关于医院医疗设备配备备用电源的探讨

1、关于医院医疗设备配备备用电源的探讨许敏光 1, 郭鸿燕 2, 解云虹 3, 蒋勇 1( 1.第二炮兵总医院, 北京 100088; 2.第二炮兵通信网络管理中心, 北京 100085; 3.解放军西安通信学院, 西安 710056)摘要 阐述为防止意外停电带来的医疗风险, 医院需要配备后备电源。针对目前医用后备电源有 ups、eps 和柴油发电机 3 种选择, 介绍了 3 种后备电源的原理, 解决如何配备问题, 保证急救医疗设备供电系统的安全可靠。关键词 后备电源; 不间断电源; 应急电源; 柴油发电机中图分类号 tn86文献标志码 b文章编号 1003- 8868( 2008) 05- 01

2、01- 03discussion on how to equip backup power for medical equipment in hospitalxu min- guang1, guo hong- yan2, xie yun- hong3, jiang yong1( 1. general hospital of the second artillery, beijing 100088, china; 2. management center of communication network, thesecond artillery, beijing 100085, china; 3

3、.xi an communication institute of pla, xi an 710056, china)abstr act backup power should be equipped in hospitals in order to prevent the medical risks. at present, there are three choices of the backup power including ups, eps and diesel generator. the principles of three backup powers are introduc

4、ed. methods for equipping backup power are also discussed to guarantee the security of power supply system for emergency medical equipment.chine s e me dica l equipme nt j ourna l, 2008, 29( 5) : 101- 103key wor ds backup power; uninterruptible power supply; emergency power supply; diesel generator随

5、着医学技术的发展, 医疗设备对于患者的救治越来越重要。为保证急救医疗设备供电系统的安全可靠, 防止意外 停电带来的医疗风险, 北京市卫生系统在 2005 年推广安全 规范, 医院安全用电重点在完善事故应急预案, 医院应 有 自己的发电机组以及配备 ups 应急电源。医院后备电源的配 备, 要( 经供电公司同意) 配备 2 条不同的配电专线和购置应 急发电机。当发生大面积停电时, 发电机可以自行运转, 以确 保急诊留观病房、中心透析室、icp 重症监护病房等重要科室 的用电。目前常用的后备电源有 ups、eps 和柴油 发 电 机 3 种选择。1 up s 不间断电源高网络的可靠性。容量计算方法

6、1.21.2.1 up s 类型ups 按工作方式分为:( 1) 后备式( off- line 或 stand- by) ups, 其平时是由市电直接给负载供电,所以无法消除市电电网 上 存 在 的 浪涌、尖峰、频率漂移等电气污染, 而且容量比较小。( 2) 在线式( on- line) ups, 一直使其逆变器处于工作状 态, 在供电情况下还能对输出进行稳压及防止电磁干扰, 而 且还通过充电电路给蓄电池浮动充电。( 3) 在线互动式( line- interactive) ups, 这是一种智 能化的 ups, 除具有在线式 ups 的功能外, 还可以自动侦测 市电的电压, 可以提供高精度的

7、正弦波交流电输出。ups 不 推荐接纯感性、纯容性负载, 而且也不能接半波整流型负载, ups 适合接阻容性、阻性、微感性负载。1.2.2 up s 计算方法ups 容量计算如下:三相电路 p( va) 1.732e( v) i( a)单相电路 p( va) = e( v) i( a)式中, e( v) 为线间电压, i( a) 为线路电流, p( va) 为视在容量。ups 的额定功率有 2 种表示方法: 视在功率( 单位: va) 与实际输出功率( 单位: w) , 由于无功功率的存在, 所以造成 了这种差别, 两者的换算关系为: 实际输出功率=视在功率 功率因数。后备式、在线互动式的功率

8、因数是 0.50.7, 在线式 的功率因数一般是 0.8。工作原理ups( uninterruptible power supply) 的工作原理: 首先, 在 正常时利用整流装置将交流输入整流成直流电, 然后一路对 蓄电池充电, 一路将直流电供给逆变器, 逆变器将直流 电 转 换成稳定的交流电输出, 经静态开关装置供给负载使用。当 输入电力中断时, 由储存在蓄电池内的直流电供应逆变器工 作, 转换成交流电供负载使用。待市电完成供电准备后, 才停 止由蓄电池输出转换。ups 内部由电池组、充电器、逆变器及 静态开关组成。其作用主要体现在以下 3 个方面:( 1) 为各类用电设备提供后备电源,

9、以 防 止 突 然 断 电 造 成损害, 影响正常运行。( 2) 可以消除供电系统中产生的诸如浪涌、谐波干扰、频 率漂移、波形断续、电压过高或过低等现象, 改善电源质量,使各类设备的电子元部件免受破坏性损害。( 3) ups 还可以抑制电网中其他用电设备产生的诸如高 频信号等杂波, 以免除因杂波造成数据传输失效等故障, 提1.1注意事项1.2.3ups 的配备需注意:( 1) 接电动机、激光打印机等感性负载时, 由于启动功率 较大, 选择 ups 容量时应以设备的启动功率来计算, 启动功 率一般取额定功率的 2 倍。收稿日期: 2007- 10- 11 修回日期: 2007- 12- 10作者

10、简介: 许敏光( 1974- ) , 男, 福建古田人, 硕士, 工程师, 主要从事生 物医学工程方面的研究工作。医疗卫生装备2008 年 5 月第 29 卷第 5 期chine s e me dica l equipme nt j ourna l vol.29 no.5 ma y 2008101质控与安 全qua lity control&s a fe ty( 2) 若接发电机, 以 ups 2 倍容量来选择发电机容量。( 3) ups 的输出负载控制在 60%80%为最佳, 可靠性最高温地区每 2 个月对电池长时间充电 1 次, 充电时间不少于12 h。( 5) 一般电感性负载( 电吹风、

11、电热器、激光打印机等) 勿 连接于 ups 上, 若无法避免且又必须连接 ups, 应在系统评 估时一并将其启动电流列入考虑( 一般性电动机、压缩 机 等感性负载, 其启动电流约为额定电流的 6 倍) 。2 ep s 应急电源系统2.1 ep s 工作原理eps( emergency power supply) 是当市电 出 现 故 障 时 , 能 自动转入到应急工作状态, 由电池组经高效逆变提供后备电力供应。它具备手动、自动转换及供专业人员操作的强制启动按钮, 超载 120%能正常工作, 对电池组分段保护和智能充 电, 应急时间要求更长, 整机功能更齐备, 可靠性更高。eps 应急电源是允许

12、短时电源中断的应急电源装置。当 输入电源正常时 , 市电一路通过转换装置输出给负载, 另 一路通过充电器给电池组充电。当控制器检测到市电中断或异常( 偏低或偏高) 时, 向逆变器发出启动信号, 并控制互投转 换装置转至逆变器输出。当然, 对于 eps 的接法不同, 还可以 把 eps 当作二路电源、三路电源使用。在市电正常时, 由交流 市电经过互投装置给重要负载供电, 当交流市电断电后, 互 投装置将立即投切至逆变器供电, 供电时间由蓄电池的容量 决定。当市电电压恢复时, 应急电源将恢复为市电供电。eps 应急电源主要采用 spwm( 交流脉带调制) 技术, 主 要 包 括 整 流 充 电 器

13、 、蓄 电 池 组 、逆 变 器 , 互 投 装 置 等 部 分 组 成。其中逆变器是核心, 整流器的作用是将交流电变成直流 电, 实现对蓄电池及向逆变器模块供电。逆变器的作用则是 将直流电变换成交流电, 供给负载设备稳定持续的电力, 互 投装置保证负载在市电及逆变器输出间的顺利切换。系统控 制器对整个系统进行实时监控, 可以发出告警信号, 同 时 可高。( 4) ups 带载过轻 ( 如 1 000 va 的 ups 带 100 va 负载) , 有可能造成电池的深度放电, 会降低电池的使用寿 命 。 应尽量避免。配备实例我院采用双路供电, 考虑到如果紧急停电, 危 重 患 者 的 救治以及

14、检验试剂比较昂贵, 对于全自动生化仪、免疫 化 学 发光检测仪等检验仪器, 血透机、呼吸机、监护仪等急救医疗 设备选择配备在线式 ups, 举例如表 1 所示。1.3表 1up s 配备情况设备铭牌标称配备 ups 容量/kva全自动生化仪( au640)免疫化学发光检测仪( axsym)血透机( ak90) 血透机( ak200) 血透机( 4008b) 呼吸机( savina) 呼吸机( pb840) 监护仪( mp30)total 4 kva max 1 309 va2 025 w2 250 w230 v, f11 a220 v, t5 ah220240 v, t4.1 ah240 v,

15、 t1.0 a53353331延时电池配备考虑应急状况, 我院给在线 ups 配备 1h 的延时电池, 计 算方法如下:负载的有功功率支持时间=电池放出容量电池电压ups 逆变效率其中: 负载的有功功率 = 负载总功率负载的功率因数; ups逆变效率0.9; 电池放出容量=电池标称容量电池放电效 率。电池放电效率与放电电流或放电时间有关, 可参照表 2确定。1.4通过串行口与计算机或 modem 连接,算机监控和远程监控1。实现对供电系统的计目前, eps 应急电源针对所带负载的种类大致可以归纳例:负载总功为 以 下 3 种 ,一 是 主 要 用 于 应 急 照 明 和 事 故 照 明 的 单

16、 相表 2 放电效率与放电电流、放电时间对照 率 3 000 va, 负 载功 率 因 数 0.7, ups 电 池 电 压 96 v, 要 求 支 持 时 间 1 h,求应选用的电池容量。计算:3 000 va0.71 h=电池放出容量960.9eps。二是用于应急照明、事故照明之外, 还有应用于空调、电梯、卷帘门、排气风机、水泵等电感性负载, 或兼而有之的混 合供电的三相 eps, 适用场合 为 宾 馆 、高 层 建 筑 、医 院 、大 型商场等。三是电机专用的变频起动类 eps, 此种类型主要为 电机类负载而设计, 避免因电机启动过程中的大电流冲击而损坏设备, 被广泛应用于大功率电动机负

17、载, 如电梯、消防水 泵、大型风机等。eps 应急电源相对于 ups 而言, 其相同点在于都具备在 市电故障( 中断) 情况下继续向负载提供交流电源的功能, 均采用了 igbt 逆变技术和脉宽调制( pwm) 技术。不同之处是放电电流/as放电时间/h放电效率2.001.000.600.400.200.100.050.20.51.02.04.09.020.00.40.50.60.70.80.91.0得出: 电池放出容量=24.3 ah电池标称容量=24.30.6=40.5 ah结果: 可选用 38 ah 的电池( 12 v/38 ah 电池 8 块)使用注意事项使用 ups 目的在于市电处于不

18、佳的情形时可以确保负ups 除了提供不间断供电外,还兼备改善市电品质的功能,而 eps 应 急 电 源 则 主 要 解 决 市 电 故 障 时 的 应 急 供 电 问 题 ;ups 供电模式要求切换时间很短( 010 ms) , eps 应急电源则 相对较宽( 04 s) ; ups 主要带阻容性、阻性、微感性负载, 而 eps 应 急 电 源 所 带 负 载 混 杂 ; ups 对 于 运 行 环 境 要 求 较 高 , eps 应急电源则要求能适应各种环境; ups 以一般用户监控1.5载正常工作, 所以必须确实执行点检作业, 其内容包括:( 1) 保持冷却排风之进、出气口通畅。( 2)

19、避免将 ups 置于湿度极高和阳光直接照射的场所。( 3) 避免将 ups 置于温度过高的场所。( 4) 每月对电池长时间充电 1 次, 充电时间不少于 12 h,为主, eps 应急电源 主 要 用 于 应 急 供 电 ,要 求 与 消 防 联 动 ;ups 以维护信息传输畅通为主要目的, eps 应急电源以防范重大灾难事故为主要目的。医疗卫生装备2008 年 5 月第 29 卷第 5 期chine s e me dica l equipme nt j ourna l vol.29 no.5 ma y 2008102质控与安 全qua lity control&s a fe ty2.2 ep

20、 s 容量计算( 1) 当 eps 带多台电动机且同时启动时, 则 eps 的容量 应遵循如下原则:eps=带变频启动电动机功率之和+带软启动电动机功率 之和2.5+带星三角启动电动机 功 率 之 和3+直 接 启 动 电 动 机功率之和5。( 2) 当 eps 带多台电动机且都分别单台启动时( 不是同 时启动) , 则 eps 的容量应遵循如下原则:eps 容量=各个电动机功率之和, 但必须满足以下条件:上述电机中直接启动的最大的单台电动机功率是 eps 容量 的 1/7; 星三角启动的最大的单台电动机功率是 eps 容量的1/4; 软启动的最大的单台电动机功率是 eps 容量的 1/3;

21、变频启动的最大的单台电动机功率不大于 eps 容量; 如果用配电子或液压调速装置, 调速性能较好; 发电机宜选 用 配无刷励磁或相复励磁装置的同步电机较可靠, 故障率低, 维 护检修较方便; 当一级负荷中单台空调器容量或电动机容量较大时, 宜选用 3 次谐波励磁的发电机组; 机组装在附 有 减 震器的共用底盘上; 排烟管出口宜装设消声器, 以减小 噪 声对周围环境的影响。应急发电机组的控制应具有快速自 起 动 及 自 动 投 入 装 置。当主用电源故障断电后, 应急机组应能快速自起动并恢 复供电, 一级负荷的允许断电时间从十几秒至几十秒, 应 根 据具体情况确定。当重要工程的主用电源断电后,

22、首先应以过 35 s 的确定时间,以避开瞬时电压降低及市电网合闸或备用电源自动投入的时间, 然后再发出起动应急发电机组的指令。从指令发出、机组开始起动、升速到能带全负荷需要一 段时间。一般大、中型柴油机还需要预润滑及暖机过程, 使紧 急加载时的机油压力、机油温度、冷却水温度符合产品 技 术条件的规定; 预润滑及暖机过程可以根据不同 情 况 预 先 进行。医院进行重要外科手术等的应急机组平时就应处于预润不满足上述条件,则应按上述条件中的最大数调整 eps 的容量, 电动机启动的顺序应为直接启动在先, 其次是星三角的启动, 有软启动的再启动, 最后是变频启动的再启动。( 3) 当 eps 带混合负

23、载时, eps 容量应遵循如下原则:eps 容量等于所有负载总功率之和,但必须满足以下条滑及暖机状态, 以便随时快速起动,尽量缩短 故 障 断 电 时件, 否则, 则按其中最大的容量来确定 eps 容量: 负载中直接同时启动的电动机功率之和是 eps 容量的 1/7; 负载中星 三角同时启动的电动机功率之和是 eps 容量的 1/4; 负载中有软启动同时启动的电动机功率之和是 eps 容量的 1/3; 负载中有变频器同时启动的电动机功率之和不大于 eps 容量;同时启动的电动机功率之和不大于 eps 的容量。其中, 电动机功率当量=直接且同时启动电动机总功率 之和5+星三角且同时启动电动机总功

24、率之和3+软启动且 同时启动电动机功率之和2.5+变频且同时启动电动机功率 之和。若电动机前后启动时间相差大于 1 min, 均不视为同时 启动。间。 应急机组投入运行后, 为了减少突加负荷时的机械及电流冲击 , 在满足供电要求的情况下, 紧急负荷最好按时 间 间 隔分级增加。根据国家标准和国家军用标准规定, 自动化机组自启动成功后的首次允许加载量如下: 对于标定功率不大于 250 kw 者, 首次允许加载量不小于 50%标定负载; 对于标 定功率大于 250 kw 者, 按产品技术条件规定, 如果瞬时电压 降及过渡过程要求不严格时, 一般机组突加或突卸的负荷量 不宜超过机组标定容量的 70%

25、。近年来, 供电系统运行经验证明, 从市政电力网引接 2路电源有同时发生故障的案例, 不能满足一级负荷中特别重 要负荷的供电可靠性的要求。因此有一定规模或档次较高的医院均有必要配备柴油发电机组。在工程设计中, 常把 icu、ccu、产房、手术部、高层电梯及所有消防设备等划为一级负 荷中特别重要的负荷; 另外对于其他专业提出的特别重要负荷, 应仔细研究, 尽可能采取非电气保安措施以减少特 别 重 要负荷的容量。33.1柴油发电机工作原理柴油发电机广泛用于电信、财政金融部门、医院、学 校 、商业部门、工矿企业和住宅做应急备用电源和军事与野外作业、车辆与船舶等特殊用途的独立电源。机组选择应考虑的 因素主要有机械与电气性能、机组的用途、负荷的容量 与 变 化范围、自动化功能等。柴油发电机可用于常用、备用和应急 等 3 种情况。医院一般采用双路供电, 因此, 考虑选购应急柴 油发电机, 在紧急情况或事故停电后, 通过应急发电机 迅 速 恢复并延长一段供电时间, 这类用电负荷称为一级负荷。应 急柴油发电机的工作有 2 个特点:( 1) 应急用时, 连续工作的时间不长, 一般只需要持续运 行几小时( 12 h)