摘要:隨著醫療電子設備,特別是微電子設備和計算機設備在臨床中的廣泛應用,雷電及瞬態過電壓的危害問題日益突出。因雷電(包括過電壓)引發的設備故障、停用,甚至造成醫療事故,已成為醫院和相關的工作者、維護技術人員無可回避的問題。壽寧縣城關海拔750多米,屬于雷電多發區,然而隨著近幾年全球氣候的變暖,極端天氣現象頻發,我縣的雷暴日數以及強度都有逐年增多、變強的趨勢。城關地區每年因雷電損壞的電力設施、家電、辦公設備、通訊設施非常多,由雷電及瞬態過電壓而引發的醫療設備的損壞的事故是頻頻發生,醫療設備能否正常運轉關系到病患者的生命安危,因此,對于醫療系統的防雷方案的研究已經刻不容緩。
關鍵詞:雷電;醫療設備;防護
雷電的活動會在電子系統的電源總線、數據通信、信號等線路上引起電壓瞬間的激增,如果激增的瞬態電壓超過了電子設備中元器件的承受能力,就會造成破壞性的后果。所有的醫療電子設備(包括計算機、閉路電視設備、不間斷電源、傳感器和數據采集裝置等)都存在著這種危險。
人們往往對雷電防護工作不夠重視,或者簡單地認為防雷無非是安裝防雷器件和降低地線接地電阻即萬事大吉,然而,從近幾年的實際情況來看,這樣的觀點是錯誤的。
1 瞬態過電壓的原理
所謂“瞬態過電壓”是指兩個或兩個以上的導體間測得的電壓在很短的時間(幾微秒～幾毫秒)內的急劇增加(從幾伏到幾萬伏)。
1.1 瞬態過電壓的起因
雷電實際的放電電流可達幾百kA的量級。對于裝有防雷裝置的建筑物,盡管雷擊電流可按預定的方式瀉入大地,但它將通過電感、電容和電阻的耦合產生瞬態過電壓。
1.2 瞬態過電壓引發的問題
雷電動作引起的瞬態過電壓的作用效果:干擾、衰變、損壞和故障停機。
1.2.1 干擾
盡管這種情況一般不會造成物理性的損壞,但會干擾數字或模擬電平,從而引起數據丟失,軟件和數據損壞,電子計算機無法解釋的退出服務、死機,以及過流開關的錯誤跳閘等諸如此類的麻煩情況。這對正在進行的醫療工作是一個非常糟糕的情況,極易引起醫療事故的發生。
1.2.2 衰變
電子設備和電路系統長期暴露在較低等級的瞬態過電壓下,使其工作壽命減少和發生故障的可能性增大。在用戶不知曉的情況下,這是一種非常糟糕的情況,很容易引起誤診、誤斷等醫療事故的發生。
1.2.3 損壞
瞬態過電壓過高將會造成一些精密儀器的電路板和I/O板的損壞。而這些損壞一般很難看出,因為只有特別強烈的瞬態過電壓才會燒毀電路板。
1.2.4 故障停機
干擾、局部衰變、損壞都可能會導致設備或系統的故障。這將意味著:正在進行的檢查或手術無法正常的進行,甚至引發醫療事故。
1.3 瞬態過電壓損壞的物理途徑
幾乎所有的電子器件和電路遭瞬態過電壓的損壞方式都是一樣的,即兩種主要的物理途徑,發熱和絕緣破壞;而兩者都是因電源的“續流”所造成。
2 對雷電的防護
目前,對雷電的防護有很多方面的措施,就目前我們所遇到的情況而言,有以下幾種防雷措施。這些防雷害措施包括:加強建筑物防雷系統;接地和屏蔽接地;合理選擇設備擺放位置;合理選擇電纜走線路徑和電纜屏蔽。
2.1 加強建筑物防雷
除在建筑物頂部增設避雷帶(針、網)防護外,在建筑物的外層按照相關規定增加滿足要求的接地導體,可以加強該建筑物的防雷性能。建筑物的外層接地導體愈多,其內部的電磁場就愈小,瞬態過電壓侵入干擾電子設備的可能性也就愈小。這就是說,對于內部裝有重要電子醫療設備的建筑物,可以采取在其外部增設接地導體的做法來增加防護。
2.2 接地與連接
屋面所有的金屬均應在防雷設施的保護之下,并且與防雷設施有可靠的連接。所有的引入管線(水管、暖氣管、電力和數據電纜的防護金屬管等)都應當連接到一個單獨的地參考點上。然后再將它與總地線端子(接地極)連接,這樣可減少建筑物內的雷電流。如果電力或數據電纜需要在建筑物之間穿透的話,則它們的接地系統應該相互連接,以使所有設備有一個共同地參考點。
2.3 設備擺放位置的選擇
為了盡量的減少因雷擊所造成的危害,設備和一些科室的設置應該科學的選擇其場所,比如手術室應設置在2、3層,因為就一般的大樓而言,這兩個層次防雷電波侵入是比較理想的。另外電子設備的擺放也有很大的學問:電子設備的擺放位置不能靠近大電流和感應瞬態過電壓威脅的地方;設備不能擺放在建筑物的頂層,因該處太靠近樓頂的避雷針和防雷系統的導體網;設備也不能太靠近建筑物的外墻,尤其是外墻拐角處,因雷電流將優先流經該處;設備的擺放位置也不能太靠近諸如天線、煙囪等高大建筑物。
2.4 電纜布線與屏蔽
電力、數據通信和電話電纜在建筑物內同樣也可能受到瞬態過電壓的威脅。設備布線應盡可能避開類似于設在建筑物頂部或墻內的可能通過雷電流的導體。
當電源線和數據線之間形成的環形面積較大時,從耦合感應的效果來說,它將會獲得更多的雷電能量,因此應盡量避免。為減少環形面積,電源、數據通信和電話線等線路應彼此隔離的并排鋪設。
對電纜施行屏蔽是另一種十分有效的方法,它將有助于減少電纜受到電磁輻射或對外產生電磁輻射。通常電力電纜由金屬管或電纜槽防護,數據電纜用外層金屬編織帶屏蔽防護。
2.5 建筑物間的數據傳輸采用光纜
對于建筑物之間的數據傳輸,采用光纜是最佳的防護方式,它將在建筑物之間實現電氣上的徹底隔離,防止包括瞬態過電壓在內的各種電磁干擾問題。
3裝設浪涌保護器(SPD)
浪涌保護器(SPD)是對上述防護技術和方法的補充和支持。配置運用浪涌保護器(SPD)的目的,就是在干擾源與需要防護的設備之間提供適當的瞬態過電壓防護,以保護設備。重點的防護部位包括:電源的雷電防護;電源的開關瞬變防護;不間斷電源(UPS)的防護;數據通信、電話線路的防護;重要儀器、設備的防護。
選擇浪涌保護器(SPD)最重要的是所選擇的器件必須滿足以下要求:
3.1承受能力。它應能承受安裝位置預計的最大瞬態過電壓,由于雷電是多脈沖過程,所以它應能承受多次沖擊。
3.2過壓值的控制。浪涌保護器(SPD)應能將瞬態過電壓控制在被防護設備的允許承受值以下。例如,某設備工作允許最高瞬態過電壓值為700V,則其防護裝置允許通過的瞬態過電壓控制值應選擇在700V以上,考慮適當的安全余量,則該防護裝置的最高允許通過電壓應低于600V。
3.3系統兼容性。浪涌保護器(SPD)不應妨礙和干擾被防護設備及其系統的正常工作。對具體設備(系統)的防護裝置的選擇應依據相關的標準、規范進行。值得強調的是,對浪涌保護器(SPD)的選擇和正確安裝是十分重要的:
3.3.1必須選擇經過氣象主管機構備案的產品,因為經過備案的這些產品都是經過相關部門的檢測,其安全性、可靠性都可以得到保證。
3.3.2對浪涌保護器(SPD)必須進行正確的安裝,因為這不僅是電氣安全所必須的要求,而且不正確的安裝將大大地降低浪涌保護器(SPD)的預期保護效果,因此必須按照相關的說明書進行安裝。
4 結語
雷電是我國南方地區春夏季非常頻發的一種氣象災害。到目前為止還沒有任何一種裝置(或方法)能阻止雷電的產生,沒有能阻止雷擊到建筑物上的器具和方法。壽寧縣年均雷暴日數為65天,2009年8月13日至22日,壽寧城關地區連續10天都是電閃雷鳴,雷電已經是本地區非常嚴重的一種自然災害。據統計,每年雷電災害對國民經濟造成的損失居氣象災害之首。究其原因就是人們對防雷電災害的不重視,不能正確利用雷電防護設施。只要科學、合理、得當地進行預防,可以避免或減少很多不必要的災害發生和經濟損失,確保醫療設備的正常使用。
參考文獻
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