１ 引言

鋼鐵企業(yè)的原料場車間、出鐵場車間、鑄鐵機車間、煉鋼車間以及軋鋼車間等一般都有多臺起重機分時或同時工作，如圖１所示，它們在同一對軌道上滑行，共用同一組供電干線和滑觸線。這些起重機單臺功率大，一般在３００ｋＷ 以上。根據(jù)鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計規(guī)范，功率在２００ｋＷ 以上的電機原則上采用３ｋＶ 或６ｋＶ 的中高壓電機。但是近年來，很多鋼鐵廠對這種大功率的起重機要求選用３８０Ｖ 的低壓交流異步電機，一個直接的后果就是運行電流和沖擊電流都很大，從而給電氣設(shè)計帶來一定的麻煩。起重機本身就是一種較特殊的用電設(shè)備，一臺起重機設(shè)備通常包括２個主鉤提升電機，１個副鉤提升電機，若干個大車行走電機，若干個主小車行走電機，若干個副小車行走電機。各類電機工作制度不一致，容量相差懸殊，尤其是２個主鉤提升電機功 率 約 占 起 重 機 總 功 率 ８５％以上。所以，起重機與常規(guī)用電設(shè)備的配電設(shè)計方法也存在著較大的差異。現(xiàn)有的設(shè)計方法一般將每臺起重機的所有電機功率相加當成單臺電機來處理，結(jié)果會使得供電干線和滑觸線的選型規(guī)格偏大許多，造成不必要的浪費。

本文給出了起重機組電氣設(shè)計的計算流程，包括負 荷 計 算，尖 峰 電 流 計 算，滑 觸 線 選 型 計算；*后按 照 起 重 機 組 允 許 的 電 壓 降 來 對 滑 觸線選型結(jié) 果 進 行 校 驗，以 保 證 設(shè) 備 正 常 啟 動 和運行。

２ 負荷計算

常用的負荷計算方法有需要系數(shù)法、二 項 式法和利用系數(shù)法等。用電設(shè)備銘牌標明的額定功率（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，故負荷計算時應(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

作制電機的設(shè)備功率等于額定功率，而對于斷續(xù)周期工作制的設(shè)備功率應(yīng)當采用需要系數(shù)法和二項式法，計算時應(yīng)統(tǒng)一換算到負載持續(xù)率為２５％時的額定功率，當采用利用系數(shù)法時應(yīng)統(tǒng)一換算到負載持續(xù)率為１００％時的有功功率。

由于起重機各電機容量相差較大，起 重 機 的負荷計算應(yīng)采用二項式法。如果在同一條干線上有多臺起重機，那么則將每臺起重機的所有電機分為一組，然后進行計算。二項式法將負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 為設(shè)備功率，ｋＷ；Ｐｅ 為額定功率，ｋＷ；ＦＣｅ 為 額 定 負 載 持 續(xù) 率；ＦＣ２５為 負 載 持 續(xù) 率 的２５％；Ｐｎ 為用電設(shè)備組中，功率*大的ｎ臺設(shè)備的設(shè)備功率之和，ｋＷ；ｃ，ｂ為二項式系數(shù)；Ｐｉｓ為有功功率；Ｑｉｓ為無功功率；Ｓｉｓ為視在功率；Ｉｊｓ為計算電流。如果在同一條干線上有多臺起重機，則將每臺起重機的所有電機分為一組，然后進行計算。

３ 尖峰電流計算

電動機或其他用電設(shè)備啟動或加沖擊性負載時所出現(xiàn)的一定時間的*大負荷電流稱為尖峰電流。低壓配電網(wǎng)絡(luò)的尖峰電流是計算低壓網(wǎng)絡(luò)電壓波動或電壓損失，選擇和整定自動開關(guān)保護元件，確定熔斷器規(guī)格的依據(jù)。對于起重機組來說，尖峰電流是干線和滑觸線設(shè)計選型的依據(jù)，是判斷起重機能否正常啟動的重要依據(jù)。尖峰電流為Ｉｊｆ＝Ｉｊｓ＋（Ｋ－ＩｊｓΣＩｅ）Ｉｅｍａｘ （６）式中：ΣＩｅ 為各臺電動機額定電流之和，Ａ；Ｉｅｍａｘ，Ｋ 分別為具有*大啟動電流電動機的額定電流，該電機的啟動電流倍數(shù)。

同一條滑觸線上的起重機可能會同時工作，但一般情況下不會在同一時刻啟動，但是同一臺起重機的２個主鉤會在同一時刻啟動。因此，計算起重機組的尖峰電流時只需考慮*大容量的一臺起重機的２個主鉤電機。

４ 滑觸線選型與驗算

電線和電纜的允許載流量應(yīng)不小于線路的負荷計算電流，即：

Ｉｘｎ≥Ｉｊｓ

式中：Ｉｘｎ為電線、電纜按發(fā)熱條件所允許的長期工作電流，Ａ；Ｉｊｓ為線路計算電流，Ａ。根據(jù)發(fā)熱條件選擇的電線和電纜，還須按照用電設(shè)備允許的電壓降來進行校驗，以保證設(shè)備正常啟動和運行。

圖２是起重機組的供電單線系統(tǒng)圖，電源通過供電干線從中控樓負荷中心柜引至起重機組開關(guān)箱，再由開關(guān)箱引至剛體滑觸線對于起重機組來說，啟動產(chǎn)生尖峰電流時干線電纜的電壓降為ΔＵｇ％＝ 槡３

１０Ｕｅ（Ｒ０ｃｏｓφ＋Ｘ０ｓｉｎφ）Ｉｊｆｌｇ／ｎ＝ΔＵａ％Ｉｊｆｌｇ／ｎ （７）式中：Ｕｅ 為額定線電壓，ｋＶ；Ｒ０ 為單位長度電纜的交流電阻，Ω／ｋｍ；Ｘ０ 為單位長度電纜的交流電抗，Ω／ｋｍ；φ 為功率因數(shù)角；ΔＵａ 為線路電壓損失，％／（Ａ·ｋｍ）；ｌｇ 為干線電纜長度，ｋｍ；ｎ 為電纜根數(shù)。

滑觸線壓降為ΔＵｈ％＝ 槡３１０ＵｅＩｊｆｌｈＺｈ （８）式中：Ｚｈ 為單位長度滑觸線阻抗，Ω／ｋｍ；ｌｈ 為滑觸線計算長度，ｋｍ。若滑觸線全長為Ｌ，那么端部單點供電時ｌｈ＝Ｌ；中部單點供電時ｌｈ＝Ｌ／２；兩端部同時供電時ｌｈ＝Ｌ／４；在滑 觸 線 兩 端 端 部 距 Ｌ／６ 處 兩 點 供 電 時ｌｈ＝Ｌ／６。總壓降為ΔＵ％＝ΔＵｇ％＋ΔＵｈ％ （９）根據(jù)起重機組啟動要求，驗算干線和滑觸線選型時，應(yīng)保證總電壓降不超過１２％。

５ 設(shè)計實例

上述設(shè)計方法同樣適用于單臺起重機的電氣設(shè)計，下面 以 河 北 某 鋼 鐵 企 業(yè) 鑄 鐵 機 車 間 ２８０ｔ起重機為例進行配電計算和設(shè)計，起重機參數(shù)如

表１所示。

額定線電壓：Ｕｅ＝３８０Ｖ功率*大的３臺電機的設(shè)備功率之和：

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

無功功率：

Ｑｊｓ＝Ｐｊｓｔｇφ＝８９５×１．７３ｋｖａｒ

＝１５４９ｋｖａ

視在功率：

Ｓｊｓ＝ 槡Ｐ２ｊｓ＋Ｑ２ｊｓ＝１７８９ｋＶ·Ａ

計算電流：

Ｉｊｓ＝ Ｓｊｓ

槡３Ｕｅ

＝２７１８Ａ

尖峰電流：

Ｉｊｆ＝Ｉｊｓ＋（Ｋ－Ｉｊｓ

ΣＩｅ）Ｉｅｍａｘ

＝２７１８Ａ＋（２．５－２７１８

２８６４）×

２× ５６０

槡３×０．３８

Ａ

＝６４８８Ａ

根據(jù)計算結(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，長度為１００ｍ；并選用２段銅導(dǎo)體鋼基復(fù)合剛體滑觸線ＪＧＨＸ－７００，長度為３６ｍ，并在剛體滑觸線的基礎(chǔ)上添加兩根輔助電纜，組成低阻抗滑觸線，而且采用兩端部同時供電的方法。

干線壓降為

ΔＵｇ％＝ΔＵａ％Ｉｊｆｌｇ／ｎ

＝０．０５５％×６４８８×０．１／１２

＝２．９７４％

滑觸線壓降為

ΔＵｈ％＝ 槡３

１０ＵｅＩｊｆｌｈＺｈ＝１．６９３％

總壓降為

ΔＵ％＝ΔＵｇ％＋ΔＵｈ％

＝４．６６７％＜１２％

滿足設(shè)計要求。

６ 結(jié)論

本文結(jié)合實例詳細介紹了重型低壓起重機組的電氣設(shè)計方法，與常規(guī)設(shè)計方法相比，本文的方法既可靠實用，又不會因為供電干線和滑觸線規(guī)格選型過大而造成不必要的材料浪費，但本文方法的計算工作比較繁瑣。