淺談IT絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的漏電檢測(cè)及其應(yīng)用

劉細(xì)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(lǐng)域中，對(duì)比IEC標(biāo)準(zhǔn)和以美為代表的NSPF標(biāo)準(zhǔn)的不同之處，進(jìn)步理解應(yīng)用于汗系統(tǒng)的不同的漏電保護(hù)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：漏電 絕緣監(jiān)視IEC標(biāo)準(zhǔn) NSPF標(biāo)準(zhǔn) IT系統(tǒng)

引言

2類(lèi)場(chǎng)所是醫(yī)院內(nèi)重要場(chǎng)所，通常指室、重癥監(jiān)護(hù)室或心臟監(jiān)護(hù)室等，對(duì)病人而言是生命攸關(guān)的場(chǎng)所，也是充滿(mǎn)器械和電器設(shè)備的場(chǎng)所，此類(lèi)場(chǎng)所的漏電保護(hù)和普通建筑物相比有特殊的要求，即通過(guò)局部IT系統(tǒng)供電。為了更好地理解應(yīng)用于IT系統(tǒng)的不同的漏電保護(hù)技術(shù)，先對(duì)現(xiàn)行相關(guān)的不同標(biāo)準(zhǔn)作介紹。

1 不同家IT系統(tǒng)的不同標(biāo)準(zhǔn)

在2類(lèi)場(chǎng)所采用IT系統(tǒng)的工要家及其家標(biāo)準(zhǔn)如下:

縱觀上述各的規(guī)范，主要可以劃分為兩大標(biāo)準(zhǔn)，即以IEC60364-7-710為代表的、監(jiān)視IT系統(tǒng)對(duì)地絕緣阻直的標(biāo)準(zhǔn)，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(ài)爾蘭等，歐盟以外的家如中和巴西等。另外類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)以美的NFPA99的為代表，監(jiān)視IT系統(tǒng)對(duì)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，2類(lèi)場(chǎng)所內(nèi)用于維持生命或外科的電器設(shè)備，額定電壓超過(guò)AC25V或DC60V的設(shè)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(shí)，絕緣監(jiān)視儀立刻發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知操作人員系統(tǒng)已經(jīng)帶故障運(yùn)行、必須盡快找出故障，以便在發(fā)生第二點(diǎn)接地之前排除故障。對(duì)于2類(lèi)場(chǎng)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(biāo)準(zhǔn)以外，還必須符合IEC60364-7-710標(biāo)準(zhǔn)的特殊要求:

（1）內(nèi)部交內(nèi)阻抗應(yīng)至少為100Ω；

（2）測(cè)試電壓不應(yīng)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(yīng)大于1mA；

（4）遲應(yīng)在絕緣電阻降至50kΩ時(shí)發(fā)出信號(hào)，應(yīng)配置試驗(yàn)此功能的器具；

（5）絕緣監(jiān)測(cè)器在接地中斷或電氣線(xiàn)路中斷時(shí)發(fā)出信號(hào)。

在美，由于將可燃的麻醉氣體和非流動(dòng)液體直接放在室內(nèi)部，因此除了考慮IT系統(tǒng)的對(duì)地絕緣電阻外，還必須考慮IT系統(tǒng)的防火問(wèn)題，因?yàn)槿菪月╇娏魍瑯訉?duì)防火構(gòu)成威脅。美的NFPA99-2002標(biāo)準(zhǔn)對(duì)須采用IT系統(tǒng)的場(chǎng)所有如下規(guī)定：

可能有潮濕環(huán)境的場(chǎng)所，包括在地面放置固定液體的場(chǎng)所；

有三臺(tái)或三臺(tái)以上的電器設(shè)備和病人連接的場(chǎng)所；

進(jìn)行某些處置，這些處置的過(guò)程不能中斷的場(chǎng)所

使用可燃的麻醉劑的場(chǎng)所。

上述規(guī)定決定了對(duì)IT系統(tǒng)的線(xiàn)路隔離監(jiān)視儀(LIM)必須具備測(cè)量容性漏電流和阻性漏電流的功能。NFPA99標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在IT系統(tǒng)的漏電流達(dá)到或超過(guò)5mA時(shí)，線(xiàn)路隔離監(jiān)視儀（LIM)必須發(fā)出報(bào)警信號(hào)。加拿大的CSAZ31.1標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)恪，漏電流超過(guò)2mA時(shí)就必須發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

線(xiàn)路隔離監(jiān)視儀

至于漏電流對(duì)病人造成潛在的微電ji的危害，已經(jīng)成了*的常識(shí)，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(dǎo)致病人的房顫或釀成更大的微電ji事故。

通過(guò)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(yán)格，這不僅對(duì)應(yīng)用于IT系統(tǒng)的電器設(shè)備提出了很高的要求，同時(shí)也對(duì)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(xiàn)路隔離監(jiān)視儀(LIM) 的測(cè)量原理

通常絕緣監(jiān)視儀的測(cè)量原理如圖1所示。

絕緣監(jiān)視儀通過(guò)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(hào)源G發(fā)送測(cè)量電壓信號(hào)通過(guò)耦合電阻RA、測(cè)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(xiàn)）之間，該源量電壓經(jīng)過(guò)外部IT系統(tǒng)對(duì)地的總絕緣阻抗RF構(gòu)成測(cè)量回路，因此通過(guò)測(cè)量該回路內(nèi)的測(cè)量電流1m得出被監(jiān)視系統(tǒng)對(duì)地的總絕緣阻值。

圖1絕緣監(jiān)視儀的測(cè)原理圖

傳統(tǒng)的應(yīng)用于測(cè)量交流系統(tǒng)對(duì)地絕緣阻值的絕緣監(jiān)視儀常常采用直流信號(hào)測(cè)量法，相關(guān)的電路圖可簡(jiǎn)化成圖2：

圖2簡(jiǎn)化電路圖

絕緣監(jiān)視儀送出直流測(cè)量電壓信號(hào)，通過(guò)系統(tǒng)絕緣電阻產(chǎn)生的測(cè)量電流Im和系統(tǒng)對(duì)地的絕緣阻值成線(xiàn)性，其關(guān)系如下列公式:

通過(guò)測(cè)得的測(cè)量電流1m，極易得到系統(tǒng)對(duì)地的絕緣阻值RF。

但是，該測(cè)量方法容易受到被監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)的直流負(fù)載電流及各種不同頻率的交流電流的于擾，因此改進(jìn)型的絕緣監(jiān)視儀采用疊加脈沖測(cè)量電壓的方法檢測(cè)IT系統(tǒng)的對(duì)地絕緣阻值。近20年由于計(jì)算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，德Bender（本德?tīng)枺┕狙兄频男碌慕^緣監(jiān)視儀可通過(guò)單片機(jī)控制送出的脈沖測(cè)量電壓。該測(cè)量脈沖的幅值，頻率等參數(shù)由CPU控制，測(cè)量脈沖的波形可根據(jù)被監(jiān)視系統(tǒng)的實(shí)際情況自調(diào)整，這樣絕緣監(jiān)視儀能檢測(cè)出更準(zhǔn)確可靠的對(duì)地絕緣阻值。該技術(shù)是德Bender公司的專(zhuān)li技術(shù)，通過(guò)在界各地醫(yī)院的實(shí)際應(yīng)用，證明是種可靠的在線(xiàn)絕緣測(cè)量方法。

由于線(xiàn)路隔離監(jiān)視儀測(cè)量的內(nèi)容有區(qū)別于IEC 標(biāo)準(zhǔn)的絕緣監(jiān)視儀，即測(cè)量IT系統(tǒng)對(duì)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(duì)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(zhǎng)度、電纜的絕緣材料和敷設(shè)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(zhǎng)，泄漏電容數(shù)值越大，導(dǎo)致系統(tǒng)的對(duì)地容性漏電流數(shù)值也越大。同時(shí)，線(xiàn)路隔離監(jiān)視儀本身也是系統(tǒng)對(duì)地漏電流的通道，因此線(xiàn)路隔離監(jiān)視儀通常具有兆歐級(jí)的內(nèi)部阻抗。

3 不同的絕緣測(cè)量技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

山于IEC規(guī)范的IT系統(tǒng)及其絕緣監(jiān)視要求相對(duì)較低，在實(shí)際應(yīng)用中比較容易實(shí)現(xiàn)。

具體體現(xiàn)在下列幾個(gè)方面：

1）IT系統(tǒng)的隔離變壓器放置的位置沒(méi)有嚴(yán)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(fù)載（電器設(shè)備）的距離，距離越長(zhǎng)，山線(xiàn)路產(chǎn)生的容性電流越大。美標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備的界限距離。為滿(mǎn)足加拿大更嚴(yán)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(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定從變壓器到室敷設(shè)的電纜不允許使用金屬穿線(xiàn)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(mǎn)足室的空氣潔凈要求《同時(shí)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(xiàn)管置于室的吊頂內(nèi)，會(huì)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(shí)對(duì)變壓器的散熱也十分有利。

2）為了既照顧到TEC規(guī)范的實(shí)用性，又盡量抑制IT系統(tǒng)內(nèi)的容性電流，在IEC603-7-710標(biāo)準(zhǔn)中，嚴(yán)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(zhǎng)很多線(xiàn)路的IT系統(tǒng)

3）IEC標(biāo)準(zhǔn)的隔離變壓器有相對(duì)較低的浪涌電流，降低了對(duì)IT系統(tǒng)前級(jí)的電源自動(dòng)切換裝置的要求。IEC6158-2-15準(zhǔn)對(duì)隔離變壓器的規(guī)范，符合該規(guī)范的隔離變壓器與美標(biāo)準(zhǔn)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(wú)疑對(duì)與隔離變壓器的初級(jí)連接的UPS的要求降低了。而美標(biāo)準(zhǔn)的隔離變壓器為了滿(mǎn)足低水平的對(duì)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(shí)際應(yīng)用時(shí)，套UPS設(shè)備常常連接了多臺(tái)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(jià)也越高。

4 安科瑞IT絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的介紹

4.1 概述

隨著電子設(shè)備在醫(yī)院領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，漏電流對(duì)病人構(gòu)成的威脅也越來(lái)越大，尤其是那些生命攸關(guān)的場(chǎng)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(dǎo)致病人觸電身亡。另外有些設(shè)備用于維持重癥病人的生命，旦設(shè)備停電，也會(huì)對(duì)病人的生命構(gòu)成威脅。因此，對(duì)于這特殊場(chǎng)所的電氣設(shè)計(jì)，應(yīng)嚴(yán)格按照家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行。

安科瑞IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)故障定位裝置及系統(tǒng)適用于醫(yī)院的室、ICU(CCU)監(jiān)護(hù)病房等重要場(chǎng)所，能為這類(lèi)場(chǎng)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(lèi)場(chǎng)所IT系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。這種集中監(jiān)控系統(tǒng)可以設(shè)置在醫(yī)院電氣運(yùn)行和維護(hù)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(zhuān)的電氣人員進(jìn)行監(jiān)控，旦某套IT系統(tǒng)出現(xiàn)故障，電氣維護(hù)人員也能在時(shí)間內(nèi)做出判斷，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行處理。

系統(tǒng)拓?fù)鋱D

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(shè)計(jì)，軟件具有遠(yuǎn)程測(cè)量、遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置和遠(yuǎn)程自檢等多種功能，為醫(yī)院2類(lèi)場(chǎng)所隔離電源系統(tǒng)的集中監(jiān)控提供了強(qiáng)大的系統(tǒng)集成工具。軟件的主要功能如下：

■ 次圖和現(xiàn)場(chǎng)分布顯示

  系統(tǒng)具有次圖及現(xiàn)場(chǎng)分布圖顯示功能，能直觀的了解并及時(shí)地發(fā)現(xiàn)IT供電系統(tǒng)的報(bào)警地點(diǎn)或區(qū)域，從而方便專(zhuān)業(yè)人員及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障排查；

■ 實(shí)時(shí)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(cè)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(shí)時(shí)顯示在監(jiān)控系統(tǒng)界面，這些監(jiān)測(cè)參量含IT系統(tǒng)對(duì)地絕緣電阻、變壓器負(fù)荷電流、變壓器繞組溫度及絕緣故障回路等；

■ 故障報(bào)警

  將各隔離電源系統(tǒng)出現(xiàn)的各類(lèi)故障，如絕緣故障、過(guò)載故障、超溫故障以及接線(xiàn)斷線(xiàn)故障等信息進(jìn)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(lèi)型、監(jiān)測(cè)值、故障地點(diǎn)以及故障發(fā)生時(shí)間等信息。同時(shí)啟動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的聲光報(bào)警系統(tǒng)，及時(shí)提醒相關(guān)人員，進(jìn)行故障處理。其中，聲音報(bào)警信號(hào)可被手動(dòng)。

■ 遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置和查詢(xún)

  通過(guò)系統(tǒng)，可根據(jù)要求遠(yuǎn)程調(diào)整和設(shè)置各隔離電源系統(tǒng)中絕緣監(jiān)測(cè)儀的各類(lèi)報(bào)警參數(shù)閾值，也可以任意查看這些報(bào)警參數(shù)值。參數(shù)包括絕緣報(bào)警值、負(fù)載電流報(bào)警值和隔離變壓器溫度報(bào)警值等。

■ 圖形顯示功能：

  系統(tǒng)可以以曲線(xiàn)的形式，顯示各套隔離電源系統(tǒng)的絕緣狀況、負(fù)載狀況，以及隔離變壓器的溫升狀況，以及它們的變化趨勢(shì)，以便于分管理人員了解和分析各電源系統(tǒng)的運(yùn)行變化情況，有針對(duì)性的對(duì)某些系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)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(cè)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(cè)儀、AKH-0.66P26電流互感器和AID系列（AID10、AID150）外接報(bào)警與顯示儀等，產(chǎn)品表2所示。

表2 IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)產(chǎn)品（四件套）

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在IT系統(tǒng)領(lǐng)域，IEC規(guī)范具有較強(qiáng)的實(shí)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(biāo)準(zhǔn)比IEC標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格，實(shí)施該標(biāo)準(zhǔn)的難度和成本比IDC標(biāo)準(zhǔn)高。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳佳倩，IT系統(tǒng)的漏電檢測(cè)及其應(yīng)用.

[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.6版.

作者簡(jiǎn)介：

劉細(xì)鳳，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)镮T配電