1、1大型综合医院配电设计甘肃省建筑设计研究院 王治义 730030摘要：结合大型综合医院工程配电设计实例，阐述相关规范在设计实践中的应用关键词：综合医院 负荷等级 配电系统1 工程概况按照功能、任务不同，我国医院分为一级、二级、三级。一级医院：是直接向一定人口的社区提供预防、医疗、保健、康复服务的基层医院、卫生院；二级医院：是向多个社区提供综合医疗卫生服务和承担一定教学、科研任务的地区性医院；三级医院：是向几个地区提供高水平专科性医疗卫生服务和执行高等教学、科研任务的区域性以上医院。各级医院又分为甲、乙、丙三等，三级医院增设特等。一般综合性医院均设有急诊、门诊、手术、医技、康复、体检、行政办公及
2、服务性用房。现结合大型综合医院工程的配电设计实例，对相应规范在设计过程中可操作性及应用，进行讲解。兰州大学附属第二医院属三级甲等医院，该院医疗综合楼建筑面积109505 平方米，建筑高度 68.55 米。地下三层，地上十六层。地下三层及地下二层部分平时为汽车停车场，战时为人防。变配电所、水泵房、楼宇自动化管理控制室、信息中心等设备用房均设在地下二层。地下一层为柴油发电机房、消控室、 放疗科、中心供应、洗衣房等。一至三层为门诊医技，四层为手术室及 ICU，五层为行政办公及设备层，六层为产科及产房，七至十六层为标准护理单元。设置病房 420 间，共 1163 床。诊室 52 间，手术室 232间，
3、其中四层设洁净手术室 21 间，I 级（百级手术室）4 间，II 级（千级手术室）8 间，III 级（万级手术室）9 间。洁净手术室的分级见表 1。表 1 洁净手术室的分级等级 手术室名称 手术切口类别 适用手术提示 特别洁净手术室 关节置换手术、器官移植手术及脑外科、心脏外科和眼科等手术中的无菌手术 标准洁净手术室 胸外科、整形外科、泌尿外科、肝胆胰外科、骨外科和普通外科中的一类切口无菌手术 一般洁净手术室 普通外科（除去一类切口手术） 、妇产科等手术 准洁净手术室 肛肠外科及污染类等手术2 供电系统2.1 负荷分级在确定医院供电系统之前，首先根据供电要求进行负荷分级。IEC 标准中供电等级
4、按照恢复供电时间分为 0.5S 内 ,15S 内, 15S。而我国内规范将用电负荷根据供电可靠性及中断供电所造成的损失或影响的程度，分为一级负荷、二级负荷及三级负荷。本设计依据的主要设计规范有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） 、民用建筑电气设计规范 （JGJ 16-2008）等。IEC 标准和民用建筑电气设计规范 （JGJ16-2008：12.8.2 条）按医疗电气设备与人体接触的状况和断电的后果，将医疗场所作如下分类：0 类场所应为不使用接触部件的医疗场所；1 类场所应为接触部件接触躯体外部及除 2 类场所规定外的接触部
5、件侵入躯体的任何部分;2 类场所应为将接触部件用于诸如心内诊疗术、手术室以及断电将危及生命的重要治疗场所。可见医院的负荷等级划分应以医疗场所与人体生命的安全程度及电气设备与人体的3接触程度进行划分。参照 IEC 标准医院各部位的供电等级、接地方式的划分示例见表 2。表 2 医院各部位的供电等级、接地方式医用接地方式 供电等级医疗用房场所类别保护接地局部等电位接地非接地配电方式（局部IT 系统） 0.5S 内15S内 15S手述室、急救室、心血管造影、ICU、CCU、重症监护 2 早产儿保温箱、恒温箱 2 分娩室、内镜、治疗室、血液透析室、水疗、理疗室、功能检查 1 病房、灭菌室、待产室 1 X
6、 射线、CT、MIR、核医学、高压氧仓、中心血库 1 浴室及潮湿场所、护士站、门（急）诊诊室、中心（消毒）供应室0 根据我国现行规范标准并参照 IEC 标准，根据供电可靠性及中断供电所造成的损失或影响的程度，参照“民规”JGJ 16-2008（附录表 A 序号 23）消防设备、医用客梯、氧气供应系统设备、真空吸引系统设备、中心供应内的医用蒸汽、洁净空调系统用电设备、走道照明用电及生活泵用电等按一级负荷供电。其中所有消防设备、重症监护、急救室、重要手术室等涉及患者生命安全的设备及照明用电为一级负荷中特别重要负荷。一般空调电源、客梯用电、自动扶梯电源、电子显微镜、高级病房照明用电等为二级负荷，其它
7、用电按三级负荷设计。2.2 供电形式根据医院规模，医院供电形式如下：特等及三甲级医院：采用两路 10KV 独立市电电源，电缆专线供电、自设变电所柴油发电机、重要设备末端采用 UPS 供电。4三级甲等医院：采用两路 10KV 独立市电供电，电缆专线供电、重要设备末端采用 UPS 供电。二级甲等医院：采用两路 10KV 或一路 10KV 专线供电、一路低压供电。一级医院： 一路 10KV 供电或低压供电，重要设备末端采用 UPS 供电。2.3 供电方案用电设备负荷等级确定后，结合医院规模，就可明确供电形式。采用两路 10KV 独立市电电源作为常用电源，电缆专线供电、自设柴油发电机组作为第三电源。电
8、压波动大的空调用电负荷属季节性负荷，采用一台专用变压器供电；电压波动小的照明及一般医疗用电（插座）采用两台的变压器供电；电压要求高且自身压降大，医用数字减影成像系统设备（如 X 光机、CT 等） ，单独采用一台变压器供电，电力负荷单独采用一台变压器供电。变压器容量为： 2x2500KVA+2x1600KVA+800KVA=9000KVA，变压器安装指标为：82VA/m2。配电系统的主接线图见图 1。5图 1 配电系统的主接线图低压系统的供电分为四大部分。既照明部分（由 TM1、TM2 变压器及1，2 段母线承担） ；医疗设备、动力部分（由 TM3、TM4 变压器及 3，4 段母线承担） ；空调
9、部分（由 TM5 变压器 6 段母线承担） ；应急母线段 5 段带应急负荷。运行方式说明如下：两路 10KV 电源，采用单母线分段接线，平时两路分列运行，互为备用。当一路电源故障时，通过手/自动联络开关，由另一路电源负担全部负荷。高压主进线开关与联络开关之间设电气连锁，任何情况下只能合两个开关。0.4/0.23KV 低压侧采用单母线分段接线，共六段母线。五台变压器对应五段母线。其中 1 段与 2 段母线互投，3 段与 4 段母线互投。6 段母线为空调母线段。5 段母线为应急母线段，为一、二级负荷在两路市电均失电情况下供电。正常情况下，应急母线引自 2，4 段低压母线；紧急情况下，应急母线的电源
10、引自柴油发电机组出线。当 2，4 段母线失电时，将在 15S 内启动应急柴油发电机组完成供电。对于重要手术室及重要医疗设备等对间断供电时间要求更高的设备，在末端配置 UPS 设备来满足要求。2.3 应急电源的选择应用对于不同医疗场所的电源等级要求。应急电源系统根据医院规模不同，采用双电源切换或采用柴油发电机组系统、EPS 应急电源系统。应急电源（第三电源）供电方案首先考虑采用柴油发电机组系统。由于建筑的使用功能和面积的限制等因素，为节约有效使用面积，柴油发电机组设置在地下一层。存在进排风、排烟、机组冷却、噪音、消防、柴油储存、供油系统等问题，为解决这些问题，要采取了一系列的相应措施，如增设进6
11、排风井、排烟井，通风专业设计进风、排风机等。为达到环保要求，烟气通过排烟管经消声器沿排烟竖井一直排到五层裙房，再从侧墙引出。排烟口处装设二次燃烧网，使废气在高温下进行二次燃烧，以达到排放标准。另外一个供电方案是采用一套大容量的 EPS 应急电源系统来代替柴油发电机组，转换时间0.10.2S。它的最大优点是可以带感性、阻性负载，适应负载能力强。从而解决了柴油发电机进排风及排烟井等问题。而 EPS 的缺点是供电时间偏短，设备费用较高，占地面积大。经过两个方案比选，为提高供电的可靠性，节约投资,应急电源最终选用柴油发电机组。机组台数的选择：柴油发电机的设置可设置单台，也可多台设置。单台机组的优点是占
12、地小，维护工作量低。多台机组设置方式的优点在于机组可并列运行。可根据负荷大小自动调整启动台数，多台机组之间负荷可进行调节。缺点是机房面积较大。 民用建筑电气设计规范 （JGJ 16-2008）：6.1.2条第 1 款规定:当应急负荷较大时，可采用多机并列运行，机组台数宜为 24台。根据全国民用建筑工程设计技术措施电气（2003）2.6.3 条第 6 款规定：作为应急电源用的柴油发电机组，当需要容量小于 1500KVA 时，宜选用单台机组。当需要容量为 15002000KVA 时，宜选用两台机组。但需要容量更大时，宜分散设置发电机房，使其深入负荷中心。柴油机冷却系统：柴油机的冷却系统分为风冷却和
13、水冷却两种方式。一般风冷却较多。系统较为简单，但要求机房的进出风面积较大。机房的噪声控制费用较高。水冷却系统也有利用消防水池、冷却塔作为循环冷却水的。节省冷却塔及水池，但停电过长的地区不适用。根据此工程应急负荷的大小、性质及建筑平面的布置条件，选用两台750KW 的柴油发电机，冷却系统为风冷系统。73 低压配电系统3.1 配电系统及线路 低压配电系统采用放射式与树干式相结合的配电方式，个别部分采用链接方式配电。冷水机组、大型医疗设备（X 光机、CT 机、MIR 机、DSA 机、ECT 机）、中心供应、净化机房、电梯、自动扶梯及屋面消防设备分别由变电所低压屏放射式供电。消防用电设备、应急照明及特
14、殊要求的医疗用电设备均采用两路供电。一路电源由正常母线配出，另一路电源由应急母线配出。既消防负荷均为双路供电末端自投。 根据医院洁净手术部建筑技术规范 （GB50333-2002）8.3.1 条，第13 款规定：“1 洁净手术部必须保证用电可靠性，当采用双路供电源有困难时，应设置备用电源，并能在 1min 内自动切换。2 洁净手术室内用电应与辅助用房用电分开，每个手术室的干线必须单独敷设。3 洁净手术部用电应从本建筑物配电中心专线供给。 ”， 洁净手术部的供电采用双路电源，直接从本建筑物的 10KV/0.4KV 的变电所供给，末端采用 ATS（自动转换开关）自动切换，ATS 一般切换时间在 1
15、S 内，满足规范要求。根据表 1 的要求，对恢复供电时间为 0.5S 内的重要手术室配置 UPS 不间断电源（UPS 转换时间4mS ）来满足要求。考虑到本工程综合楼面积较大，医院内有大量患者的特殊性，除医院的公共部分（包括急救室、手术室及走道等）照明采用双电源供电末端自动切换外，对医院的一般照明（包括一般病房、诊室等）采用 2 条密集型插接式母线槽供电，在每层的电井内设层照明总箱。层照明配电总箱内装设手动双8投开关。两条母线槽互为备用，单号楼层电源引自 1 号母线槽，双号楼层电源引自 2 号母线槽，每条母线均可承担综合楼的全部照明用电负荷。当任一楼层照明线路出现故障或检修时，电气专业维修人员
16、只要合上楼层照明总箱手动转换开关，就可保证故障层或检修层的一般照明用电。根据 IEC 对某些外界环境影响条件的分类,人的能力分为五类（BA1BA5） 。BA1 类指未受过电气培训的人。BA2 类指常在该场所活动的儿童，但不一定指在家庭住宅内；如幼儿园场所。BA3 类指在生理和智力上有缺陷的人（病人、老人） ；如医院场所。BA4 类经电气技术人员或受其监管，从而能不引发电气危险的人（操作人员或维护人员） ；如进行电气工作的场所。BA5 类指具有电气技术知识和丰富的经验，足以避免发生电气危险的人（工程师和技师） ；如关闭的进行电气工作的场所。医院的患者属生理和智力有缺陷的 BA3 类人员，行动不便
17、，医院属人员疏散缓慢的场所，公共部分的照明均按应急照明系统（消防负荷）设计，即按一级负荷中的重要负荷设计，由于采用柴油发电机作为第三电源（应急电源） ，而柴油发电机的启动时间在 15S 内，为避免火灾时因电源突然中断而导致人员伤亡，我们在公共部分除设计火灾疏散标志照明外，又设计了自带蓄电池的应急灯。使照度不少于正常照度的 50%，供电时间不少于 90 分钟。考虑医院属人员密集场所，火灾时电线电缆所产生的有毒气体对人的身体有害，甚至会威胁生命。我们在设计时所有电线、电缆均采用低烟无卤耐火或阻燃电线、电缆穿钢管或封闭式金属桥架在楼板或吊顶内敷设。3.2 医用放射线设备的配电系统医用放射线设备是医院
18、的重要设备。本工程中放射科配备的医用放射线设备包括 X 光机（X 射线诊断机、X 射线治疗机） 、ECT（同位素断层扫描9机） 、NMR-CT 机（核磁共振检查机） 、DSA（心血管造影机） 、CT 机等。根据民用建筑电气设计规范 （JGJ16-2008）： 9.7.2 条规定,根据医用放射线设备的不同特点，将医疗设备的工作制进行划分。医用放射线设备工作制划分见表 3。表 3 医用放射线设备工作制工作制 设 备 名 称断续工作制 X 射线诊断机、CT 机、ECT 机、DSA 机连续工作制 X 射线治疗机、电子加速器、 NMR-CT 机（核磁共振）根据综合医院建筑设计规范 （JGJ 49-88）
19、 ）：“第 5.4.2 条 医疗装备电源的电压、频率允许波动范围和线路电阻，应符合设备要求，否则应采取相应措施。第 5.4.3 条 放射科的医疗装备电源，应从变电所单独进线。 ”（及民用建筑电气设计规范 （JGJ 16-2008）：9.7.3 条规定:“大型医疗设备的供电应从变电所应满足对电源内阻的要求。 ”；9.74 条规定：“放射科、核医学科、功能检查室、检验科等部门的医疗装备的电源，应分别设置切断电源的总开关。 ”）核医学科、放射科配备的医用放射线设备的主机电源均采用双路供电。系统电源由变电所低压屏放射式供电，直接送至设备控制室。医用放射线设备的工作原理不同，但对电源的电压要求很高。各设
20、备厂家的技术要求中应对电源内阻提出要求。设备对电源电压的要求越高，电源内阻越小。在施工图设计阶段，根据医院方提供的设备容量参考国内同等规模的医院放射科设备按规范要求选择导线截面。既医用放射线设备的配电线路导线截面要同时满足设备的内阻及压降要求，以保证设备的电源电压。内阻及压降受三方面因素的影响，即变压器阻抗、变压器至设备的配线长度、配线截面。根据民用建筑电气设计规范 （JGJ16-2008）9.7 医用设备规定9.7.5 医用放射线设备的供电线路设计应符合下列规定：101 X 射线管的管电流大于或等于 400mA 的射线机，应采用专用回路供电；2 CT 机、电子加速器应不少于两个回路供电，其中
21、主机部分应采用专用回路供电；3 X 射线机不应与其他电力负荷共用同一回路供电；4 多台单相、两相医用射线机，应接于不同的相导体上，并宜三相平衡；5 放射线设备的供电线路应采用铜芯绝缘电线或电缆。6 当为 X 射线机设置配套的电源开关箱时，电源开关箱应设在便于操作处，并不得设在射线防护墙上。 9.7.6 电源开关和保护装置的选择应符合下列规定:1 在 X 射线机房装设的与 X 射线诊断机配套使用的电源开关和保护装置,应按不小于 X 射线机瞬时负荷的 50%和长期负荷 100%中的较大值进行参数计算,并选择相应的电源开关和保护电器。2 当电源控制柜随设备供给时，不应重复设置电源开关和保护电器，其供电线路始端应设隔离电器及保护电器，其规格应比 X 射线机按第 1 款规定确定的计算电流大 12 级。9.7.10 NMR-CT 机的扫描室应符合下列要求：1 室内的电气管线、器具及其支持构件不得使用铁制物质或铁磁制品；2 进入室内的电源、电线必须进行滤波。 ”。为保障医用放射线设备安全、运行可靠，引入 NMR-CT 机室的所有电气管线均穿阻燃塑料管，引入的管线采用专用滤波器进行滤波。3.3 手术部、ICU、血透等场所的配电系统根据医院洁净手术部建筑技术规范8.3.1 条和 8.3.3 条规定， “洁净手术部用电应从本建筑物配电中心专线供给。 ” 和“洁净手术室的配电总负荷
