基于“电相分流”法建立节能安全的高校药膳实验室

陈光宇 李亮 谢梦洲

摘 要：目的：建立节能安全的高校药膳教学实验室。方法：根据药膳类实验室中常见供电电路中电相、电线、插电面板、空气开关、不间断电源、仪器设备负载等各供电用电单元性质，基于“电相分流”法平均分配各用电设备电相设计各用电回路。结果：设计了节能安全的药膳教学实验室，可避免各电路供电需求超过负载，防止火灾等事故，还可合理利用各电相资源，节约能源。结论：基于“电相分流”法可建立节能安全的药膳教学实验室。

关键词：电相分流；节能安全；药膳实验室

医药类高校实验室是学校科技与智慧的基地，投资巨大，承担学校实训教学、科学研究、产品开发、文化传承等重要任務［13］。然而很多医药类高校在建设实验室时，在机、电、光学、信息等工程设计方面安全意识淡薄［46］。如很多实验员老师在设计实验室时将电路设计任务外包给公司处理，而外包公司对于实验室仪器设备用电实际运作情况不熟悉、不了解，导致实验室电路设计不合理，浪费多余电相资源，还特别容易引起用电事故［710］。

药膳教学实验室是一种综合性实验室，既有中医学的特色，也具有中药学的仪器、食品科学的设备，用电情况复杂。本研究从电路设计角度探讨实验室安全问题，根据药膳类实验室中常见供电电路中电相、电线、插电面板、空气开关、不间断电源、药膳类仪器设备负载等各供电用电单元性质，基于“电相分流”法平均分配各用电设备电相，设计各用电回路，避免各电路供电需求超过负载，防止火灾等事故发生，还可合理利用各电相资源，节约能源，建立节能安全的药膳教学实验室，为医药类高校建设及改造实验室提供示范或参考。

一、医药类高校实验室的供电电路

（一）火线、零线、地线及电相

目前，高校药膳类实验室电路的进线一般有3个相的火线、1个零线和1个地线，可供应380/220V的交流电。火线和火线之间电压应该近380V，两火线之间交流电处于不同相位，各相之间夹角为120°，火线不同相命名为L1、L2、L3，火线和零线之间电压应该近220V，零线和地线之间的电压应确保在0～1V之间。380V的三相五线电路由3个相的火线、1个零线和1个地线组成，220V的单相三线电路由1个相的火线、1个零线和1个地线组成。380V三相电路可通过断接2根火线、保留1根火线的方式改为220V单相电路，而220V单相电路不能改为380V三相电路。

（二）插电面板、空气开关

在高校药膳类实验室电路中，插电面板及插头可分为10A和16A两种，遵循“左零右火上接地”的原则接线，16A插座为3个孔，各孔间隙大于10A插座。

如果电路使用电流大于16A，插电面板不能保证供电安全，需要考虑用空气开关来连接或控制电路。空气开关可分为C和D类，都属负载类型。C为照明保护类负载，瞬动动作电流一般固定在6倍额定电流；D为电动机保护型负载，瞬动动作电流一般整定在10～12倍额定电流。如果C类空气开关加了漏洞保护装置，那么当漏电电流超过漏电保护器设定值（一般为30mA或75mA）时，会自动跳闸。很多大型精密仪器设备要求电路中空气开关不能带漏电保护装置，如液质联用仪、原子吸收光谱仪、10L旋转蒸发器、喷雾干燥机等设备，故C类空气开关能满足高校药膳类实验室的供电需求，而D类空气开关则更适合设置在药厂等需要供应较大瞬时电流的单位，常见空气开关的规格有C10、16、20、25、32、40、50、63、80、100、125A等。

（三）硬线和软线

电线可分为硬线和软线，硬线在接头和压线的位置容易出问题，不过抗拉力强，软线寿命不如硬线，但比较容易穿管安装，在散热方面也有一定的优势。总的来说，硬线比软线更适合高校药膳类实验室的建设。

（四）电线的直径及负载

常见电线直径的规格有1.5mm2、2.5mm2、4mm2、6mm2、10mm2、35mm2等，不同电压、直径的电路可负载不同使用电流、功率的设备，见表1所示。

对于相同功率的负载，因380V三相电路电压高于220V单相电路，故380V三相电路所消耗的电流小于220V单相电路，所消耗的能量也更小，电路也更安全，故很多设备功率在超过4kW时，选择设置380V三相电路来进行运载。因此，实验室需要根据大功率设备相应位置设置380V三相电路。

（五）常见高校药膳类仪器设备及用电情况

常见药膳类仪器设备中主要用电单元可分为4类：（1）由电路板驱动的弱电类；（2）由电动泵驱动的电机类；（3）由压缩机驱动的冷机类；（4）由电阻丝驱动的热机类。不同药膳类仪器设备有不同的用电需求，见表2。

根据表2，在连接各个仪器设备部件时，应根据不同用电单元情况设置配套的电路以满足供电需求，特别是有热机的设备，建议对其单独设置供电电路。如果供电电路负载不能满足用电单元需求，则可能烧毁插座，引起跳闸。如果强行合闸超负载供电，则可引起火灾，造成巨大财产损失，甚至导致人员伤亡。

二、高校药膳教学实验室的电路设计

（一）基于电相分流法平均分配用电设备的电相

根据各设备功率电压计算其负载电流及分布电相。如1个半中央台需要负载1台220V的2400W电陶炉、500W粉碎机、500W榨汁机，那么这个半中央台的负载电流将近20A的单相。1台空调外机功率为8kW、电压为380V，那么这台空调外机的负载电流为16A的三相（L1、L2、L3）。将各设备所需负载电流的电相平均分配，见表3。

因各相电流到达了132A，故可选用3根35个平方的火线、1根35个平方的零线、1根16个平方的地线作为总进线，C135的空气开关作为总进线开关。

（二）基于电相分流法设计各用电回路

表3中每1格内容可构成1个单相用电回路，因各回路负载电流不超过24A，故每个回路的硬电线直径可设置为4或6个平方，空气开关可设置为C25或C32，各用电回路及电相分布见下图。

药膳教学实验室用电线路及电相分布图

基于电相分流法平均分配各用电设备电相，设计各用电回路，不仅可避免各电路供电需求超过负载，避免火灾等事故，还可合理利用各电相资源，节约能源，达到“节能消灾”的效果。

三、小结与讨论

（1）高校可建立相应的管理制度从而科学客观地对各个医药类实验室电路进行勘察，计算各个電相、电路的负载用电电流，通过勘察、计算的方式确保每个电路用电安全。

（2）按照国标，正常使用情况下，电路（电线、插电面板、空气开关等）使用寿命应该达到20年。若电路以最大功率、最大电流持续运行，会加剧电线、插电面板、空气开关等部件的老化，使电路的使用寿命不足5年。故在设计电路时，平均负载功率、电流可尽量避免超过电路最大功率、电流的70%，这样电路使用寿命较长，且在面对雷击、大功率电机启动等突发事件前，电路的抵抗力更强，运行更稳定。

（3）空气开关在使用一年后，因电流热能流散膨胀作用，会使开关接触部位持续松动，若不进行维修，轻则漏电，重则引起火灾。故需要定期打开配电箱，取螺丝刀拧紧每个空气开关。建议高校建立相应的制度保障该维护措施的实施。

（4）不间断电源的电池寿命一般为5年，如果不间断电源的电池寿命到期，不仅效果较差，且易引起短路、断路等电事故，甚至引起火灾。高校应当建立相应财务通道和管理制度，确保不间断电源电池能定期维修或更换。

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课题：2022年湖南中医药大学实验室管理研究专项课题资助（1）

作者简介：陈光宇（1988— ），男，汉族，湖南长沙人，硕士，实验师，主要从事药食同源功能性食品研究。

*通讯作者：谢梦洲（1964— ），女，汉族，湖南怀化人，博士，教授，主要从事中医药膳学研究。