综合性医院医疗设备电气设计浅谈

摘要 随着医疗科技的发展，各类大型医疗设备广泛应用在现代综合医院的诊断和治疗中，本文结合工程实践，介绍了综合性医院常用大型医疗设备（MRI和X射线）的主要电气参数，并对相应的配电系统和接地系统设计要点加以说明。

关键词 医疗设备；磁共振成像设备（MRI）；医用X射线设备；接地系统设计

中图分类号： R197.39文献标识码：A

前言

医院电气设计是医院建筑设计中的一个重要组成部分，其供电质量和可靠性直接关系到医务工作是否能顺利有效开展。医院建筑由于其医疗科目繁多，功能复杂，医疗流程及使用对象特殊、设备多而分散、工艺及安全防护要求高、电气系统种类多，对供电可靠性要求高，其作为民用建筑中的一个重要分支，已经受到越来越多建筑设计人员的重视。

随着医疗科技的发展，各类大型医疗设备广泛应用在现代综合医院的诊断和治疗中，而这些设备大多是源于国外且在医疗以外的领域是很少使用的，导致许多电气设计师对其工作方式和负荷特性不够了解。而目前医院电气设计主要遵循的规范仅有：《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008（以下简称民规），《综合医院建筑设计规范》（JGJ49-88），《医院洁净手术部建筑技术规范》（GB50333-2002），而这些规范里对大型医疗设备的设计指导并不完整。此外，在很多情况下，院方在医院建筑的设计阶段往往不能确定将要使用的医疗设备型号和参数，使得电气设计师无法针对特定设备进行设计，也成为施工图设计阶段面临最大的问题。

本文主要以以往设计的一大型综合性医院为例，结合其他医疗工程实例，对综合性医院较为常见的大型医疗设备：磁共振成像设备（MRI）和医用X射线设备的供电方案、配电系统及接地系统设计进行探讨。

工程概况

广州某大型综合性医院，病床规模1000床，是一栋地上25层、地下4层的三甲现代化综合医疗大楼，总建筑面积约9.5万m2，地上功能由急诊、门诊、医技大楼、中心供应、手术、病房等组成。地下功能包括负氧压缩机房，放射科用房（内含MRI一台，CT两台，X射线诊断机五台），机动车停车库，设备用房等。高压10KV侧采用三回路（2用1备）供电的接线方式。

磁共振成像设备（MRI）

该医院采用的磁共振设备为超导型，因此一旦建立了磁场，超导磁体就不需再消耗能量，而磁共振设备主要在检测采样和记录过程中消耗电能，根据检查部位的不同，磁共振检查过程所需的时间一般在几分钟到几十分钟不等，因此磁共振设备属于持续工作制设备。磁共振设备机房内除MRI本体外，还设有氦冷却系统和空调系统来保证其正常工作。以该医院设备为例，型号为1.5T（磁场强度特斯拉），其最大瞬时功率为74KVA，持续时间为40ms；连续功率为57KVA，功率因数为0.9。机房空调为50KVA，水冷机组为20KVA。《民规》附录A主要用电负荷分级中对磁共振设备定为一级负荷。从笔者了解的情况分析，主要是基于MRI因断电停止运行而导致医院经济损失的角度考虑。因为根据设备供应商提供的资料，磁共振设备在瞬时停电时并不会受到损坏，用于进行医疗检查的磁共振设备因断电中止工作，也不会对正在检查的病人有任何身体上的伤害。而瞬时停电会导致液氦冷却系统不工作，若时间较长会使得磁场线圈因过热而失效或损坏，因此，真正需要关注的是液氦冷却系统电源的可靠性。以下是MRI设备工作原理简图：

笔者结合设备的负荷特性，配电系统设计建议为：由变电所引出单独回路至磁共振设备的主配电柜（分两路），分别为磁共振本体和液氦压缩机提供电源；其他辅助设备，包括空调，水冷机组和控制设备应由另一单独供电回路配电，若发电机容量尚有余量，可考虑为整个磁共振设备机房供电，保证市政电源故障后，检查工作可以继续进行。值得思考的是：许多设计师增大供电可靠性，采取双回路末端切换的方式为主配电柜配电，这种方式固然锦上添花，但也高于规范的要求。同时会带来增加工程造价，增大施工难度等不良因数。

医用X射线设备

医用X射线设备主要分为X射线治疗设备、X射线诊断设备及X射线计算机断层扫描设备（CT）。其中X射线治疗设备包括：深部、浅部、接触、接入四大类；X射线诊断设备包括普通X射线诊断设备和数字X线摄影设备（CR、DR、DSA等）。

按其工作制主要分为断续反复工作制及连续工作制两类。随着计算机的不断发展和高频高压X线管的出线，X射线诊断设备透视时间越来越短，患者所受的放射线能量越来越少。一般的X射线诊断设备工作时间都在毫秒级，属于典型的断续反复工作负荷，相比之下，CT设备的工作时间相对较长，可达到秒级。以该医院设备为例，在甲酸变配电室低压母线端计算负荷时，需考虑适当的同时使用系数，从笔者了解的情况分析，5~10台X射线设备的同期系统可以取0.3~0.2。但对于X射线治疗设备，属于连续工作负荷，故同期系数要适当提高。

由于X射线设备对电源电压比较敏感，当设备工作时，由于线路内阻和设备内阻导致的电压降会影响设备的正常运行。因此，设备供电电缆截面和距离都有一定要求。设备供应商一般要求变压器输出端至设备配电柜的压降小于2%，以该医院设备为例，型号为800mA（工作电流）CT，其最大功率为150KVA，连续功率为25KVA，系统功率因数为0.85，选择铜芯电缆截面与供电距离可参考下表：

变压器与配电柜距离（m）

电缆截面（mm2） 50 70 95 120

X射线设备供电系统相对简单，只要提供设备主电源并预留设备配套的复位按钮、急停按钮、工作警示灯等的管线即可。配电系统设计建议为：X射线管的工作电流大于或等于400mA时，采用专用单回回路供电；CT机采用双回路末端切换到配电柜。需要注意的是，X射线设备不应与其他电力负荷共用同一回路供电，以保证其供电的专用可靠性。

设备接地系统

医疗建筑一般均采用共用接地系统，即设备接地，建筑防雷接地，保护接地等共同接到一个总接地装置上。敏感电子设备的布置一般应避免在建筑物迎雷面的外侧。各医疗设备机房设专用接地端子箱，并通过接地干线引至基础接地体。医疗电气设备工作接地电阻值应按设备技术要求决定。但在一般情况下，各设备厂家均要求接地电阻小于1Ω，这个电阻值其实我们建筑物内所采用的共用接地系统中是很容易达到的，《民规》和《火灾自动报警系统设计规范》也有相关的条文要求。但在设计前期，设备厂家一般要求单独接地，这时设计师很容易误以为是采用我们建筑物防雷系统中的TT系统，笔者经与多家国外医疗设备厂家专业工程师沟通交流后，得出我们应该理解为该设备必须采用单独的接地干线引至基础接地体，且在这个接地干线上不应该接其他设备。目前工程实例中，多数的处理方法是从层配电间接地干线引专用接地线至机房接地箱，并设置M型（适用于工作频率较高的医疗设备）接地网络。当然，笔者在有些项目上，也遇到设备厂家固执的要求单独打接地极（即采用TT系统），当遇到这种情况时，设计师可以考虑从以下几个方面跟他们进行分析与解释：

国际标准IEC61312-1，美国电气法规（NEC），建筑物防雷设计规范（GB 50057-2010）第6.3.3条与6.3.4条均规定采用共用接地系统和等电位连接。

在采用共用接地系统的建筑物内；电子设备要单独接地是困难的。原因有以下两点：第一，设备外壳，整个建筑物的金属构件，钢筋，电气保护接地系统都接入共用接地系统，要想从电子设备单独引出（功能）接地线到室外单独接地极，且要与上述共用接地系统完全接地绝缘隔离，以避免反击过电压。第二，民用建筑电气设计规范（JGJ16-2008）第12.7.1.3条规定，当电子设备接地与防雷接地系统分开时，两地网的距离应大于10m，结合以上两点，在实际工程中是非常困难实现的。

单独的专用接地线在高频（电子设备的工作频率）情况下，阻抗很大，故又要求电阻小是无意义的。因为在自谐振条件下，专用接地线阻抗无穷大，相当于断开，成为一根天线，反使设备接受干扰信号。

六、结束语

随着我国人民生活水平的日益改善和医疗水平的不断提高，新的医院建筑不断涌现，政府对医院的重视程度及资金投放增加，人们对医院建筑设备的现代化要求也与日俱增。医院电气设计一直是国内电气设计行业相对薄弱的一个领域，同时，医疗建筑的电气设计师一个大有可为的领域。与办公楼、商业综合体、住宅小区等建筑电气设计不同，医院是针对病人这样一个特殊对象，电气设计中各个分项显得尤为重要。必须按照医疗建筑的特点和特殊性来进行科学、先进、完整的设计，体现“以病人为本”的医疗服务宗旨。

参考文献

[1] 金征宇.医学影像学（第2版）.人民卫生出版社.2010

[2] 欧阳东.医院建筑电气设计.中国建筑工业出版社.2011

[3] 陈惠华.医院建筑与设备设计. 中国建筑工业出版社.2004