冷库低压电气设计中相关问题的探讨

秦震

（中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海 200231）

1 引言

冷库是冷冻加工、冷藏领域的重要设施，可用于储存食品或其他物资，冷库内部温度稳定在-30～-10 ℃，以免物品变质。低压电气设计是冷库布置中的重点内容，针对设计中存在的普遍性问题，设计人员应予以高度重视，探讨相应的方法，提高设计水平。为此，本文以某氨制冷生鲜冷库的低压电气设计为例进行相应的探讨。

2 低压电气设计需考虑的要点

2.1 接触器的选择

考虑到制冷工程的实际需要，在布置电气设备时，会综合压缩机功率大小和具体的系统要求采用多台压缩机并联的布置方式。在实际的制冷中，压缩机会出现持续满载运行、低负荷运行和交替运行等情况，尤其是在生猪和禽类屠宰行业的速冻库和冷藏库中。在生猪和禽类屠宰行业，大量屠宰好的新鲜产品需要放入速冻库和冷藏库中冷藏保存，一旦由接触器故障而引发压缩机停机问题，速冻库和冷藏库的低温环境将被破坏，并且随着温度的上升，冷藏和冷冻产品也会出现变质甚至腐败，给用户造成巨大经济损失。

为提高压缩机使用的安全性，应选择价格优惠和性能稳定的接触器，若选择的接触器型号较小，受到电弧和反复开停设备等因素的影响，接触器的触头会被高温焊合或出现脱落的情况，并且焊合的触头会进一步导致永久性单相状态的出现，影响过载保护器正常工作。另外，接触器的接触焊合后，接触器所有断开压缩机电源回路的控制形式将失效，高低压控制、油压控制等控制形式断开，压缩机将处于无保护状态。触点的抖动会影响接触器工作的流畅性，使接触器频繁地开启和关闭压缩机电机，反复的开启所产生的电流和发热情况会加速绕组绝缘层的破坏，加剧其老化程度。

综合以上分析考虑，压缩机所选择的接触器必须满足以下5 个条件：（1）能够实现快速循环；（2）持续超载和低电压；（3）散热面积大；（4）触点材料性能稳定，不易焊合；（5）分段能力良好，可同时断开三相电路。

2.2 负荷计算

低压电气设计中，需根据相关基础参数确定负荷，但负荷计算值基于理论状态中，而实际用电环境难免存在特殊性，因此用电负荷量可能与设计值存在偏差。但不可否认的是，负荷计算具有必要性，其结果有重要的参考价值。负荷计算通常采用的是系数法和二项式法，且总负荷中不应涵盖备用设备的用电负荷，否则将存在计算重复的情况，进而导致计算值偏高，缺乏足够的指导作用。

2.3 接地处理

低压电气接地系统主要有3 类，即IT、TT 和TN，从实际应用的角度来看，TN 类型的低压电气接地系统最为常见，此类系统又可根据接地方式的不同细分为多种形式，例如，TN-S（保护零线和工作零线分开设置，使用独立的2 个线路）、TN-C-S（前一部分保护零线和工作零线共用线路，后一部分分开设置，使用独立的2 个线路）。具体而言，在S 系统中，将变压器的N 接线柱做接地处理；对于C-S 系统，其接地方式为对用电开关柜做接地处理。变压器室与低压配电系统两者保持相对较近的距离，中性线截面积可满足前述两类系统的要求，接线柱中的各电位点基本一致，即便两者采取的接地方式存在差异，但实际应用效果却基本一致。当然，若从便捷性的层面来看，则S 系统具有更加突出的优势，在N 接线柱接地的方式下，铜材料量得到有效的控制，可减少资源投入，有利于提高项目的经济效益。

2.4 软启动器的选择和电路设计

软启动器在业内取得了广泛的应用，在其设计中，需着重考虑如下几点：

1）合理选择软启动器。现阶段，市面上的软启动器类型丰富，各自在性能、负载、功能方面均有独特性，因此，需要以实际需求为导向，做合理的选择。其中，低压电气系统的运行特性为重点考虑对象，若其对荷载要求较低，此时无须配套过高规格的软启动器，正常情况下标准规格的器件即可满足要求；容量方面，主要根据电动机的容量做合理的选择。部分情况下，低压电气系统的负荷要求较高，此时较为合适的是应用重载型软启动器，当然，若此条件下仍选用标准软启动器，则可以采取调节容量的方法来满足实际需求。

2）注重过载保护功能的配置。为保证低压电气系统的稳定运行，需配置稳定可靠的过载保护功能，在此保护机制下，即便电动机忽然暂停运行，也能及时做出响应，即借助旁路接触器完成旁路回路的切换操作，在此前提下，若过载保护功能仍正常使用，则无须增设热继电器设备。从整个流程来看，具有安全可靠、便捷的特点。

3 工程概述

某生鲜物流厂区项目，冷库建筑6 层，冷库公称容量为30 000 m3，采用氨制冷系统，分2 个区域，冻结物冷藏间为1～4 层，温度-25～-20 ℃，剩余楼层（5～6 层）为冷却物冷藏间，温度较之于冻结物冷藏间有所提高，为-5～0 ℃。

4 变配电氨制冷机房设计

综合考虑负荷条件、用电环境等因素，做系统性的分析，合理规划变配电所的布设位置。通常，以邻近负荷中心处较为合适，并且变电所所在区域不可存在爆炸危险介质。制冷机房是冷库用电负荷的重要区域，可将其视为负荷中心，为了更为有效地满足该部分的用电需求，在邻近负荷中心处布置变配电所。但需注意的是，液态氨作为冷媒使用，若存在泄漏问题，气态化后将与空气接触，产生具有爆炸性质的混合气体，易发生爆炸事故，造成严重的不良影响。因此，氨制冷机房属于爆炸危险区，出于安全考虑，在变配电所的布设位置规划中，需尽可能远离制冷机房。由此可见，变配电所的选址具有一定的矛盾性，从不同的角度来看，邻近或远离制冷机房均有一定的可行性和局限性，如何有效协调成为本项目设计中的重难点内容。

为最大限度降低爆炸的概率[1，2]，在氨制冷机房的设计中，需以科学的方法防止爆炸性气体的产生，从源头上消除安全隐患。为此，须设置事故排风机及联动氨气浓度报警装置。在日常使用中，若氨气浓度达到0.01%或0.015%，该装置感知异常状况，及时发出报警信号，此时事故排风机随即启动，尽快投入到安全防控状态。

在本次设计中，对事故排风机的工作能力提出明确的要求，即该设施需要将氨气浓度控制在0.015%以内。结合工程经验来看，在氨制冷机房漏氨时，由于电气火花而诱发的爆炸事故发生概率较低，因此，从这一角度来看，将氨制冷机房视为非爆炸危险区。由此做进一步的分析，针对安全事故应急处理设备的配置，需要着重考虑的是事故排风机，由其及时参与到异常状况的处理中，而为了保证事故排风机的稳定运行，则必须保证供电的可靠性，为此按二级负荷的要求提供供电服务。因此，在采取爆炸性气体控制措施的基础上，可以在邻近制冷机房的位置配备变配电所，从而更好地满足制冷机房的用电需求，使其高效运行。

5 火灾自动报警系统的设计

高灵敏度吸气式感烟探测器（简称为ASD）,性能优越，适用于高大空间火灾报警的设备，并已经广泛应用于故宫、国家体育场等诸多重要场合。

5.1 吸气式感烟探测器设置要求

1）根据吸气式感烟火灾探测器安装要求，高灵敏度吸气式感烟火灾探测器的采样管网安装高度可以超过16 m。

2）对于可能存在烟雾分层的高大空间或安装高度超过27 m 时，应在多个高度进行采样。可采取在多个水平高度布置采样管网或在顶部布置一层水平采样管网的同时，再向下垂直布置纵向采样管网。

3）1 台吸气式感烟火灾探测器所布置的采样管总长度应控制在200 m 之内，单采样管的长度不得超出100 m，并且单采样管上设置的采用孔的数量应控制在25 个以内。

4）做好排查，确定烟雾最有可能经过的途径，并在这些部位布置采样点，提高烟雾报警的灵敏度和发现速度。

5.2 设计及实施前准备工作

1）取得场所布局图和测量结果。根据场所的布局图了解各个布置区域的具体情况，确定装置机器、重要设备、仓库等需特殊保护区域的位置，充分利用场所平面图反映的信息标记功能区域，根据区域内的隔板、墙面等构筑物确定自由气流受阻情况，规划防火分区和ASD 区域。

2）明确管理要求。严格执行设计规范，选择符合设计场所设计要求的适用标准，并根据规范与标准完成防火分区、ASD探测器及采用管网的设计和布置工作。

3）被保护区内的气流情况。结合场所布局图和实地调研，确定被保护区域的自然气流，并综合考虑气幕、卷帘门或隔板这些构筑物对自然气流的影响，优化采样管网设计方案。同时，可以通过烟雾测试确定气流的稳定性和流动情况，保证气流稳定性和波动形分析的准确性，提升采样管网在火灾初期阶段的反应力。

4）环境条件。准确判断监控区域的环境条件是吸气式烟雾探测系统工作的关键，应基于场所区域划分不同的环境区域，对每个区域环境条件进行测试，保证采用管网探测性能。

5.3 灯具的选择

综合考虑显色性、耐久性、经济高效性等多重要求，合理选择冷库灯具，具体做如下分析：

冷库照明是冷库能耗的组成部分，灯具的使用寿命关系到企业生产成本。因此，合理选择灯具、光源及布置是在提高其使用寿命的前提下，达到节能目的所必须采取的方法。

冷库照明的照度标准应按照GB 50034—2013《建筑照明设计标准》中作业面或参考平面上的维持照度平均值的规定，同时应遵循节能要点、室内外照明节能指标的要求和节能光源、灯具、附件的选择方式，选择合理的照度标准、适合的光源及高效节能灯具，采纳合理的灯具安装方式及照明配电系统。

冷库照明光源、灯具的应用比较：冷库等低温场所由于潮湿、低温，使得光源的发光效率和寿命受到影响，而且冷库中灯具维修和更换困难，因此，灯具的选择不仅要考虑其价格，还要考虑改换的成本，选择寿命长、光效高的光源及灯具对冷库的投资、节能都会产生积极影响。

LED 光源：LED 光源是一种新型的绿色光源，最初，LED只是作为微型指示灯，随着大规模集成电路和计算机技术的不断进步，LED 慢慢扩展到通用照明领域。LED 光源寿命长，比传统光源寿命长10 倍以上，节能环保，电光功率转换接近100%，相同照明成效下比传统光源节能80%以上。而且利用灵活，既无热量，也无辐射，操纵方便，可随意调光无频闪，是典型的绿色照明光源。LED 照明系统随着温度的升高，发光效率递减，在低温中发光效率良好，光源适应-40 ℃的低温，具有环保省电、照度均匀、低温时发光效率良好及供电效率高达90%等优势。

6 结语

综上所述，冷库是物资储存领域的重要设施，其具有温度低、湿度高、易燃的特殊性，对电力供应提出较高的要求。因此，加强冷库的低压电气设计具有必要性。经过本文的分析认为，在该项设计中应充分关注变配电所的选址、火灾探测器的选择及安装、冷库内灯具的合理选择等相关内容，各部分的设计均要以满足冷库安全运行、功能有效实现为基本前提，在此基础上尽可能追求经济效益和生态效益最大化的目标。合理做好低压电气设计工作，给冷库的有效运行提供保障。