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)股份有限公司 3 上海云童機電設(shè)備有限公司

1 引言

在岸邊集裝箱起重機(以下簡稱岸橋)電氣系統(tǒng)的設(shè)計中，通常整機使用一個安裝于電氣房中的控制變壓器，二次側(cè)輸出電壓220 V，無論用電器距離電源端多遠都會使用此電源，部分電纜線的長度超過100 m，電氣設(shè)計人員容易忽略計算此處短路電流。而微型斷路器選型、電纜線截面積計算以及變壓器容量校核都需要根據(jù)短路電流來進行，如果在遠端發(fā)生短路，微型斷路器選型過大，會導(dǎo)致變壓器燒毀，甚至還可能引起整個電氣房燒毀。為消除以上安全隱患，對岸橋控制變壓器二次側(cè)遠端短路電流進行計算分析，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，以此來提高岸橋的安全和可靠性。

2 計算參數(shù)

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

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

3 遠端站點短路電流計算

3.1 短路電流計算電路

以小車架最遠端發(fā)生L相對地短路為例，計算短路電流值。簡化短路后的電路見圖1。

圖1 簡化后短路電流計算電路

3.2 國家相關(guān)標準

3.2.1 變壓器過載能力及時間

額定負荷，變壓器可以長期運行，過載10%，變壓器可持續(xù)運行180 min；過載20%，變壓器可持續(xù)運行150 min；過載30%，變壓器可持續(xù)運行120 min；過載60%，變壓器可持續(xù)運行45 min；過載75%，變壓器可持續(xù)運行15 min；過載100%，變壓器可持續(xù)運行7.5 min；過載140%，變壓器可持續(xù)運行3.5 min；過載200%，變壓器可持續(xù)運行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℃時電纜導(dǎo)體最大電阻見表1。

表1 20℃時電纜導(dǎo)體最大電阻表

3.3 各站點短路電流計算電路

3.3.1 小車架短路電流計算電路

現(xiàn)場選用控制變壓器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，實際布線長度約190 m，計算電阻為2.28 Ω。

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

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

而現(xiàn)場如果L相短路點發(fā)生在190 m處只能產(chǎn)生82 A的短路電流，小于130 A，微型斷路器不會斷開。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倍的額定負載，變壓器會在短時間內(nèi)燒毀，相應(yīng)的電線也會燒毀。

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

吊具控制電源采用相同的微型斷路器，吊具電纜的長度70 m，在距離控制變壓器260 m處發(fā)生L相對地短路，此時短路電流為62.5 A，小于130 A，微型斷路器不斷開，如果不能及時處理，變壓器和導(dǎo)線在長時間承受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算

門架小車與陸側(cè)大車到電氣房電纜總長均為140 m，在距離控制變壓器140 m處發(fā)生L相對地短路,計算得此時短路電流為105 A。海側(cè)大車到電氣房電纜總長為144 m，計算得此處短路電流約為105 A。理貨室到電氣房電纜總長120 m，計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斷開，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100 m后，若發(fā)生L相對地短路，微型斷路器不會跳閘，在短時間內(nèi)控制變壓器會燒毀。

4 改進措施

(1)根據(jù)計算的最小短路電流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。微型斷路器最小級選用C10。此時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。

(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。微型斷路器最小級選用C10。此時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。

5 結(jié)語

通過針對岸橋控制變壓器二次側(cè)遠端短路電流的計算，根據(jù)負載大小，重新選擇變壓器容量；依據(jù)距離遠近，合理選擇微型斷路器型號，在遠端發(fā)生短路時，保護斷路器能夠瞬間發(fā)生跳閘，以達到保護設(shè)備的目的。