Электроснабжение крановых установок (кран-балок)
Электрическая энергия подводится к кранам от общей сети переменного тока или от преобразовательных установок постоянного тока. Посредством кабеля от отдельного рубильника или автомата осуществляется питание главных контактных проводов —троллеев, проложенных вдоль подкрановых путей.
Количество главных контактных проводов при переменном токе равно трем, при постоянном — двум. В некоторых случаях вместо главных контактных проводов, например во взрывоопасных цехах, применяется токоподвод посредством гибкого кабеля.
От главных контактных проводов с помощью скользящих токосъемников напряжение подводится к защитной панели, установленной в кабине крана. Двигатели и тормозные электромагниты механизмов подъема и тележки питаются от контактных проводов, укрепленных на мосте и носящих название вспомогательных. Контактные провода выполняются обычно из профилированной стали круглого сечения, уголка, швеллера или рельса. Медь используется сравнительно редко и только в качестве вспомогательных троллеев.
Отметим, что проводка на кранах выполняется проводами ПРГ-500, ПРТО-500, которые прокладываются в стальных тонкостенных трубах, закрытых коробах или открытым способом. Применяются для монтажа на кранах также панцирные провода ПРП, ПРШП и кабели без джутовой изоляции СРГ-500, СРБГ-500. Кабель СРГ не рекомендуется устанавливать на подвижных частях подъемно-транспортных механизмов, так как при вибрации свинцовая оболочка кабеля быстро разрушается.
Наименьшим сечением провода по условиям механической прочности является 2,5 мм2. На панелях управления вместо провода сечением выше 25—35 мм2 применяются плоские шины. Гибкие токопроводы, которые находят некоторое применение на кранах, выполняются шланговым проводом с медными жилами и резиновой изоляцией марки ШРПС. Для тяжелых условий эксплуатации при значительных механических усилиях применяют кабель ГРШС, а также судовой кабель в шланговой оболочке НРШМ.
Выбор контактных проводов производится по допустимому току нагрузки с последующей проверкой провода по падению напряжения. Провод выбирается равного сечения по всей длине перемещения механизма. Допустимая нагрузка на различные виды контактных проводов приводится в справочных таблицах.
Точное определение расчетного тока, протекающего по контактным проводам, вызывает затруднения вследствие резких колебаний нагрузки двигателя. Существует несколько приближенных методов определения расчетного тока, которые основываются главным образом на длительном опыте эксплуатации крановых установок.
Определение потребляемой из сети мощности, а затем и расчетного тока контактных проводов можно провести, например, на основании формулы:
где Р — мощность, потребляемая из сети, кВт; Р3 — установленная мощность трех наибольших в группе двигателей при ПВ = 25%, кВт; Рс — суммарная мощность всех двигателей группы при ПВ = 25%, кВт; с, b — опытные коэффициенты; для большинства кранов с = 0,3; b = 0,06 ÷ 0,18.
Расчетный ток можно найти для кранов, работающих на переменном и постоянном токе, соответственно по формулам:
где I — расчетный ток, А; Uн — поминальное напряжение сети, В; cosφ — средний коэффициент мощности двигателей крана, при расчетах принимают cos φ = 0,7.
Найденный по формулам ток не должен превышать длительно допустимый ток проводов
Во время эксплуатации крана напряжение на зажимах кранового двигателя не должно быть ниже 85% номинального. При меньших напряжениях у двигателей переменного тока недопустимо снижается максимальный момент. Кроме того, становится ненадежной работа контакторов и тормозных электромагнитов. Расчет всей крановой сети следует производить так, чтобы при пусковых и рабочих токах потери напряжения в крановой сети не превышали 8—12%. Потери в сети могут распределяться следующим образом:
Главные контактные провода - 3 - 4%
Магистраль до контактных проводов - 4 - 5%
Сеть в пределах крана - 1 - 3%
Для установок с редкими пусками максимально допустимое значение потерь напряжения не должно превышать 15%.
Сечение медных и алюминиевых проводов при расчете по потере напряжения определяется соответственно для переменного и постоянного токов по формулам:
где s — сечение провода, мм2; σ — удельная проводимость провода, м/Ом-мм2 (для меди σ = 57 м/Ом-мм2, алюминия σ = 35 м/Ом-мм2); L — длина провода, м; Iп — пиковый ток нагрузки, А.
При определении потери напряжения на участках сети последние формулы приводятся к виду
Для стальных контактных проводов необходимо учитывать не только активную, но и реактивную составляющую потери напряжения
где R и X — активное и реактивное сопротивления провода на 1 м длины, Ом/м.
Пиковый ток нагрузки определяется в зависимости от числа кранов, питающихся от данных проводов. Например, при одном кране, питающемся от главных проводов,
при двух кранах, питающихся от тех же проводов,
В этих формулах обозначены: Iп1 и Iп2 — пиковые токи, А; Iн1 — номинальный ток наибольшего двигателя первого крана, А; Iп2 — номинальный ток второго по величине двигателя того же крана, А; Iп12 — номинальный ток наибольшего двигателя второго крана, А; т — кратность пускового тока.
Наиболее ходовыми сечениями контактных проводов из уголковой стали являются от 50 X 50 X 5 до 75 X 75 X 10 мм. Уголки менее № 5 не применяются вследствие их недостаточной жесткости, а свыше № 7,5 — по причине увеличения массы.
В тех случаях, когда желаемое сечение уголка не проходит по потере напряжения, применяется подпитка проводов в нескольких точках дополнительными линиями. В настоящее время находит применение в целях подпитки специальная шина, которая выполняется чаще всего из алюминия и укладывается на тех же крепежных конструкциях параллельно контактному проводу. Применение подпитывающих шин дает возможность уменьшить сечение контактных проводов и значительно снижает капитальные затраты.
Отметим, что в справочных таблицах допустимая нагрузка стальных троллейных проводов на переменном токе дается обычно для длительного режима работы (ПВ = 100%). При меньших значениях ПВ нагрузка может быть увеличена, например при ПВ = 40% в 1,5 раза. При постоянном токе нагрузка на стальные троллеи может быть увеличена в 1,5—2,0 раза по сравнению с допустимой нагрузкой переменным током.
Сети, питающие краны, как правило, не защищаются от перегрузок, а защищаются лишь от коротких замыканий. Желательно при этих условиях выбирать минимальные номинальные токи плавких вставок предохранителей и автоматических выключателей. В соответствии с правилами номинальный ток плавкой вставки не должен превышать 3-кратного значения длительно допустимого тока нагрузки на провода; ток срабатывания автоматического выключателя, имеющего мгновенный расцепитель, не должен превышать длительно допустимый ток нагрузки на провода более чем в 4,5 раза, а для других конструкций автоматов — в 1,5 раза.
