秦震

（中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，上海 200231）

1 引言

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

2 低壓電氣設(shè)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(shè)備時，會綜合壓縮機(jī)功率大小和具體的系統(tǒng)要求采用多臺壓縮機(jī)并聯(lián)的布置方式。在實際的制冷中，壓縮機(jī)會出現(xiàn)持續(xù)滿載運行、低負(fù)荷運行和交替運行等情況，尤其是在生豬和禽類屠宰行業(yè)的速凍庫和冷藏庫中。在生豬和禽類屠宰行業(yè)，大量屠宰好的新鮮產(chǎn)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(fā)壓縮機(jī)停機(jī)問題，速凍庫和冷藏庫的低溫環(huán)境將被破壞，并且隨著溫度的上升，冷藏和冷凍產(chǎn)品也會出現(xiàn)變質(zhì)甚至腐敗，給用戶造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。

為提高壓縮機(jī)使用的安全性，應(yīng)選擇價格優(yōu)惠和性能穩(wěn)定的接觸器，若選擇的接觸器型號較小，受到電弧和反復(fù)開停設(shè)備等因素的影響，接觸器的觸頭會被高溫焊合或出現(xiàn)脫落的情況，并且焊合的觸頭會進(jìn)一步導(dǎo)致永久性單相狀態(tài)的出現(xiàn)，影響過載保護(hù)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(jī)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(jī)將處于無保護(hù)狀態(tài)。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(guān)閉壓縮機(jī)電機(jī)，反復(fù)的開啟所產(chǎn)生的電流和發(fā)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(jī)所選擇的接觸器必須滿足以下5 個條件：（1）能夠?qū)崿F(xiàn)快速循環(huán)；（2）持續(xù)超載和低電壓；（3）散熱面積大；（4）觸點材料性能穩(wěn)定，不易焊合；（5）分段能力良好，可同時斷開三相電路。

2.2 負(fù)荷計算

低壓電氣設(shè)計中，需根據(jù)相關(guān)基礎(chǔ)參數(shù)確定負(fù)荷，但負(fù)荷計算值基于理論狀態(tài)中，而實際用電環(huán)境難免存在特殊性，因此用電負(fù)荷量可能與設(shè)計值存在偏差。但不可否認(rèn)的是，負(fù)荷計算具有必要性，其結(jié)果有重要的參考價值。負(fù)荷計算通常采用的是系數(shù)法和二項式法，且總負(fù)荷中不應(yīng)涵蓋備用設(shè)備的用電負(fù)荷，否則將存在計算重復(fù)的情況，進(jìn)而導(dǎo)致計算值偏高，缺乏足夠的指導(dǎo)作用。

2.3 接地處理

低壓電氣接地系統(tǒng)主要有3 類，即IT、TT 和TN，從實際應(yīng)用的角度來看，TN 類型的低壓電氣接地系統(tǒng)最為常見，此類系統(tǒng)又可根據(jù)接地方式的不同細(xì)分為多種形式，例如，TN-S（保護(hù)零線和工作零線分開設(shè)置，使用獨立的2 個線路）、TN-C-S（前一部分保護(hù)零線和工作零線共用線路，后一部分分開設(shè)置，使用獨立的2 個線路）。具體而言，在S 系統(tǒng)中，將變壓器的N 接線柱做接地處理；對于C-S 系統(tǒng)，其接地方式為對用電開關(guān)柜做接地處理。變壓器室與低壓配電系統(tǒng)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(tǒng)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(yīng)用效果卻基本一致。當(dāng)然，若從便捷性的層面來看，則S 系統(tǒng)具有更加突出的優(yōu)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(jīng)濟(jì)效益。

2.4 軟啟動器的選擇和電路設(shè)計

軟啟動器在業(yè)內(nèi)取得了廣泛的應(yīng)用，在其設(shè)計中，需著重考慮如下幾點：

1）合理選擇軟啟動器?，F(xiàn)階段，市面上的軟啟動器類型豐富，各自在性能、負(fù)載、功能方面均有獨特性，因此，需要以實際需求為導(dǎo)向，做合理的選擇。其中，低壓電氣系統(tǒng)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(guī)格的軟啟動器，正常情況下標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的器件即可滿足要求；容量方面，主要根據(jù)電動機(jī)的容量做合理的選擇。部分情況下，低壓電氣系統(tǒng)的負(fù)荷要求較高，此時較為合適的是應(yīng)用重載型軟啟動器，當(dāng)然，若此條件下仍選用標(biāo)準(zhǔn)軟啟動器，則可以采取調(diào)節(jié)容量的方法來滿足實際需求。

2）注重過載保護(hù)功能的配置。為保證低壓電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，需配置穩(wěn)定可靠的過載保護(hù)功能，在此保護(hù)機(jī)制下，即便電動機(jī)忽然暫停運行，也能及時做出響應(yīng)，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(hù)功能仍正常使用，則無須增設(shè)熱繼電器設(shè)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(qū)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(tǒng)，分2 個區(qū)域，凍結(jié)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(jié)物冷藏間有所提高，為-5～0 ℃。

4 變配電氨制冷機(jī)房設(shè)計

綜合考慮負(fù)荷條件、用電環(huán)境等因素，做系統(tǒng)性的分析，合理規(guī)劃變配電所的布設(shè)位置。通常，以鄰近負(fù)荷中心處較為合適，并且變電所所在區(qū)域不可存在爆炸危險介質(zhì)。制冷機(jī)房是冷庫用電負(fù)荷的重要區(qū)域，可將其視為負(fù)荷中心，為了更為有效地滿足該部分的用電需求，在鄰近負(fù)荷中心處布置變配電所。但需注意的是，液態(tài)氨作為冷媒使用，若存在泄漏問題，氣態(tài)化后將與空氣接觸，產(chǎn)生具有爆炸性質(zhì)的混合氣體，易發(fā)生爆炸事故，造成嚴(yán)重的不良影響。因此，氨制冷機(jī)房屬于爆炸危險區(qū)，出于安全考慮，在變配電所的布設(shè)位置規(guī)劃中，需盡可能遠(yuǎn)離制冷機(jī)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(yuǎn)離制冷機(jī)房均有一定的可行性和局限性，如何有效協(xié)調(diào)成為本項目設(shè)計中的重難點內(nèi)容。

為最大限度降低爆炸的概率[1，2]，在氨制冷機(jī)房的設(shè)計中，需以科學(xué)的方法防止爆炸性氣體的產(chǎn)生，從源頭上消除安全隱患。為此，須設(shè)置事故排風(fēng)機(jī)及聯(lián)動氨氣濃度報警裝置。在日常使用中，若氨氣濃度達(dá)到0.01%或0.015%，該裝置感知異常狀況，及時發(fā)出報警信號，此時事故排風(fēng)機(jī)隨即啟動，盡快投入到安全防控狀態(tài)。

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

5 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的設(shè)計

高靈敏度吸氣式感煙探測器（簡稱為ASD）,性能優(yōu)越，適用于高大空間火災(zāi)報警的設(shè)備，并已經(jīng)廣泛應(yīng)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(shè)置要求

1）根據(jù)吸氣式感煙火災(zāi)探測器安裝要求，高靈敏度吸氣式感煙火災(zāi)探測器的采樣管網(wǎng)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(yīng)在多個高度進(jìn)行采樣。可采取在多個水平高度布置采樣管網(wǎng)或在頂部布置一層水平采樣管網(wǎng)的同時，再向下垂直布置縱向采樣管網(wǎng)。

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

4）做好排查，確定煙霧最有可能經(jīng)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(fā)現(xiàn)速度。

5.2 設(shè)計及實施前準(zhǔn)備工作

1）取得場所布局圖和測量結(jié)果。根據(jù)場所的布局圖了解各個布置區(qū)域的具體情況，確定裝置機(jī)器、重要設(shè)備、倉庫等需特殊保護(hù)區(qū)域的位置，充分利用場所平面圖反映的信息標(biāo)記功能區(qū)域，根據(jù)區(qū)域內(nèi)的隔板、墻面等構(gòu)筑物確定自由氣流受阻情況，規(guī)劃防火分區(qū)和ASD 區(qū)域。

2）明確管理要求。嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計規(guī)范，選擇符合設(shè)計場所設(shè)計要求的適用標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)完成防火分區(qū)、ASD探測器及采用管網(wǎng)的設(shè)計和布置工作。

3）被保護(hù)區(qū)內(nèi)的氣流情況。結(jié)合場所布局圖和實地調(diào)研，確定被保護(hù)區(qū)域的自然氣流，并綜合考慮氣幕、卷簾門或隔板這些構(gòu)筑物對自然氣流的影響，優(yōu)化采樣管網(wǎng)設(shè)計方案。同時，可以通過煙霧測試確定氣流的穩(wěn)定性和流動情況，保證氣流穩(wěn)定性和波動形分析的準(zhǔn)確性，提升采樣管網(wǎng)在火災(zāi)初期階段的反應(yīng)力。

4）環(huán)境條件。準(zhǔn)確判斷監(jiān)控區(qū)域的環(huán)境條件是吸氣式煙霧探測系統(tǒng)工作的關(guān)鍵，應(yīng)基于場所區(qū)域劃分不同的環(huán)境區(qū)域，對每個區(qū)域環(huán)境條件進(jìn)行測試，保證采用管網(wǎng)探測性能。

5.3 燈具的選擇

綜合考慮顯色性、耐久性、經(jīng)濟(jì)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(guān)系到企業(yè)生產(chǎn)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(dá)到節(jié)能目的所必須采取的方法。

冷庫照明的照度標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按照GB 50034—2013《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中作業(yè)面或參考平面上的維持照度平均值的規(guī)定，同時應(yīng)遵循節(jié)能要點、室內(nèi)外照明節(jié)能指標(biāo)的要求和節(jié)能光源、燈具、附件的選擇方式，選擇合理的照度標(biāo)準(zhǔn)、適合的光源及高效節(jié)能燈具，采納合理的燈具安裝方式及照明配電系統(tǒng)。

冷庫照明光源、燈具的應(yīng)用比較：冷庫等低溫場所由于潮濕、低溫，使得光源的發(fā)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(jié)能都會產(chǎn)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(guī)模集成電路和計算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，LED 慢慢擴(kuò)展到通用照明領(lǐng)域。LED 光源壽命長，比傳統(tǒng)光源壽命長10 倍以上，節(jié)能環(huán)保，電光功率轉(zhuǎn)換接近100%，相同照明成效下比傳統(tǒng)光源節(jié)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(diào)光無頻閃，是典型的綠色照明光源。LED 照明系統(tǒng)隨著溫度的升高，發(fā)光效率遞減，在低溫中發(fā)光效率良好，光源適應(yīng)-40 ℃的低溫，具有環(huán)保省電、照度均勻、低溫時發(fā)光效率良好及供電效率高達(dá)90%等優(yōu)勢。

6 結(jié)語

綜上所述，冷庫是物資儲存領(lǐng)域的重要設(shè)施，其具有溫度低、濕度高、易燃的特殊性，對電力供應(yīng)提出較高的要求。因此，加強(qiáng)冷庫的低壓電氣設(shè)計具有必要性。經(jīng)過本文的分析認(rèn)為，在該項設(shè)計中應(yīng)充分關(guān)注變配電所的選址、火災(zāi)探測器的選擇及安裝、冷庫內(nèi)燈具的合理選擇等相關(guān)內(nèi)容，各部分的設(shè)計均要以滿足冷庫安全運行、功能有效實現(xiàn)為基本前提，在此基礎(chǔ)上盡可能追求經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益最大化的目標(biāo)。合理做好低壓電氣設(shè)計工作，給冷庫的有效運行提供保障。