浅谈实验室环境下的配电安全及仪器设备的电气保护

白显会

摘 要：笔者在充分考虑用电负荷的基础上提出配电安全方面的几个内容包括：漏电保护、短路保护，由于实验室比较密闭一旦发生线路起火人员很难预警，必须要有火灾报警系统并增设声光提示。在保证配电安全基础上进一步考虑了专门针对仪器设备的电气保护措施。

关键词：配电安全;负荷;电气保护;接地

分类号：K60

实验室环境仪器设备众多，包括冷库、高压灭菌锅、冰箱、通风机组和各种精密及价值昂贵的检测设备。这对实验室的供电的稳定性和安全性是有很高要求的。我们主要从两个方面考虑一是：配电安全。二是：针对仪器设备的电气保护措施。下面我就从这两个方面结合实验室特定用电对象谈谈实验室配电安全及电气保护方面的内容。

一、实验室配电安全

笔者所处实验室由彩钢夹芯板搭建成，整个框架是金属结构，环境比较密闭，分布有较密集的通风排气管道及空调管道系统。在配电的时候要充分考虑其功耗和线路发热的问题。基于实验室的用电负荷及环境我们具体分析下配电安全的几个方面：

1.用电负荷计算

用电设备通常采用的负荷计算方法有：需用系数法、二项系数法、利用系数法、和单位产品耗电法等。需用系數法是最常见的用电负荷计算方法对于任何用电负荷都管用且计算结果基本符合实际，尤其适用于设备数量多且容量相差不大的场合。我们实验室的负荷计算用的就是这种方法。其基本计算公式如下：

S=

式中S-所计算的电力负荷总视在功率KVA;

-计算系统中各设备的额定功率（不包括备用设备之和）KW;–用电设备的加权平均功率因素;

-需用系数，对于实验室设备在不同情况下根据实际情况取值。

2.配电箱及配电线路的安全设计

基于安全考虑我们设计的配电箱要有高温报警、漏电保护、短路保护。配电线排布尽量避开水路管线、穿线套管采用阻燃材料。下面我们来具体分析下配电箱设计的两个关键点：（1）漏电保护：将漏电保护器安装在低压配电柜中，当发生漏电或触电时，且达到保护器所设定的动作电流值时，就立即在限定的时间内自动断开电源避免了致命的触电事故进。（2）短路保护：配电线路中的电器或配电线绝缘遭到损坏、接线错误时，都可能产生短路故障。短路电流非常大，电气设备或配电线路因短路电流产生的强大电流可能损坏、产生电弧，甚至引起火灾。短路保护要求在短路故障产生后的极短时间内切断电源。

3.火灾报警系统，及金属建筑体的等电位接地

（1）火灾报警控制器在接收到探测器的火灾特征参数信息后，经确认判断显示报警探测器的部位，记录火灾报警的时间。实验室各区域安装了声光报警装置一旦发生火情，联动机制触发声光报警提醒人员及时撤离。（2）实验室整个框架是金属结构一旦漏电金属部分有可能带电这是非常危险的，针对这样的特殊情况我们采用等电位接地的方法来解决，把彩钢板金属部分连成一个可靠整体，然后和建筑物的主钢筋结构连接。等电位接地后一旦漏电会形成较大的漏电流，漏电开关更容易断开，避免了漏电流对人员的伤害。

二、下面我们来谈谈针对实验室仪器设备的电气保护

1.设备的防静电接地保护

将需要保护的精密的仪器设备通过导静电体与大地构成导静电回路的接地叫静电接地。静电接地的电阻一般要求不大于10Ω。防静电工程中地线引出的方法有两种：（1）专门从接地体引出地线，独立的接地线引入我们需要静电作业的区域。（2）采用供电系统的地线时，单独引出地线做防静电接地的母线，但是变电箱至大地的接地电阻应小于4Ω，实验室采用第一种防静电保护接地。

2.设备的防雷保护

为防止沿低压电源侵入的浪涌过电压损坏设备，整个实验室供电系统采用三级保护原理，通过TN-S供电方式，使保护线PE与电源中性线N分离。这样由于各级保护器（一、二、三级分别采用防雷击电涌保护器、电涌保护器、终端设备保护器）的响应时间和放电能力不同，各级保护器之间相互配合使用，从而达到吸收雷电能量很好的保护设备的作用。

3.针对特殊的设备采取具有针对性的电气保护手段

（1）过电流保护：在过电流情况下（6倍以上额定电流），造成的冲击电流会损坏电动机，所产生的瞬时电磁大转矩会损坏机械传动部件，因此要及时切断电源。将过电流继电器线圈串接在被保护线路中，当电流达到其整定值，过电流继电器动作使保护设备断电。（2）过载保护：设备电流超过其额定电流但小于1.5倍额定电流的运行状态称为过载，若电动机长期过载运行，其绕组温升将超过允许值而绝缘老化或损坏。过载保护要求不受电动机短时过载冲击电流或短路电流的影响而瞬时动作，通常采用热继电器作过载保护元件。 当6倍以上额定电流通过热继电器时，需经5s后才动作，可能在热继电器动作前，热继电器的加热元件已烧坏，所以在使用热继电器作过载保护时，必须同时装有熔断器或低压断路器等短路保护装置。（3）电源缺项保护： 三相电动机正常运转时如果缺少一路电，电机扭力会变小，转子转速会下降，从而导致其它两路电流增大，烧毁电机绕组一般这样的设备必须装有缺相保护器一旦检测到缺相立即切断电源。

三、小结

以上是笔者在考虑了用电负荷的基础上提出配电安全方面的几个内容包括：漏电保护、短路保护、等电位接地保护，因实验室比较密闭一旦发生线路起火人员很难预警还得有火灾报警系统并增设声光提示。在配电安全基础上提出设备的电气保护措施，有防静电接地保护、防雷保护，特殊设备有过电流保护、过载保护、电源缺相保护。以上就是我通过多年的工作经验提出的关于实验室配电安全和电气保护方面的一些内容，不妥的地方希望同行多多指正！

参考文献：

[1]张志竞，黄玉铮编.电力系统机电保护原理与运行分析（上册）[M].北京：中国电力出版社，1995.

[2]李景禄.配电网防雷技术[M].北京：科学出版社，2004.

[3]霍利民，葛丽娟，侣佳.电力系统继电保护（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2013.

（云南省畜牧兽医科学院 云南昆明 650000）