医药洁净厂房的电气设计

陆叶

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

近年来，随着我国人民生活水平的不断提高，健康成为广大人民群众的首要需求，越来越受到重视，由此促进了医药产业的迅速发展。医药洁净厂房的设计和施工日益增多，合理的电气设计在洁净厂房设计中有着极其重要的作用，成为研究的热点。本文依据多年洁净厂房电气设计的经验，根据国家相关规范，对医药洁净厂房的电气设计做简单论述。

1 洁净厂房的概念

洁净厂房也叫无尘车间、 洁净室（Clean Room）、无尘室，是指将一定空间范围内空气中的微粒子、有害空气、细菌等污染物排除，并将室内温度、洁净度、室内压力、气流速度与气流分布、噪音振动及照明、静电控制在某一需求范围内，而给予特别设计的房间。不论外在空气条件如何变化，其室内均能维持原先所设定的洁净度、温湿度及压力等特性。其具有密闭性、面积比较大、分隔较多、人流和物流走向比较复杂及对空调的净化要求比较高等特点。

2 照明设计

照明设计分为正常照明和应急照明，而应急照明又分为疏散照明、安全照明和备用照明，如图1 照明分类所示。

图1 照明分类

根据医药工业洁净厂房的一系列特点及其工艺的特殊性，对厂房的照明设计提出了更高的要求，通常在设计正常照明之外，还应考虑适当的备用照明，以便在停电等事故发生时，使操作人员能在非火警事故时继续完成应有的程序及做暂停准备。除此之外，还应设计疏散照明，使人员在火警时沿规定线路安全有序地撤离。另外还需对有特殊要求的生产部位进行局部照明调整，安全照明因涉及防恐慌和高危险区域，一般不予考虑。

2.1 灯具类型的选择

照明灯具的形式选择如表1 所示，洁净区的普通照明灯具需采用净化灯具，安装形式宜采用吸顶式灯具，不宜采用嵌入式灯具，因为大量的嵌入式灯具需要吊顶开槽，灯具四周和吊顶材料间的缝隙难以密封，使用过程中清洁维护相对困难，所以洁净区建议采用吸顶安装的灯具。首选发光效率高的荧光灯具，均配电子镇流器，功率因数提高到0.9 以上。

备用照明采用加装蓄电池的灯具，后备时间≥30 min，用于确保正常活动继续进行。

疏散照明采用自带应急装置(蓄电池)的灯具，应急装置的应急时间≥30 min，此外，有爆炸危险的医药洁净区，照明灯具需根据GB50058《爆炸危险环境电力装置设计规范》[1]选择符合相应标准的防爆净化灯具。

表1 照明灯具的选择

2.2 灯具和开关的布置

灯具开关的布置首先要理清工艺流程中的人员走向和物流走向，一般而言，照明开关放置于人员进入该区域的入口处，并宜放置于该房间的门外。如遇到有多方向开启门的房间，可根据人流走向适当布置双控开关以便人员从各方向进入能第一时间开关照明。

洁净厂房应根据生产要求设置照明，同时根据房间的长宽和吊顶高度计算该房间的照度，再进行合理的灯具布置。

照度计算如下：

实际照度=（灯数×LM×RU×LE×0.8）/（L×W）

LM：灯具光通量

RU：室利用系数

LE：灯具效率

0.8：减光系数

L：房间的长度

W：房间的宽度

根据GB50457《医药工业洁净厂房设计规范》中第3.2.5 条要求主要工作室照度要求是300lx，辅助工作室、走廊、气闸室、人员净化室和物料净化室的照度不宜低于150lx[2]，其余房间参照GB50034《建筑照明设计标准》[3]中所列的照度要求和功率密度值要求，布置合理数量的灯具，对照度有特殊要求的生产部位可设置局部照明。当然灯具的布置方向还应结合该房间中工艺设备的布置，避开大量的暖通风口，尽量做到均布，一般照明的照度均匀度不应低于0.7。考虑到医药工艺的特殊性，在对外的出入口处应布置一些相应的电击杀虫灯以保证生产过程中药品的质量。技术夹层或吊顶空间较高的吊顶内应设置一些必要的检修照明。

此外，在疏散走廊和走廊的拐角处需布置消防疏散指示灯，安装高度离地1 m 以下，布置间隔不应大于20 m，安全门和疏散出口处设置应急出口指示灯，在厂房的主要生产区域、洁净走廊、楼梯、人流通道、配电间等处设置一些消防应急照明灯具以满足火灾时人员的安全撤离。对于消防照明的照度，根据GB50016《建筑设计防火规范》中第11.3.2 条规定：疏散走道的地面最低水平照度不应低于0.5 lx；人员密集场所内的地面最低水平照明不应低于1.0 lx；楼梯间内的地面最低水平照度不应低于5.0 lx；消防控制室、消防水泵房、自备发电机房、配电室、防烟与排烟机房以及发生火灾时仍需正常工作的其他房间的消防应急照明，仍应保证正常的照明照度[4]。在专用消防口处应设置红色应急照明灯。

2.3 照明配电

照明系统的电源由变电所低压侧专用馈电线路直接供电，在配电间设置总照明配电箱，再由支路开关放射式引向设于各个区域的分照明配电箱。分照明配电箱不宜设置在洁净区内，宜就近设置于一般区域的走廊内暗装，同时考虑美观、操作和施工的方便性，分区域设置照明配电箱。配电箱应选择不易积尘、便于擦拭和不易锈蚀的小型加盖配电箱。通常根据实际设计的回路数由生产厂家非标制作。照明配线采用导线穿镀锌钢管在吊顶内敷设。

2.4 实例

某医药公司的制剂车间的部分洁净区，吊顶高度为+2.7 m，设计选用了带透明有机玻璃罩的高效吸顶式净化荧光灯，如图2 所示。

3 动力配电设计

洁净厂房内的用电负荷大部分为三级负荷，消防设备及部分工艺设备属于二级负荷。通常由变电所低压侧引三相四线加PE 线的380V 电源至所在车间的配电间，二级负荷应由两回路供电。一般情况下医药洁净厂房的配电室需设立在非洁净区内，这样便于操作、维护和管理。

3.1 工艺专业用电设备配电

如图3 所示某医药洁净厂房制剂车间，医药行业所用到的工艺设备用电功率一般都较小，但是由于数量众多，且大都带有控制单元，以使用直接配电或者插座配电为多，且需按生产区域来设置。从节约经济的角度出发，大多采用就地设立组合配电箱配电的方法。通常功率小于2.5 kW（～220 V）设备和功率小于6 kW（～380 V）设备，由组合配电箱放射式供电，采用导线穿镀锌钢管在吊顶内敷设。插座的配电要设剩余电流动作保护，组合式配电箱不适合放在洁净区域内。与设备配套的控制箱也要选用外壳光滑、密封、便于揩拭清理。对于大于2.5 kW（～220V）设备和大于6 kW（～380V）设备采用电缆沿电缆桥架敷设，出桥架进入净化区域穿外表光滑、易清洁的不锈钢管引至设备，其余区域则采用穿镀锌钢管引至设备。工艺用电设备一般为三级负荷，但由于制药工艺的特殊性，部分工艺设备例如制剂车间的冻干机，其停电会使制剂原料报废，进而造成一定的经济损失，所以冻干机宜作为二级负荷进行配电，由二路电源为其供电。

3.2 空调专业用电设备配电

医药洁净厂房根据其工艺的特殊性，要保证药品生产过程中的环境温度、湿度、洁净度，有效调节恒定风量，达到一定的换气次数，这就对空调系统提出了较高的要求。对于空调设备的配电，一般设有电气联锁及配置变频调速。电动机设备、有电气联锁的空调设备由动力配电箱为其供电，并设计一系列的保护措施，室外设备的配电需设剩余电流动作保护。为空调设备配电的动力配电箱原则上宜放置于空调机房内，空调设备的启停按钮一般就近设置于设备旁边，对于屋顶及吊顶的空调设备还应考虑设置检修开关。此外，电气专业的设计还应考虑空调设备的电气联锁控制，常用的联锁控制参见表2：

图3 功率小于2.5 kW 的单相设备和功率小于6 kW 的三相设备配电

表2 空调设备联锁方式

3.3 其余公用工程（给排水、冷冻）专业用电设备配电

给排水及冷冻专业的配电方法大致和工艺及空调设备配电相类似。但有时由于这些专业所需的设备电动机功率较大，为不影响电网的供电质量，为这些电动机配电时一般考虑降压启动的方式，如星三角启动或者软启动，以防其启动电流过大对电网造成影响。

最后，医药厂房洁净区的桥架一般采用梯级式热镀锌桥架加盖板，屋顶采用防腐防水桥架，在洁净区内大多会设有吊平顶，在进行电气设计前，要和相关的专业负责人协商，把电缆桥架设在吊平顶内，确定桥架高度和走向，且在穿越墙及楼板处要用防火堵料进行严密封堵。

4 消防设计

4.1 消防负荷电源

根据GB50016《建筑设计防火规范》及GB50116《火灾自动报警系统设计规范》的要求，医药工业洁净厂房的消防负荷（疏散照明、防排烟风机、火灾报警系统、防火卷帘门及消防电梯）一般按二级负荷设计。消防负荷通常由双电源或者双回路供电，并在末级配电箱处设置自动切换装置，末级切换就是为提高线路可靠性而采取的保护措施[5]。

4.2 消防用电设备的配电线路及配电装置

根据GB50016 要求，消防负荷应采用专用的供电回路[4]，是指从低压配电室至消防设备最末级的配电箱的配电线路均应与其他配电线路分开，不能与其他动力设备、照明设备等共用回路[4]。其配电线路如穿管保护，暗敷时应敷设在不燃烧体结构内，保护层厚度不小于30 mm；明敷时（包括敷设在吊顶内）需穿金属管或封闭式金属线槽，并在表面涂防火涂料或采用隔热材料覆盖，导线应选用耐火型。消防用电设备的配电分支线不应跨越防火分区，分支干线不宜跨越防火分区。消防用电设备的配电装置应设有明显标志，盘面加注“消防”字样。消防用电设备的保护开关如确实需要采用剩余电流动作保护装置的，则该装置动作只报警不跳闸。

4.3 消防联动控制

当火灾自动报警系统接到火灾信号并确认后，通过输出模块发出指令并切断所有的非消防电源。同时，火灾发生后，电气对于空调排烟风机的控制，应打开排烟风口、排烟阀（因洁净厂房的密闭性及洁净度要求，洁净厂房的排烟阀通常为常闭状态），同时应启动排烟风机，当火灾温度上升到280℃时，排烟阀关闭，同时停止排烟风机的运行[7]。

5 接地设计

医药洁净厂房低压配电系统一般采用TN-S 系统，其接地设计一般采用综合接地方式，不同的接地系统设计应符合等电位联结要求。

利用建筑物的基础钢筋（二根，≥Ф10）及柱子钢筋（二根，>Ф16）作为接地装置[4]，并在不能连通处与预埋热镀锌扁钢相互可靠焊接组成封闭接地网。这些基础连成的接地网具有较大的电容，其冲击阻抗是很小的。厂房中的所有电力配线、插座配线均设专用接地线PE 线，各类金属管道及构件在进入建筑物处与PE 干线作总电位联结。

电缆桥架内需敷设专用接地线为车间内设备保护接地之用，同时需与就近的接地网可靠连接，为了形成良好的电气通路，每段电缆桥架之间均需做可靠的跨接，这样既是安全接地也兼做防感应雷的措施。

除了利用基础作接地和防雷设计外，在洁净厂房内产生静电危害的场所和爆炸危险区域均需进行防静电接地设计[2]，考虑到洁净环境的特殊要求，可在吊顶上形成闭合干线回路后，支线从吊顶上穿不锈钢钢管引下。

在电气设计中，如果将各类接地组成一个联合接地体，接地电阻不能超过1Ω，如测试接地电阻大于1Ω，需在建筑物的外围地坪下补打人工接地极。

6 结束语

综上所述，采用专用回路避免电压频繁波动的大面积照明设计；重要设备采用可靠的放射式馈电供电；利用建筑基础钢筋作接地装置的接地设计已成为医药洁净厂房电气设计的三大要素。以上是笔者多年来对医药洁净厂房电气设计的一些总结和体会，作为电气设计人员，一定要把握理解规范要求，安全有效进行设计，同时兼顾合理性和经济性，来确保医药洁净厂房中电气设备的正常使用，使其发挥更大的作用。

[1] GB50058—2014，爆炸危险环境电力装置设计规范[S].

[2] GB50457—2008，医药工业洁净厂房设计规范[S].

[3] GB50034—2013，建筑照明设计标准[S].

[4] GB50016—2006，建筑防火设计规范[S].

[5] GB50116—2013，火灾自动报警系统设计规范[S].

[6] 工业与民用配电设计手册 第三版[M].北京：中国电力出版社.

[7] 于公祥.浅谈医药工业洁净厂房电气消防设计[J].建筑电气，2012，31（6）.