技术导航 | 实验室配电设计浅析

新中国成立72年来，无数先贤为祖国的富强、民族的复兴艰苦奋斗、砥砺前行，造就了我国辉煌的今天。如今我国已是全球第一大货物贸易国，第一大实物消费市场，GDP稳居世界第二，对世界经济增长的贡献率更是在30%以上。在“世界公共卫生战争元年”2020年，我国更是率先控制住新冠疫情，成为2020年唯一取得正增长的世界主要经济体。但是“树欲静而风不止”，国际上顽固反华势力在自身抗疫不利的情况下，疯狂“甩锅”我国，借以转移国内矛盾，打着“民主、人权”的幌子对我国发动贸易战、科技战，滥用国家力量封杀我国高科技公司。在这种险恶局面下，我国提出要强化国家战略科技力量，并将其写入《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》。

实验室是科学的摇篮，是科学研究的基地，科技发展的源泉，对科技发展起着非常重要的作用。实验室作为科技创新体系的重要组成部分，在科学前沿探索和解决国家重大需求方面发挥着重要作用。目前，我国实验室在解决国家经济建设、社会发展和国家安全的重大科技问题中体现创新思想和方法，实现关键技术创新，取得一批拥有自主知识产权的研究成果。中央财政设立了国家重点实验室专项经费，从开放运行、自主选题研究和科研仪器更新三方面，加大对国家重点实验室的稳定支持。

高质量地建设各类实验室，科学地规划和设计实验室项目为强化国家战略科技力量保驾护航，是广大实验室建设行业从业者义不容辞的职责。实验室配电设计作为实验室设计中的一环，为实验室的高质量运行提供安全、平稳的电力供应。

实验室供电常见电压分为220V和380V，每个实验室房间宜设有独立的配电箱。配电箱应设置总电源控制开关，能够切断房间内的电源，同时还应设置多个空气开关，保证使用过程中如有漏电现象立刻自动切断电源。对于需要进行长时间连续实验的设备，以及重要的仪器设备或数据工作站，应设置辅助电力系统（不间断电源或双路供电），避免因切断实验室的总电源而影响其工作。

实验室配电系统设计工作中，前期应收集必要的设计输入资料。如果是新建项目应收集项目可研资料，了解项目的研究方向，根据工艺专业的各实验室房间平面规划，合理布置照明和插座。详细设计之前应收集建筑平面图、实验室仪器设备用电条件、暖通设备用电条件、暖通平面图、实验室家具平面布置图等资料。对于改扩建项目，应充分了解使用业主的需求，因为是在现有的建筑上进行改扩建，所以应收集原建筑的建筑图、结构图、电气图，详细论证改扩建方案的可行性。详细设计阶段与新建项目要求一致。

上述设计输入资料中，用电条件尤为重要，在项目实践中，因为使用业主的专业领域或研究方向一般不是电气专业，所以在接收使用业主提出的实验室仪器设备用电条件时，设计人员应主动加强沟通，帮助业主把用电条件提清楚。比如：以需要系数法统计实验室仪器的用电量时，根据《工业与民用供配电设计手册（第四版）》表1.4-1试验设备（电热为主）取0.20～0.40，试验设备（仪表为主）取0.15～0.20，但是有时候业主会反映所使用的试验设备工作强度高要求提高需要系数（甚至要求调到1），这样的设备如果数量足够多就会影响到系统总容量的确定，如果计算数值偏小会造成用电量不足影响实验室正常运行，如果计算数值过大，又会造成浪费。这个时候就要具体问题具体分析，深入了解仪器设备的工作方式、使用频次等信息，因地制宜的确定需要系数。

实验室应根据实际最大用电负荷并考虑一定余量进行配电设计。对于新建实验室，应充分考虑预购仪器设备的工作需求，预留电容量，使用的软线和延长线其标称截面积应满足要求。在此基础上，还要考虑电源负荷大小、接地和今后可能的发展。实验室供电应考虑同时运行多台大功率设备的情况，防止供电线路过载发热，绝缘层强度下降引起危险。

其次，关于电气设备的用电设计，根据实验台桌及仪器设备的安放位置，要考虑到将来会逐渐增添新的仪器设备，在敷设电线、安装插座时应留有余量，配电导线应采用铜芯线，最好配合小型仪器布局电源插座，在实验室的墙壁上应安装多处单相和三相插座，方便临时使用。

照明负荷宜由单独配电装置或单独回路供电，应设单独开关和保护电器。照明配电箱宜分层或分区设置。大面积照明场所宜分段、分区设置灯控开关。管道技术层内应设照明并由单独支路或专用配电箱（盘）供电。实验室在满足实验需求的前提下，应尽可能选择节能照明灯具。

照度标准将参照《表一》的要求进行设计。另外，一级生物安全实验室平均照度按200lx考虑，其他生物安全实验室平均照度按300lx考虑，石油化工中心化验室中分析房间照度标准值宜为300lx，对有精细要求的分析岗位，照度标准值宜为500lx。

表一

照明线路：在回路负荷较大，线路较长时，应校验线路电压损失。每一单相分支回路电流不超过15A，所接灯具不超过25套。各照明回路采用单相回路，每回路三线制(相线+中性线+保护线)。

通用实验室的用电设备可由固定在实验台或靠近实验台的固定电源插座（插座箱）供电。电源插座回路应设有剩余电流保护器。每一单相分支回路电流不超过15A，所接插座不超过8套。对有防干扰要求的设备，宜采用电磁型剩余电流保护器。各实验室电源侧应设置独立的保护开关。

实验室仪器设备大多为220V供电，当设备额定功率小于2kW时可用插座供电，当设备额定功率大于等于2kW时应采用接线盒或断路器盒供电。单个实验台有多个超过2kW的设备运行时，应积极考虑设置实验台配电箱集中供电。

部分实验室设备采用380V电源，当设备额定功率小于6kW时可用插座供电，当设备额定功率大于等于6kW时应采用接线盒或断路器盒供电。

根据暖通专业提供的用电条件，为各暖通设备提供电源。其中新风机组容量较大，一般从楼层总配电箱取电，屋面的冷冻机、多联机外机、屋面排风机等设备功率大且集中布置在屋面上，宜在屋面设置配电房集中布置配电装置。

各个实验室房间的风机盘管功率较小，一般做法是就近接入附近的配电箱。厕所小型通风机可直接接入照明回路，配置普通照明开关控制风机启停。

对于24V的文丘里阀供电，一般采用专用的电控箱内置变压器，输出24V电源给文丘里阀供电。

采用嵌入式照明配电箱。箱体必须为全封闭型，箱门上须装防尘垫，装以锁扣或其他相同经批准的锁。整个箱体的防护等级不低于 IP41。

光源：根据装修要求选用三基色节能型T5荧光灯或LED灯具，光源显色指数Ra≥80，色温应在3300K~5300K之间。

灯具的选择和布置：灯具选型应考虑环境特征、场所、照度要求等因素。为限制眩光，灯具悬挂高度应大于或等于国标规定的照明灯具的最低悬挂高度。灯具布置应考虑方便检修和维护。洁净区域设置紫外杀菌灯具。

三级和四级生物安全实验室室内照明灯具宜采用吸顶式密闭洁净灯，并宜具有防水功能。

实验室是科学的摇篮，是科学研究的基地，科技发展的源泉，对科技发展起着非常重要的作用。在国际上享有盛誉的著名实验室更被喻为科研领域的麦加，是科技工作者憧憬和跟随的处所。不久前的中央全面深化改革委员会第十八次会议再提“科技创新”，并提出要坚决破除影响和制约科技核心竞争力提升的体制机制障碍，加快攻克重要领域“卡脖子”技术。作为实验室建设者中的一员，我们也应该像本文开篇提到的各位先贤一样不忘初心、牢记使命，为我国的高水平实验室建设增砖添瓦。