随着医疗水准的持续攀升，众多精密医疗设备在医疗、预防、康养、教学以及科研等工作领域得以广泛运用。怎样确保这些设备能够平稳运行并充分施展其性能，已然成为设备管理与使用人员所面临的核心问题。电源作为医疗设备稳定运作的根基性条件，其安全性、可靠性以及持续性愈发受到各界的高度重视。交流不间断电源（UPS）凭借自身独特优势，在医疗电气设计中得以大规模应用，相关的标准与规范为 UPS 的正确运用提供了有力依据，有效避免了诸多问题的滋生。然而，伴随 UPS 的成熟应用，人们发现标准和规范中的部分条款存在容易引发歧义或值得深入探讨之处。

一、医疗场所对 UPS 的需求 依据 IEC 标准以及 JGJ312 - 2013《医疗建筑电气设计规范》、GB16895.24《建筑物电气装置 第 7 - 710 部分：特殊装置或场所的要求 医疗场所》，在医疗电气设计中，划分场所主要有两种方式：其一，依照医疗电气设备与人体接触的状况以及断电所产生的后果，将医疗场所划分为 0 类场所、1 类场所及 2 类场所；其二，按照医疗场所电源转换时允许间断供电的时间，分为 t≤0.5s、0.5s<t≤15s 以及 t>15s 三个等级。在图集 19D706 - 2《医疗建筑电气设计与安装》第 9 页给出了“医疗场所及设施的类别划分与要求自动恢复供电的时间”的具体要求，第 10 页则展示了各级电源对应供电恢复时间以及所配备的电源设备，详情如下表 1 所示： 在 TN - S 供电系统里，为契合负荷对于 UPS 输出接地形式的特定要求，有时需配置隔离变压器，以此达成 UPS 输入端与输出端的中性导体系统相互隔离的目的。JGJ312 - 2013《医疗建筑电气设计规范》第 4.4.6 条明确规定：“TN - S 系统中的不间断电源装置（UPS）输出为三相时，应加装三相隔离变压器并作重复接地”。 业内对于该条规范的理解产生了显著分歧。一部分人员认为，条文中提及“隔离变压器”，故而可将“工频 UPS”中的输出变压器视作隔离变压器，将其中点直接接地就能实现重复接地；另一部分人员则主张，无论是“工频 UPS”还是“高频 UPS”，均需考量变压器是否切实达成了对包括中性线在内的所有导体的电气隔离，之后方可进行重复接地。以下将针对这一分歧，从 UPS 构成原理、医疗电气系统的要求以及相关标准的规定等多个层面展开深入论述。 二、UPS 类型介绍 业内将在线双变换式 UPS 分为工频机和高频机。在 15D202 - 3《UPS 与 EPS 电源装置的设计与安装》“UPS 电源装置编制说明”第 3 条“UPS 按整流方式的不同”给出了“工频 UPS”和“高频 UPS”的精准定义： “3.1 由可控硅 SCR（晶闸管）整流器、IGBT（绝缘栅双极晶体管）逆变器、旁路和工频升压器组成的 UPS，其因整流器的变压器工作频率均为工频 50Hz，简称为工频 UPS。此类 UPS 整流方式为降压整流，有 6 脉冲与 12 脉冲两种形式。” “3.2 由 IGBT 高频整流器、电池变换器以及 IBT 逆变器和旁路所组成的 UPS，IGBT 可以通过控制加在其门极的驱动来控制 IGBT 的开通与关断，IGBT 整流器开关频率通常在 20kHz 以下，相对于 50Hz 工频，简称高频 UPS，此类 UPS 整流方式通常为升压整流。” 依据上述定义，工频 UPS 和高频 UPS 典型的拓扑结构（不含维修旁路）示意图如下：图 1 展示工频 UPS 拓扑结构，图 2 呈现高频 UPS 拓扑结构。 工频 UPS 和高频 UPS 各组成部分功能如下： 1. 整流器（Rectifier）：负责将主路输入的交流电源整流为直流电源，为逆变器和蓄电池提供直流电能。其中，工频机采用晶闸管整流，高频机运用 IGBT 整流。 2. 蓄电池充电器（BatteryCharger）：承担蓄电池充放电管理职能。由于工频机采用晶闸管整流致使直流母电压较低，蓄电池可直接挂接母线进行充放电管理；而高频机因母线电压较高，电池直挂母线的方式不再适宜，故而采用独立的电池充电管理器。 3. 逆变器（Inverter）：将直流母线的直流电逆变为交流电输出。 4. 输出变压器（Output Transformer）：肩负升压和输出滤波两项功能。工频机因直流母电压较低，经逆变器逆变后输出的交流电压无法达到 380V，所以借助输出变压器完成升压操作，同时利用变压器电感达成滤波目的。 5. 输出滤波电感（Output Filter Inductor）：主要完成输出滤波功能。高频机由于直流母线电压较高，经逆变器输出后交流电压能够达到 380V 甚至更高，不再需要使用升压变压器，而是采用更为实用的输出滤波电感予以替代。 三、工频 UPS 输出变压器不是隔离变压器

从图 1 和图 2 能够清晰看出，工频 UPS 和高频 UPS 对中性线的处理方式基本一致，即 UPS 的主路和静态旁路共用中性线 N。中性线 N 从 UPS 的输入端输入，为静态旁路和主路的整流器、电池充电器、逆变器提供基准电位后，经 UPS 的输出端输出。二者的主要差异之一在于 UPS 的逆变器输出端有所不同，工频 UPS 逆变器后连接的是输出变压器，高频 UPS 逆变器后连接的是输出滤波电感；另一个差别是工频 UPS 中性线 N 连接至输出变压器二次侧绕组重新构建的中性点后输出，高频 UPS 中性线 N 未与输出滤波电感连接而直接输出。工频 UPS 中性线 N 需要连接输出变压器二次侧中性点的缘由如下：

1. 工频 UPS 整流器采用晶闸管整流，直流母线电压经逆变器逆变输出后的交流电压无法满足 380V 的负载额定电压要求。为达此要求，需借助输出变压器进行升压，同时利用变压器的电感完成滤波任务。UPS 在运行过程中会依据负载或自身状况在主路工作模式和旁路工作模式之间灵活切换，旁路所接市电与逆变器的输出侧（即输出变压器的一次侧）存在电压差，二者不允许直接接入。因此，旁路和中性线 N 连接在变压器的二次侧。 2. 在主路工作模式下，UPS 输出的交流电是由市电经过整流器整流为直流后，再经逆变器逆变产生的，在电气上可视为与市电输入的交流电相互隔离。在电池工作模式时，UPS 输出的交流电源是由蓄电池中的直流电能经逆变转换而成，同样在电气上可认为与市电输入的交流电是隔离的，其中性线不依赖于市电提供的中性线，整个系统可被视作不依存于输入市电接地方式的“另起系统”。为实现 UPS 的主路和旁路的同步切换，在设计时于 UPS 内部将主路和旁路中性线 N 短接在一起，使二者获取相同的基准电位。这一设计使得不同的中性线系统能够在同一供电范围内和谐共存，有效避免了不同中性导体系统中性线 N 之间电位差不同以及电磁兼容（EMC）所引发的一系列问题。相关描述可参照 GB/T16895.10 - 2010/IEC60364 - 4 - 44:2007《低压电气装置 第 4 - 44 部分：安全防护 电压骚扰和电磁骚扰防护》第 444.4.6.1 条以及 GB50065 - 2011《交流电气装置的接地设计规范》第 7.1.2 条。 由上述描述可知，工频 UPS 的中性线 N 从 UPS 输入侧径直连接到输出变压器二次侧的中性点。而 GB19212.1 - 2016《电力变压器、电源、电抗器和类似产品的安全 第 1 部分：通用要求和试验》第 19.1 条以及 GB19212.16 - 2017《变压器、电抗器、电源装置及其组合的安全 第 16 部分：医疗场所供电用隔离变压器的特殊要求和试验》第 19.1 条明确规定：“输入和输出电路在电气上彼此隔离，其结构应使这些电路之间不可能存在任何直接的或间接通过其他导电零部件的连接。”显而易见，工频 UPS 输出变压器在中性线 N 处理问题上违背了上述规定，所以工频 UPS 的输出变压器并非真正意义上的输出隔离变压器。 四、工频 UPS 输出变压器不能直接接地 根据上文阐述，工频 UPS 输出变压器并非隔离变压器，且中性线 N 从 UPS 的输入端输入，为静态旁路和主路的整流器、电池充电器、逆变器提供基准电位后经 UPS 的输出端输出。倘若在工频 UPS 的输出端将中性线 N 进行接地操作，将会致使接地系统的性质发生改变，其分析过程如图 3 所示：

图 3 中左侧图形呈现的是工频 UPS 输出变压器二次侧的中性点未做重复接地的 TN - S 系统，右侧图形展示的是工频 UPS 输出变压器二次侧的中性点与地线 PE 连接于点 P 后的系统。 从图中能够清晰看出，当输出变压器二次侧的中性点于 P 点接地后，在 P 点至电源接地之间的中性线和地线 PE 具有了相同的电位，在电气上 PE 线和中性线 N 此时等同于一条 PEN 线。从 P 点到电源接地点之间的部分演变成了 TN - C 系统，整个系统也就转变为 TN - C - S 系统。 在医疗电气相关标准、规范中明确规定，医疗配电系统严禁采用 TN - C 系统，详情如下表 2 所示：

五、几种推荐的 UPS 配置隔离变压器方式 由以上分析可知，工频 UPS 输出变压器既不是隔离变压器，也不能进行重复接地。以下推荐几种 UPS 配置隔离变压器的有效方法。 1. UPS 旁路配置隔离变压器 依据 GB51348 - 2019《民用建筑电气设计标准》第 6.3.7 条规定，UPS 输出端的隔离变压器为 TN - S、TT 接地形式时，中性点应接地。其条文说明指出：在 TN - S 供电系统中，为满足负荷对于 UPS 输出接地形式的要求，必要时应当配置隔离变压器。这是因为 UPS 的旁路系统输入中性导体与输出中性导体连接在一起，UPS 的输入端与输出端的中性导体必须属于同一个系统。然而，在部分应用场景中，UPS 的负荷对于中性导体系统有着特殊要求，此时有可能在 UPS 的旁路输入侧配置隔离变压器，借助隔离变压器使 UPS 输入端与输出端的中性导体系统成为两个不同的中性导体系统。因此规定中性点应接地且应与由接地装置直接引来的接地干线可靠连接。根据上述说明，高频 UPS 和工频 UPS 在旁路配置隔离变压器的方式分别如图 4 和图 5 所示：

2. UPS 输出配置隔离变压器 当 UPS 处于主路双变换模式或电池模式时，其中性线不依赖于市电提供的中性线，输出的三相交流电可被视作与市电输入隔离的“另起系统”，此时仅需对旁路输入市电进行隔离处理。可将图 4 和图 5 中旁路的变压器沿导线“平移”至输出端，如图 6 和图 7 所示：

图 6 和图 7 在 UPS 输出端配置隔离变压器的方式相较于图 4 和图 5 在 UPS 旁路配置隔离变压器的方法，操作更为便捷、灵活，在工程现场更易于实现。此外，变压器的位置能够不受 UPS 位置的限制，可脱离 UPS 放置于靠近负荷的位置，从而缩短中性线距离，降低中性线阻抗，减少零地电压。尤其是当 UPS 含有维修旁路时，在输出端加装隔离变压器的方式优势更为显著。 此外，在医疗电气 IT 系统中也会涉及到 UPS 和隔离变压器，但由于限制故障半径等因素，医疗 IT 系统所用 UPS 及变压器通常采用 10KVA 以下的单相 UPS 和单相变压器。 总结 综上所述，三相工频 UPS 输出变压器的 N 线直接连接在变压器的二次侧，无法达成 UPS 输入端与输出端的中性导体系统隔离的目标，故而不能当作隔离变压器使用；工频 UPS 输出变压器不能直接接地，一旦直接接地，系统中将会出现 TN - C 系统，这违反了医疗配电系统严禁采用 TN - C 系统的规定；当 UPS 需要配置隔离变压器时，最为理想的方式是在 UPS 的输出端进行配置。