吳從銘 沈?qū)氱?郭建勛

1 欽州港集裝箱碼頭有限公司 2 上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司 3 上海云童機(jī)電設(shè)備有限公司

1 引言

在岸邊集裝箱起重機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)岸橋)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，通常整機(jī)使用一個(gè)安裝于電氣房中的控制變壓器，二次側(cè)輸出電壓220 V，無(wú)論用電器距離電源端多遠(yuǎn)都會(huì)使用此電源，部分電纜線的長(zhǎng)度超過(guò)100 m，電氣設(shè)計(jì)人員容易忽略計(jì)算此處短路電流。而微型斷路器選型、電纜線截面積計(jì)算以及變壓器容量校核都需要根據(jù)短路電流來(lái)進(jìn)行，如果在遠(yuǎn)端發(fā)生短路，微型斷路器選型過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致變壓器燒毀，甚至還可能引起整個(gè)電氣房燒毀。為消除以上安全隱患，對(duì)岸橋控制變壓器二次側(cè)遠(yuǎn)端短路電流進(jìn)行計(jì)算分析，合理選擇微型斷路器和控制變壓器的容量，電纜導(dǎo)線的截面積，以此來(lái)提高岸橋的安全和可靠性。

2 計(jì)算參數(shù)

現(xiàn)以國(guó)內(nèi)某雙小車(chē)岸橋?qū)嶋H電氣設(shè)計(jì)為例計(jì)算短路電流?？刂谱儔浩魅萘? kVA，二次側(cè)電壓220 V。以小車(chē)架單個(gè)回路為例，微型斷路器型號(hào)為C10A-1P。其余分支回路與小車(chē)架的分支回路相同。外部電源應(yīng)用主要是各個(gè)外部限位的電源，各外部電源間直接并聯(lián)，沒(méi)有安裝保護(hù)裝置。

控制電源電纜線的截面積為1.5 mm2，各站點(diǎn)控制電源到電氣房距離如下。小車(chē)架到電氣房距離約為190 m，門(mén)架小車(chē)到電氣房距離為140 m，陸側(cè)大車(chē)到電氣房距離為140 m，海側(cè)大車(chē)到電氣房距離為144 m；理貨室到電氣房距離為120 m。

3 遠(yuǎn)端站點(diǎn)短路電流計(jì)算

3.1 短路電流計(jì)算電路

以小車(chē)架最遠(yuǎn)端發(fā)生L相對(duì)地短路為例，計(jì)算短路電流值。簡(jiǎn)化短路后的電路見(jiàn)圖1。

圖1 簡(jiǎn)化后短路電流計(jì)算電路

3.2 國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

3.2.1 變壓器過(guò)載能力及時(shí)間

額定負(fù)荷，變壓器可以長(zhǎng)期運(yùn)行，過(guò)載10%，變壓器可持續(xù)運(yùn)行180 min；過(guò)載20%，變壓器可持續(xù)運(yùn)行150 min；過(guò)載30%，變壓器可持續(xù)運(yùn)行120 min；過(guò)載60%，變壓器可持續(xù)運(yùn)行45 min；過(guò)載75%，變壓器可持續(xù)運(yùn)行15 min；過(guò)載100%，變壓器可持續(xù)運(yùn)行7.5 min；過(guò)載140%，變壓器可持續(xù)運(yùn)行3.5 min；過(guò)載200%，變壓器可持續(xù)運(yùn)行1.5 min。

3.2.2 電纜的導(dǎo)體電阻

依據(jù)GB/T 3956-2008電纜的導(dǎo)體，20℃時(shí)電纜導(dǎo)體最大電阻見(jiàn)表1。

表1 20℃時(shí)電纜導(dǎo)體最大電阻表

3.3 各站點(diǎn)短路電流計(jì)算電路

3.3.1 小車(chē)架短路電流計(jì)算電路

現(xiàn)場(chǎng)選用控制變壓器6 kVA，二次側(cè)繞組值取0.4 Ω，電纜線使用1.5 mm2，額定電流12 A，實(shí)際布線長(zhǎng)度約190 m，計(jì)算電阻為2.28 Ω。

根據(jù)圖1，計(jì)算短路電流，在190 m處對(duì)地短路I=U/R=220/(0.4+2.28)=82 A。

現(xiàn)場(chǎng)選用的微型斷路器型號(hào)為C-type 10A,能夠立即(時(shí)間<0.02 s)斷開(kāi)的最小短路電流為100 A；預(yù)留1.3倍安全余量，完全能夠立即斷開(kāi)的電流為130 A。

而現(xiàn)場(chǎng)如果L相短路點(diǎn)發(fā)生在190 m處只能產(chǎn)生82 A的短路電流，小于130 A，微型斷路器不會(huì)斷開(kāi)。變壓器的額定電流是30 A，在82 A短路電流的情況下，變壓器承受2.7倍的額定負(fù)載，變壓器會(huì)在短時(shí)間內(nèi)燒毀，相應(yīng)的電線也會(huì)燒毀。

此時(shí)，控制電源線端僅僅到達(dá)接線箱內(nèi)，未到達(dá)各使用端。從小車(chē)架繼續(xù)延伸到小車(chē)吊具控制電源計(jì)算短路電流。

吊具控制電源采用相同的微型斷路器，吊具電纜的長(zhǎng)度70 m，在距離控制變壓器260 m處發(fā)生L相對(duì)地短路，此時(shí)短路電流為62.5 A，小于130 A，微型斷路器不斷開(kāi)，如果不能及時(shí)處理，變壓器和導(dǎo)線在長(zhǎng)時(shí)間承受62.5 A電流的情況下必定燒毀。

3.3.2 其余位置短路電流計(jì)算

門(mén)架小車(chē)與陸側(cè)大車(chē)到電氣房電纜總長(zhǎng)均為140 m，在距離控制變壓器140 m處發(fā)生L相對(duì)地短路,計(jì)算得此時(shí)短路電流為105 A。海側(cè)大車(chē)到電氣房電纜總長(zhǎng)為144 m，計(jì)算得此處短路電流約為105 A。理貨室到電氣房電纜總長(zhǎng)120 m，計(jì)算得此處短路電流為119 A。

以上4處短路電流雖大于100 A但小于130 A，微型斷路器可能不會(huì)斷開(kāi)，安全余量不足。

3.4 小結(jié)

控制變壓器6 kVA后端選擇了微型斷路器C10，電纜線1.5 mm2，在距離超過(guò)100 m后，若發(fā)生L相對(duì)地短路，微型斷路器不會(huì)跳閘，在短時(shí)間內(nèi)控制變壓器會(huì)燒毀。

4 改進(jìn)措施

(1)根據(jù)計(jì)算的最小短路電流62.5 A選擇控制變壓器容量P=UI=220×62.5=13.75 kW，故變壓器容量選擇15 kVA。

(2)在距離電源50～100 m范圍內(nèi)，電纜線加粗，由1.5 mm2改為2.5 mm2。微型斷路器最小級(jí)選用C10。此時(shí)50 m 處短路電流為289 A，100 m處短路電流為196 A，150 m處短路電流為148 A，均大于130 A，微型斷路器可完全斷開(kāi)。

(3)在距離電源150～250 m范圍內(nèi)，電纜線加粗，由1.5 mm2改為4 mm2。微型斷路器最小級(jí)選用C10。此時(shí)150 m處短路電流為200 A，200 m處短路電流為164 A，250 m處短路電流為139 A，均大于130 A，微型斷路器可完全斷開(kāi)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)針對(duì)岸橋控制變壓器二次側(cè)遠(yuǎn)端短路電流的計(jì)算，根據(jù)負(fù)載大小，重新選擇變壓器容量；依據(jù)距離遠(yuǎn)近，合理選擇微型斷路器型號(hào)，在遠(yuǎn)端發(fā)生短路時(shí)，保護(hù)斷路器能夠瞬間發(fā)生跳閘，以達(dá)到保護(hù)設(shè)備的目的。