冷庫低壓電氣設計中相關問題的探討

秦震

（中交第三航務工程勘察設計院有限公司，上海 200231）

1 引言

冷庫是冷凍加工、冷藏領域的重要設施，可用于儲存食品或其他物資，冷庫內部溫度穩定在-30～-10 ℃，以免物品變質。低壓電氣設計是冷庫布置中的重點內容，針對設計中存在的普遍性問題，設計人員應予以高度重視，探討相應的方法，提高設計水平。為此，本文以某氨制冷生鮮冷庫的低壓電氣設計為例進行相應的探討。

2 低壓電氣設計需考慮的要點

2.1 接觸器的選擇

考慮到制冷工程的實際需要，在布置電氣設備時，會綜合壓縮機功率大小和具體的系統要求采用多臺壓縮機并聯的布置方式。在實際的制冷中，壓縮機會出現持續滿載運行、低負荷運行和交替運行等情況，尤其是在生豬和禽類屠宰行業的速凍庫和冷藏庫中。在生豬和禽類屠宰行業，大量屠宰好的新鮮產品需要放入速凍庫和冷藏庫中冷藏保存，一旦由接觸器故障而引發壓縮機停機問題，速凍庫和冷藏庫的低溫環境將被破壞，并且隨著溫度的上升，冷藏和冷凍產品也會出現變質甚至腐敗，給用戶造成巨大經濟損失。

為提高壓縮機使用的安全性，應選擇價格優惠和性能穩定的接觸器，若選擇的接觸器型號較小，受到電弧和反復開停設備等因素的影響，接觸器的觸頭會被高溫焊合或出現脫落的情況，并且焊合的觸頭會進一步導致永久性單相狀態的出現，影響過載保護器正常工作。另外，接觸器的接觸焊合后，接觸器所有斷開壓縮機電源回路的控制形式將失效，高低壓控制、油壓控制等控制形式斷開，壓縮機將處于無保護狀態。觸點的抖動會影響接觸器工作的流暢性，使接觸器頻繁地開啟和關閉壓縮機電機，反復的開啟所產生的電流和發熱情況會加速繞組絕緣層的破壞，加劇其老化程度。

綜合以上分析考慮，壓縮機所選擇的接觸器必須滿足以下5 個條件：（1）能夠實現快速循環；（2）持續超載和低電壓；（3）散熱面積大；（4）觸點材料性能穩定，不易焊合；（5）分段能力良好，可同時斷開三相電路。

2.2 負荷計算

低壓電氣設計中，需根據相關基礎參數確定負荷，但負荷計算值基于理論狀態中，而實際用電環境難免存在特殊性，因此用電負荷量可能與設計值存在偏差。但不可否認的是，負荷計算具有必要性，其結果有重要的參考價值。負荷計算通常采用的是系數法和二項式法，且總負荷中不應涵蓋備用設備的用電負荷，否則將存在計算重復的情況，進而導致計算值偏高，缺乏足夠的指導作用。

2.3 接地處理

低壓電氣接地系統主要有3 類，即IT、TT 和TN，從實際應用的角度來看，TN 類型的低壓電氣接地系統最為常見，此類系統又可根據接地方式的不同細分為多種形式，例如，TN-S（保護零線和工作零線分開設置，使用獨立的2 個線路）、TN-C-S（前一部分保護零線和工作零線共用線路，后一部分分開設置，使用獨立的2 個線路）。具體而言，在S 系統中，將變壓器的N 接線柱做接地處理；對于C-S 系統，其接地方式為對用電開關柜做接地處理。變壓器室與低壓配電系統兩者保持相對較近的距離，中性線截面積可滿足前述兩類系統的要求，接線柱中的各電位點基本一致，即便兩者采取的接地方式存在差異，但實際應用效果卻基本一致。當然，若從便捷性的層面來看，則S 系統具有更加突出的優勢，在N 接線柱接地的方式下，銅材料量得到有效的控制，可減少資源投入，有利于提高項目的經濟效益。

2.4 軟啟動器的選擇和電路設計

軟啟動器在業內取得了廣泛的應用，在其設計中，需著重考慮如下幾點：

1）合理選擇軟啟動器?，F階段，市面上的軟啟動器類型豐富，各自在性能、負載、功能方面均有獨特性，因此，需要以實際需求為導向，做合理的選擇。其中，低壓電氣系統的運行特性為重點考慮對象，若其對荷載要求較低，此時無須配套過高規格的軟啟動器，正常情況下標準規格的器件即可滿足要求；容量方面，主要根據電動機的容量做合理的選擇。部分情況下，低壓電氣系統的負荷要求較高，此時較為合適的是應用重載型軟啟動器，當然，若此條件下仍選用標準軟啟動器，則可以采取調節容量的方法來滿足實際需求。

2）注重過載保護功能的配置。為保證低壓電氣系統的穩定運行，需配置穩定可靠的過載保護功能，在此保護機制下，即便電動機忽然暫停運行，也能及時做出響應，即借助旁路接觸器完成旁路回路的切換操作，在此前提下，若過載保護功能仍正常使用，則無須增設熱繼電器設備。從整個流程來看，具有安全可靠、便捷的特點。

3 工程概述

某生鮮物流廠區項目，冷庫建筑6 層，冷庫公稱容量為30 000 m3，采用氨制冷系統，分2 個區域，凍結物冷藏間為1～4 層，溫度-25～-20 ℃，剩余樓層（5～6 層）為冷卻物冷藏間，溫度較之于凍結物冷藏間有所提高，為-5～0 ℃。

4 變配電氨制冷機房設計

綜合考慮負荷條件、用電環境等因素，做系統性的分析，合理規劃變配電所的布設位置。通常，以鄰近負荷中心處較為合適，并且變電所所在區域不可存在爆炸危險介質。制冷機房是冷庫用電負荷的重要區域，可將其視為負荷中心，為了更為有效地滿足該部分的用電需求，在鄰近負荷中心處布置變配電所。但需注意的是，液態氨作為冷媒使用，若存在泄漏問題，氣態化后將與空氣接觸，產生具有爆炸性質的混合氣體，易發生爆炸事故，造成嚴重的不良影響。因此，氨制冷機房屬于爆炸危險區，出于安全考慮，在變配電所的布設位置規劃中，需盡可能遠離制冷機房。由此可見，變配電所的選址具有一定的矛盾性，從不同的角度來看，鄰近或遠離制冷機房均有一定的可行性和局限性，如何有效協調成為本項目設計中的重難點內容。

為最大限度降低爆炸的概率[1，2]，在氨制冷機房的設計中，需以科學的方法防止爆炸性氣體的產生，從源頭上消除安全隱患。為此，須設置事故排風機及聯動氨氣濃度報警裝置。在日常使用中，若氨氣濃度達到0.01%或0.015%，該裝置感知異常狀況，及時發出報警信號，此時事故排風機隨即啟動，盡快投入到安全防控狀態。

在本次設計中，對事故排風機的工作能力提出明確的要求，即該設施需要將氨氣濃度控制在0.015%以內。結合工程經驗來看，在氨制冷機房漏氨時，由于電氣火花而誘發的爆炸事故發生概率較低，因此，從這一角度來看，將氨制冷機房視為非爆炸危險區。由此做進一步的分析，針對安全事故應急處理設備的配置，需要著重考慮的是事故排風機，由其及時參與到異常狀況的處理中，而為了保證事故排風機的穩定運行，則必須保證供電的可靠性，為此按二級負荷的要求提供供電服務。因此，在采取爆炸性氣體控制措施的基礎上，可以在鄰近制冷機房的位置配備變配電所，從而更好地滿足制冷機房的用電需求，使其高效運行。

5 火災自動報警系統的設計

高靈敏度吸氣式感煙探測器（簡稱為ASD）,性能優越，適用于高大空間火災報警的設備，并已經廣泛應用于故宮、國家體育場等諸多重要場合。

5.1 吸氣式感煙探測器設置要求

1）根據吸氣式感煙火災探測器安裝要求，高靈敏度吸氣式感煙火災探測器的采樣管網安裝高度可以超過16 m。

2）對于可能存在煙霧分層的高大空間或安裝高度超過27 m 時，應在多個高度進行采樣。可采取在多個水平高度布置采樣管網或在頂部布置一層水平采樣管網的同時，再向下垂直布置縱向采樣管網。

3）1 臺吸氣式感煙火災探測器所布置的采樣管總長度應控制在200 m 之內，單采樣管的長度不得超出100 m，并且單采樣管上設置的采用孔的數量應控制在25 個以內。

4）做好排查，確定煙霧最有可能經過的途徑，并在這些部位布置采樣點，提高煙霧報警的靈敏度和發現速度。

5.2 設計及實施前準備工作

1）取得場所布局圖和測量結果。根據場所的布局圖了解各個布置區域的具體情況，確定裝置機器、重要設備、倉庫等需特殊保護區域的位置，充分利用場所平面圖反映的信息標記功能區域，根據區域內的隔板、墻面等構筑物確定自由氣流受阻情況，規劃防火分區和ASD 區域。

2）明確管理要求。嚴格執行設計規范，選擇符合設計場所設計要求的適用標準，并根據規范與標準完成防火分區、ASD探測器及采用管網的設計和布置工作。

3）被保護區內的氣流情況。結合場所布局圖和實地調研，確定被保護區域的自然氣流，并綜合考慮氣幕、卷簾門或隔板這些構筑物對自然氣流的影響，優化采樣管網設計方案。同時，可以通過煙霧測試確定氣流的穩定性和流動情況，保證氣流穩定性和波動形分析的準確性，提升采樣管網在火災初期階段的反應力。

4）環境條件。準確判斷監控區域的環境條件是吸氣式煙霧探測系統工作的關鍵，應基于場所區域劃分不同的環境區域，對每個區域環境條件進行測試，保證采用管網探測性能。

5.3 燈具的選擇

綜合考慮顯色性、耐久性、經濟高效性等多重要求，合理選擇冷庫燈具，具體做如下分析：

冷庫照明是冷庫能耗的組成部分，燈具的使用壽命關系到企業生產成本。因此，合理選擇燈具、光源及布置是在提高其使用壽命的前提下，達到節能目的所必須采取的方法。

冷庫照明的照度標準應按照GB 50034—2013《建筑照明設計標準》中作業面或參考平面上的維持照度平均值的規定，同時應遵循節能要點、室內外照明節能指標的要求和節能光源、燈具、附件的選擇方式，選擇合理的照度標準、適合的光源及高效節能燈具，采納合理的燈具安裝方式及照明配電系統。

冷庫照明光源、燈具的應用比較：冷庫等低溫場所由于潮濕、低溫，使得光源的發光效率和壽命受到影響，而且冷庫中燈具維修和更換困難，因此，燈具的選擇不僅要考慮其價格，還要考慮改換的成本，選擇壽命長、光效高的光源及燈具對冷庫的投資、節能都會產生積極影響。

LED 光源：LED 光源是一種新型的綠色光源，最初，LED只是作為微型指示燈，隨著大規模集成電路和計算機技術的不斷進步，LED 慢慢擴展到通用照明領域。LED 光源壽命長，比傳統光源壽命長10 倍以上，節能環保，電光功率轉換接近100%，相同照明成效下比傳統光源節能80%以上。而且利用靈活，既無熱量，也無輻射，操縱方便，可隨意調光無頻閃，是典型的綠色照明光源。LED 照明系統隨著溫度的升高，發光效率遞減，在低溫中發光效率良好，光源適應-40 ℃的低溫，具有環保省電、照度均勻、低溫時發光效率良好及供電效率高達90%等優勢。

6 結語

綜上所述，冷庫是物資儲存領域的重要設施，其具有溫度低、濕度高、易燃的特殊性，對電力供應提出較高的要求。因此，加強冷庫的低壓電氣設計具有必要性。經過本文的分析認為，在該項設計中應充分關注變配電所的選址、火災探測器的選擇及安裝、冷庫內燈具的合理選擇等相關內容，各部分的設計均要以滿足冷庫安全運行、功能有效實現為基本前提，在此基礎上盡可能追求經濟效益和生態效益最大化的目標。合理做好低壓電氣設計工作，給冷庫的有效運行提供保障。