论文《医疗设备过电压防护措施》-仁创编译转载

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　　摘要：本文针对近年来医疗设备过电压造成的危害进行了原因分析，并综合分析结果，对医疗设备从防雷设施、采取等电位连接、接地及屏蔽措施等各方面提出了防护措施。

　　关键词：医疗设备;过电压;预防措施

　　近年来，随着医疗设备的电子化，尤其是计算机设备和微电子技术在医院临床中的广泛应用。由于接线保护不当或设备摆放位置不当等原因，因雷电(包括瞬态过电压)引发的设备故障而造成停用甚至出现医疗事故的现象时有发生，从而造成很大的经济损失。雷电及瞬态过电压对医疗设备的危害问题，已成为医院和相关的设备维修维护人员无法回避的问题。

　　对正在运行中的医疗设备来说，过电压产生的原因有多方面，其中雷电活动尤其是直击雷的活动或者主电路中其它大型设备开关的动作等，都是对医疗设备的正常工作造成干扰的源头，这些干扰一般会在电子设备系统的数据通信、信号传输、电源总线等线路上引起电压瞬间的激增，即出现瞬态过电压现象。如果瞬态过电压超过了电子设备中元器件所承受的电压，就会使电器件烧毁，对设备造成损坏。这种危险对包括计算机、闭路电视设备、不间断电源、传感器和数据采集装置等的医疗设备如B超、X光、核磁共振等都存在。而且一般的防雷措施如安装防雷器件和降低地线接地电阻等方法，并不能完全达到预防的目的。

　　1.瞬态过电压产生原因及危害

　　瞬态过电压，是指由于外部环境的突然变化，而使附近两个或两个以上的导体间的电压在瞬间内(几微秒～几毫秒)急剧增加，一般从几伏增加到几千伏。是一种冲击电压。

　　1.1瞬态过电压产生的原因

　　瞬态过电压产生的原因有多种，但最常见的原因是雷电和内部过电压两种情况。

　　1.1.1雷电原因

　　雷电是一种常见的大气放电现象。雷电中闪电的电压很高，能达到1亿至10亿伏特，平均电流能达到30kA。建筑物一般装有防雷装置，雷击电流可通过防雷装置直接接入大地，对周围环境影响不大或几乎没有什么影响。但对工作在附近的医疗设备来说，它能够通过设备内部的一些电子元件的耦合(如电感、电容等)产生瞬态过电压。

　　1.1.2内部过电压

　　由于事故、操作等原因，使电路系统的状态突然间发生变化，即设备状态从一种稳定状态转变为另一种稳定状态，在这一过渡过程中，储能元件瞬间放电产生电气系统瞬态过电压。如电气开关动作引起的瞬态过电压等。这种过电压的产生实质是系统内电磁能的振荡和积聚志引起的。

　　1.2瞬态过电压对医疗设备的危害

　　无论是雷电原因还是内部过电压原因引起的瞬态过电压，对医疗设备的损害效果具有类似的作用：能引起电气设备绝缘损坏，甚至烧毁。具体来说有以下几方面。

　　1.2.1元器件老化过快

　　医疗设备大多是电子设备，内部电路也多是集成化，有严格的额定电压和额定电流要求。如果经常工作在瞬态过电压下，即使过电压等级较低，也会使其绝缘性能老化，故障率增加，工作寿命减少。如果设备维修人员不了解此类情况，效果更为糟糕。

　　1.2.2对正常数据造成干扰

　　医疗设备过电压的情况虽然不多，而且在过电压等级不大的情况下，一般不会造成设备的物理性损坏，但对设备的输出数值会产生干扰，甚至引起诸如数据丢失、数据和软件损坏、继电保护装置的错误跳闸以及计算机死机等一些不明原因情况。如我院的一些功能性科室在电路没有改造前就曾多次发生过计算机无端死机、AVL血相分析仪数据莫名丢失等情况，并且找不出故障原因。

　　1.2.3电路板损坏

　　如果医疗设备工作过程中出现的瞬态过电压过高，远超过其额定工作电压，会造成一些电路板的损坏。甚至烧毁电路板。

　　1.2.4引发医疗事故

　　瞬态过电压除过高电压将电路板烧坏使设备停止工作外，其它的几种现象都是渐变过程，但同时也意味着设备工作过程中的不可靠因素的存在。如果医疗设备出现的故障正好出现在正在进行的手术或正在进行的重要检查时，将会出现难以想象的后果，甚至会引发医疗事故。

　　2.过电压的预防措施研究

　　2.1对雷电引起过电压的防护

　　2.1.1加强医疗设备所在建筑物的防雷

　　医院的医疗检查设备一般都比较集中，首先对设备所在的楼房进行防雷设计。为了设备安全，不仅要在楼房顶部安装避雷装置，同时在医疗设备所在楼房的外层墙体也要安装接地导体，加强建筑物的整体防雷效果。从理论上分析，建筑物的外层墙体与大地的接触电阻越小，出现雷电时在建筑物内部产生的电磁场强度就愈小，由于雷电产生的瞬态过电压对电子设备干扰的机会也就越小。正是基于这个原理，对于医院来说，医疗设备所在的楼房或建筑物，在其墙体外部安装接地导体，防护效果会更好。

　　2.1.2建立共同的接地点

　　医院的建筑接入的金属管线比较多，有水管、暖气管、电力和数据电缆的防护金属管等，将这些管线利用起来，对整个建筑会起到一定的避雷保护。这也是医院与其他建筑的不同之处。首先将这些管线用一根导线连接在一起，并且接到一个独立的地参考点上。再通过这根导线将这这些管线与总地线端子(接地极)连接，整个建筑物就建立了一个共同的接地点。这样雷电产生的感应电流减少许多。如果由于医疗设备工作的需要，建筑物内部敷设其它电缆的话，如数据电缆等，要将它们的接地系统与总地线端子(接地极)连接在一起，以保证医疗设备有一个共同地参考点。如图1和图2。

　　2.1.3医疗设备放置环境的选择

　　医疗设备的摆放环境与雷电引塌的过电压有很大关系，所以在设备摆放位置设计时尽可能远离大电流和感应瞬态过电压威胁的地方。主要从以下一些因素考虑：

　　(1)医疗设备不能摆放在建筑物的顶层，因该处太靠近楼顶的避雷系统。当有雷电时，通过电感电容的耦合，会使设备产生很高的过电压。

　　(2)医疗设备尽可能远离建筑物的外墙，尤其是外墙拐角处，多数防雷系统的导体网在此经过，所以雷电产生的电流优先流经该处。会对医疗设备产生影响。

　　(3)医疗设备的摆放位置应尽可能地远离天线、烟囱等高大建筑物。因为这些高大建筑物经常会成为雷电电流泻入大地时的主要路径，而巨大的雷电流会形成非常强的干扰电磁场，对医疗设备的正常工作产生影响。

　　2.1.4局部等电位连接

　　医疗设备安装时，首先将医疗设备的各理论接地点有效连接在一起，如工作接地、保护接地、屏蔽接地及金属外壳等，使其形成一个共同的电位;这能够减少雷电产生的过电压影响。以中蒙医院为例，在防雷改造中，我们对医疗设备所在的工作地点，将房间内的一些可导电的物体，如一些外露金属，室内金属窗框、暖气管、点滴用的金属架以及距离病床2.5m范围内的所有金属部件等，均与接地钢板进行了可靠连接，形成了一个标准的等电位点。

　　对于特殊地点，如手术室，在改造的过程中我们在靠近接地点处，距地面0.5m左右的墙上，专门安装设置了等电位接线盒，将手术室内的各种医疗设备如金属器械柜、呼吸机、心电监测设备、血压监测设备、金属门窗、手术台架、设备专用隔离变压器、各种医用气体管道等，通过等电位连接箱连成一个整体，然后可靠接地。如图3。

　　2.2内部过电压的防护

　　2.2.1提高开关灭弧能力

　　一些开关灭弧能力不强是内部过电压产生的直接原因之一，为了减小内部过电压的产生，在医疗设备电路上采用装有可靠灭弧触头开关。这种开关上一般装有并联电阻或电容，以释放储能元件上的能量。

　　2.2.2消除铁磁谐振过电压

　　谐振过电压是对医疗设备的危害较大，谐振过电压较雷电产生的过电压持续时间要长，达十分之几秒以上，有的甚至可能长期存在。为了减小其危害，在安装医疗设备的过程中，设备的中性点一定要直接并且可靠接地。

　　如果由于设备本身原因或安装环境等原因，中性点无法直接接入接地系统中，也要采取一些方法消除电力系统的谐振过电压。如在选择电压互感器时，选择电容式电压互感器或励磁性能相对较好的电磁式电压互感器;中性点在接地过程中，根据设备的需要，也可改为经电阻接地等。

　　2.2.3电缆线屏蔽和电缆布线

　　当医疗设备的数据线与电缆线之间形成较大的环形面积较大时，从电磁感应的原理来说，设备输出的数据它将会受到一些干扰。因此，为了减少这种干扰，设备的数据线和电缆线在铺设过程中应彼此隔离，或彼此进行屏蔽。电缆一般由外部带有屏蔽功能的金属管防护或由电缆槽防护，数据线用金属编织带从外层屏蔽防护。值得注意的是，在所有的医疗设备过电压防护措施中，防护装置的正确安装是非常重要的，这不仅仅是满足电气安全的需要，更重要的是如果防护装置安装不正确，将会极大地降低其防护效果。正常情况下，每一种过电压防护措施的安装都有详细的说明，在实际操作过程中，必须严格地按其说明书要求进行安装。

　　3.结束语

　　从以上的分析可知医疗设备过电压的危害及防范的重要性。作为医疗设备维修人员，更要从医疗设备的安全性考虑，确保设备内部的电气绝缘防护装置能够发挥保护作用，抑制因各种过电压产生的强烈冲击对电气设备造成的损失。

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　　作者：李飞 单位：呼伦贝尔市中蒙医院

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