医院建筑是有医疗工艺要求的民用建筑，它与一般民用建筑的不同之处是设有门诊（含急诊）、医技、住院及相应的后勤保障部门。

随着经济的发展及医疗卫生体制改革的不断深入，医疗建筑市场规模不断扩大，医院应运而生，医院病床多（通常在床左右或以上），医院面积大，医疗工艺复杂，医疗设备名目繁多，是医疗工艺复杂和特殊的民用建筑。

从用电的特点看，医院建筑与一般民用建筑相比，其用电的容量及特殊性主要表现在门诊（含急诊）和医技部门。

大型医疗设备的电气负荷计算

对于建筑电气设计而言，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，还有医疗设备用电的特别点。

民用建筑用电负荷多是连续工作制（即长期工作制），如照明、动力等。根据国标图集19D-2《医疗建筑电气设计与安装》、GB-《民用建筑电气设计标准》及JGJ-《医疗建筑电气设计规范》的规定，医疗设备，特别是大型的医疗用电设备，根据其不同特点，用电负荷可分为断续工作制及连续工作制两类。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；属于连续工作制的则有：X射线深部治疗机、X射线浅部治疗机、X射线介入治疗机；MRI、后装机、直线加速器等。

通常大型医疗设备都不会连续性工作，为什么会有连续性工作制呢？这是因为MRI、直线加速器、中子、质子治疗机等高能射线设备都配套设有水冷机，虽然主机工作时间不连续，但当主机停运时，这些高能射线发生器必须保证低温冷却，水冷机则需要连续持续运行。图1、图2是一组MRI的电流-时间关系图。

X射线治疗机，其最大负荷可连续扫描10~30min，从宏观角度看，将其定位为连续工作制用电负荷。

GB-将上述设备的最大用电负荷性质确定为长期负荷。在负荷计算确定变压器容量时，是选择最大用电负荷作为“额定功率”进行计算的。

上述医疗设备虽属连续工作制用电负荷，但由于其特殊性，与民用建筑连续工作制单台设备在用需要系数法进行变压器容量计算时稍有不同。《全国民用建筑工程设计技术措施（）电气》规定：一般电力设备为3台及以下时，需要系数宜取为1。笔者认为，每台（组）医疗设备的需要系数似可酌情小于1。

在用需要系统法进行变压器容量计算时，首先要确定用电设备的设备容量Pe。这是因为用电设备的额定工作条件不同，有的是连续工作制（长期工作制），有的是断续工作制（反复短时工作制），这些设备规定的额定功率不能简单直接相加，而必须换算成同一工作制下的额定功率，才能相加。经过换算至统一规定工作制下的“额定功率”才是“设备容量”，用Pe表示。

GB-确定断续工作的医疗用电设备，其最大用电负荷性质是瞬时负荷。因此，在确定每台断续工作制的大型医疗设备的计算负荷时，不建议采用该设备最大功率作为该设备换算时的“额定功率”，而应选用产品技术文件中的连续功率、平均功率或持续功率作为“额定功率”进行换算。

图3、图4分别是CT机电流-时间关系实测图、CT机样本参数与运行数据对比图。从测试结果可知，测试阶段内设备最大尖峰电流为86A，持续时间约为2s左右，最长不超过5s。虽说实测峰值与产品技术文件提供的最大峰值A相距甚大，但令人关心的是峰值电流呈现的时间之短暂，也就是说CT机拍片曝光时间如此之短，对变压器的容量选择影响极小，或者说对同一变压器供电的其他设备影响甚微，当然对电力系统冲击是可以不计及的，所以不应以其作为设备换算时的“额定功率”来求得计算负荷。

所谓的“计算负荷”实际上是按发热条件选择电气设备的一个假想的持续负荷，它是在某一时间内产生的热效应和实际变动负荷产生的最大热效应相等。通常把30min平均负荷绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为“计算负荷”，为什么是30min呢？这是因为一般中小截面的电缆（导线），其发热时间常数通常在10min以上，时间短暂的尖峰负荷不是造成导线达到高温的主要原因，因为电缆（导线）还来不及升高到相应的温度之前，这个尖峰负荷就已经消失了。实验表明，只有持续30min以上的负荷值，才有可能构成电缆（导线）最高温升。为了统一计算方法，对按温升选择的电气设备如电缆、开关电器、变压器等等均采用30min的最大负荷作为计算负荷。

从30min计算负荷的定义，也可说明在确定变压器容量进行负荷计算时，无必要选用断续工作制医疗设备最大功率作为换算的设备功率。

对断续工作制大型医疗设备的负荷计算，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=2Pr√ε=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，而不是最大功率。

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；例如常见的家用小型电焊机，其标称容量为10kVA，但又标明暂载率25%，说明此电焊机在10kVA负载下，只能在25%的时间内工作；也就是说，在10min周期内只能工作2.5min，否则就要过热烧毁。

现在的问题是，医疗设备产品供应商未提供该产品的ε值。从图1可知，大型医疗设备的ε是远远低于25%的。为了负荷计算方便，取ε=25%，取设备的连续功率为设备功率，虽说设备功率会偏大一点，但对配电变压器容量的确定影响不太大。

遗憾的是，有些电气设计师仍按医疗设备的最大功率直接作为“额定功率”来计算变压器容量（连kVA换算到kW都不做）！变压器容量岂能不大，变压器实际负荷率岂能不低！

上面所述是对断续工作制医疗设备最大功率的讨论，由于其是瞬时负荷，根据计算负荷的含义，这类最大功率不应参与变压器容量的计算。特别强调的是，并不是说断续工作制医疗设备的最大功率无关紧要，最大功率在医疗设备配电线路的设计是极为重要的一个参数，它对瞬间产生的电压降有很大的影响。

值得注意的是，最大功率、尖峰电流指的是负荷的短时最大功率、最大电流，它们是计算瞬间电压降、电压波动和选择导体及保护元件等的依据。对于CT等设备，由于曝光时的最大功率及电流都很大，即使电源内阻很小，所产生的压降也是很大的，当超出允许值时将会影响照片质量，所以一般医技设备对电源内阻要求比较高，为mΩ级，设计师对此要给予足够的注意。

内阻的要求主要体现在配电变压器与医疗设备间的距离及配线截面的规定上，通常厂家都会提供变压器与设备在不同间距时对应配线截面规定，如表1~表3所示，表4是国标图集19D-2《医疗建筑电气设计与安装》设计参考值。

医院用电指标

用电指标是指变压器总装机容量除以建筑物的总建筑面积，也叫单位面积变压器安装容量。

医院用电指标到底设计多少合适？医院工程审查时争执不休的问题，也是业主对设计院电气设计满意与否的一个指标。

综合许多电气设计师的设计成果，医院工程调查的结果可知，医院建筑变压器容量指标大部分在60~VA/m2，基本符合《全国民用建筑工程设计技术措施（）电气》表2.7.6中“50~VA/m2”的规定。

实际上，医院为了适应新的发展和需要，通医院内修建诸如内科、外科等专用大楼，这种大楼多为高层，面积常为3~5万m2左右。“麻雀虽小，五脏俱全”的医疗专用大楼，变压器容量指标比较高就不足为奇，常达VA/m2，或更大。

医院不少（病床在医院），医院规模越大，医院用电指标也越大呢？

通常，医院由于气候原因，空调负荷相对较大，会使用电指标偏大。另外，医院，由于很大一部分面积用于病房及地下车库，其用电量较小，医院的用电指标可能偏小，往往低于VA/m2或更低。

对医院的负荷计算，建议“分门别类”地进行归纳统计，届时会明白，医院的总用电指标虽不高，例如在80VA/m2左右，但这并不表示门诊、急诊及医技单位用电指标低下。表5及表6医院各功能项目的有关参数，希望对医院设计有借鉴作用。

从表5、表6的数据可见：

a.医院的住院部及车库建筑面积共计m2，占工程总面积的53.3%；其变压器安装容量为kVA，占工程总安装容量的25.94%。

b.医院的门诊及医技楼建筑面积共计m2，占总面积的36.0%；变压器安装容量为kVA，占变压器总安装容量的54.24%。

c.住院部、车库的建筑面积大约是门诊楼、医技楼的1.48倍，而其用电量不足门诊、医技用电量之和的一半，即0.倍。

d.新建的医院之所以“大”，主要原因是病床多、车库大，医院面积大。与医技设备用电量相比，住院楼及车库面积虽大，但其用电量不大，特别是车库用电量更低。这就是医院的用电指标往往难以达到VA/m2及以上的缘由。

e.对于建筑规模大的医疗建筑，不能简单、生硬地要求变压器容量指标要达到某一数值进行评估，而应根据具体情况具体分析，以求得合理用电指标。如果能统计、收集、医院门诊、急诊、医技及后勤保障系统等各部门的变压器用电指标，医院建筑电气设计更趋合理。

对医院的用电指标，建议应“分门别类”地进行统计，以保证“医院的刀刃上”。

医院建筑防电击的措施

医院建筑也具有民用建筑的特点，例如行政、住院、一般门诊及车库同一般民用建筑一样，对于故障保护（间接接触保护）是首选“自动切断电源”措施。这是因为民用建筑采用TN-S电源侧中性点直接接地系统，且对不间断供电尚无特别要求。在自动切断电源防护措施中，不言而喻，首先应选用优质的保护电器，确保自动切断电源防护措施可靠实施。

对“电”的安全而言，一定要确保不能出现“万一”的情况。然而，电源保护开关会因某些原因，故障时无法自动跳闸，各类保护电器如断路器、熔断器等会因各种原因可能拒动，无法起到保护作用，所以要辅以附加保护来弥补其不足，为此“自动切断电源防护措施”的附加防护措施应运而生。

等电位联结及剩余电流保护器（RCD）是自动切断电源保护措施失效时的附加保护措施。保护性等电位联结措施，分为总等电位联结及辅助等电位联结。

总等电位联结虽然能大大地降低接触电压，但当建筑物离电源较远，建筑物内保护线路过长时，保护电器的动作时间和接触电压都可能超过规定的限值，为此可采取辅助等电位联结或局部等电位联结。

IEC标准所规定的辅助等电位是2.5m伸臂范围内可同时触及的导电部分之间的联结。辅助等电位联结能使2.5m伸臂范围内可能出现的电位差降至0V或接近0V。

局部等电位联结好似我们自己的命名，现行IEC标准未见此提法。局部等电位联结可视为局部范围内的“总等电位联结”，但它与总等电位联结的关系并非总配电箱与分配电箱之间的上下级关系。实施局部等电位联结使降低接触电压值须小于安全电压限值50V，方能认为局部等电位联结是有效的。在实际生活和工作中局部等电位联结十分有用，有人希望取消“局部等电位联结”的提法，似无必要。

可见，无论局部等电位联结还是辅助等电位联结，其目的在于使接触电压降低至安全电压限值50V以下或接近0V，而不是缩短保护电器动作时间。

等电位联结作为附加保护不能单独使用，一定要与自动切断电源保护联合实施。还要说明的是等电位联结能保护人身安全，不能保护电气设备。

剩余电流保护器（RCD）是另一个附加保护措施，其工作原理是基于基尔霍夫定律，即电流流入同一节点之和等于零。它不同于TN与TT系统关于尽量减小电抗（阻抗）或电阻的基本思想，现在各国多采用电流型剩余电流保护（RCD）。

RCD对电气回路接地故障的防护非常有效，且能快速切断电源。由于其工作原理所限，RCD不能防止别处电气故障沿PE线或装置外导电部分传导来的故障电压所引起的电击事故，所以RCD不是万能的，这点应引起设计人员的重视！

有了RCD是否可以不接地，不做等电位联结呢？答案是否定的！人体电击致死的危险程度决定于两个因素：一是通过人体电流的大小或人体接触电压的高低；二是人体通过电流时间的长短。接地和等电位联结作用是降低接触电压；RCD则是缩短通电时间，两者各司其职，各尽其责，两者兼用，相辅相成。所以采用RCD，仍要实施接地及做等电位联结。

医院建筑有医疗工艺的要求，不仅有一般民用建筑故障防护（间接接触防护）的要求，医院自身电击防护的特别规定。

在IEC“对某些外界环境影响条件的分类”中，考虑能力方面，在选用电气设备时应计及病人（含老人）是在“生理上和智能上有缺陷的人”。在紧急逃离时，由于“人员密度大，难以逃离”，且病人行动不便，对包括电击在内的危险情况反应迟钝，可能造成电击、电气火灾对人员伤害较为严重。

手术中的病人由于难以避免与手术用电气设备的可导电部分直接接触，如若手术设备因绝缘故障而带电位，即便电位不高，病人也易受电击伤害。特别是相关的心脏手术，危险则更大。另外有些维持生命的电气设备因某些原因断电，也会危及病人生命。

按IEC标准规定，医院内有两种划分场所的方式：一是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进行分类：另一种则是按医疗场所电源转换允许间断供电的时间对医疗场所进行分类。这两种划分互相独立，彼此间无影响。这种分类比起负荷分级而言，场所及设施划分明确、自动恢复供电时间量化清楚，特别是医疗电气设备断电时间长短直接关系到病人的安危，设计人员执行也容易到位，具体规定如GB-《医院建筑设计规范》表8.1.2［4］所示。

a.医院不得采用TN-C系统；当采用TN-C-S系统时，在电源进线处就应将PEN线分开为PE线和中性线N，医院内部不允许出现PEN线。

b.GB-表8.1.2中的1类医疗场所内，32A及以下的末端回路应装设I?n≤30mA的RCD作为附加保护。

c.在2类医疗场所内，只能在下列电气设备回路内才可装用I?n≤30mA的RCD动作于自动切断电源，其他回路不得装用RCD：①手术台；②X光机；③额定功率大于5kVA的大型电气设备；④不重要（不影响生命安全）的电气设备。

要注意的是，在1类及2类医疗场所内只允许装用对电流直流分量不敏感的A型或B型RCD。

在医院的2类医疗场所内，离手术台周边水平距离1.5m、高度2.5m内的环境称为病人环境（如图5所示），在此环境内用于维持生命或进行外科手术医疗电气设备，应采用局部医疗IT系统，理由如下：IEC标准规定进行心脏手术时，设备的正常泄漏电流不得大10μA；当发生一个接地故障时，其故障电流不得大于50μA，因为通过人体心脏的电流如超过50μA可导致病人心室纤颤而死亡，这种电击死亡称为“微电击死亡”。上述这种要求，是采用TN-S系统的民用建筑常用的防电击措施无法满足的。为此，手术室要另觅接地方式，通常是采用IT接地系统防范电击。

IT系统（如图6所示）在电源侧不接地（或经高阻抗接地），当系统发生第一次接地故障时，故障电流没有直接返回电源的通路，只能通过另外两个非故障相导体对地的电容返回电源，故障电流为两相导体对地电容电流的向量和，其值甚小，既不会引起电气危险，也不会切断电源，可维持供电的可靠性，如图6（a）所示。它只在发生第二次接地故障时才切断电源，这是与TN、TT系统的不同之处。也就是说，TN、TT系统是藉及时切断电源来防止电击事故的发生，而IT系统则因电源侧带电导体不接地，故障回路阻抗极大，故障电流极小，发生电击后的危险极低，所以不必及时切断电源防电击，从而维持供电的不间断，只当发生第二次接地故障转变为相间短路时，才要求切断电源。

IT系统这种“发生第一次接地故障时，既不会引起电气危险，也不切断电源，可维持供电不间断”的特点，特别适合在医疗场所使用。对于不可能采用TN系统的手术室，若要采用IT系统，由于供电给手术室的配电系统采用TN-S系统，TN与IT系统又不兼容，怎么办？

为了满足手术室上述要求，又能发挥IT系统的优点，“隔离变压器+IT系统”的供电方式应时而生。为什么采用隔离变压器后，TN与IT系统就能共存，就能兼容呢？在同一建筑物内,“另起的系统”能使TN-S与IT系统共存、兼容。

这里要引入一个新的概念：“另起系统”。所谓“另起系统”，是指“一个电气系统经“电-机-电”或“电-磁-电”或其他方式转换而成另一电气系统，被转换成的系统即是另起系统。例如：工厂内的交流电源系统经“电动机-发电机组”转换为直流电源系统；医院的TN-S系统经隔离变压器转换为IT系统。这些被转换的直流系统、IT系统即为“另起系统”。也就是说，当采用“另起系统”后，“另起系统”输出端不同接地方式的系统均能与原电源系统的接地方式在同一供电范围内“共存”。这另起系统的接地方式与原系统接地方式彼此独立，各行其是，当然不用再去考虑彼此间的兼容问题了。

UPS不间断电源装置的输出端就是典型的“另起系统”的始点（如图7所示）。

UPS不间断电源装置基本构成是整流器、逆变器、蓄电池组等设备。隔离变压器或双绕组变压器也是三相UPS装置的主要设备之一，但在订货时，不作为标准配置产品供货，需业主选配才供给。一般情况下，通常会选配隔离（或双绕组）变压器。这是因为三相UPS的进线中没有中性线N，如若需要，其出线的中性线要在隔离变压器二次绕组中引出或者说是重新建立的，可知UPS进出线端的两回中性线N（姑且称为N1及N2）在电气上毫无关联。

UPS装置与建筑物电源装置处于同一建筑物内，“另起系统”之系统接地应与原电源系统共用接地装置，对于TN-S而言，其N导体与原电源系统的PE线是导通的（如图7所示）。“另起系统”之N（N2）导体，与建筑物电源系统的N（N1）导体毫无关联。如若“另起系统”选用IT系统，其N导体不需要与接地装置连接，或根本不需配出中性线N。

图8是手术室的配电系统图，UPS医院建筑变配电系统及应急发电机组引入的双电源，其接地方式为TN-S，为便于与后面的TN-S系统区别，称其为TN-S1。建筑物电源经过UPS的输出端后成为“另起系统”，若另起系统要求为TN-S（或TT系统）接地方式，则中性点应接地，该接地属另起系统的系统接地（或工作接地），不是重复接地。

手术室除病人环境外的场所采用TN-S接地方式，将其采用的TN-S称为TN-S2，与建筑物的TN-S1不同处在于两者的N线各异，也就是说，图8中的P1~P5回路、N1~N12回路的N线与建筑物的N线不同，所以，手术室配电系统图中的TN-S2与UPS受电端的TN-S1是两种不同的接地系统。

N12回路是向病人环境供电的电源，如前所述，病人环境应采用IT系统，即设置隔离变压器采用IT系统。这样一来，从UPS受电端的电源到手术室的配电系统就出现如下接地系统：①TN-S1（建筑物用）；②TN-S2（手术室用）；③病人环境用IT系统。这是典型的不同接地系统共存、兼容范例。

手术室除了上述防电击措施外，还要在手术室病人环境内及病人环境外实施等电位联结，即病人环境内的IT电源配电箱和病人环境外的TN-S电源配电箱内均要设PE排，两箱的PE排直接导线连接，且分别与接地的辅助等电位联结箱的PE排连接。两配电箱内的PE排分别与IT系统专用设备金属外壳及插座PE端子、TN-S系统专用设备金属外壳及插座PE端子电气连接。

国标图集19D-2《医疗建筑电气设计与安装》P82、P83是IT系统场所接地与等电位联结具体做法，不再赘述。

结语

a.医院建筑电气设计不同于一般民用建筑，医院建筑电气设计的特别点在于，大型医疗用电设备的特殊性使得在确定变压器容量以及这些设备的配电设计都独具自身要求，设计者应给予足够的注意。

b.医院内同民用建筑相类似场所对防电击的要求是相同的，而有医疗工艺要求的场所则有自身要求。

c.在医院2类医疗场所内，离手术台周边水平距离1.5m、高度为2.5m内的病人环境里，要采用局部IT系统供电（不包括在2类场所内允许装用I?n≤30mA的RCD保护设备）。

d.从UPS受电端的电源到手术室的配电系统是典型的不同接地系统共存、兼容范例。

本文全文载于《建筑电气》年第3期，详文请见杂志。

版权归《建筑电气》所有。

作者：

凌智敏，女，深圳市建筑设计研究总院有限公司，教授级高级工程师，技术顾问。

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