基于“電相分流”法建立節能安全的高校藥膳實驗室

陳光宇 李亮 謝夢洲

摘?要：目的：建立節能安全的高校藥膳教學實驗室。方法：根據藥膳類實驗室中常見供電電路中電相、電線、插電面板、空氣開關、不間斷電源、儀器設備負載等各供電用電單元性質，基于“電相分流”法平均分配各用電設備電相設計各用電回路。結果：設計了節能安全的藥膳教學實驗室，可避免各電路供電需求超過負載，防止火災等事故，還可合理利用各電相資源，節約能源。結論：基于“電相分流”法可建立節能安全的藥膳教學實驗室。

關鍵詞：電相分流；節能安全；藥膳實驗室

醫藥類高校實驗室是學校科技與智慧的基地，投資巨大，承擔學校實訓教學、科學研究、產品開發、文化傳承等重要任務［13］。然而很多醫藥類高校在建設實驗室時，在機、電、光學、信息等工程設計方面安全意識淡薄［46］。如很多實驗員老師在設計實驗室時將電路設計任務外包給公司處理，而外包公司對于實驗室儀器設備用電實際運作情況不熟悉、不了解，導致實驗室電路設計不合理，浪費多余電相資源，還特別容易引起用電事故［710］。

藥膳教學實驗室是一種綜合性實驗室，既有中醫學的特色，也具有中藥學的儀器、食品科學的設備，用電情況復雜。本研究從電路設計角度探討實驗室安全問題，根據藥膳類實驗室中常見供電電路中電相、電線、插電面板、空氣開關、不間斷電源、藥膳類儀器設備負載等各供電用電單元性質，基于“電相分流”法平均分配各用電設備電相，設計各用電回路，避免各電路供電需求超過負載，防止火災等事故發生，還可合理利用各電相資源，節約能源，建立節能安全的藥膳教學實驗室，為醫藥類高校建設及改造實驗室提供示范或參考。

一、醫藥類高校實驗室的供電電路

（一）火線、零線、地線及電相

目前，高校藥膳類實驗室電路的進線一般有3個相的火線、1個零線和1個地線，可供應380/220V的交流電。火線和火線之間電壓應該近380V，兩火線之間交流電處于不同相位，各相之間夾角為120°，火線不同相命名為L1、L2、L3，火線和零線之間電壓應該近220V，零線和地線之間的電壓應確保在0～1V之間。380V的三相五線電路由3個相的火線、1個零線和1個地線組成，220V的單相三線電路由1個相的火線、1個零線和1個地線組成。380V三相電路可通過斷接2根火線、保留1根火線的方式改為220V單相電路，而220V單相電路不能改為380V三相電路。

（二）插電面板、空氣開關

在高校藥膳類實驗室電路中，插電面板及插頭可分為10A和16A兩種，遵循“左零右火上接地”的原則接線，16A插座為3個孔，各孔間隙大于10A插座。

如果電路使用電流大于16A，插電面板不能保證供電安全，需要考慮用空氣開關來連接或控制電路。空氣開關可分為C和D類，都屬負載類型。C為照明保護類負載，瞬動動作電流一般固定在6倍額定電流；D為電動機保護型負載，瞬動動作電流一般整定在10～12倍額定電流。如果C類空氣開關加了漏洞保護裝置，那么當漏電電流超過漏電保護器設定值（一般為30mA或75mA）時，會自動跳閘。很多大型精密儀器設備要求電路中空氣開關不能帶漏電保護裝置，如液質聯用儀、原子吸收光譜儀、10L旋轉蒸發器、噴霧干燥機等設備，故C類空氣開關能滿足高校藥膳類實驗室的供電需求，而D類空氣開關則更適合設置在藥廠等需要供應較大瞬時電流的單位，常見空氣開關的規格有C10、16、20、25、32、40、50、63、80、100、125A等。

（三）硬線和軟線

電線可分為硬線和軟線，硬線在接頭和壓線的位置容易出問題，不過抗拉力強，軟線壽命不如硬線，但比較容易穿管安裝，在散熱方面也有一定的優勢。總的來說，硬線比軟線更適合高校藥膳類實驗室的建設。

（四）電線的直徑及負載

常見電線直徑的規格有1.5mm2、2.5mm2、4mm2、6mm2、10mm2、35mm2等，不同電壓、直徑的電路可負載不同使用電流、功率的設備，見表1所示。

對于相同功率的負載，因380V三相電路電壓高于220V單相電路，故380V三相電路所消耗的電流小于220V單相電路，所消耗的能量也更小，電路也更安全，故很多設備功率在超過4kW時，選擇設置380V三相電路來進行運載。因此，實驗室需要根據大功率設備相應位置設置380V三相電路。

（五）常見高校藥膳類儀器設備及用電情況

常見藥膳類儀器設備中主要用電單元可分為4類：（1）由電路板驅動的弱電類；（2）由電動泵驅動的電機類；（3）由壓縮機驅動的冷機類；（4）由電阻絲驅動的熱機類。不同藥膳類儀器設備有不同的用電需求，見表2。

根據表2，在連接各個儀器設備部件時，應根據不同用電單元情況設置配套的電路以滿足供電需求，特別是有熱機的設備，建議對其單獨設置供電電路。如果供電電路負載不能滿足用電單元需求，則可能燒毀插座，引起跳閘。如果強行合閘超負載供電，則可引起火災，造成巨大財產損失，甚至導致人員傷亡。

二、高校藥膳教學實驗室的電路設計

（一）基于電相分流法平均分配用電設備的電相

根據各設備功率電壓計算其負載電流及分布電相。如1個半中央臺需要負載1臺220V的2400W電陶爐、500W粉碎機、500W榨汁機，那么這個半中央臺的負載電流將近20A的單相。1臺空調外機功率為8kW、電壓為380V，那么這臺空調外機的負載電流為16A的三相（L1、L2、L3）。將各設備所需負載電流的電相平均分配，見表3。

因各相電流到達了132A，故可選用3根35個平方的火線、1根35個平方的零線、1根16個平方的地線作為總進線，C135的空氣開關作為總進線開關。

（二）基于電相分流法設計各用電回路

表3中每1格內容可構成1個單相用電回路，因各回路負載電流不超過24A，故每個回路的硬電線直徑可設置為4或6個平方，空氣開關可設置為C25或C32，各用電回路及電相分布見下圖。

藥膳教學實驗室用電線路及電相分布圖

基于電相分流法平均分配各用電設備電相，設計各用電回路，不僅可避免各電路供電需求超過負載，避免火災等事故，還可合理利用各電相資源，節約能源，達到“節能消災”的效果。

三、小結與討論

（1）高校可建立相應的管理制度從而科學客觀地對各個醫藥類實驗室電路進行勘察，計算各個電相、電路的負載用電電流，通過勘察、計算的方式確保每個電路用電安全。

（2）按照國標，正常使用情況下，電路（電線、插電面板、空氣開關等）使用壽命應該達到20年。若電路以最大功率、最大電流持續運行，會加劇電線、插電面板、空氣開關等部件的老化，使電路的使用壽命不足5年。故在設計電路時，平均負載功率、電流可盡量避免超過電路最大功率、電流的70%，這樣電路使用壽命較長，且在面對雷擊、大功率電機啟動等突發事件前，電路的抵抗力更強，運行更穩定。

（3）空氣開關在使用一年后，因電流熱能流散膨脹作用，會使開關接觸部位持續松動，若不進行維修，輕則漏電，重則引起火災。故需要定期打開配電箱，取螺絲刀擰緊每個空氣開關。建議高校建立相應的制度保障該維護措施的實施。

（4）不間斷電源的電池壽命一般為5年，如果不間斷電源的電池壽命到期，不僅效果較差，且易引起短路、斷路等電事故，甚至引起火災。高校應當建立相應財務通道和管理制度，確保不間斷電源電池能定期維修或更換。

參考文獻：

［1］馬在勇，張盧騰，朱隆祥，等.核工程專業熱工分析教學實驗設計［J］.實驗室研究與探索，2022，41（09）：196199+203.

［2］孫紅榮，陳聚濤，汪銘，等.高校生理學實驗室創新管理探索［J］.實驗室研究與探索，2022，41（09）：247251.

［3］李寧，龍瑤，田治峰，等.醫學機能實驗室安全管理探索與實踐［J］.實驗室研究與探索，2022，41（09）：296299+317.

［4］宋志軍，方瑾，謝湖均，等.“飛行檢查”在實驗室安全檢查中的應用分析探索［J］.實驗室研究與探索，2022，41（09）：309313.

［5］文偉，許佳怡，饒華新，等.6S管理法在高分子化學實驗室中的應用［J］.實驗室研究與探索，2022，41（09）：252257.

［6］楊健，史經緯，鄭雨航，等.新形勢下高校實驗室安全事故應急演練設計與應用［J］.實驗室研究與探索，2022，41（09）：300303.

［7］黃小勇，李霆，周玉宇，等.高校實驗室安全定量管理的探索與實踐［J］.實驗室研究與探索，2022，41（09）：318323.

［8］郭理想，張也卉，許漪，等.基于瑞士奶酪模型的高校實驗室安全防范探索［J］.實驗室研究與探索，2022，41（09）：304308.

［9］寧信，虞俊超，王滿意，等.高校實驗室壓力容器安全管理的探索［J］.實驗室研究與探索，2022，41（09）：314317.

［10］余濤，任佳，梁勇，等.高校科研實驗室安全管理體系構建與實踐［J］.實驗室研究與探索，2022，41（08）：314317.

課題：2022年湖南中醫藥大學實驗室管理研究專項課題資助（1）

作者簡介：陳光宇（1988—?），男，漢族，湖南長沙人，碩士，實驗師，主要從事藥食同源功能性食品研究。

*通訊作者：謝夢洲（1964—?），女，漢族，湖南懷化人，博士，教授，主要從事中醫藥膳學研究。