依據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)和JGJ312-2013《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB16895.24《建筑物電氣裝置第7-710部分:特殊裝置或場(chǎng)所的要求醫(yī)療場(chǎng)所》在醫(yī)療電氣設(shè)計(jì)中,劃分場(chǎng)所的方式有兩種:一是按醫(yī)療電氣設(shè)備與人體接觸的狀況和斷電的后果,將醫(yī)療場(chǎng)所分為0類場(chǎng)所、1類場(chǎng)所及2類場(chǎng)所;另一是按醫(yī)療場(chǎng)所電源轉(zhuǎn)換時(shí)允許間斷供電的時(shí)間,分為t≤0.5s、0.5s15s三個(gè)等級(jí)。在圖集19D706-2《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)與安裝》第9頁(yè)給出了“醫(yī)療場(chǎng)所及設(shè)施的類別劃分與要求自動(dòng)恢復(fù)供電的時(shí)間”要求,在第10頁(yè)給出了各級(jí)電源對(duì)應(yīng)供電恢復(fù)時(shí)間和對(duì)應(yīng)配備的電源設(shè)備

　　在TN-S供電系統(tǒng)中,為滿足負(fù)荷對(duì)于UPS輸出接地形式的要求,有時(shí)需配置隔離變壓器以實(shí)現(xiàn)UPS輸入端與輸出端的中性導(dǎo)體系統(tǒng)隔離的目的。在JGJ312-2013《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.4.6條規(guī)定了“TN-S系統(tǒng)中的不間斷電源裝置(UPS)輸出為三相時(shí),應(yīng)加裝三相隔離變壓器并作重復(fù)接地”。
　　行業(yè)內(nèi)對(duì)本條規(guī)范的理解出現(xiàn)了很大分歧,一部分人員認(rèn)為條文中含有“隔離變壓器”即可把“工頻UPS”中的輸出變壓器當(dāng)作隔離變壓器看待,將其中點(diǎn)直接接地即可實(shí)現(xiàn)重復(fù)接地;另一部分人員認(rèn)為無(wú)論是“工頻UPS”還是“高頻UPS”均應(yīng)考慮變壓器是否真正的實(shí)現(xiàn)了對(duì)包括中性線在內(nèi)的所有導(dǎo)體的電氣隔離,而后才能進(jìn)行重復(fù)接地。下面針對(duì)這一分歧從UPS構(gòu)成原理、醫(yī)療電氣系統(tǒng)的要求、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定等方面展開論述。

　　行業(yè)內(nèi)將在線雙變換式UPS分為工頻機(jī)和高頻機(jī),在15D202-3《UPS與EPS電源裝置的設(shè)計(jì)與安裝》“UPS電源裝置編制說明”第3條“UPS按整流方式的不同”給出了“工頻UPS”和“高頻UPS”的定義:
　　“3.1由可控硅SCR(晶閘管)整流器,IGBT(絕緣柵雙極晶體管)逆變器、旁路和工頻升壓器組成的UPS,其因整流器的變壓器工作頻率均為工頻50Hz,簡(jiǎn)稱為工頻UPS此類UPS整流方式為降壓整流,有6脈沖與12脈沖兩種形式。”
　　“3.2由IGBT高頻整流器、電池變換器以及IGBT逆變器和旁路所組成的UPS,IGBT可以通過控制加在其門極的驅(qū)動(dòng)來(lái)控制IGBT的開通與與關(guān)斷,IGBT整流器開關(guān)頻率通常在20kHz以下,相對(duì)于50Hz工頻,簡(jiǎn)稱高頻UPS,此類UPS整流方式通常為升壓整流。”
　工頻UPS和高頻UPS各組成部分功能:
　　1.整流器(Rectifier):將由主路輸入的交流整流為直流,為逆變器和蓄電池提供直流電能,工頻機(jī)使用晶閘管整流,高頻機(jī)使用IGBT整流。
　　2.蓄電池充電器(BatteryCharger):完成蓄電池充放電管理功能。因工頻機(jī)使用晶閘管整流直流母電壓較低,蓄電池可直掛母線進(jìn)行充放電管理,高頻機(jī)由于母線電壓較高,電池直掛母線的方式不再合理,采用了獨(dú)立的電池充電管理器。
　　3.逆變器(Inverter):將直流母線的直流電逆變?yōu)榻涣麟娸敵觥?br />　　4.輸出變壓器(Output Transformer):完成升壓和輸出濾波兩個(gè)功能。工頻機(jī)由于直流母電壓較低,經(jīng)逆變器逆變后輸出的交流不能達(dá)到380V,故采用輸出變壓器完成升壓,同時(shí)利用變壓器電感完成濾波。
　　5.輸出濾波電感(Output Filter Inductor):完成輸出濾波功能。高頻機(jī)由于直流母線電壓較高經(jīng)逆變器輸出后交流電壓可以達(dá)到380V甚至更高,不再需要使用升壓變壓器,將其替換為更加實(shí)用的輸出濾波電感。

　　從圖1和圖2可以看出工頻UPS和高頻UPS對(duì)中性線處理方式是一致的,即UPS的主路和靜態(tài)旁路共用中性線N,中性線N從UPS的輸入端輸入為靜態(tài)旁路和主路的整流器、電池充電器、逆變器提供基準(zhǔn)電位后經(jīng)UPS的輸出端輸出。主要差別之一是在UPS的逆變器輸出端的不同,工頻UPS逆變器后連接的是輸出變壓器,高頻UPS逆變器后連接的是輸出濾波電感;另一個(gè)差別是工頻UPS中性線N連接至輸出變壓器二次側(cè)繞組重新建立的中性點(diǎn)后輸出,高頻UPS中性線N未與輸出濾波電感連接而直接輸出。工頻UPS中性線N需要連接輸出變壓器二次側(cè)中性點(diǎn)的原因是:

　　1、工頻UPS整流器采用晶閘管整流,直流母線電壓經(jīng)逆變器逆變輸出后的交流達(dá)不到380V要求,為滿足負(fù)載額定電壓,需經(jīng)輸出變壓器進(jìn)行升壓,同時(shí)利用變壓器的電感完成濾波。UPS在工作時(shí)會(huì)根據(jù)負(fù)載或自身的情況調(diào)整工作狀態(tài)即在主路工作模式和旁路工作模式之間相互切換,旁路所接市電與逆變器的輸出測(cè)(輸出變壓器的一次側(cè))存在壓差,不允許接入。因此旁路和中性線N接在了變壓器的二次側(cè)。
　　2、主路工作模式時(shí)UPS輸出的交流電是由市電經(jīng)過整流器整流為直流后經(jīng)逆變器逆變產(chǎn)生的,與市電輸入的交流電在電氣上可認(rèn)為是隔離的。在電池工作模式時(shí)UPS輸出的交流為蓄電池中的直流電能經(jīng)逆變轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的,與市電輸入的交流電在電氣上也可認(rèn)為是隔離的,其中性線不依賴于市電提供的中性線,整個(gè)系統(tǒng)可以認(rèn)為是不依存于輸入市電的接地方式的“另起系統(tǒng)”。為實(shí)現(xiàn)UPS的主路和旁路的同步切換,在設(shè)計(jì)時(shí)在UPS內(nèi)部將主路和旁路中性線N短接在一起,二者獲得了相同的基準(zhǔn)電位,該設(shè)計(jì)使不同的中性線系統(tǒng)在同一供電范圍內(nèi)共存成為可能。避免了不同中性導(dǎo)體系統(tǒng)中性線N之間電位差不同以及電磁兼容(EMC)帶來(lái)的問題。相關(guān)描述可參見GB/T16895.10-2010/IEC60364-4-44:2007《低壓電氣裝置第4-44部分:安全防護(hù)電壓騷擾和電磁騷擾防護(hù)》第444.4.6.1條、GB50065-2011《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》第7.1.2條。
　　從以上描述可知工頻UPS的中性線N從UPS輸入側(cè)直接連接到輸出變壓器二次側(cè)的中性點(diǎn),而GB19212.1-2016《電力變壓器、電源、電抗器和類似產(chǎn)品的安全第1部分:通用要求和試驗(yàn)》第19.1條及GB19212.16-2017《變壓器、電抗器、電源裝置及其組合的安全第16部分:醫(yī)療場(chǎng)所供電用隔離變壓器的特殊要求和試驗(yàn)》第19.1條規(guī)定:“輸入和輸出電路在電氣上彼此隔離,其結(jié)構(gòu)應(yīng)使這些電路之間不可能存在任何直接的或間接通過其他導(dǎo)電零部件的連接。”可見工頻UPS輸出變壓器對(duì)中性線N處理問題上違反了上述規(guī)定,所以工頻UPS的輸出變壓器并非是輸出隔離變壓器。
 

　　根據(jù)上文描述,工頻UPS輸出變壓器并不是隔離變壓器,且中性線N從UPS的輸入端輸入為靜態(tài)旁路和主路的整流器、電池充電器、逆變器提供基準(zhǔn)電位后經(jīng)UPS的輸出端輸出,如在工頻UPS的輸出端將中性線N進(jìn)行接地,將改變接地系統(tǒng)的性質(zhì)
　　當(dāng)輸出變壓器二次側(cè)的中性點(diǎn)于P點(diǎn)接地后,在P點(diǎn)至電源接地之間的中性線和地線PE具有了相同的電位,在電氣上PE線和中性線N此時(shí)等價(jià)為一條PEN線。從P點(diǎn)到電源接地點(diǎn)之間的部分變成了TN-C系統(tǒng),整個(gè)系統(tǒng)變成了TN-C-S系統(tǒng)。
　　在醫(yī)療電氣相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范中明確規(guī)定醫(yī)療配電系統(tǒng)嚴(yán)禁采用TN-C系統(tǒng)。

　　從以上分析可知工頻UPS輸出變壓器不是隔離變壓器也不能做重復(fù)接地。下面推薦幾種UPS配置隔離變壓器的方法。

　圖6和圖7在UPS輸出端配置隔離變壓器的方式相對(duì)圖4和圖5在UPS在UPS旁路配置隔離變壓器的方法操作更加方便、靈活,在工程現(xiàn)場(chǎng)更容易實(shí)現(xiàn)。此外,變壓器的位置可以不受UPS位置的限制,可脫離UPS放置于靠近負(fù)荷位置,縮短中性線距離,減小中性線阻抗,降低零地電壓。尤其是當(dāng)UPS含有維修旁路時(shí)在輸出端加裝隔離變壓器的方式優(yōu)勢(shì)更突出。
  此外,醫(yī)療電氣IT系統(tǒng)中也會(huì)涉及到UPS和隔離變壓器,但因?yàn)橄拗乒收习霃降仍?醫(yī)療IT系統(tǒng)所用UPS及變壓器通常使用10KVA以下的單相UPS和單相變壓器。

　　綜上所述,三相工頻UPS輸出變壓器N線直接連在變壓器的二次側(cè),無(wú)法達(dá)到UPS輸入端與輸出端的中性導(dǎo)體系統(tǒng)隔離的目的,因此不能當(dāng)中隔離變壓器使用;工頻UPS輸出變壓器不能直接接地,直接接地后系統(tǒng)中將出現(xiàn)TN-C系統(tǒng)違反醫(yī)療配電系統(tǒng)嚴(yán)禁采用TN-C系統(tǒng)的規(guī)定;當(dāng)UPS需配置隔離變壓器時(shí),最理想的方式是在UPS的輸出端配置。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]《數(shù)據(jù)中心UPS供電系統(tǒng)中開關(guān)極數(shù)與安全性的關(guān)系分析》曾顯達(dá)王軍王星;　　
　　[2]GB/T19212.1-2016《變壓器、電抗器、電源裝置及其組合的安全第1部分:通用要求和試驗(yàn)》;　　
　　[3]GB19212.16-2017《變壓器、電抗器、電源裝置及其組合的安全第16部分:醫(yī)療場(chǎng)所供電用隔離變壓器的特殊要求和試驗(yàn)》;　　
　　[4]19D706-2《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)與安裝》;　　
　　[5]JGJ312-2013《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》;　　
　　[6]GB51039-2014《綜合醫(yī)院設(shè)計(jì)規(guī)范》;　　
　　[7]GB/T16895.10-2010/IEC60364-4-44:2007《低壓電氣裝置第4-44部分:安全防護(hù)電壓騷擾和電磁騷擾防護(hù)》;　　
　　[8]GB16895.24-2005/IEC60364-7-710:2002《建筑物電氣裝置第7-710部分:特殊裝置或場(chǎng)所的要求醫(yī)療場(chǎng)所》;　　
　　[10]GB50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》;　　
　　[11]GB14050-2008《系統(tǒng)接地的型式及安全技術(shù)要求》;　　
　　[12]GB50065-2011《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》;　　
　　[13]《建筑物電氣裝置600問》王厚余;　　
　　[14]《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版中國(guó)航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司。