大型综合医院电气安全设计与应用

• 关键词：医院建筑,智能配电,能耗监测系统
• 作者：安科瑞程海霞
• 摘要：探讨了大型综合医院建筑电气设计方案，介绍了开关站及变配电所的设 置，阐述了照明系统节能、医疗IT系统、能耗监测系统、智能配电监测管理系统等 方面的设计,提出大型综合医院要重点关注供电可靠性和用电安全性，进一步推动 智能配电系统在综合医院建筑中的实际应用。

摘要：探讨了大型综合医院建筑电气设计方案，介绍了开关站及变配电所的设 置，阐述了照明系统节能、医疗IT系统、能耗监测系统、智能配电监测管理系统等 方面的设计,提出大型综合医院要重点关注供电可靠性和用电安全性，进一步推动 智能配电系统在综合医院建筑中的实际应用。

关键词：大型综合医院；电气设计；智能配电；负荷分级

引言

随着经济的快速发展，大型综合医院医疗业 务规模不断扩大，医护人员及病患人数急剧增 加，各种先进精密医疗和科研设备数量猛增，用 电量急剧上升，导致各种变压器和配电设施经常 岀现过载发热、超负荷运行、电压波动、谐波干扰 严重等问题，危及医院供电电网的安全，影响供 电网络的正常运行。为此，要采取有效措施，既 能保障大型综合医院供电可靠性,又能让医院管 理人员及时发现电气隐患并在最短时间内予以 排除。

1合理确定供配电系统设计方案

大型综合医院的供配电系统应根据医院建 筑的标准等级、负荷性质、用电容量、系统规模以 及当地供电条件，充分考虑近期的使用和远期的 发展需要，合理确定供配电系统设计方案口3。 在保障安全、供电可靠、技术先进和经济合理的 前提下，供配电系统架构应简单明晰，能降低造 价,减少电量损失，便于管理及维护。

1.1负荷分级及供电要求

医院供电负荷等级分为一级负荷中特别重 要负荷、一级负荷、二级负荷及三级负荷。

（1）一级负荷中特别重要负荷：急诊抢救 室、急诊采血、儿科急诊、产房、早产儿室、重症监 护室、手术部（手术室、麻醉室、苏醒室）、透析、生 殖中心、烧伤病房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⑴。

（2）一级负荷:急诊部、监护病房（ICU）、手 术部、介入手术、急诊与门诊手术、危重病人（抢 救室）、分娩房、婴儿室、病理切片分析、核磁共 振、介入治疗用CT及X光机扫描室、血库、加速 器机房、治疗室及配血室的电力和照明，培养箱、 冰箱、恒温箱和其他必须持续供电的精密医疗装 备，走道照明用电；百级洁净度手术室空调系统 用电；消防控制室、火灾自动报警及联动控制装 置、火灾应急照明及疏散指示标志、防烟及排烟 设施、自动灭火系统、消防水泵、消防电梯及其排水泵、电动的防火卷帘与门窗以及阀门等消防用 电；主要业务和计算机系统、安防系统、电子信息 系统机房用电，普通电梯（客、医梯）用电；排水 （污）泵、生活水泵用电等⑵。

（3）二级负荷:除百级洁净度手术室之外的 其他手术室空调系统用电，电子显微镜、一般诊 断用CT及X光机用电、自动扶梯用电、厨房动力 与照明用电等。

（4）三级负荷:不属于一、二级的负荷，如一 般电力、照明、空调及开水器等用电负荷。

大型综合医院存在着大量一级负荷和特别 重要负荷，应由2个市电电源供电，当一个电源 发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。对 于特别重要负荷，还应增设应急电源，并严禁将 其他负荷接入应急供电系统。

1.2用电负荷容量的确定

对于制冷、空调、风机、水泵、电热、电梯等用电 设备按相关专业工艺所提供的设备安装容量进行负 荷统计，其备用设备容量不计入在内;对于照明等设 备用电负荷根据不同设计阶段按规范照度标准、单 位容量法和具体平面布置方案进行负荷统计。变压 器安装容量指标为70〜100 VA/m2。

1.3供电电源及电压等级

供电电源及电压等级采用20 kV还是10 kV 电压等级，应与当地供电部门协商，以满足用户 的供电要求。

1.4备用电源和应急电源

特别重要负荷采用双路市电和柴油发电机 组供电，另设有不间断电源（UPS）装置，以满足 电源切换时间的要求。

火灾自动报警及联动控制装置、主要业务和 计算机系统、安防系统、电子信息系统机房设备 等用电，除采用双路市电供电，另外增加UPS 供电。

为确保消防系统的可靠性，一级负荷中的消 防设备电源除采用双路市电供电外，一般要纳入 柴油发电机组供电,但双路市电已满足国家规范 的要求，正常时由工作电源供电。工作电源故障 或断电时，备用电源自动投入供电，工作电源恢 复供电后备用电源自动退岀。

2合理确定开关站及变配电所

2.1开关站及变配电所设置

开关站及变配电所的设置应充分考虑负荷 中心和供电半径的要求，从而缩短低压配电线路 长度，降低线路的损耗,减少电压损失,其位置尽 量远离人员密集的场所，并避免电磁辐射。按国 家现行规范，中心城区供电半径不大于15。m, 一 般城区不大于250 m,郊区不大于40。mo

2.2高压供电系统

高压供电系统由两路独立市电电源同时供 电（高压电源等级应符合当地供电部门要求），采 用单母线分段方式运行，中间设置母联开关，平 时两段母线分列运行，当任一路电源故障或断电 时,通过手动/自动操作母联开关合闸，另一路电 源承担全部一、二级负荷。

2.3低压供电系统

变压器低压侧采用单母线分段方式运行，设 置母联断路器，当任一路电源或变压器故障断电 时,通过母联断路器手投/自投合闸，确保一、二 级负荷的使用。母联断路器自投时，应按适当的 比例分批自动断开三级负荷，以满足变压器的正 常工作。主进断路器与母联断路器之间设有电 气联锁，任何情况下只能使其中的2个断路器合 闸,避免发生误动作造成损失。当主进断路器因 过载或短路故障分闸时,母联断路器不得自动合 闸。干式变压器采用箱变形式与低压开关柜并 列安装，箱体防护等级为IP30o

2.4干式变压器选择

根据国家规范和用户的负荷特点及经济运 行条件,10/0.4 kV单台变压器的容量一般不宜 大于1 250 kVA,但考虑到用电设备容量较大，在 保证技术经济合理、运行安全可靠，并征得当地 供电部门同意后,可采用1 600 -2 500 kVA的低 损耗高节能环保型干式变压器（如非晶合金变压 器等）。

2.5无功补偿与谐波治理

综合楼内各用电设备优先选用高效节能 产品，故平均自然功率因数按0. 80〜0. 85考虑，根据规范和供电部门要求进行无功功率补偿。 0.4 kV低压侧功率因数应提高至0.93左右，在 各变压器低压侧统一考虑自动补偿，实时检测负 荷变化情况，实现相控补偿动态管理,避免超、漏 补现象的发生；为防止电源谐波的干扰和污染, 应在无功功率补偿同时增加电源滤波装置进行 治理,提高设备的可靠性,降低运行成本,避免对 配电系统和各种设备造成影响或破坏，以达到节 能目的。国家规范对谐波治理有明确的规定，部 分地方规范的规定更明确些，如规定对专用医疗 设备、空调设备应进行有源滤波治理。

2.6线缆选择

线缆选择应考虑工程的重要性、火灾几率及 其特点和经济合理等因素,并采取有效的阻火安 全措施,避免产生有害气体对环境和人身造成危 害。消防设备等所属配电干线及分支干线采用 矿物绝缘电缆，支线采用低烟无卤耐火型电线电 缆;非消防负荷供电采用低烟无卤阻燃型电线电 缆;个别配电干线采用封闭式母线。

3照明系统节能设计

根据GB 50034—2013 （建筑照明设计标 准》⑶要求，正常照明按不同的场所、不同使用功 能和特点，在满足照度和节能的前提下,合理地 选择光源和光色，并结合建筑吊顶形式选择相适 应的灯具,与室内装饰相协调。

3.1节能光源与灯具的应用

按照GB 50034—2013 （建筑照明设计标 准》，各房间或场所不超过现行照明功率密度值, 对于要求照度高和显色好的场所,优先选用高效 节能型荧光灯或LED灯;对于走廊、电梯厅、前室 等处以筒灯照明为主，均采用LED灯;对于门厅 等空间比较高的场所选用小容量金属卤化物灯, 并配套节能镇流器;病房楼标准层走廊及病房 内，为避免眩光采用带磨砂罩高效节能荧光灯或 LED灯，并在走廊及病房内设置起夜灯，由护士 站统一集中控制。通过节能光源和灯具的应用, 提高了发光效率，降低了运营成本，延长了使用 寿命。

大面积应用高能效LED灯具与使用同样光 效的普通照明灯具相比，最高可降低30%能耗; 结合照明控制装置，节能效益最高可达50%。随 着LED技术的发展,照明材料价格降低,有利于 LED产品的使用和推广。采用LED灯具进行巧 妙组合、运用的环境照明可改善用户体验。

3.2智能照明控制系统

门急诊大厅、医疗街、候诊区、停车场及病房 走廊等公共场所，其正常照明采用智能照明控制 系统，可实现就地控制、远程控制、定时控制、场 景编程控制等功能,提高节能效果，降低工作强 度。控制面板宜设置在分诊台、护士站及主要通 道口等便于操作的位置。智能照明控制系统应 预留与BAS系统联网的通信接口。

4医疗IT系统设计

医院2类场所（如手术室、监护室等），既要 保证供电的可靠性和连续性，还需防止系统和负 载的微弱漏电，即医疗设备对病人的微电击（导 致病人有生命危险）。因此在2类医疗场所内， 医用电气设备和系统的供电回路均应采用医疗 IT系统。

医疗IT系统主要由医用单相隔离变压器、直 流稳压电源模块、绝缘监视仪、外接报警显示仪和 绝缘故障定位系统等组成,单相隔离变压器容量 为3.15〜10.00 kVA。手术室都采用8 kVA单相隔 离变压器，承担手术室内吊塔、无影灯和插座的供 电。苏醒室、抢救室、麻醉室内相对所需医疗设备 较少,可降低单相隔离变压器选型容量。

5能耗监测系统

计量装置对建筑物内用电、水、冷热量、燃气 及医用气体等能耗进行分类分项计量，具有数据 通信功能,通过对能耗进行动态监测，实现建筑 物内用能的管理。按科室或区域对照明和插座、 室外景观照明、空调用电、动力用电、特殊用电等 进行分项计量。在园区给水进水管处、各科室供 水管处及生活热水供回水管处设置计量水表;市 政主干热力供热管网处设置计量表具，对总供热量进行计量;在空调机房内分水器至各区域的主 干供水管处设置能量计量表，对各区域供冷、供 热量进行计量。分项分科室计量便于医院后勤 的精细化管理，掌握各科室、各区域的用能情况, 促进整个医院行为节能,有利于发现用能过程存 在的问题,便于进一步进行节能诊断和改造⑷。

6智能配电监测管理系统

智能配电监测管理系统可支撑变配 电系统的实时监测管理、供给管理和运维管理等工作，对用能供能单位进行有效监管，实现优化 运行以及供电可靠性，具有运行维护、管理功能。 智能配电系统按照主要功能划分为以下4个 层级。

现场设备管理层,实现电气系统的基本 现场保护、监测、控制层级功能,主要由现场多功 能电表组成。该层级设备是实现电力系统的计 量、信息监测功能。

通信管理层，实现设备之间联络和通信 管理，主要由交换机、以太网关设备组成。该层 设备完成设备的基本智能化功能,是实现电力系 统信息化的基础。

监控管理层，实现现场信息到计算机界 面的转化,主要由计算机、专业监控软件、打印机 等设备组成。该层设备将现场信息化的数据转 换成人机界面信息,并将信息按照发生源进行分 析处理。

远程移动运维应用层，结合移动端数据 完成资产管理、维护管理、工单计划和落实管理、 实时报警推送、能耗分析等功能,远端数据需要 能够实现关键数据的备份,须能提升对电力系统 的管理易用性和便利性。

7防雷、接地系统及安全措施

建筑防雷装置应按规范要求设置，满足防直 击雷、防侧击雷、防雷电感应及防雷电波的侵入, 并设置等电位联结。建筑防雷接地、电气设备保 护接地、电梯机房、消防控制室、弱电进线间等接 地共用建筑物联合接地极,要求接地电阻W1 Oo 当实测不满足要求时，增加人工接地极。

为防止雷电的侵入，配电室干线以及各楼层 总配电箱等设置防雷过电压保护,配电箱内加装 一至二级电涌保护器，某些部位设置三级电涌保 护，以确保各回路电源干线和重要设备可靠运 行。在变电室低压配电柜母线、室外引入的电力 线路的总配电箱母线等处,应装设I级试验的电 涌保护器。

特殊房间电气防护要求:医院建筑内的护士 站、麻醉室办公室、输血科、诊室等为医疗。类场 所;病房、血液透析室等为医疗1类场所；手术 室、重症监护室、抢救室等为医疗2类场所。1类 和2类医疗场所设置防止接地故障(间接接触) 电击防护的自动切断电源保护装置,IT、TN系统 约定接触电压不超过25 V,TN系统最大切断时 间：230 V时为0.2 s,400 V时为0. 05 so 2类医 疗场所区域内，TN系统在下列回路中采用不超 过30 mA的额定剩余电流,并有过电流保护的电 磁式剩余电流保护器:手术台驱动机构供电回 路,X射线供电回路，额定功率大于5 kVA的设 备供电回路，非生命支持系统的电气设备供电 回路。

8、安科瑞为医院安全用电提供的解决方案

8.1安科瑞Acrelcloud-6000安全用电云平台

安科瑞电气推出的安全用电监控云系统采用自主研发的剩余电流互感器、温度传感器、电气火灾探测器、故障电弧探测器、电气防火限流式保护器和中性安防，对引发电气火灾的主要因素（导线温度、电流、剩余电流、故障电弧等）进行不间断的数据与统计分析，并将发现的各种隐患信息及时推送给学校管理人员，指导学校实现时间的排查和治理，达到潜在电气火灾隐患，实现“防患于未然"的目的。

用户可以利用PC、手机、平板电脑等多种终端实现对平台的访问，查询包括系统信息、实时数据、报记录等在内的各种信息，使用方便。利用该系统为用户提供的低成本服务，能有提升企业的消防管理和电气设备水平，防范重大恶性火灾财产损失、尤其是重大恶性人员伤亡责任的发生。

3.2硬件配置：

平台服务器：建议按照我方提供配置标准购买，或者客户自己租用阿里云资源。

站控管理层硬件配置：（如申请阿里云可忽略）

 现场硬件配置

 3.2.1现场仪表选型介绍--剩余电流火灾探测器

3.2.2现场仪表选型--故障电弧探测器

3.2.3现场仪表选型--电气防火限流式保护器

3.2.4现场仪表选型中性安防保护器

中性线的定义：三相电的星形接法是把每一相电源或负载的一端都接在中性点上，将中性点

引出的这条线叫中性线，这样就形成三相四线制或者五线制。也可不引出，形成三相三线制。现

在的低压配电线路，采用多的是三相四线制，其中的三条线路分别用A、B、C代表三相，另一条中性线用N代表。

在三相四线制或五线制供电系统运行过程中，中性线引发火灾事故主要通过三种途径：

A.中性线长期过载导致中性线绝缘层老化，使得绝缘层燃烧引发火灾；

B.中性线故障使中性线开路，导致三相电严重不平衡，烧毁电气设备引发火灾。

C.中性线老化使线路局部过热，导致中性线绝缘层老化，使得绝缘层燃烧引发火灾。

1）产品型号

2） 模块接口示意

3）产品尺寸

9结语

随着大型综合医院建筑的不断发展,建筑电 气设计所包含的内容越来越丰富,对供电可靠性 以及用电安全性等提岀了更高的要求。电气设 计人员应不断学习新技术、熟悉新产品，将成熟 先进的技术及节能产品应用到综合医院建设工 程中。智能配电管理系统初期建设时应统筹规 划，分步实施,为业主提供高效的管理服务。

参考文献:

[1]医疗建筑电气设计规范:JGJ 312—2013[S].

[2]民用建筑电气设计规范:JGJ 16—2008 [S].

[3]建筑照明设计标准:GB 50034—2013[S].

[4]公共建筑节能设计标准:GB 50189-2015[S].

[5]张钊，任立全：大型综合医院电气设计与应用.

[6]安科瑞企业微电网设计与应用手册，2020.06版.