某医疗建筑的电气设计要点与难点

2021-10-25胡星兴

现代建筑电气 2021年7期

关键词：用电变压器补偿

胡星兴

(广州市设计院,广东广州 510620)

0 引言

随着人们生活水平的提高,以及人口老龄化的加快,对医疗资源的需求越来越大;各个城市都在加紧建设新型的综合性医院,新的医疗技术应用和医疗设备的使用,对电气设计提出了不同的要求。

1 项目概况

广州某三甲医院总用地面积103 216m2,总建筑面积(含不计容)37.84万m2,地上建筑面积25.56万m2;地下室2层,建筑面积12.28万m2;其中总计容面积为30.29万m2,机动车泊位数为2 950个。地上包含科研楼、教学宿舍楼、国际医疗楼、住院楼)、医技楼)。该建筑属于一类高层。

2 变、配、发电系统

2.1 负荷等级

一级负荷中特别重要的负荷:一级负荷中特别重要负荷包括急诊抢救室、血液病房净化室、产房、烧伤病房、重症监护室、早产儿室、血液透析室、手术室、术前准备室、术后恢复室、麻醉室、心血管造影检查室等场所中涉及患者生命安全的设备及其照明用电;大型生化仪器、重症呼吸道感染区的通风系统用电[1-2]。

一级负荷:急诊抢救室、血液病房净化室、产房、烧伤病房、重症监护室、早产儿室、血液透析室、手术室、术前准备室、术后恢复室、麻醉室、心血管造影检查室等场所中除一级负荷中特别重要负荷的其他用电设备。急诊诊室、急诊观察室及处置室、婴儿室、内镜检查室、影像科、放射治疗室、核医学室等诊疗设备及照明用电;大型医院检查设备、高压氧仓、血库、培养箱、恒温箱用电;医用气体供应系统的真空泵、压缩机、制氧机用电;检验科、病理科的取材室、制片室、镜检室的用电设备;门诊部、医技部、住院部走道照明;洁净手术室、ICU、层流病房等空调系统用电;变配电房、发电机房用电;消防水泵、防排烟风机、消防电梯、消防应急照明等消防用电;计算机网络系统、信息系统用电;安防系统用电;医疗电梯、客梯和消防电梯;污水处理站;排水泵、生活泵用电;气动物流系统;VGA小车等物流传输系统[3-4]。

二级负荷:电子显微镜;影像科诊断设备用电;高级病房、肢体伤残康复病房的照明用电;中心(消毒)供应室;空气净化机组;贵重药品冷库;太平柜;采暖锅炉(热泵)及换热站用电;污水处理站、扶梯等用电负荷。

除一、二级负荷以外的其他负荷为三级负荷。

2.2 变配电所及应急电源设置

10 kV系统对应的供电确保措施:整个项目引进5路10 kV进线,其中三路为两用一备,另外两路为同时供电互为备用。400 V系统对应的供电确保措施:

(1)一级负荷及一级负荷中特别重要的负荷:由两两联络的其中一台变压器低压母线的引出主用回路,由另外一台变压器(经过发电机切换专用母线段)的另外一路引来备用电源。

(2)一级负荷(消防)由两两联络的其中一台变压器低压母线的引出主用回路,由另外一台变压器(经过发电机切换)的另外一路引来备用电源。

(3)一级负荷(确保)二级负荷由两两联络的变压器中引出专用电回路。大型医疗设备根据2台变压器的负载率综合考虑,在一台变压器故障时另外一台变压器能承担全部一、二级负荷[5-7]。

电源设置如表1所示。

表1 电源设置

变配电所设置如表2所示。

表2 变配电所设置

备用电房设置柴油发电机组,-1F设置4个柴油发电机房,负责该项目范围的确保负荷和消防设备用电。在停电时保证一级负荷和业主要求确保的用电；在消防状态下,发电机保证全部的消防负荷、重要的计算机设备负荷、安保用电负荷和重要医疗区域设备(非火灾区域)等。火灾时切断火灾相关区域的非消防负荷,确保消防用电可靠性。当市电失电时起动发电机,发电机独立于电网,在负荷末端切换。

发电机组设置如表3所示。

表3 发电机组设置

该项目变压器及10 kV设备容量约为36 488 kVA,变压器配置指标为96 VA/m2(含充电桩用电)。

3 0.4/0.23 kV低压配电系统

(1)对于单台容量较大的负荷或重要负荷采用放射式配电;对一般设备采用放射式与树干式相结合的混合方式配电。

(2)对冷水机组、冷却水泵、冷冻水泵等设备采用电力电缆由配电房沿电缆桥架敷设至进设备控制室处,控制柜(箱)到泵之间的配电线路沿电缆桥架敷设。

(3)对消防用电设备、通信和保安监控系统、计算机系统等一级负荷采用专用两路电源供电,用矿物绝缘电缆由配电房沿电缆桥架敷设至配电点并在末端配电装置互投。主供、备供两路供电线路原则上敷设于不同的金属桥架内。当敷设于同一金属桥架内时,桥架中间应加设金属隔板隔离。

(4)消防电梯和辅助疏散电梯的供电与控制电线电缆应采用燃烧性能为A级,耐火时间不小于3.0 h的阻燃耐火电线电缆;高压供电线路及其他消防供配电线路应采用燃烧性能不低于B1级,耐火时间不小于3.0 h的阻燃耐火电线电缆。

4 照明系统

该项目绿色建筑标准按二星设计,照明设计根据BG 50034—2013《建筑照明设计标准》的照度和功率密度,及JGJ 312—2013《医疗建筑电气设计规范》第8.2条的照度及功率密度要求设置;X线诊断室、加速器治疗室、核医学扫描室、γ照相机室和手术室等用房,应设防止误入的红色信号灯,红色信号灯电源应与机组连通。

5 防雷及接地系统

本项目年预计雷击数为N为0.342,按第二类防雷建筑设计,电子信息系统雷电防护等级为B级。

医疗建筑的防雷接地是难点之一,不同医疗功能及设备的接地电阻要求不同,医疗建筑的保护性接地和功能性接地宜采用共用接地装置,建筑物内应作总等电位联结,并满足下列规定:

(1)医疗场所内由局部IT系统供电的设备金属外壳接地应与TNS系统共用接地装置。

(2)在1类及2类医疗场所的患者区域内,设置局部等电位联结,并应将下列设备及导体进行等电位联结:PE线;外露可导电部分;安装抗电磁干扰场的屏蔽物;防静电地板下的金属物;隔离变压器的金属屏蔽层;除设备要求与地绝缘外,固定安装的、可导电的非电气装置的患者支撑物。

(3)在2类医疗场所内,电源插座的保护导体端子、固定设备的保护导体端子或任何外界可导电部分与等电位联结母线之间的导体的电阻(包括接头的电阻在内)不应超过0.2 Ω。

(4)医疗场所内的医疗电子设备应根据设备易受干扰的频率,选择S型、M型或SM混合型等电位联结形式。

(5)1类和2类医疗场所应选择安装A型或B型剩余电流保护器。

特殊医疗设备的接地电阻要求不同:回旋加速器接地电阻要求不大于2 Ω;直线加速器接地电阻的要求不大于1 Ω;MRI、DSA、DR、CT接地电阻要求不大于1 Ω。

6 无功功率补偿及谐波治理

医院建筑中,各种大型医疗设备较多,如放射科设备,各种检测仪器及手术室设备大都需使用UPS,这些设备为非线性负载,会产生大量的谐波;医院人员密集,电梯设置较多,电梯设备的功率因数较低,产生大量的无功功率。所以在医院建筑中,无功功率的补偿和谐波的治理是难点,重点。

无功补偿分为集中补偿和就地补偿,集中补偿为在变压器低压出线侧统一补偿,一般补偿数值为变压器容量的25%～30%,补偿后的功率因数在0.92以上;就地补偿一般用于比较集中的用电负荷,如空调室外主机等,就地安装无功补偿器,补偿后的功率因数在0.9以上,就地补偿后计算电流可以减少10%,减小配电电缆截面,到达节约目的。

医院的谐波治理可采取安装有源滤波器的方式。有源滤波器可集中安装在变压器低压出线侧,也可安装在靠近骚扰源处。X光机、CT机、核磁共振机等设备是对人体进行检测诊断的仪器,对电网质量要求较高,对供电线路的电阻率有限制;手术室及重症监护室等功能区域不但对人体进行诊断治疗,其本身需设置的UPS又是谐波发生源,可在靠近干扰源处设置有源滤波装置,既能保证精密医疗设备的正常工作,减少外界电源干扰,也能减少其因自身产生的谐波对电网影响。

7 医疗设备的电气负荷计算

医院建筑用电负荷不仅具有一般民用建筑的用电负荷特点,还有医疗设备用电负荷的特点。民用建筑用电负荷大都是连续工作制,如照明、动力等医疗设备,尤其是大型医疗用电设备,根据其不同特点,用电负荷分为断续工作制、连续工作制两类。属于断续工作制的大型医疗设备有X射线诊断机、CT、CR、DSA、DR、数字胃肠机、钼靶等;属于连续工作制的设备有X射线深部治疗机、X射线浅部治疗机、X射线介入治疗机以及MRI、后装机、直线加速器等。

断续工作制的大型医疗设备进行变压器负荷计算时不选用医疗设备的最大功率作为设备功率。当采用需要系数法计算负荷时,应统一换算到负荷持续率ε为25%下的有功功率Pe,即Pe=Pr。Pr就是产品技术文件所说的连续功率、平均功率或持续功率;负载持续率也叫暂载率,是指此设备能够满载工作时间的比率。

连续工作制的医疗设备进行变压器负荷计算时选用最大负荷进行计算,但是与一般民用建筑稍有不同,每台或者每组医疗设备的需用系数可取小于1。