医疗建筑电气设计重点要点探讨

李明雨

（中国电建城市规划设计研究院有限公司，广东 广州 510000）

1 负荷等级

医疗建筑同其他公共建筑一样，用电负荷等级分为一级负荷中特别重要负荷、一级负荷、二级负荷、三级负荷四个类别，涉及人身安全、断电可能造成重大医疗事故以及对供电可靠性要求高的重要设备，均为一级负荷或一级负荷中特别重要负荷，设计时应严格按照《医疗建筑电气设计规范》（JGJ 312—2013）中的相关规定执行。

2 电源

当医疗建筑中有一级负荷中特别重要负荷时，应选择“双重电源+应急电源”的供电方式，应急电源通常选用自启动柴油发电机组，用以保障重要负荷在双重市政电源停电时的用电。柴油发电机的容量应以设备最长持续运行时间的要求为依据进行计算。

当柴油发电机的自启动时间不满足设备允许中断供电时间的要求时，还应增设UPS不间断电源，保证设备电源切换时间满足要求，防止涉及生命安全、重要数据丢失等重大事故的发生。

另外，因医疗建筑的一般治疗过程及疏散所需时间通常为3～24h，在市政双重电源停电时，当发电机房内储油量不能满足柴油发电机组持续运行的要求时，需在室外设置储油罐并预留供油口。对于柴油发电机组的供油时间，在《医疗建筑电气设计规范》（JGJ 312—2013）中有明确要求：三级医院应大于24h，二级医院宜大于12h，二级以下医院宜大于3h。

3 变配电

医疗建筑，尤其是三甲综合医院，有大量的二级及以上负荷，在负荷计算及变压器选型时应特别注意，当成组的任一台变压器退出供电时，另一台变压器应能带起此两台变压器上全部二级及以上负荷的用电。如此，就需要在设计时任意一台变压器负荷率不可过高，建议按70%左右的负荷率设计较为合适。

需要重点注意的是，医疗建筑内的MRI机、CT机、CR机、X光机、DSA机、DR机、肠胃机等为断续反复工作制的较大功率设备，通常每台设备额定功率在100kW左右，负荷计算时需要系数不可过高，否则会造成变压器容量虚大，实际负荷率偏低，运行不经济的情况。其次，类似磁共振成像主机、高能射线发生器等设备运行时会产生高温，长时间会对设备造成损坏，故需要低温冷却保证，其配套的冷水机组为连续工作制设备，需由变电所引出专用的两回线路供电。

变配电系统的设计，除上述内容及《医疗建筑电气设计规范》（JGJ 312—2013）中特殊要求除外，其他与普通的民用公共建筑没有较多差异。

4 用电安全

除了与普通的民用公共建筑同样的电气防护措施之外，医疗建筑内还需采取特殊的电气防护手段。通常，医疗场所分为三类，其中的1类、2类场所医疗电气设备接触部件均需要与患者体表或体内接触，2类场所当电源中断或故障后更是将会危及患者生命，这类场所必须设置带绝缘检测功能的IT系统，同时辅以等电位联结措施。

众所周知，当用电设备对人体心脏直接漏电达到0.001mA时，会导致病人触电身亡，医学上称为“微电击”[4]。普通民用公共建筑中使用的漏电断路器通常设置的漏电动作电流值为30mA，而IT系统在1类、2类医疗场所就地设置了隔离变压器，如图1所示。

图1 IT系统接地故障[5]

隔离变压器的一次侧及二次侧不设置动作于切断电源的过负荷保护，同时其二次侧不接地，对地漏电流只能经过对地泄露电容与系统相线构成回路，而对地泄露电容容抗远大于在TN系统中的接地电阻，所以单相接地故障时的对地泄漏电流小。当首次发生单相接地故障时，不会造成电击或其他事故，且保护电器不会因故障电流而切断电源回路，系统通过绝缘检测装置会提示工作人员线路故障，及时排除，如此能最大限度确保电源的连续可靠性和人身安全。

5 电能质量

医疗建筑中，对电能质量造成较大威胁的主要是谐波，常见的谐波源有以下几类：

（1）大型医疗：大型医疗建筑中有各种大型医疗设备，其中含有大量的电力电子元件，在平时正常使用过程中会产生大量谐波，对电力系统造成污染，如MRI核磁共振机通过生成射频脉冲和交变磁场来产生核磁共振，射频脉冲和交变磁场都会带来谐波污染；X光机中高压整流器的整流桥工作时也会产生谐波等。

（2）变频器、LED灯：大型医疗建筑中使用的变频器、LED灯数量庞大，而变频器、LED灯内部均有整流逆变模块，工作时会产生大量3，5，7次谐波，变频器的总谐波电流畸变率甚至高达33%以上。

（3）UPS电源：因医疗建筑中需使用UPS电源来确保不间断供电的负荷较多，如计算机系统、安防系统、消防系统、手术室、急救室等，而UPS电源是以逆变器为主要组成部分的恒压恒频电源，其整流逆变的过程也会产生大量的3，5，7次谐波。

由此可见，大型医疗建筑中正常情况下会存在大量的3，5，7次谐波，不仅会对电力系统造成严重的污染，对末端的用电设备也会造成较大的损害，总结来说，谐波主要的危害有以下几点：

另外，昆明中支利用 “定向降准”政策加大支小力度。分别于2018年4月25日、7月5日，对云南省特定地方法人金融机构（8家）按时下调人民币存款准备金率1个、0．5个百分点。通过宏观审慎评估（MPA）考核等手段，引导相关金融机构将定向降准释放的资金主要用于小微企业贷款投放，适当降低小微企业融资成本，体现了定向调控和精准调控。经测算，年内3次定向降准（包括2018年1月25日对云南省达到普惠金融定向降准标准的5家地方法人金融机构下调人民币存款准备金率），云南省相关地方法人金融机构共释放资金约50亿元。

（1）谐波电压和电流会使变压器、电动机因集肤效应、磁滞及涡流引起的损耗增加，并会使变压器磁路饱和度增加，对电动机产生附加转矩而产生机械振动、发热和噪声，会缩短变压器、电动机的使用寿命。

（2）谐波电流频率是原周期电流频率的整数倍，而配电线路的感抗会随频率的升高而增加，谐波电流产生的附加损耗也就越大。

（3）大量的谐波会使医疗设备在诊断时出现数据偏差、数据丢失、成像模糊不清等问题，导致医生误诊，甚至会对医疗设备造成不可逆损坏。更为严重的是，若当手术治疗过程中，治疗护理仪器受谐波干扰严重，还可能会造成涉及患者生命安全的医疗事故。

因此，谐波治理在医疗建筑电气设计中也是极为重要的一环，通常从系统前端、设备末端两个方向同时采取措施来限制谐波。首先是系统前端，尽可能将大型谐波源集中变压器供电，并设置有源滤波装置APF（见图2）或静止无功发生器，通过输出与谐波及无功电流幅值相等、方向相反的补偿电流，来抵消系统中的谐波电流；其次，是设备末端，同样可在末端设备处就近加装滤波装置或高通滤波支路，吸收谐波电流，也可通过特殊措施提高设备抗谐波干扰能力，但需针对性地对设备进行一定改进，推广性受技术所限暂时不大。

图2 有源滤波装置APF系统结构

6 智能化

智能化系统是现代智能建筑不可缺少的机电系统之一。以三甲综合医院为例，通常需要配置的智能化系统主要有如下几大类：

（1）信息化应用系统：包括公共服务系统、智能卡应用系统、物业管理系统、信息设施运行管理系统、信息安全管理系统、基本业务办公系统。

（3）建筑设备管理系统：建筑设备监控系统、建筑能效监管系统。

（4）公共安全系统：包括入侵报警系统、视频安防监控系统、出入口控制系统、电子巡查系统、停车场管理及车位引导系统、安全防范综合管理系统、应急响应系统。

（5）机房工程。

（6）信息化集成系统。

（7）专业业务系统：包括医疗业务信息化系统、病房探视系统、手术视频示教系统、候诊呼叫系统、护理呼叫对讲系统、ICU病房探视对讲系统、婴儿防盗系统、电子病历系统、影像检查系统、手术室净化设备监控系统、远程医疗系统。

其中信息化应用系统、信息设施系统、建筑设备管理系统、公共安全系统、机房工程、智能化集成系统是普通大型民用公共建筑均需要配置的，比较特殊、重要的专业业务系统，主要应用于医疗信息管理、医患互动、重要诊疗工作等方面。