冷庫電氣設計要點簡析

摘要： 探討冷庫電氣設計要點，從負荷等級、供配電系統(tǒng)、動力設施、照明系統(tǒng)、防雷接地及安全措施、火災自動報警系統(tǒng)、線路敷設、弱電系統(tǒng)等方面進行了論述，結(jié)合實際案例和實踐經(jīng)驗，提出了相應的優(yōu)化措施和建議，促進該領域的可持續(xù)發(fā)展。最后對未來冷庫電氣系統(tǒng)的發(fā)展趨勢進行了展望，并強調(diào)了加強技術(shù)創(chuàng)新和應用推廣的重要性。關鍵詞： 冷庫; 電氣設計; 負荷等級; 安全; 動力; 照明

中圖分類號： 文獻標志碼： A文章編號： 1674-8417（2024）08-0053-06

DOI： 10.16618/j.cnki.1674-8417.2024.08.011

0引言

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和人民物質(zhì)生活水平的顯著提高，冷鏈物流逐漸興起。冷庫作為冷鏈物流的關鍵環(huán)節(jié)之一，其安全、穩(wěn)定、高效地運行，離不開合理的電氣設計。冷庫有低溫、高濕、易燃的特點，本文以參與設計的某冷鏈物流產(chǎn)業(yè)園項目為例，說明冷庫電氣設計的要點，為冷庫電氣系統(tǒng)的建設和改造提供參考。

1項目概況

某冷鏈物流產(chǎn)業(yè)園項目總用地面積為121 843.09 m²，總建筑面積105 205.94 m2，項目包括A地塊1#、2#、3#、4#庫房，5#配套辦公，6#設備樓;B地塊1#、2#、3#庫房;C地塊1#、2#庫房。其中A1庫為恒溫庫（9～15 ℃）和高溫庫（0 ℃）的組合庫;A2、A3、A4、B1、B3、C1、C2庫均為低溫庫（-25～-18 ℃），穿堂溫度為8～10 ℃;B2庫為常溫庫。低溫庫主要功能為：冷藏間、穿堂、輔助功能房間，均為兩層，首層層高為6.4～8.4 m，二層層高為5.9～7.9 m，儲藏火災危險性等級為丙二類。本文主要針對低溫庫電氣設計進行要點簡析。

2負荷等級及供配電系統(tǒng)

2.1負荷等級

依據(jù)GB 50072—2021《冷庫設計標準》，負荷等級主要依據(jù)中斷供電在經(jīng)濟上造成的損失程度劃分，而損失程度又與用戶的接受能力有關，對設計師而言，此項規(guī)定不夠明了。而依據(jù)GB 51157—2016《物流建筑設計規(guī)范》，本工程為中型物流建筑，安全等級為二級，可確定負荷等級如下。

一級負荷：安全防范系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、計算機管理系統(tǒng)。

二級負荷：消防用電，正常照明，冷庫動力。（其中消防負荷等級依據(jù)室外消防用水量為45 L/S制定）。

三級負荷：除上述設備外其余負荷。

2.2供配電系統(tǒng)

2.2.1供電電源及變電所設置

根據(jù)建設方提資，由市政引來10 kV雙重電源，滿足一二級負荷供電要求。弱電機房采用UPS電源（轉(zhuǎn)換時間為毫秒級）作為第三電源。高壓部分采用單母線分段運行的方式，其中間設置聯(lián)絡開關，兩路電源獨立運行，互為備用，故障時自動切換，確保供電連續(xù)性。

在冷鏈物流產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃中，確定變電所位置是供配電系統(tǒng)設計中的核心環(huán)節(jié)之一［1］，其位置選擇不僅影響變電所工程投資和運行經(jīng)濟效益，還直接影響配電網(wǎng)的架構(gòu)、供電穩(wěn)定性和經(jīng)濟效率。因此，變電所選址具有非常重要的意義。選址時，需綜合考慮諸多因素，如靠近負荷中心、靠近電源側(cè)、便于線路進出、設備運輸便捷性，以及避免地勢低洼和易積水區(qū)域等［2］。此外，還需要考慮變電所和相鄰設施及周圍環(huán)境的相互影響，以避免對周圍環(huán)境造成不良影響，同時確保變電所的安全性和經(jīng)濟性。

該項目在A6設備樓設置1座開閉所，A5配套辦公設置1座變配電室（服務本樓及設備樓），B3庫設置1座變配電室（服務A、B地塊庫房），C1庫設置1座變配電室（服務C地塊庫房）。

2.2.2負荷計算

在進行冷庫電氣設計時，計算負荷是非常重要的一步。計算負荷是為了確定供電容量、供電設備和線路的配置以及控制和保護裝置的整定值，從而確保供電系統(tǒng)能夠安全、可靠、經(jīng)濟地運行。負荷計算需要考慮冷庫的工藝特點、設備容量、運行模式以及相關的用電參數(shù)。本工程采用需要系數(shù)法［3］進行負荷計算，最終得出該項目總裝機容量為9 660 kVA。其中，B地塊3#庫變配電室設4臺1 600 kVA變壓器，C地塊1#庫變配電室設2臺1 000 kVA變壓器，A地塊6#設備用房變配電室設2臺630 kVA變壓器。本文僅示意B地塊3#庫變配電室負荷計算表，B3變配電室總用電負荷計算表如表1所示。

2.2.3低壓配電系統(tǒng)

在配電系統(tǒng)的低壓環(huán)節(jié)，實施了集中化的功率因數(shù)自動補償方案［4］，并運用了消諧并聯(lián)干式電容器組以實現(xiàn)自動化的循環(huán)投切控制，旨在防止電網(wǎng)諧波諧振的放大效應。補償后的功率因數(shù)應達到或超過0.95的標準。針對每臺變壓器，電容器組均由小容量電容器構(gòu)成，以確保在較低的負荷條件下仍能實現(xiàn)順暢的投切操作。此外，電容補償柜內(nèi)應配置適宜的電抗器，并增設諧波保護裝置，以增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

由于該冷鏈物流產(chǎn)業(yè)園項目規(guī)模較大、投資較高、對工藝要求嚴格，工藝方面由專業(yè)的工藝設計院設計。為設計界面清晰，且考慮負荷性質(zhì)，經(jīng)與工藝方溝通，工藝用電單獨進線。低壓配電室及電井排布時，應考慮工藝配電柜位置，避免后期調(diào)整。

低壓配電系統(tǒng)從低壓配電屏開始，采用放射式或樹干式配電方式，通過電氣豎井將電力分送至各個用電點。為保障重要或大容量設備的電力供應穩(wěn)定與可靠，采用放射式配電方式。而對于一般設備，則結(jié)合使用放射式和樹干式配電方式，以滿足不同設備的電力需求。這種混合配電方式旨在提高供電的靈活性和效率。

3動力設施

冷庫設計過程中，有許多動力設施需要關注。

工藝負荷，包括制冷機房動力、冷風機等。此次設計中，工藝負荷配電由工藝方設計完成。

常規(guī)動力負荷，包括貨梯、叉車充電、冷藏車充電、冷藏門、升降機、制冷劑泄漏用事故風機等。其中，貨梯由低壓配電室專用回路供電，叉車充電需合理規(guī)劃叉車充電區(qū)域，并預留插座箱，方便庫內(nèi)叉車充電使用。為確保機械冷藏車在裝卸貨物時制冷系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行，建議在冷庫靠近停車位的外墻上安裝三相電源插座［5］，專供機械冷藏車使用。這樣的設計確保冷藏車在需要時能夠及時接入電源，維持其冷藏功能，從而保證貨物的質(zhì)量和安全。冷藏門、升降機負荷均在其相應位置設置專用控制箱。事故風機按非消防二級負荷設計［6］。

特殊動力負荷：天溝融雪電伴熱。為預防冬季屋頂積雪，保持屋面排水溝暢通不結(jié)冰，冷庫屋面一般設置天溝融雪電伴熱系統(tǒng)。電氣專業(yè)前期應與建筑專業(yè)核實，并由專業(yè)廠家提資負荷容量，在屋頂預留專用配電箱，避免后期管線破壞屋面及保溫。

4照明系統(tǒng)

在冷庫照明設計中，需要考慮以下幾個方面。

（1） 照度要求：依據(jù)GB 50072—2021《冷庫設計標準》，冷間照度可按不低于50 lx設計。本工程考慮物流建筑裝卸作業(yè)，冷間照度按100 lx［7］設計。

（2） 燈具選擇：冷庫環(huán)境特殊，需要選擇符合冷間環(huán)境特點的燈具，本工程選用150 W LED防潮型懸掛燈。熒光燈等氣體放電燈屬于非熱光源類別，其工作溫度通常不會高到足以引發(fā)火災。然而，這些燈具的鎮(zhèn)流器是一個會產(chǎn)生熱量的組件［8］，如果鎮(zhèn)流器被安裝在易燃材料附近，可能會構(gòu)成火災隱患。相比之下，LED光源發(fā)熱量低，無熱輻射，安全可靠性高，且發(fā)光效率高，使用壽命長，還具有耐低溫、防潮、抗震動的優(yōu)點［9］，因此優(yōu)先選擇 LED燈。

（3） 照明控制：本項目集中設置照明配電箱在配電間，由于配電間平時關閉，集中在配電間操作照明開關不便，因此集中照明控制箱設在穿堂較為干燥的區(qū)域。

（4） 安全防護：設計冷藏室內(nèi)的照明和控制系統(tǒng)時，應充分考慮到溫度因素對電纜的影響，從而選擇適應低溫環(huán)境的銅芯電力電纜。同時，每個照明分支都應安裝剩余電流保護裝置，以確保照明系統(tǒng)的安全性和實用性。

（5） 維護保養(yǎng)：冷庫照明設施需要定期進行維護保養(yǎng)，如清潔燈具、檢查線路等，以確保照明設施的正常運行和使用壽命。

另外，關于應急照明的設置，依據(jù)GB 55037—2022《建筑防火通用規(guī)范》，丙類倉庫應設置疏散照明和燈光疏散指示標志，本設計在冷間及穿堂均設置疏散照明燈及疏散指示標志燈。設置燈具時，應根據(jù)貨架擺放，合理確定疏散通道，在疏散通道上方根據(jù)照度要求及疏散距離合理布置應急照明燈及疏散指示標志燈。

5防雷、接地及安全措施

5.1防雷

依據(jù)年預計雷擊次數(shù)，該項目均為三類防雷建筑物。本工程庫房為門式鋼架結(jié)構(gòu)，故根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)建筑物特點，充分利用建筑物金屬屋面作為接閃器［10］，金屬屋面采用厚度不小于0.5 mm熱鍍鋅鋼板，利用結(jié)構(gòu)鋼柱作為引下線，引下線的上端需與接閃器牢固焊接，確保其電氣連續(xù)性;而其下端同樣需要與防雷接地極進行可靠的焊接，以保障整體防雷系統(tǒng)的有效性。

在低壓電源線路總配電柜、各重要機房配電柜（箱）、屋頂設備配電箱處裝設電涌保護器，電涌保護器采用專用后備保護［11］。傳統(tǒng)的熔斷器和斷路器在配合SPD進行防護時存在明顯的不足，它們無法與SPD協(xié)同工作，導致在特定電流條件下無法觸發(fā)保護動作。這會造成工頻電流的持續(xù)通過，使防雷組件過熱，甚至可能引發(fā)SPD起火。為解決這一問題，SPD專用后備保護器的出現(xiàn)顯得尤為重要。在雷電沖擊下，該后備保護器保持正常工作狀態(tài)，而一旦SPD出現(xiàn)故障，在工頻電流通過時，它會迅速切斷電流，從而保護整個電路和設備的安全。這種專為SPD設計的后備保護器，旨在消除因SPD失效或短路而可能引發(fā)的火災和設備損壞風險，極大地提高了供電系統(tǒng)的安全性。

5.2接地

有效利用建筑物的基礎鋼筋作為接地極，并確保接地電阻小于1 Ω，需采取下列措施。首先，應沿建筑物的外圈將上下兩層基礎主筋進行焊接，形成一個連續(xù)的環(huán)形結(jié)構(gòu)。其次，對于基礎梁以及底板的上下兩層主筋，也應進行縱橫焊接，使其構(gòu)成一個堅固的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。此外，所有的防雷構(gòu)件之間，都必須通過可靠的連接方式，形成一個連續(xù)的電氣通路。這些措施將有助于提高建筑物的防雷性能和電氣安全性。

該項目變配電室有多臺變壓器，其中性點采用“一點接地”方式［12］。以往很多工程做法中，將多臺變壓器處中性點各自就地接地，往往產(chǎn)生雜散電流。對于冷庫項目而言，雜散電流可以導致金屬部分的電化學腐蝕，如冷卻系統(tǒng)的管道、存儲設備、制冷機組等。長期的雜散電流作用會加速這些金屬部件的腐蝕，縮短其使用壽命，甚至可能導致泄漏和故障。如果雜散電流過大，可能會在接觸不良或電阻較高的地方產(chǎn)生熱量，進而引發(fā)電氣火災，這對冷庫的安全構(gòu)成嚴重威脅。此外，雜散電流亦能誘發(fā)雜散電磁場的生成，干擾電子控制系統(tǒng)的正常運行?！耙稽c接地”可有效解決上述問題，設計過程中應該重視。

5.3等電位聯(lián)結(jié)

在配電室、冷間、弱電機房、消防控制室、各設備用房等處作等電位聯(lián)結(jié)。等電位聯(lián)結(jié)是一種電氣安全措施，其目的是將冷庫內(nèi)所有可能導電的部分（如金屬設備、管道等）連接到一個共同的等電位聯(lián)結(jié)端子上，以確保在發(fā)生電氣故障或雷擊時，這些部分之間不會產(chǎn)生危險的電位差，從而保護人員和設備的安全。通過等電位聯(lián)結(jié)，可以消除或減少電氣故障或雷擊時產(chǎn)生的電位差，降低電氣火災和電擊等安全隱患的風險。同時，等電位聯(lián)結(jié)還可以提高電氣設備的抗干擾能力，保證電氣系統(tǒng)的正常運行。

6火災自動報警系統(tǒng)

6.1冷庫火災風險分析

由于冷庫內(nèi)溫度低且潮濕，想當然認為冷庫不易發(fā)生火災，實則不然。冷庫內(nèi)大多存放可燃物，管道油污積聚、電氣設備老化、操作不規(guī)范、管理不善等因素均可引發(fā)火災，一旦發(fā)生火災，具有燃燒迅速且不易撲滅的特點，因此冷庫可歸于火災高危區(qū)域［13］。

6.2探測器選擇

鑒于冷庫內(nèi)部相對濕度較高，容易產(chǎn)生水霧并存在陰燃風險，因此不適宜使用點型感煙、感溫及火焰探測器進行火災探測。依據(jù)GB 50072—2021《冷庫設計標準》，本工程選用空氣采樣探測器。空氣采樣探測器具有高靈敏度、極早期報警、分階段警報、冷凝水處理以及主動抽氣功能等優(yōu)點，這些優(yōu)點使得它成為冷庫火災防控的理想選擇。需要注意的是，空氣采樣探測器需使用DC 12～36 V直流電源，對應3個模塊（2個火警信號，1個報警信號）。

穿堂區(qū)域選擇常規(guī)感煙探測器的較多，但低溫區(qū)的穿堂接近零度，且有人頻繁出入冷藏間，也會有一些結(jié)露問題。探測器選感煙探測器，應用中管理不當會有誤報和損壞的問題，但問題不大。

6.3干式消火栓系統(tǒng)

由于本項目不采暖，為防止冬季凍裂管道，水專業(yè)在穿堂處設置了干式消火栓系統(tǒng)，一旦接收到火災報警信號，消火栓按鈕或火災報警控制器應首先觸發(fā)電動閥的起動［14］，其他同濕式消火栓系統(tǒng)，不再贅述。

7弱電系統(tǒng)

冷庫弱電系統(tǒng)主要包括計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、冷間呼叫系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、氣體探測系統(tǒng)等。

計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)：這構(gòu)成了所有弱電網(wǎng)絡體系的基石，涵蓋集成業(yè)務網(wǎng)、內(nèi)外網(wǎng)絡以及智能化專用網(wǎng)絡，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸和設備精準控制。

門禁系統(tǒng)：這是一種一卡通系統(tǒng)，主要用于控制進出冷庫的權(quán)限，確保冷庫的安全。

冷間呼叫系統(tǒng)：用于冷庫工作人員之間的通信，確保在緊急情況下能夠及時聯(lián)系和求助。

測溫系統(tǒng)：與冷庫的工藝操控有關，用于實時監(jiān)測冷庫內(nèi)部的溫度，確保食品等物品的冷藏或冷凍效果。通過測溫系統(tǒng)，可以及時發(fā)現(xiàn)溫度異常，調(diào)整制冷設備的運行，保證冷庫的穩(wěn)定運行。

監(jiān)控系統(tǒng)：與冷庫的運營管理有關，用于監(jiān)控冷庫內(nèi)部的情況，包括設備的運行狀態(tài)、貨物的存放情況等。監(jiān)控系統(tǒng)可以幫助管理人員及時發(fā)現(xiàn)問題，提高冷庫的運營效率和安全性。

氣體探測系統(tǒng)：主要用于檢測冷庫內(nèi)部可能存在的有害氣體，如氨氣等。通過氣體探測系統(tǒng)，可以及時發(fā)現(xiàn)氣體泄漏等安全隱患，采取相應措施，確保冷庫的安全運行。

在冷庫建設中，弱電智能化是一個必要的趨勢。與傳統(tǒng)的電氣設計相比，弱電智能化可以實現(xiàn)設備自診斷、設備智能保護等多種功能，提高設備運行效率、可靠性和安全性。

8線路敷設

當電氣線路穿越冷藏室的保溫層時，若處理不當，可能引發(fā)冰霜現(xiàn)象，進而造成冷量的損失，并導致保溫層局部功能失效。因此，針對穿越保溫層的電氣線路，必須采取有效的防火措施，并特別關注預防冷橋的產(chǎn)生。為了防范冷橋問題，冷藏室內(nèi)的電氣設備應實行明裝，同時管線也應進行明敷設，以確保不破壞內(nèi)部的保溫結(jié)構(gòu)。不可避免穿越保溫層時，應集中某一處穿越［15］，并采取相應措施，方便施工及日后故障排查。

9結(jié)語

通過對冷庫電氣設計要點的深入研究與分析，本文得出了以下結(jié)論：

首先，負荷等級的確定是項目設計的第一要點，項目開始前應查閱相關規(guī)范合理確定負荷等級。

其次，應根據(jù)項目地塊特點確定變電所位置，并進行各地塊負荷計算，確定變壓器容量。

此外，配電系統(tǒng)設計、動力設施、照明系統(tǒng)、防雷與接地設計等方面也是冷庫電氣設計不可忽視的要點。而作為火災高危場所，火災自動報警系統(tǒng)能及早發(fā)現(xiàn)火災，避免人員傷亡和財產(chǎn)損失。

最后，弱電系統(tǒng)在冷庫中發(fā)揮著監(jiān)測、控制、管理和安全等多重作用，是確保冷庫正常運行和貨物質(zhì)量的重要保障。

冷庫電氣系統(tǒng)的研究和應用仍面臨諸多挑戰(zhàn)。例如，如何進一步提高電氣系統(tǒng)的能效和可靠性、如何更好的實現(xiàn)智能化的監(jiān)控和管理、如何應對極端天氣和自然災害等。因此，未來的研究需要進一步加強冷庫電氣系統(tǒng)的理論研究和實驗驗證，推動技術(shù)創(chuàng)新和應用推廣，以適應不斷變化的市場需求和行業(yè)發(fā)展趨勢。

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收稿日期： 20240322

Analysis of Key Points in Electrical Design of Cold Storage

LI Zhihao

（Shanxi Architectural Design and Research Institute Co.，Ltd.，Taiyuan 030013，China）

Abstract： This article discusses the key points of electrical design for cold storage，including load levels，power supply and distribution systems，power facilities，lighting systems，lightning protection and grounding，safety measures，automatic fire alarm systems，wiring，and weak current systems.Based on practical cases and experience，it proposes corresponding optimization measures and suggestions to promote sustainable development in this field.Finally，the development trend of the electrical system in cold storage in the future is prospected，and the importance of strengthening technological innovation and application promotion is emphasized.

Key words： cold storage;electrical design; load level; safety; power; lighting