浅谈冷库电气设计

2021-04-03沈杰鸣

城市建设理论研究（电子版） 2021年21期

沈杰鸣

中国轻工业广州工程有限公司广东广州 511447

1 冷库的组成、环境特点及规模计算标准

冷库的组成包括穿堂、冷却间、冻结间、冷藏间、解冻间、冰库、穿堂、冷库制冷机房、变配电房等，上述房间除冷库制冷机房及变配电房外均属于低温、潮湿场所；制冷机房需要根据其制冷剂物质确定电气设计环境。冷库的设计规模以冷藏间或冰库的公称容积为计算标准，公称容积大于20000m3为大型冷库，5000m3～20000m3为中型冷库，小于5000m3为小型冷库，根据GB50072-2010《冷库设计规范》（以下简称“冷规”）3.1.3 注1，判断冷库设计规模是指整个项目的总公称容积。

2 冷库电气设计

2.1 冷库用电负荷特性分析

冷库用电负荷包括制冷机组、冷风机、冷库门、融霜设备、风幕机、货梯、照明、分拣设备、装卸设备等，其中最大用电负荷是制冷机组用电，其计算负荷通常占总计算负荷70%~80%，冷库总计算负荷通过需要系数法算出，按规范“冷规”7.1.3及条文解析，冷库总需要系数控制在0.55~0.7，为使冷库总需要系数可选取下限值0.55，以减少变压器及柴油发电机组设计容量，设计前期可根据冷库的负荷特性分析与使用方落实运行方式，通过对冷库的运行管理优化实现。其优化措施主要是下述3点：（1）夜间作业，由于制冷机组最大用电负荷运行时间段是在室外环境温度最高的时间段进行进出货作业，此时冷库门打开，室外热空气渗入，新风冷负荷达到最大，如货物入库时温度高于库温，则还要加上货物降温带来的冷负荷，此时制冷设备在冷负荷高峰时间段及直到冷却完成时间内为维持冷库环境温度会处于全功率运行状态，因此使用方应尽量避开室外高温时段作业，改在室外温度较低的夜间时间作业，如冷库需要定期通风，通风时间也选在夜间进行，此时，由于夜间室外温度比白天低，大门室外渗入空气及通风所需冷量降低，制冷机组制冷量可降低，且由于制冷机组在环境温度越低的环境下制冷效率（COP）越高，因此夜间作业不仅减少冷库运行所需冷量，还可使制冷机组在更高的效率下运行，最终可一定程度降低制冷机组负荷率，又由于制冷机组在50%~75%之间的部分负荷运行时效率最高，因此可再进一步提高制冷机组的制冷效率，最终达到降低冷库用电需要系数的目的；（2）错开不同库体作业时间，错峰用电，以降低同时系数；（3）提前降温，进出货前让制冷机组部分负荷提前制冷使库温低于原设计温度，这样在进出货的时候，制冷机组即使不需要满负荷运行，也可以维持库内温度[1]。

2.2 供配电系统设计及变配电房、柴油发电机房选址

按“冷规”7.1.1，大型冷库、中断供电会导致较大经济损失的中型冷库、高层冷库及有特殊要求的冷库应按二级负荷供电，不会导致较大经济损失的中型冷库及小型冷库可按三级负荷供电。如冷库项目规模较大，此时作为二级负荷的冷库用电较大，这种情况下，采用柴油发电机作为备用电源并不经济，条件允许的情况下可向供电部门申请2路10kV电源进线以满足较大的二级负荷供电要求；对于总二级负荷不大的中小规模冷库项目，申请2路10kV电源会有一定困难或不经济，通常采用1路市政10kV电源进线，再另设柴油发电机作为确保冷库保温用电以及消防负荷的备用电源，消防负荷及确保冷库保温用电两者不会同时运行，因此按两种情况分别计算的最大值来确定柴油发电机容量。另外由于冷库其用电负荷有季节性规律，因此通常每个变电所设置不少于两台变压器，在室外温度较低的季节，可通过减少变压器运行台数来调节负荷，实现经济运行；如10kV电源采用双电源进线供电，变压器容量选择上，除需满足平时计算负荷，还需要满足单台变压器故障时，对应联络的变压器容量可满足自身变压器加上故障变压器所带的作为二级负荷的冷库保温负荷要求[2]。冷库项目用电负荷主要集中在制冷机房，因此按照变配电房位置应靠近负荷中心原则，变配电房及柴油发电机房最优选址为贴邻制冷机房设置；对于项目有较多冷库单体，而制冷机房随冷库单体分别设置的情况，可根据合理的供电距离及负荷中心分布情况分设分变配电房及柴油发电机房，同时各冷库单体的制冷机房也尽量靠近其对应的变配电房方位设置。

2.3 低压配电系统设计

冷库按功能分别设置对应配电箱，配电箱尽量集中设置在有人值班的通风干燥的常温场所；设置在低温潮湿的冷库或穿堂内的设备电控箱，如冷库门电控箱，为防止潮气进入箱内，尽量放在房间入口处的高温侧，并离门框1m范围外放置，并采用防潮密封型配电箱；配电系统采用放射式供电，接地系统采用TN-S系统。冷库动力、冷库照明、电梯用电、消防用电等特殊负荷用电采用专线供电，对于没有2路10kV供电的情况，二级负荷的冷库用电，冷库动力、冷库照明、电梯用电等非消防确保用电引自变配电房变压器与柴油发电机联络后的应急母线段（以下简称“应急母线段”）。照明、插座、动力回路分设在不同的回路供电，插座回路以及给穿堂、冷库设备供电的回路出线均设动作值为30mA的漏电开关。

2.4 照明设计

冷库由于温度较低，而且环境潮湿，因此应采用耐低温、防护等级为IP65的密闭型防潮灯具，光源选用可快速点亮的光源，如低温环保型日光灯，紧凑型节能灯、快速启动金卤灯、高频无极灯及白光LED灯等；库房内由堆货区和货道组成，灯具主要是重点布置在过道上，并避开空气冷却器和顶排管。冷库主要功能房间设计照度要求如下：大、中型冷库冷间不低于50lx，穿堂不低于100lx；小型冷库冷间不低于20lx，穿堂不低于50lx；制冷机房不低于150lx，制冷机房平时照明兼做备用照明，大、中型冷库备用照明照度不低于正常照明照度的50%，小型冷库备用照明照度不低于正常照明照度的10%，对于用电负荷定为二级负荷的冷库，制冷机房及冷库照明电源共用照明配电箱引自“应急母线段”即可满足制冷机房备用照明要求，对于三级负荷的小型冷库，由于备用照明照度要求很低，可由平时照明的部分灯具自带蓄电池满足备用照明照度要求，蓄电池持续供电时间不低于30min[3]。冷库、穿堂区域照明集中设置照明配电箱统一控制各照明支路，每个照明支路均设置信号灯以监测支路电源情况，每个库房照明均设置数路分开控制，各照明支路设置30mA漏电电流保护装置，照明灯具的金属外壳应接专用保护线（PE线）。为保证库内人员安全，冷库门上设置长明灯，并在冷库门旁设置呼唤按钮，呼唤信号可传送至值班室，冷库外有呼唤信号显示。冷库装卸平台处，设置供机械冷藏车（制冷系统）使用的三相电源插座，其供电回路设置30mA漏电电流保护装置。

2.5 动力配电设计

冷库动力设备的配电主要分为制冷机房设备、制冷末端设备及地面防冻设备。其中冷库制冷设备与一般中央空调制冷设备配电做法类似，此处不展开叙述，但要注意冷库制冷机组的制冷剂类型与常规中央空调制冷机组不同，制冷剂可能其蒸发气体为爆炸性危险气体，此时机房内电气环境需要按爆炸性气体危险环境设计。

冷库末端设备包括冷库门、风幕机、冷风机及其对应除霜设备，其中冷库门、风幕机集中在对应冷库门自带电控箱统一控制，风幕机与冷库门联动，冷库门打开时风幕机开启，反之关闭，对于温度低于零度的冷库，通常还需要设置电热丝以防止由于门缝结冰而使密封圈粘住，从而可顺畅开启和关闭冷库门，电热丝电源引自对应冷库门电控箱AC220/24V变压器。冷风机及其除霜设备动力配电箱统一集中设置在有人值班的场所，一台冷风机通常内置数台电机，单台冷风机数台电机共用电流表用于监视运行状况，数台电机共用短路保护装置以及启动装置，每台电机分别配置过载保护装置及供电线路；冷风机除霜主要有3种方式，分别是电热除霜、反向循环除霜、水冲霜，其中反向循环除霜不需要另外增设设备，没有额外的动力设备需要配电；水冲霜主要设备是冲霜泵，其配电形式为设置短路保护装置、启动装置以及电机过载保护装置，独立供电线路，其启动装置与对应制冷机组、冷风机、对应液阀通过自动控制系统联动控制；电热除霜用电设备主要是冷风机内的电热管丝，其配电形式为设置30mA漏电保护装置、短路保护装置、过负荷保护装置、启动装置、监测状态用的电流表，电热管丝专线供电，其启动装置与对应制冷机组、冷风机、对应液阀通过自动控制系统联动控制[4]。

2.6 线路敷设

冷间保温墙尽量少开孔，穿过冷间保温墙的电气线路应相对集中敷设，穿保温墙位置必须采取可靠的防止产生冷桥的措施，并做好防潮、隔汽封堵；由于塑料管导热性能比金属管差，且横截面积越小，热阻越大，导走的热量越小，因此对于防止冷桥更适合采用塑料管明敷；由于聚氯乙烯只能在温度-15℃以上使用，而且冷库可能在作业前提前预冷，使其库温降到低于设计温度，因此建议设计温度低于0℃的冷库可采用耐低温耐潮的XV型橡皮铜芯电缆，如采用交联聚乙烯绝缘铜芯线缆，线缆应具有高密度聚乙烯护套及防水层构造，也可按“冷规”7.3.7条文解析采用硅橡胶电力电缆、丁腈电力电缆、乙丙橡胶绝缘电力电缆。其他常温场所非消防用电线缆采用可采用常规阻燃铜芯线缆，穿金属管或塑料管敷设。