淺談冷庫電氣設計

沈杰鳴

中國輕工業廣州工程有限公司 廣東 廣州 511447

1 冷庫的組成、環境特點及規模計算標準

冷庫的組成包括穿堂、冷卻間、凍結間、冷藏間、解凍間、冰庫、穿堂、冷庫制冷機房、變配電房等，上述房間除冷庫制冷機房及變配電房外均屬于低溫、潮濕場所；制冷機房需要根據其制冷劑物質確定電氣設計環境。冷庫的設計規模以冷藏間或冰庫的公稱容積為計算標準，公稱容積大于20000m3為大型冷庫，5000m3～20000m3為中型冷庫，小于5000m3為小型冷庫，根據GB50072-2010《冷庫設計規范》（以下簡稱“冷規”）3.1.3 注1，判斷冷庫設計規模是指整個項目的總公稱容積。

2 冷庫電氣設計

2.1 冷庫用電負荷特性分析

冷庫用電負荷包括制冷機組、冷風機、冷庫門、融霜設備、風幕機、貨梯、照明、分揀設備、裝卸設備等，其中最大用電負荷是制冷機組用電，其計算負荷通常占總計算負荷70%~80%，冷庫總計算負荷通過需要系數法算出，按規范“冷規”7.1.3及條文解析，冷庫總需要系數控制在0.55~0.7，為使冷庫總需要系數可選取下限值0.55，以減少變壓器及柴油發電機組設計容量，設計前期可根據冷庫的負荷特性分析與使用方落實運行方式，通過對冷庫的運行管理優化實現。其優化措施主要是下述3點：（1）夜間作業，由于制冷機組最大用電負荷運行時間段是在室外環境溫度最高的時間段進行進出貨作業，此時冷庫門打開，室外熱空氣滲入，新風冷負荷達到最大，如貨物入庫時溫度高于庫溫，則還要加上貨物降溫帶來的冷負荷，此時制冷設備在冷負荷高峰時間段及直到冷卻完成時間內為維持冷庫環境溫度會處于全功率運行狀態，因此使用方應盡量避開室外高溫時段作業，改在室外溫度較低的夜間時間作業，如冷庫需要定期通風，通風時間也選在夜間進行，此時，由于夜間室外溫度比白天低，大門室外滲入空氣及通風所需冷量降低，制冷機組制冷量可降低，且由于制冷機組在環境溫度越低的環境下制冷效率（COP）越高，因此夜間作業不僅減少冷庫運行所需冷量，還可使制冷機組在更高的效率下運行，最終可一定程度降低制冷機組負荷率，又由于制冷機組在50%~75%之間的部分負荷運行時效率最高，因此可再進一步提高制冷機組的制冷效率，最終達到降低冷庫用電需要系數的目的；（2）錯開不同庫體作業時間，錯峰用電，以降低同時系數；（3）提前降溫，進出貨前讓制冷機組部分負荷提前制冷使庫溫低于原設計溫度，這樣在進出貨的時候，制冷機組即使不需要滿負荷運行，也可以維持庫內溫度[1]。

2.2 供配電系統設計及變配電房、柴油發電機房選址

按“冷規”7.1.1，大型冷庫、中斷供電會導致較大經濟損失的中型冷庫、高層冷庫及有特殊要求的冷庫應按二級負荷供電，不會導致較大經濟損失的中型冷庫及小型冷庫可按三級負荷供電。如冷庫項目規模較大，此時作為二級負荷的冷庫用電較大，這種情況下，采用柴油發電機作為備用電源并不經濟，條件允許的情況下可向供電部門申請2路10kV電源進線以滿足較大的二級負荷供電要求；對于總二級負荷不大的中小規模冷庫項目，申請2路10kV電源會有一定困難或不經濟，通常采用1路市政10kV電源進線，再另設柴油發電機作為確保冷庫保溫用電以及消防負荷的備用電源，消防負荷及確保冷庫保溫用電兩者不會同時運行，因此按兩種情況分別計算的最大值來確定柴油發電機容量。另外由于冷庫其用電負荷有季節性規律，因此通常每個變電所設置不少于兩臺變壓器，在室外溫度較低的季節，可通過減少變壓器運行臺數來調節負荷，實現經濟運行；如10kV電源采用雙電源進線供電，變壓器容量選擇上，除需滿足平時計算負荷，還需要滿足單臺變壓器故障時，對應聯絡的變壓器容量可滿足自身變壓器加上故障變壓器所帶的作為二級負荷的冷庫保溫負荷要求[2]。冷庫項目用電負荷主要集中在制冷機房，因此按照變配電房位置應靠近負荷中心原則，變配電房及柴油發電機房最優選址為貼鄰制冷機房設置；對于項目有較多冷庫單體，而制冷機房隨冷庫單體分別設置的情況，可根據合理的供電距離及負荷中心分布情況分設分變配電房及柴油發電機房，同時各冷庫單體的制冷機房也盡量靠近其對應的變配電房方位設置。

2.3 低壓配電系統設計

冷庫按功能分別設置對應配電箱，配電箱盡量集中設置在有人值班的通風干燥的常溫場所；設置在低溫潮濕的冷庫或穿堂內的設備電控箱，如冷庫門電控箱，為防止潮氣進入箱內，盡量放在房間入口處的高溫側，并離門框1m范圍外放置，并采用防潮密封型配電箱；配電系統采用放射式供電，接地系統采用TN-S系統。冷庫動力、冷庫照明、電梯用電、消防用電等特殊負荷用電采用專線供電，對于沒有2路10kV供電的情況，二級負荷的冷庫用電，冷庫動力、冷庫照明、電梯用電等非消防確保用電引自變配電房變壓器與柴油發電機聯絡后的應急母線段（以下簡稱“應急母線段”）。照明、插座、動力回路分設在不同的回路供電，插座回路以及給穿堂、冷庫設備供電的回路出線均設動作值為30mA的漏電開關。

2.4 照明設計

冷庫由于溫度較低，而且環境潮濕，因此應采用耐低溫、防護等級為IP65的密閉型防潮燈具，光源選用可快速點亮的光源，如低溫環保型日光燈，緊湊型節能燈、快速啟動金鹵燈、高頻無極燈及白光LED燈等；庫房內由堆貨區和貨道組成，燈具主要是重點布置在過道上，并避開空氣冷卻器和頂排管。冷庫主要功能房間設計照度要求如下：大、中型冷庫冷間不低于50lx，穿堂不低于100lx；小型冷庫冷間不低于20lx，穿堂不低于50lx；制冷機房不低于150lx，制冷機房平時照明兼做備用照明，大、中型冷庫備用照明照度不低于正常照明照度的50%，小型冷庫備用照明照度不低于正常照明照度的10%，對于用電負荷定為二級負荷的冷庫，制冷機房及冷庫照明電源共用照明配電箱引自“應急母線段”即可滿足制冷機房備用照明要求，對于三級負荷的小型冷庫，由于備用照明照度要求很低，可由平時照明的部分燈具自帶蓄電池滿足備用照明照度要求，蓄電池持續供電時間不低于30min[3]。冷庫、穿堂區域照明集中設置照明配電箱統一控制各照明支路，每個照明支路均設置信號燈以監測支路電源情況，每個庫房照明均設置數路分開控制，各照明支路設置30mA漏電電流保護裝置，照明燈具的金屬外殼應接專用保護線（PE線）。為保證庫內人員安全，冷庫門上設置長明燈，并在冷庫門旁設置呼喚按鈕，呼喚信號可傳送至值班室，冷庫外有呼喚信號顯示。冷庫裝卸平臺處，設置供機械冷藏車（制冷系統）使用的三相電源插座，其供電回路設置30mA漏電電流保護裝置。

2.5 動力配電設計

冷庫動力設備的配電主要分為制冷機房設備、制冷末端設備及地面防凍設備。其中冷庫制冷設備與一般中央空調制冷設備配電做法類似，此處不展開敘述，但要注意冷庫制冷機組的制冷劑類型與常規中央空調制冷機組不同，制冷劑可能其蒸發氣體為爆炸性危險氣體，此時機房內電氣環境需要按爆炸性氣體危險環境設計。

冷庫末端設備包括冷庫門、風幕機、冷風機及其對應除霜設備，其中冷庫門、風幕機集中在對應冷庫門自帶電控箱統一控制，風幕機與冷庫門聯動，冷庫門打開時風幕機開啟，反之關閉，對于溫度低于零度的冷庫，通常還需要設置電熱絲以防止由于門縫結冰而使密封圈粘住，從而可順暢開啟和關閉冷庫門，電熱絲電源引自對應冷庫門電控箱AC220/24V變壓器。冷風機及其除霜設備動力配電箱統一集中設置在有人值班的場所，一臺冷風機通常內置數臺電機，單臺冷風機數臺電機共用電流表用于監視運行狀況，數臺電機共用短路保護裝置以及啟動裝置，每臺電機分別配置過載保護裝置及供電線路；冷風機除霜主要有3種方式，分別是電熱除霜、反向循環除霜、水沖霜，其中反向循環除霜不需要另外增設設備，沒有額外的動力設備需要配電；水沖霜主要設備是沖霜泵，其配電形式為設置短路保護裝置、啟動裝置以及電機過載保護裝置，獨立供電線路，其啟動裝置與對應制冷機組、冷風機、對應液閥通過自動控制系統聯動控制；電熱除霜用電設備主要是冷風機內的電熱管絲，其配電形式為設置30mA漏電保護裝置、短路保護裝置、過負荷保護裝置、啟動裝置、監測狀態用的電流表，電熱管絲專線供電，其啟動裝置與對應制冷機組、冷風機、對應液閥通過自動控制系統聯動控制[4]。

2.6 線路敷設

冷間保溫墻盡量少開孔，穿過冷間保溫墻的電氣線路應相對集中敷設，穿保溫墻位置必須采取可靠的防止產生冷橋的措施，并做好防潮、隔汽封堵；由于塑料管導熱性能比金屬管差，且橫截面積越小，熱阻越大，導走的熱量越小，因此對于防止冷橋更適合采用塑料管明敷；由于聚氯乙烯只能在溫度-15℃以上使用，而且冷庫可能在作業前提前預冷，使其庫溫降到低于設計溫度，因此建議設計溫度低于0℃的冷庫可采用耐低溫耐潮的XV型橡皮銅芯電纜，如采用交聯聚乙烯絕緣銅芯線纜，線纜應具有高密度聚乙烯護套及防水層構造，也可按“冷規”7.3.7條文解析采用硅橡膠電力電纜、丁腈電力電纜、乙丙橡膠絕緣電力電纜。其他常溫場所非消防用電線纜采用可采用常規阻燃銅芯線纜，穿金屬管或塑料管敷設。

3 、結束語

本文根據冷庫環境的特殊性和使用特殊性大致闡述了冷庫的變配電選址、負荷計算、供配電系統及照明設計的相關設計要點，與此同時本文有許多不足之處希望得到業界同行專家們的指正。