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(chǎng)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)。

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；*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(chǎng)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：

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(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*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*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Ｉｊｆ＝Ｉｊｓ＋（Ｋ－ＩｊｓΣＩｅ）Ｉｅｍａｘ （６）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*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*大容量的一臺(tái)起重機(jī)的２個(gè)主鉤電機(jī)。

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：

Ｉｘｎ≥Ｉｊｓ

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)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ΔＵｇ％＝ 槡３

１０Ｕｅ（Ｒ０ｃｏｓφ＋Ｘ０ｓｉｎφ）Ｉｊｆｌｇ／ｎ＝ΔＵａ％Ｉｊｆｌｇ／ｎ （７）式中：Ｕｅ 為額定線(xiàn)電壓，ｋＶ；Ｒ０ 為單位長(zhǎng)度電纜的交流電阻，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ΔＵｈ％＝ 槡３１０ＵｅＩｊｆｌｈＺｈ （８）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，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?？倝航禐棣ぃ眨ィ溅ぃ眨纾ィぃ眨瑁?（９）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％。

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。

額定線(xiàn)電壓：Ｕｅ＝３８０Ｖ功率*大的３臺(tái)電機(jī)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(wú)功功率：

Ｑｊｓ＝Ｐｊｓｔｇφ＝８９５×１．７３ｋｖａｒ

＝１５４９ｋｖａ

視在功率：

Ｓｊｓ＝ 槡Ｐ２ｊｓ＋Ｑ２ｊｓ＝１７８９ｋＶ·Ａ

計(jì)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(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。

干線(xiàn)壓降為

ΔＵｇ％＝ΔＵａ％Ｉｊｆｌｇ／ｎ

＝０．０５５％×６４８８×０．１／１２

＝２．９７４％

滑觸線(xiàn)壓降為

ΔＵｈ％＝ 槡３

１０ＵｅＩｊｆｌｈＺｈ＝１．６９３％

總壓降為

ΔＵ％＝ΔＵｇ％＋ΔＵｈ％

＝４．６６７％＜１２％

滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

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。