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劉細鳳
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:本文主要介紹了在IT系統(tǒng)領域中,對比IEC標準和以美為代表的NSPF標準的不同之處,進步理解應用于汗系統(tǒng)的不同的漏電保護技術。
關鍵詞:漏電 絕緣監(jiān)視IEC標準 NSPF標準 IT系統(tǒng)
引言
2類場所是醫(yī)院內(nèi)重要場所,通常指室、重癥監(jiān)護室或心臟監(jiān)護室等,對病人而言是生命攸關的場所,也是充滿器械和電器設備的場所,此類場所的漏電保護和普通建筑物相比有特殊的要求,即通過局部IT系統(tǒng)供電。為了更好地理解應用于IT系統(tǒng)的不同的漏電保護技術,先對現(xiàn)行相關的不同標準作介紹。
1 不同家IT系統(tǒng)的不同標準
在2類場所采用IT系統(tǒng)的工要家及其家標準如下:
縱觀上述各的規(guī)范,主要可以劃分為兩大標準,即以IEC60364-7-710為代表的、監(jiān)視IT系統(tǒng)對地絕緣阻直的標準,主要參與家大部分為歐盟家,如英、法、德、芬蘭、意大利、瑞士、匈牙利、愛爾蘭等,歐盟以外的家如中和巴西等。另外類標準以美的NFPA99的為代表,監(jiān)視IT系統(tǒng)對地容性漏電流和阻性漏電流的總和,主要追隨的家有加拿大、日本、澳大利亞、荷蘭、挪威、智利和在多中美洲家。
絕緣監(jiān)視儀
IEC60364標準規(guī)定,2類場所內(nèi)用于維持生命或外科的電器設備,額定電壓超過AC25V或DC60V的設備,必須使用帶絕緣監(jiān)視儀的IT電源系統(tǒng)。
絕緣監(jiān)視儀安裝在IT系統(tǒng)和大地之間,IT系統(tǒng)發(fā)生接地時,絕緣監(jiān)視儀立刻發(fā)出報警信號,通知操作人員系統(tǒng)已經(jīng)帶故障運行、必須盡快找出故障,以便在發(fā)生第二點接地之前排除故障。對于2類場所的IT系統(tǒng)內(nèi)安裝的絕緣監(jiān)視儀,除了必須符合絕緣監(jiān)視儀的通用規(guī)范IEC61557-8標準以外,還必須符合IEC60364-7-710標準的特殊要求:
(1)內(nèi)部交內(nèi)阻抗應至少為100Ω;
(2)測試電壓不應大于直流25V;
(3)即使在故障條件下,其注人的電流的峰值不應大于1mA;
(4)遲應在絕緣電阻降至50kΩ時發(fā)出信號,應配置試驗此功能的器具;
(5)絕緣監(jiān)測器在接地中斷或電氣線路中斷時發(fā)出信號。
在美,由于將可燃的麻醉氣體和非流動液體直接放在室內(nèi)部,因此除了考慮IT系統(tǒng)的對地絕緣電阻外,還必須考慮IT系統(tǒng)的防火問題,因為容性漏電流同樣對防火構成威脅。美的NFPA99-2002標準對須采用IT系統(tǒng)的場所有如下規(guī)定:
可能有潮濕環(huán)境的場所,包括在地面放置固定液體的場所;
有三臺或三臺以上的電器設備和病人連接的場所;
進行某些處置,這些處置的過程不能中斷的場所
使用可燃的麻醉劑的場所。
上述規(guī)定決定了對IT系統(tǒng)的線路隔離監(jiān)視儀(LIM)必須具備測量容性漏電流和阻性漏電流的功能。NFPA99標準規(guī)定,在IT系統(tǒng)的漏電流達到或超過5mA時,線路隔離監(jiān)視儀(LIM)必須發(fā)出報警信號。加拿大的CSAZ31.1標準更嚴恪,漏電流超過2mA時就必須發(fā)出報警信號。
線路隔離監(jiān)視儀
至于漏電流對病人造成潛在的微電ji的危害,已經(jīng)成了*的常識,這里不再贅述。但需要指出的是,不管是容性電流還是阻性電流,都有可能導致病人的房顫或釀成更大的微電ji事故。
通過比較IEC和北美的規(guī)范,我們不難看出北美的規(guī)范比正IEC更嚴格,這不僅對應用于IT系統(tǒng)的電器設備提出了很高的要求,同時也對IT系統(tǒng)的安裝提出了很高的要求。
2 絕緣監(jiān)視儀(IMD)和線路隔離監(jiān)視儀(LIM) 的測量原理
通常絕緣監(jiān)視儀的測量原理如圖1所示。
絕緣監(jiān)視儀通過內(nèi)部的耦合電阻RA連接到被監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)。絕緣監(jiān)視儀內(nèi)部的信號源G發(fā)送測量電壓信號通過耦合電阻RA、測量電阻Rm和低通濾波電路疊加在被監(jiān)視系統(tǒng)和大地(PE線)之間,該源量電壓經(jīng)過外部IT系統(tǒng)對地的總絕緣阻抗RF構成測量回路,因此通過測量該回路內(nèi)的測量電流1m得出被監(jiān)視系統(tǒng)對地的總絕緣阻值。
圖1絕緣監(jiān)視儀的測原理圖
傳統(tǒng)的應用于測量交流系統(tǒng)對地絕緣阻值的絕緣監(jiān)視儀常常采用直流信號測量法,相關的電路圖可簡化成圖2:
圖2簡化電路圖
絕緣監(jiān)視儀送出直流測量電壓信號,通過系統(tǒng)絕緣電阻產(chǎn)生的測量電流Im和系統(tǒng)對地的絕緣阻值成線性,其關系如下列公式:
通過測得的測量電流1m,極易得到系統(tǒng)對地的絕緣阻值RF。
但是,該測量方法容易受到被監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)的直流負載電流及各種不同頻率的交流電流的于擾,因此改進型的絕緣監(jiān)視儀采用疊加脈沖測量電壓的方法檢測IT系統(tǒng)的對地絕緣阻值。近20年由于計算機技術突飛猛進的發(fā)展,德Bender(本德爾)公司研制的新的絕緣監(jiān)視儀可通過單片機控制送出的脈沖測量電壓。該測量脈沖的幅值,頻率等參數(shù)由CPU控制,測量脈沖的波形可根據(jù)被監(jiān)視系統(tǒng)的實際情況自調(diào)整,這樣絕緣監(jiān)視儀能檢測出更準確可靠的對地絕緣阻值。該技術是德Bender公司的專li技術,通過在界各地醫(yī)院的實際應用,證明是種可靠的在線絕緣測量方法。
由于線路隔離監(jiān)視儀測量的內(nèi)容有區(qū)別于IEC 標準的絕緣監(jiān)視儀,即測量IT系統(tǒng)對地容性漏電流和阻性漏電流的總和。如圖3所示:
圖3 IT系統(tǒng)對地容性漏電流和阻性漏電流的總和
其中系統(tǒng)的泄漏電容CE在IT系統(tǒng)內(nèi)主要由系統(tǒng)各回路電纜的長度、電纜的絕緣材料和敷設的方法所決定,其泄漏電容可由下列公式得出:
由此可以看出,系統(tǒng)回路電纜越長,泄漏電容數(shù)值越大,導致系統(tǒng)的對地容性漏電流數(shù)值也越大。同時,線路隔離監(jiān)視儀本身也是系統(tǒng)對地漏電流的通道,因此線路隔離監(jiān)視儀通常具有兆歐級的內(nèi)部阻抗。
3 不同的絕緣測量技術的實際應用
山于IEC規(guī)范的IT系統(tǒng)及其絕緣監(jiān)視要求相對較低,在實際應用中比較容易實現(xiàn)。
具體體現(xiàn)在下列幾個方面:
1)IT系統(tǒng)的隔離變壓器放置的位置沒有嚴恪的規(guī)定。隔離變壓器放置的位置決定了從變壓器到系統(tǒng)負載(電器設備)的距離,距離越長,山線路產(chǎn)生的容性電流越大。美標準的IT系統(tǒng)隔離變壓器通常于室內(nèi)部墻壁嵌入式安裝,以縮短從變壓器到電器設備的界限距離。為滿足加拿大更嚴格的規(guī)范,室的隔離變壓器像吊塔樣懸于床上方,其目的同樣是為了減少容性漏電流。在澳大利亞和日本的標準中,規(guī)定從變壓器到室敷設的電纜不允許使用金屬穿線管,也是為了同樣的目的。不管將變壓器置于室內(nèi)部、不管是嵌人式還是懸掛式安裝,都有礙于滿足室的空氣潔凈要求《同時變壓器的容量也不能太大,這也限制了室功能的靈活性。而如若將塑料穿線管置于室的吊頂內(nèi),會降低電氣安裝的可靠性。而IEC規(guī)范規(guī)定,IT系統(tǒng)隔離變壓器可以置于室之外,這就大大降低了電氣安裝的難度,同時對變壓器的散熱也十分有利。
2)為了既照顧到TEC規(guī)范的實用性,又盡量抑制IT系統(tǒng)內(nèi)的容性電流,在IEC603-7-710標準中,嚴格規(guī)定了隔離變壓器的容量不得大于10KVA,這樣可以在定程度上防止使用很長很多線路的IT系統(tǒng)
3)IEC標準的隔離變壓器有相對較低的浪涌電流,降低了對IT系統(tǒng)前級的電源自動切換裝置的要求。IEC6158-2-15準對隔離變壓器的規(guī)范,符合該規(guī)范的隔離變壓器與美標準的相比體積較小,噪聲水平低,浪涌電流在額定電流的12倍以下,較小的浪涌電流無疑對與隔離變壓器的初級連接的UPS的要求降低了。而美標準的隔離變壓器為了滿足低水平的對地漏電流的要求,隔離變壓器常常具有較高的噪聲,浪涌電流常常在額定電流的20倍左右。在實際應用時,套UPS設備常常連接了多臺隔離變壓器,這樣隔離變壓器的浪涌電流水平越高,UPS后備電源的造價也越高。
4 安科瑞IT絕緣監(jiān)測系統(tǒng)的介紹
4.1 概述
隨著電子設備在醫(yī)院領域的廣泛應用,漏電流對病人構成的威脅也越來越大,尤其是那些生命攸關的場所,病人在中或麻醉狀態(tài)下,各種電極、傳感器直接插入人體內(nèi),微小的漏電流都有可能導致病人觸電身亡。另外有些設備用于維持重癥病人的生命,旦設備停電,也會對病人的生命構成威脅。因此,對于這特殊場所的電氣設計,應嚴格按照家標準和規(guī)范進行。
安科瑞IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測故障定位裝置及系統(tǒng)適用于醫(yī)院的室、ICU(CCU)監(jiān)護病房等重要場所,能為這類場所提供、連續(xù)、可靠的供電解決方案。
4.2 隔離電源系統(tǒng)
隔離電源監(jiān)控系統(tǒng)用于集中監(jiān)控大樓內(nèi)所有2類場所IT系統(tǒng)的運行狀況。這種集中監(jiān)控系統(tǒng)可以設置在醫(yī)院電氣運行和維護人員的值班室內(nèi),也可以集成在其它電力監(jiān)控系統(tǒng)中,由專的電氣人員進行監(jiān)控,旦某套IT系統(tǒng)出現(xiàn)故障,電氣維護人員也能在時間內(nèi)做出判斷,并根據(jù)現(xiàn)場情況進行處理。
系統(tǒng)拓撲圖
4.3 軟件功能
安科瑞隔離電源監(jiān)控系統(tǒng)是基于觸摸屏軟件設計,軟件具有遠程測量、遠程參數(shù)設置和遠程自檢等多種功能,為醫(yī)院2類場所隔離電源系統(tǒng)的集中監(jiān)控提供了強大的系統(tǒng)集成工具。軟件的主要功能如下:
■ 次圖和現(xiàn)場分布顯示
系統(tǒng)具有次圖及現(xiàn)場分布圖顯示功能,能直觀的了解并及時地發(fā)現(xiàn)IT供電系統(tǒng)的報警地點或區(qū)域,從而方便專業(yè)人員及時到達現(xiàn)場進行故障排查;
■ 實時數(shù)據(jù)采集與顯示
利用安裝于各隔離電源系統(tǒng)中絕緣監(jiān)測儀表和絕緣故障定位儀表,采集各隔離電源系統(tǒng)的參數(shù)。采集到的數(shù)據(jù)實時顯示在監(jiān)控系統(tǒng)界面,這些監(jiān)測參量含IT系統(tǒng)對地絕緣電阻、變壓器負荷電流、變壓器繞組溫度及絕緣故障回路等;
■ 故障報警
將各隔離電源系統(tǒng)出現(xiàn)的各類故障,如絕緣故障、過載故障、超溫故障以及接線斷線故障等信息進行統(tǒng)處理和記錄,并可直接在顯示界面上彈出顯示故障類型、監(jiān)測值、故障地點以及故障發(fā)生時間等信息。同時啟動監(jiān)控系統(tǒng)的聲光報警系統(tǒng),及時提醒相關人員,進行故障處理。其中,聲音報警信號可被手動。
■ 遠程參數(shù)設置和查詢
通過系統(tǒng),可根據(jù)要求遠程調(diào)整和設置各隔離電源系統(tǒng)中絕緣監(jiān)測儀的各類報警參數(shù)閾值,也可以任意查看這些報警參數(shù)值。參數(shù)包括絕緣報警值、負載電流報警值和隔離變壓器溫度報警值等。
■ 圖形顯示功能:
系統(tǒng)可以以曲線的形式,顯示各套隔離電源系統(tǒng)的絕緣狀況、負載狀況,以及隔離變壓器的溫升狀況,以及它們的變化趨勢,以便于分管理人員了解和分析各電源系統(tǒng)的運行變化情況,有針對性的對某些系統(tǒng)進行維護和保養(yǎng)。
4.4 安科瑞IT系統(tǒng)四件套選型
IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測產(chǎn)品(四件套)包括AITR S系列隔離變壓器、AIM-M10智能絕緣監(jiān)測儀、AKH-0.66P26電流互感器和AID系列(AID10、AID150)外接報警與顯示儀等,產(chǎn)品表2所示。
表2 IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測產(chǎn)品(四件套)
5 結(jié)語
綜上所述,在IT系統(tǒng)領域,IEC規(guī)范具有較強的實川性,因而在世界范圍內(nèi)被廣泛接受并采用。以美為代表的NSPF標準比IEC標準更嚴格,實施該標準的難度和成本比IDC標準高。
參考文獻
[1] 吳佳倩,IT系統(tǒng)的漏電檢測及其應用.
[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.6版.
作者簡介:
劉細鳳,女,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向為IT配電