋接地連接板, 供電氣接地及等電位接地使用。防雷接地參見《利用建筑物金屬體做防雷及接地裝置安裝》圖集02D501-2 。

配變電所高、低壓配電裝置均應安裝過電壓保護器。

4 　結(jié)束語

隨著我國國力的增強, 醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)將在一定時間得到長足發(fā)展, 作為我們醫(yī)療工程的設計人員, 要不斷了解學習最新的醫(yī)療設備;學習了解國內(nèi)外的新規(guī)范;結(jié)合醫(yī)療設備的配電要求和設備的具體情況, 確定配電系統(tǒng);進一步重視醫(yī)院的電氣安全, 大力推廣安全可靠的配電及接地系統(tǒng)。

參考文獻

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