堆取料機用高壓卷繞動力電纜選型與計算

1、堆取料機用高壓卷繞動力電纜選型與計算金鐵巖張亮王建波北方重工集團有限公司沈陽110041摘 要：卷繞動力電纜是電源點（移動式設備為地面接線箱）向堆取料機等移動式設備提供動力電源的主 要設備，正確計算并合理選擇才能保障設備的正常運行。從堆取料機額定工作電流和最大電流（尖峰電流）的 計算、堆取料機機上工作面變壓器的計算與選擇入手，計算移動式設備中卷繞動力電纜的載流量.選擇卷繞動 力電纜的截面，并從電纜短路熱穩(wěn)定條件方面進行校驗。關鍵詞：堆取料機；卷繞；動力電纜；選型；計算中圖分類號：U653. 928.文獻標識碼：A文章編號:1001 -0785 （ 2013 ） 04 - 0041 -05Abs

2、tract: The winding power cable is the major equipment to provide power for movable equipment like the stacker/ reclaimer from the power supply point （which is the ground connection box for movable equipment） The normal operation of equipment requires correct calculation and reasonable selection. Sta

3、rting with the calculation of rated operational current and maximum current for the stacker/reclaimer, and calculation and selection of transformers on the working face of the reclaimer, the carrying capacity of winding power cable is figured outt to select the cross-section of winding power cables

4、t with checking for thennal stability condition of cable short circuit.Keywords: stacker/reclaimer； winding； power cable； selection； calculation41 41 由于船舶裝載能力不斷增加，出現了 20-30 萬I的特大型散貨船，為了提高裝卸船效率，需要 一些大能力的堆取料機，堆取料機向大型化方向 發(fā)展是一種必然，尤其是港口使用的斗輪堆取 料機。為了滿足大型、特大型堆取料機的堆取能力， 其各機構的電機容量也不斷增大。大容量電動機 的啟動，對運行電氣設備的影響很

5、大。如何正確、 合理地設計設備的供電系統(tǒng)尤為重要，本文將從 堆取料機實際工況入手，探討設備供電系統(tǒng)中的 卷繞動力電纜的選型與計算。1堆取料機供電卷繞電纜、機上工作面變 壓器的選型與計算1.1堆取料機額定工作電流的計算根據起重機設計手冊規(guī)定，對于容就較大, 機構較多并采用總受電箱的設備，通常額定工作 電流按功率計算，即I.*弘拆2弘+人CD式中：M為3個功率最大的機構在基準接電 持續(xù)率時，電動機的功率之和，kw； M為整臺起 起蛍運輸機械2013 （4）重機內所有電動機在基準接電持續(xù)率時的總功率, kW； IK為控制回路、制動器操作元件、照明等負 荷的工作電流，一般取65 A； . k2為系數，

6、單 位A/kW,見表1。表1系數k2數值系數M1% M2%M八M4（輕級）（中級）M,（重級）M, （待重級）交流k、0.60.60.90.9380 V0.20.30.40.6直流k、1.21.21.81.8220 V0.40.60.81.2注：堆取料機的整機與各機構的工作級別，采用歐洲裝卸 機械聯(lián)合會（FEM）發(fā)表的第二組“散貨連續(xù)裝卸機 械設計規(guī)范”。按照該標準分類：1）整機工作類型級 別為A8； 2）各機構工作類型級別為：斗輪機構M8, 回轉機構M8,臂架帶式輸送機M8,俯仰機構M7,走 行機構M7。此時計算岀的工作電流是堆取料機等移動式41 41 設備等效的長期工作電流。1.2堆取料機

7、最大電流（尖峰電流）的計算根據起靈機設計手冊規(guī)定，計算整臺設備或 多個機構的最大電流時，常按考慮3個機構同時 工作，其中功率最大機構的電動機正常啟動，可 能同時工作的另外2個機構的電動機處于正常工 作狀態(tài)，即碼+B+/.3（2）式中：乙為整臺設備中功率最大機構所有電 動機的額定電流之和（實際接電持續(xù)率時），A； 4、心為可能同時工作的其他2個機構里電動機的 額定電流（實際接電持續(xù)率時），A； 為電動機 啟動電流倍數，繞線型一般取2,籠型電動機按產 品樣木査取，直流電動機取22.5,變頻器控制 的籠型電動機取1.8-2,軟啟動控制的鼠籠型電 動機取2或4。1.3堆取料機機上工作面變壓器選擇根據堆

8、取料機丁作面各機構電動機功率的情 況，計算變壓器容量，即co&<p式中：Sb為變壓器的計算容量，kVA； 1 匕為所有設備的額定功率之和，kW； co呼為功率P因數，人為需用系數，K/0.4+0.6事，P“ 為最大或同時啟動電動機功率，kW。根據起重機設計規(guī)范的規(guī)定，對交流電源供 電，在尖峰電流時，自供電變圧器的低壓母線至 起重機任何一臺電動機端子上的電源的總電壓降 通常不得超過額定電壓的10%,最大不得超過額 定電壓的15%,即電動機頻繁啟動時，不宜低于 額定電圧的90%,電動機不頻繁啟動時，不宜低 于額定電壓的85% 0單臺移動式設備的最大工作電流（尖峰電 流）：按功率最大機

9、構的電動機處于啟動狀態(tài)、其 余可能同時匸作機構的電動機處于額定工作狀態(tài) 時的電流計。此時功率最大機構的電動機直接啟 動場合的降壓變壓器容量為42 S2=_ 1 UOOcos式中：s2為變壓器次級容量，kvA； L為 設備最大的工作電流（尖峰電流），A； c叫為功 率因數，繞線電動機co=0.65,變頻調速籠型 電動機ccs=0.8 -0. 82,直接啟動籠型電動機 co呼=05 o由于變壓器的平均功耗為7.5%,則變壓器計 算容量久與S2的關系為Sb = l. 075S2對于變壓器而言，在計及其他正常負載的條 件下，加上電動機直接起動場合及起動次數所構 成的負荷，應不超過變壓器標準所限定的范圍

10、, 一般情況下，上述總負荷不超過變壓器額定容量 的1.15借。1.4固定層數卷繞電纜載流的計算按照GB/T 12826-1991標準中規(guī)定：當在預 期連續(xù)工作時間內，卷繞電纜層數至少減少（或 增加）一層時，可視為變層數卷繞電纜；當在預 期連續(xù)工作時間內，卷繞電纜層數不變化或減少 （或增加）層數不足一層時，應視為固定層數卷繞 電纜。根據堆取料機的工作制（24 h連續(xù)重型工 作制）及工作時的工藝方法（料場的存儲能力及 堆取工藝），一般將卷繞在卷盤上的電纜全部展開 需要數百小時。而有關資料表明卷繞電纜的熱時 間常數一般為數小時，所以，在考慮堆取料機卷 繞電纜時應按固定層數卷繞電纜比較合理。即應 按下

11、式計算卷繞電纜導體載流量人y/（KK,KJ（5）式中：I.為移動式設備的等效工作電流，A； K. 為環(huán)境溫度修正系數，人=y（Tc-t）/（Tf-30）； Tc 為絕緣電纜的允許最高工作溫度，對于礦用普通 橡膠電纜為65r,礦用乙丙橡膠電纜為9or, T 睛橡膠扁平電纜為105弋，f為環(huán)境空氣溫度代; 心為固定層數卷繞電纜修正系數，纏繞在圓筒形 電纜卷筒上的固定層數卷繞電纜修正系數&主契 取決于卷筒上電纜的最大使用層數和每層纏繞圈 數m,可按表2選取。起重運輸機械2013 （4）表2固定層數卷繞電纜修正系數位值層數“圈數7H123456760.900.650. 500.410. 360

12、. 330.3180.900.640.480.390. 330. 300.27100.900.640.470.380.320. 280. 26120.900.640. 470.370.310.280.24150.900.640.470. 370.300. 260. 23200.900.640.460.360.300.260.23250.900.640.460. 360.300.260. 22注：1)修正系數K.與電纜排列結構有關，該表數據按層間電纜上下重迭排列給岀，對于交叉排列結構為正誤差，安全程度更高。2) 電纜最大使用層數確定后，在一定的纏繞匝數范圍內，修正系數位將隨纏繞圈數的增加而降低，

13、超岀這個范圍, 人值將不再減少，例如，“=2, /HM8時，K.均為0.64。繞在輻射型電纜卷盤上的電纜載流圮修正系數位是卷繞電纜的特殊形式，可取0.750.85。起重運輸機械2013 (4)43 表2固定層數卷繞電纜修正系數位值起重運輸機械2013 (4)43 表2固定層數卷繞電纜修正系數位值堆取料機通常選用的卷筒為輻射型電纜卷盤, 所以有 K. =0. 75 0, 85。但 GB/T 128261991 標 準規(guī)定適用于圓形電纜，而在許多進口電纜公司 選型樣本給岀了多層系數(此處層與表2中的m 是同一概念)的概念，并不區(qū)別扁電纜和圓電纜, 見表3。r = l 827L '1022

14、3m 49當 40 cm WZ < 100 cm 時,r=211.5L-0 779 0055,1+1167當L小于15 cm或大于100 cm時, 等于15 cm或100 cm計算。卷繞電纜疊層厚度按下式計算(7)(8) 應分別按B = nd卷繞層數幾1234多層系數0.800.610.490.42表3多層系數雖數值式中：n為電纜固定層數，d為電纜外徑,顯然表3中的數值表明，當層數71 = 1時，K3 =0. 80,這與表2中注3)基本一致。根據表2和 表3中的數據對比，可以規(guī)定卷筒為輻射型電纜 卷盤時，卷繞電纜截面為圓形Kn=0. 80,卷繞電 纜截面為扁形Kn=0. 75 oKt為固

15、定層數電纜溫升的暫態(tài)過程修正系數, 可按式(6)計算式中：T為移動式設備的預期工作時間，min； :為卷繞電纜等效熱時間常數，min,可按式(7) 或式(8)計算。r值主要應當根據卷筒上電纜的疊層厚度和 疊層最大寬度厶計算，即當 15 cm W 厶 < 40 cm 時，cm。卷繞電纜最大疊層寬度L等于電纜卷筒端面 內緣間距，按下式計算L = md式中：m為卷繞電纜每層最大圈數；d為電纜 外直徑，cm。實際中，每層電纜在卷筒中排列結構通常有 些間隙，所以乙值應比加稍大些C1.5堆取料機機上工作面變壓器短路電流的計算在電源點(移動式設備為地面接線箱)設置 電源保護開關，一般為斷路器、熔斷器或

16、綜合保 護開關等，保護移動式設備的變壓器及供電的卷 繞電纜。此時電源保護開關選型所依據的電流即為變 壓器短路電流值，變壓器的短路電流為起重運輸機械2013 (4)43 式中：人為變壓器的短路電流，A； Ud為變 壓器的阻抗電壓，通常為4% 6%,可按變壓器 樣本選?。籄x為變壓器的一次額定電流，A, g = ，S、為變壓器的銘牌容量，kVA,At/|N.rSn.t為變壓器的一次電壓，kV。這里要說明短路電流是只作為瞬時保護值, 而實際保護開關例如熔斷器熔體電流的計算應為：，N. FE =*An.T式中：b為系數.一般取1.52。1.6電纜短路時熱穩(wěn)定校驗根據電纜的選型原則，電纜應該進行短路熱穩(wěn)

17、 定條件校驗，電纜導體短路時允許的最小截面為式中：人叭為滿足短路熱穩(wěn)定條件的最小截面 積，mm2；：為三相短路電流穩(wěn)態(tài)值，A,此時取 /ss=/k； c為導體材料短路熱穩(wěn)定系數，6-10 kV 交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜，銅為137,鋁為77； 為 短路發(fā)熱假想時間，0. 25 so2應用實例某工程項目用臂式堆取料機，型號為 DQU000/300045,軌道單側料場儲量約Qa = 227 825 t,料場長度約440 m,環(huán)境溫度12 40 尤。本機的供電源采用6.6 kV,由地面變電所6.6 kV開關柜提供，通過電纜引至電源點（現場地面 接線箱）.通過柔性卷繞電纜（電纜與電纜卷盤匹 配）、電纜卷盤和

18、集電環(huán)引至機上高壓進線柜，設 備上變壓器聯(lián)接組標號Dynllo額定配電電壓：高 壓供電回路 AC 6.6 kV±10%/50 Hz ±2 Hz.三 相，低壓動力回路 AC 400 V ± 10%/50 Hz ±2 Hz、三相；故障率等級：25 kA （0.25 s）；照明回 路：AC23O Vo根據料場長度，設定卷繞動力電纜 長度為250 m,堆取料機各機構工作面負荷統(tǒng)計如 表4,試確定卷繞動力電纜的規(guī)格型號。起重運輸機械2013 （4）45 起重運輸機械2013 （4）45 表4堆取料機各機構工作面負荷統(tǒng)計表序號機構名稱電機型號功率 /kW臺數電壓 /

19、V額定電流 /A啟動電流 倍數啟動方式1斗輪機構Y系列鼠籠4級電機16024002732變頻啟動2懸臂帶式輸送機Y系列鼠籠4級電機250p14004282變頻啟動3俯仰機構Y系列鼠籠4級電機45140035.47.0直起4回轉機構YP系列變頻4級電機1&5240035.42變頻啟動5行走機構YP系列變頻4級電機5.52040011.32變頻啟動6除塵系統(tǒng)Y系列鼠籠4級電機5.5140012.66.5直起7夾軌器Y系列亂籠4級電機1.5240056.0直起8電纜卷盤堵轉力矩電機1.5240036.0直起9空調.照明、電 氣等控制回路約65起重運輸機械2013 （4）45 起重運輸機械20

20、13 （4）45 人匕_O63 x835cos®0.7= 751.5 kV A2.1堆取料機額定工作電流的計算根據式（1）可計算出本臺堆取料機設備額定 工作電流，即It 二kN）+ k2Nn + /K = 854 A2.2堆取料機最大電流（尖峰電流）的計算堆取料機設備3個同時工作的機構為斗輪機 構、總腎帶式輸送機、行走機構，在設備實際工 作時，設備繪大電流（尖峰電流）出現在斗輪機 構和懸臂帶式輸送機兩個機構的電動機處于正常 44 工作狀態(tài)，行走機構的電動機正常啟動，即根據 式（2）有5= kN/ +人2 +人3 i 746 A2.3堆取料機機上工作面變壓器選擇根據式（3）計算工作面各

21、機構電動機設備情 況，計算變壓器容量，即需用系數起直運輸機械2013 （4）起重運輸機械2013 （4）45 起重運輸機械2013 （4）45 Sb 751.5Fx6.6= 65.7 AP370=0. 4 +0. 6 畚=0.4 +0 6 x 崇=0. 63根據式（4）計算堆取料機工作面各機構電動 機設備直接啟動情況，計算變壓器容量血 09 匚lOOOcos =128°-8kVA由于變壓器的平均功耗為7.5%,則變壓器計 算容量S：與S2的關系為S； = 1. 075S2 = 1 376. 86 kV A對于變壓器而言，在計及其他正常負載的條 件下，加上電動機直接啟動場合及啟動次數所

22、構 成的負荷，應不超過變壓器標準所限定的范圍, 一般悄況下，上述總負荷不超過變壓器額定容量 的 1. 15 倍。即選用 1 376. 86/1. 15 = 1 197. 3 kV A就可滿足設備實際工況。故選用銘牌負荷S、， 1 250 kVA的變壓器°2.4固定層數卷繞電纜載流的計算設備的等效工作電流環(huán)境溫度修正系數Kt = /（100 - 40）/（ 100 - 30） = 0. 926 按表3選取固定層數卷繞電纜修正系數Kn=0. 75 o因為固定層數電纜溫升的暫態(tài)過程修正系數 K, >1.0 （K,計算值約為1.02,本文計算略），所 以，變層數卷繞電纜導體載流披/H >65. 7/（0. 75 x0. 926x1.0） =94.6 A査取某電纜公司選型樣本如表5。選擇截面為 35 mm?的電纜，其長期允許載流量162 >94.6, 選得電纜型號為YVFB3x35+1 X16,電纜外形尺 寸 118 mm x 30 mm （扁）。2.5堆取料機機上工作面變壓器短路電流的計算根據式（9）計算堆取料機機上工作面變壓器 短路電流-_ 2 732 5 A山 _0.04 RS A變壓器的一次額定電流2.6電纜短路時熱穩(wěn)定校驗表5單根導體允許載流標稱橫截.面積/mm，導體允許溫度90 */