重型低壓起重機(jī)組的電氣設(shè)計(jì)方法

付博峰，楊博

（1.中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司，重慶 400013；2.賽迪技術(shù)中心公司，重慶 401122）

重型低壓起重機(jī)組的電氣設(shè)計(jì)方法

付博峰1，2，楊博1，2

（1.中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司，重慶 400013；2.賽迪技術(shù)中心公司，重慶 401122）

鋼鐵企業(yè)某些車(chē)間常要求把多臺(tái)重型起重機(jī)布置在同一條滑軌上，共用同一組安全滑觸線(xiàn)。介紹了起重機(jī)組電氣設(shè)計(jì)的計(jì)算流程，并給出了對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的驗(yàn)算方法。與常規(guī)方法相比，該方法既可靠實(shí)用，又不會(huì)造成材料浪費(fèi)。該設(shè)計(jì)方法對(duì)單臺(tái)起重機(jī)也是適用的，最后給出了某鑄鐵機(jī)車(chē)間280t起重機(jī)滑觸線(xiàn)的設(shè)計(jì)實(shí)例。

負(fù)荷計(jì)算；尖峰電流；滑觸線(xiàn)

1 引言

鋼鐵企業(yè)的原料場(chǎng)車(chē)間、出鐵場(chǎng)車(chē)間、鑄鐵機(jī)車(chē)間、煉鋼車(chē)間以及軋鋼車(chē)間等一般都有多臺(tái)起重機(jī)分時(shí)或同時(shí)工作，如圖1所示，它們?cè)谕粚?duì)軌道上滑行，共用同一組供電干線(xiàn)和滑觸線(xiàn)。這些起重機(jī)單臺(tái)功率大，一般在300kW以上。根據(jù)鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)規(guī)范，功率在200kW以上的電機(jī)原則上采用3kV或6kV的中高壓電機(jī)。但是近年來(lái)，很多鋼鐵廠對(duì)這種大功率的起重機(jī)要求選用380V的低壓交流異步電機(jī)，一個(gè)直接的后果就是運(yùn)行電流和沖擊電流都很大，從而給電氣設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的麻煩。

起重機(jī)本身就是一種較特殊的用電設(shè)備，一臺(tái)起重機(jī)設(shè)備通常包括2個(gè)主鉤提升電機(jī)，1個(gè)副鉤提升電機(jī)，若干個(gè)大車(chē)行走電機(jī)，若干個(gè)主小車(chē)行走電機(jī)，若干個(gè)副小車(chē)行走電機(jī)。各類(lèi)電機(jī)工作制度不一致，容量相差懸殊，尤其是2個(gè)主鉤提升電機(jī)功率約占起重機(jī)總功率85%以上。所以，起重機(jī)與常規(guī)用電設(shè)備的配電設(shè)計(jì)方法也存在著較大的差異。現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法一般將每臺(tái)起重機(jī)的所有電機(jī)功率相加當(dāng)成單臺(tái)電機(jī)來(lái)處理，結(jié)果會(huì)使得供電干線(xiàn)和滑觸線(xiàn)的選型規(guī)格偏大許多，造成不必要的浪費(fèi)。

圖1 起重機(jī)組示意圖Fig.1 Sketch map of cranes group

本文給出了起重機(jī)組電氣設(shè)計(jì)的計(jì)算流程，包括負(fù)荷計(jì)算，尖峰電流計(jì)算，滑觸線(xiàn)選型計(jì)算；最后按照起重機(jī)組允許的電壓降來(lái)對(duì)滑觸線(xiàn)選型結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)，以保證設(shè)備正常啟動(dòng)和運(yùn)行。

2 負(fù)荷計(jì)算

常用的負(fù)荷計(jì)算方法有需要系數(shù)法、二項(xiàng)式法和利用系數(shù)法等。用電設(shè)備銘牌標(biāo)明的額定功率（容量），系廠家規(guī)定工作條件下的額定輸出功率（容量）。各種設(shè)備規(guī)定的工作條件不完全相同，故負(fù)荷計(jì)算時(shí)應(yīng)將其換算為統(tǒng)一規(guī)定工作條件下的功率（容量），即設(shè)備功率（容量）。連續(xù)工作制電機(jī)的設(shè)備功率等于額定功率，而對(duì)于斷續(xù)周期工作制的設(shè)備功率應(yīng)當(dāng)采用需要系數(shù)法和二項(xiàng)式法，計(jì)算時(shí)應(yīng)統(tǒng)一換算到負(fù)載持續(xù)率為25%時(shí)的額定功率，當(dāng)采用利用系數(shù)法時(shí)應(yīng)統(tǒng)一換算到負(fù)載持續(xù)率為100%時(shí)的有功功率。

由于起重機(jī)各電機(jī)容量相差較大，起重機(jī)的負(fù)荷計(jì)算應(yīng)采用二項(xiàng)式法。如果在同一條干線(xiàn)上有多臺(tái)起重機(jī)，那么則將每臺(tái)起重機(jī)的所有電機(jī)分為一組，然后進(jìn)行計(jì)算。二項(xiàng)式法將負(fù)荷分為基本部分和附加部分，后者系考慮一定數(shù)量大容量設(shè)備的影響。

計(jì)算方法如下：

式中：Ps為設(shè)備功率，kW；Pe為額定功率，kW；FCe為額定負(fù)載持續(xù)率；FC25為負(fù)載持續(xù)率的25%；Pn為用電設(shè)備組中功率最大的n臺(tái)設(shè)備的設(shè)備功率之和，kW；c，b為二項(xiàng)式系數(shù)；Pis為有功功率；Qis為無(wú)功功率；Sis為視在功率；Ijs為計(jì)算電流。

如果在同一條干線(xiàn)上有多臺(tái)起重機(jī)，則將每臺(tái)起重機(jī)的所有電機(jī)分為一組，然后進(jìn)行計(jì)算。

3 尖峰電流計(jì)算

電動(dòng)機(jī)或其他用電設(shè)備啟動(dòng)或加沖擊性負(fù)載時(shí)所出現(xiàn)的一定時(shí)間的最大負(fù)荷電流稱(chēng)為尖峰電流。低壓配電網(wǎng)絡(luò)的尖峰電流是計(jì)算低壓網(wǎng)絡(luò)電

式中：ΣIe為各臺(tái)電動(dòng)機(jī)額定電流之和，A；Iemax，K分別為具有最大啟動(dòng)電流電動(dòng)機(jī)的額定電流，該電機(jī)的啟動(dòng)電流倍數(shù)。

同一條滑觸線(xiàn)上的起重機(jī)可能會(huì)同時(shí)工作，但一般情況下不會(huì)在同一時(shí)刻啟動(dòng)，但是同一臺(tái)起重機(jī)的2個(gè)主鉤會(huì)在同一時(shí)刻啟動(dòng)。因此，計(jì)算起重機(jī)組的尖峰電流時(shí)只需考慮最大容量的一臺(tái)起重機(jī)的2個(gè)主鉤電機(jī)。壓波動(dòng)或電壓損失，選擇和整定自動(dòng)開(kāi)關(guān)保護(hù)元件，確定熔斷器規(guī)格的依據(jù)。對(duì)于起重機(jī)組來(lái)說(shuō)，尖峰電流是干線(xiàn)和滑觸線(xiàn)設(shè)計(jì)選型的依據(jù)，是判斷起重機(jī)能否正常啟動(dòng)的重要依據(jù)。尖峰電流為

4 滑觸線(xiàn)選型與驗(yàn)算

電線(xiàn)和電纜的允許載流量應(yīng)不小于線(xiàn)路的負(fù)荷計(jì)算電流，即：

式中：Ixn為電線(xiàn)、電纜按發(fā)熱條件所允許的長(zhǎng)期工作電流，A；Ijs為線(xiàn)路計(jì)算電流，A。

根據(jù)發(fā)熱條件選擇的電線(xiàn)和電纜，還須按照用電設(shè)備允許的電壓降來(lái)進(jìn)行校驗(yàn)，以保證設(shè)備正常啟動(dòng)和運(yùn)行。

圖2是起重機(jī)組的供電單線(xiàn)系統(tǒng)圖，電源通過(guò)供電干線(xiàn)從中控樓負(fù)荷中心柜引至起重機(jī)組開(kāi)關(guān)箱，再由開(kāi)關(guān)箱引至剛體滑觸線(xiàn)。

圖2 起重機(jī)組供電單線(xiàn)系統(tǒng)圖Fig.2 Single line diagram of power supply for cranes group

式中：Ue為額定線(xiàn)電壓，kV；R0為單位長(zhǎng)度電纜

對(duì)于起重機(jī)組來(lái)說(shuō)，啟動(dòng)產(chǎn)生尖峰電流時(shí)干線(xiàn)電纜的電壓降為

式中：Zh為單位長(zhǎng)度滑觸線(xiàn)阻抗，Ω／km；lh為滑觸線(xiàn)計(jì)算長(zhǎng)度，km。若滑觸線(xiàn)全長(zhǎng)為L(zhǎng)，那么端部單點(diǎn)供電時(shí)lh＝L；中部單點(diǎn)供電時(shí)lh＝L／2；兩端部同時(shí)供電時(shí)lh＝L／4；在滑觸線(xiàn)兩端端部距L／6處兩點(diǎn)供電時(shí)lh＝L／6。

總壓降為

根據(jù)起重機(jī)組啟動(dòng)要求，驗(yàn)算干線(xiàn)和滑觸線(xiàn)選型時(shí)，應(yīng)保證總電壓降不超過(guò)12%。的交流電阻，Ω／km；X0為單位長(zhǎng)度電纜的交流電抗，Ω／km；φ為功率因數(shù)角；ΔUa為線(xiàn)路電壓損失，%／（A·km）；lg為干線(xiàn)電纜長(zhǎng)度，km；n為電纜根數(shù)。

滑觸線(xiàn)壓降為

5 設(shè)計(jì)實(shí)例

上述設(shè)計(jì)方法同樣適用于單臺(tái)起重機(jī)的電氣設(shè)計(jì)，下面以河北某鋼鐵企業(yè)鑄鐵機(jī)車(chē)間280t起重機(jī)為例進(jìn)行配電計(jì)算和設(shè)計(jì)，起重機(jī)參數(shù)如表1所示。

表1 起重機(jī)參數(shù)Tab.1 Parameters of the crane

額定線(xiàn)電壓：

功率最大的3臺(tái)電機(jī)的設(shè)備功率之和：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，我們選擇12根ZR-YJV截面為3×185＋1×95的電纜做為配電干線(xiàn)，長(zhǎng)度為100m；并選用2段銅導(dǎo)體鋼基復(fù)合剛體滑觸線(xiàn)JGHX-700，長(zhǎng)度為36m，并在剛體滑觸線(xiàn)的基礎(chǔ)上添加兩根輔助電纜，組成低阻抗滑觸線(xiàn)，而且采用兩端部同時(shí)供電的方法。

6 結(jié)論

本文結(jié)合實(shí)例詳細(xì)介紹了重型低壓起重機(jī)組的電氣設(shè)計(jì)方法，與常規(guī)設(shè)計(jì)方法相比，本文的方法既可靠實(shí)用，又不會(huì)因?yàn)楣╇姼删€(xiàn)和滑觸線(xiàn)規(guī)格選型過(guò)大而造成不必要的材料浪費(fèi)，但本文方法的計(jì)算工作比較繁瑣。

［1］ 王洪才，陳延鏢，陸乃城，等.鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

［2］ 劉介才.工廠供電［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

修改稿日期：2010-11-30

Electrical Design Method for Heavy Low-voltage Cranes Group

FU Bo-feng1，2，YANG Bo1，2

（1.CISDIEngineeringCo.Ltd，Chongqing400013，China；2.TechnologyCenterCompanyofCISDI，Chongqing401122，China）

In some plants of steel company，several cranes need to be laid on the same slide rail，and to share the same secure slide wire.The calculation procedure was introduced for electrical design of cranes group，and provided a checking method for the design results.Comparing with the regular methods，the provided method is reliable，and can reduce material wasting.The method is also applicable for one single crane，and a detailed design example is given on the basis of a 280t-crane in the cast iron plant.

load calculation；peak current；slide wire

TM921.2

A

付博峰（1979-），男，碩士，工程師，Email：BoFeng.Fu＠cisdi.com.cn

2010-07-01