重型低压起重机组的电气设计方法

１ 引言

钢铁企业的原料场车间、出铁场车间、铸铁机车间、炼钢车间以及轧钢车间等一般都有多台起重机分时或同时工作，如图１所示，它们在同一对轨道上滑行，共用同一组供电干线和滑触线。这些起重机单台功率大，一般在３００ｋＷ 以上。根据钢铁企业电力设计规范，功率在２００ｋＷ 以上的电机原则上采用３ｋＶ 或６ｋＶ 的中高压电机。但是近年来，很多钢铁厂对这种大功率的起重机要求选用３８０Ｖ 的低压交流异步电机，一个直接的后果就是运行电流和冲击电流都很大，从而给电气设计带来一定的麻烦。起重机本身就是一种较特殊的用电设备，一台起重机设备通常包括２个主钩提升电机，１个副钩提升电机，若干个大车行走电机，若干个主小车行走电机，若干个副小车行走电机。各类电机工作制度不一致，容量相差悬殊，尤其是２个主钩提升电机功 率 约 占 起 重 机 总 功 率 ８５％以上。所以，起重机与常规用电设备的配电设计方法也存在着较大的差异。现有的设计方法一般将每台起重机的所有电机功率相加当成单台电机来处理，结果会使得供电干线和滑触线的选型规格偏大许多，造成不必要的浪费。

本文给出了起重机组电气设计的计算流程，包括负 荷 计 算，尖 峰 电 流 计 算，滑 触 线 选 型 计算；*后按 照 起 重 机 组 允 许 的 电 压 降 来 对 滑 触线选型结 果 进 行 校 验，以 保 证 设 备 正 常 启 动 和运行。

２ 负荷计算

常用的负荷计算方法有需要系数法、二 项 式法和利用系数法等。用电设备铭牌标明的额定功率（容量），系厂家规定工作条件下的额定输出功率（容量）。各种设备规定的工作条件不完全相同，故负荷计算时应将其换算为统一规定工作条件下的功率（容量），即设备功率（容量）。连续工

作制电机的设备功率等于额定功率，而对于断续周期工作制的设备功率应当采用需要系数法和二项式法，计算时应统一换算到负载持续率为２５％时的额定功率，当采用利用系数法时应统一换算到负载持续率为１００％时的有功功率。

由于起重机各电机容量相差较大，起 重 机 的负荷计算应采用二项式法。如果在同一条干线上有多台起重机，那么则将每台起重机的所有电机分为一组，然后进行计算。二项式法将负荷分为基本部分和附加部分，后者系考虑一定数量大容量设备的影响。

计算方法如下：

Ｐｓ＝Ｐｅ ＦＣｅ

槡ＦＣ２５＝２Ｐｅ槡ＦＣｅ （１）

Ｐｊｓ＝（ｃＰｎ）ｍａｘ＋ΣｂＰｓ （２）

Ｑｊｓ＝（ｃＰｎ）ｍａｘｔｇφｎ＋Σ（ｂＰｓｔｇφ） （３）

Ｓｊｓ＝ 槡Ｐ２ｊｓ＋Ｑ２ｊｓ （４）

Ｉｊｓ＝ Ｓｊｓ

槡３Ｕｅ（５）式中：Ｐｓ 为设备功率，ｋＷ；Ｐｅ 为额定功率，ｋＷ；ＦＣｅ 为 额 定 负 载 持 续 率；ＦＣ２５为 负 载 持 续 率 的２５％；Ｐｎ 为用电设备组中，功率*大的ｎ台设备的设备功率之和，ｋＷ；ｃ，ｂ为二项式系数；Ｐｉｓ为有功功率；Ｑｉｓ为无功功率；Ｓｉｓ为视在功率；Ｉｊｓ为计算电流。如果在同一条干线上有多台起重机，则将每台起重机的所有电机分为一组，然后进行计算。

３ 尖峰电流计算

电动机或其他用电设备启动或加冲击性负载时所出现的一定时间的*大负荷电流称为尖峰电流。低压配电网络的尖峰电流是计算低压网络电压波动或电压损失，选择和整定自动开关保护元件，确定熔断器规格的依据。对于起重机组来说，尖峰电流是干线和滑触线设计选型的依据，是判断起重机能否正常启动的重要依据。尖峰电流为Ｉｊｆ＝Ｉｊｓ＋（Ｋ－ＩｊｓΣＩｅ）Ｉｅｍａｘ （６）式中：ΣＩｅ 为各台电动机额定电流之和，Ａ；Ｉｅｍａｘ，Ｋ 分别为具有*大启动电流电动机的额定电流，该电机的启动电流倍数。

同一条滑触线上的起重机可能会同时工作，但一般情况下不会在同一时刻启动，但是同一台起重机的２个主钩会在同一时刻启动。因此，计算起重机组的尖峰电流时只需考虑*大容量的一台起重机的２个主钩电机。

４ 滑触线选型与验算

电线和电缆的允许载流量应不小于线路的负荷计算电流，即：

Ｉｘｎ≥Ｉｊｓ

式中：Ｉｘｎ为电线、电缆按发热条件所允许的长期工作电流，Ａ；Ｉｊｓ为线路计算电流，Ａ。根据发热条件选择的电线和电缆，还须按照用电设备允许的电压降来进行校验，以保证设备正常启动和运行。

图２是起重机组的供电单线系统图，电源通过供电干线从中控楼负荷中心柜引至起重机组开关箱，再由开关箱引至刚体滑触线对于起重机组来说，启动产生尖峰电流时干线电缆的电压降为ΔＵｇ％＝ 槡３

１０Ｕｅ（Ｒ０ｃｏｓφ＋Ｘ０ｓｉｎφ）Ｉｊｆｌｇ／ｎ＝ΔＵａ％Ｉｊｆｌｇ／ｎ （７）式中：Ｕｅ 为额定线电压，ｋＶ；Ｒ０ 为单位长度电缆的交流电阻，Ω／ｋｍ；Ｘ０ 为单位长度电缆的交流电抗，Ω／ｋｍ；φ 为功率因数角；ΔＵａ 为线路电压损失，％／（Ａ·ｋｍ）；ｌｇ 为干线电缆长度，ｋｍ；ｎ 为电缆根数。

滑触线压降为ΔＵｈ％＝ 槡３１０ＵｅＩｊｆｌｈＺｈ （８）式中：Ｚｈ 为单位长度滑触线阻抗，Ω／ｋｍ；ｌｈ 为滑触线计算长度，ｋｍ。若滑触线全长为Ｌ，那么端部单点供电时ｌｈ＝Ｌ；中部单点供电时ｌｈ＝Ｌ／２；两端部同时供电时ｌｈ＝Ｌ／４；在滑 触 线 两 端 端 部 距 Ｌ／６ 处 两 点 供 电 时ｌｈ＝Ｌ／６。总压降为ΔＵ％＝ΔＵｇ％＋ΔＵｈ％ （９）根据起重机组启动要求，验算干线和滑触线选型时，应保证总电压降不超过１２％。

５ 设计实例

上述设计方法同样适用于单台起重机的电气设计，下面 以 河 北 某 钢 铁 企 业 铸 铁 机 车 间 ２８０ｔ起重机为例进行配电计算和设计，起重机参数如

表１所示。

额定线电压：Ｕｅ＝３８０Ｖ功率*大的３台电机的设备功率之和：

Ｐｎ ＝２× ０ 槡 ．６×（２×５６０＋３２）ｋＷ＝１７８５ｋＷ

有功功率：

Ｐｊｓ＝ｃＰｎ＋ΣｂＰｓ＝０．２５×１７８５ｋＷ＋０．２×［２× ０ 槡 ．６×

（２×５６０＋４×３２＋２６＋２×１９）＋

２× ０ 槡 ．４×７．５］ｋＷ

＝８９５ｋＷ

无功功率：

Ｑｊｓ＝Ｐｊｓｔｇφ＝８９５×１．７３ｋｖａｒ

＝１５４９ｋｖａ

视在功率：

Ｓｊｓ＝ 槡Ｐ２ｊｓ＋Ｑ２ｊｓ＝１７８９ｋＶ·Ａ

计算电流：

Ｉｊｓ＝ Ｓｊｓ

槡３Ｕｅ

＝２７１８Ａ

尖峰电流：

Ｉｊｆ＝Ｉｊｓ＋（Ｋ－Ｉｊｓ

ΣＩｅ）Ｉｅｍａｘ

＝２７１８Ａ＋（２．５－２７１８

２８６４）×

２× ５６０

槡３×０．３８

Ａ

＝６４８８Ａ

根据计算结果，我们选择１２根ＺＲ－ＹＪＶ 截面为３×１８５＋１×９５的电缆做为配电干线，长度为１００ｍ；并选用２段铜导体钢基复合刚体滑触线ＪＧＨＸ－７００，长度为３６ｍ，并在刚体滑触线的基础上添加两根辅助电缆，组成低阻抗滑触线，而且采用两端部同时供电的方法。

干线压降为

ΔＵｇ％＝ΔＵａ％Ｉｊｆｌｇ／ｎ

＝０．０５５％×６４８８×０．１／１２

＝２．９７４％

滑触线压降为

ΔＵｈ％＝ 槡３

１０ＵｅＩｊｆｌｈＺｈ＝１．６９３％

总压降为

ΔＵ％＝ΔＵｇ％＋ΔＵｈ％

＝４．６６７％＜１２％

满足设计要求。

６ 结论

本文结合实例详细介绍了重型低压起重机组的电气设计方法，与常规设计方法相比，本文的方法既可靠实用，又不会因为供电干线和滑触线规格选型过大而造成不必要的材料浪费，但本文方法的计算工作比较繁琐。