吊车滑触线技术的节能分析

1吊车滑触线技术参数分析

吊车的供电系统大多采用钢质滑触线‚存在电能浪费现象‚为了达到节能降耗的目的‚采用铜质滑触线和提高供电电压是行之有效的节能方法。目前吊车滑触线的生产厂家很多‚但给出的技术参数不够规范‚为此利用国家检测中心对几种典型滑触线的测试报告中的数据来进行说明。测试报告中的有关数据如表 1所示。

1∙1滑触线载流与温升有关

滑触线的载流量与环境温度和通电以后导体的温升有关‚滑触线的允许温升越高载流量越大。

不同环境温度下‚滑触线的载流量均应修正‚而环境温度对钢质滑触线的载流量影响不大‚与温升有关。多数产品样本中给出滑触线的载流量只标注了环境温度而未标注温升‚例如 《钢铁企业电力设计手册 》中工字钢 Ｎ14（环境温度 25℃时 ）载流量为 810Ａ‚但具体温升值却不清楚。从表 1中可以看出‚工字钢 Ｎ14在环境温度 25℃温升 109Ｋ时载流量才能达到 810Ａ‚而温升 65Ｋ时载流量只有 650Ａ。这就说明滑触线的载流量只有标注环境温度和允许温升才有意义。文中所说的不同环境温度下滑触线的载流量应修正‚是指允许温升确定后‚根据环境温度修正滑触线的载流量。经验表明‚环境温度每增加 5℃‚滑触线的载流量可减小约 5∙5％ ～7％。

1∙2滑触线的电阻值与导体的温度有关

《钢铁企业电力设计手册 》中列出‚铜和铝导体的电阻值是按导体温度未达到 50℃时的计算值‚钢导体电阻值是指导体温度为 20℃时的直流电阻值。

滑触线的电阻值随着导体温度的升高而增大‚电阻与温度的关系为：

Ｒ2＝Ｒ1 ［1＋ａ（ｔ2－ｔ1） ］

式中：Ｒ2－导体在温度变化后的电阻值‚Ω；

Ｒ1－导体在温度变化前的电阻值‚Ω；

ａ－电阻温度系数；

ｔ2－温度变化后的温度‚℃；

ｔ1－温度变化前的温度‚℃。

电阻值的测试一定要带接点‚这样才能反映真实情况。交流电阻还应考虑集肤效应‚集肤效应与导体的材料和截面积有关。在 《钢铁企业电力设计手册 》中所列钢导体的电阻分别给出了交流电阻和直流电阻‚交流电阻与直流电阻的阻值差别很大‚例 如 角 钢 Ｌ50×50×5的 直 流 电 阻 值 为0∙3Ω／ｋｍ‚交流电阻值为 1∙1Ω／ｋｍ。

1∙3滑触线的电抗值与导体材料性质有关

滑触线的电抗计算比较复杂‚从表 1中可以看出‚滑触线的电抗值与相间距、滑触线导体几何尺寸有关‚相间距越大电抗值越大。有些产品样本中给出了滑触线阻抗值‚但未注明相间距‚这样不够完整‚需进一步完善。

2吊车滑触线的供电电压

随着国民经济的迅速发展‚大吨位吊车不断增多。为了保证起重机的端子电压降在允许范围内（一般不超过额定电压的 15％ ）‚不得不采用增大滑触线横截面积或增设辅助导线、增加滑触线供电点。

实践证明‚即使采用了这些相应措施‚也很难满足电压降的要求。通过试验‚如果将现行的380Ｖ电压升为660Ｖ电压‚既可减少起重机供电线路的电压降‚也可增加输电距离‚还可降低功率损耗。*大的优点是提高能源利用效率‚减少运行费用。将吊车滑触线的供电电压由 380Ｖ升为 660Ｖ的可行性和优越性如下。

（1）为了提高吊车供电的可靠性和减少吊车频繁启动对其他用电设备的影响‚吊车滑触线供电一般采用专用变压器‚对电压进行调整简单而易行。

（2）660Ｖ电器设备 （电动机、变压器、电缆线、开关、接触器等 ）国内都已有成熟配套的产品供应。

（3）吊车滑触线供电电压由 380Ｖ升为 660Ｖ‚同样功率下电流减少到 57∙6％‚电压降减少到57∙6％‚保证了电动机能获得足够的运行电压‚改善了电动机的运行。

（4）吊车滑触线及其供电电缆线费用减少了约一半‚电器设备费用也有相应减少。

（5）由于起重机本身的电控设备电流的减少‚降低了电控设备的维修率‚其费用可以减少大约例如‚某热轧厂通过技术改造‚将吊车滑触线供电电压由 380Ｖ改为 660Ｖ‚通过统计分析发现：

年节省电能 307663ｋＷｈ‚年节省材料 （主要包括滑触线及其配套电器等 ）费用约 175万元‚充分体现了其优越性。

3吊车铜质滑触线与钢质滑触线的比较分析

铜质滑触线具有载流量大、重量轻、导电率高、电能损耗小、压降小、安全维护方便等优点‚适用大吨位吊车、高温等恶劣环境。钢质滑触线虽然有制作简单、容易上马等优点‚但存在导电率低、阻抗大、电压损失大、电能损耗高等问题。

表 1对钢质滑触线和铜质滑触线的主要性能参数进行了对比。

3∙1铜质滑触线化学稳定性强

铜的抗腐蚀、抗氧化性、耐高温等化学特性都比钢好‚这对延长铜质滑触线等设备的使用寿命以及给生产带来的稳定性是非常有利的。钢材在潮湿或碱性环境下极易被腐蚀‚这种特性极大地降低了滑触线的使用寿命。一旦钢质导线发生腐蚀‚会产生氢氧化物和氢气‚继而破坏导线绝缘层‚轻者使起重机电机三相电流不平衡‚绝缘下降‚重者造成电机缺相运行‚烧坏电机。由于铜的化学特性比较稳定‚就可以避免这种事故的发生。

3∙2铜质滑触线物理特性优越

铜的强度、抗拉性、抗冲击性、耐磨性等物理性质‚相对与钢材而言‚都有显著的优越性‚非常有利于延长滑触线的寿命以及提高生产的稳定性。这一特性在与钢质滑触线的对比中显得尤为突出。

目前‚许多吊车采用的钢质滑触线‚虽然这类滑触线具有制造简单、安装方便、价格低廉等优点‚但其也有明显的缺点‚即当滑触线较长时 （一般指大于

60ｍ）‚经过几个冬夏的使用‚就会出现上拱下翘、内鼓外偏等变形现象‚直接影响吊车的安全运行。

3∙3铜质滑触线电能分析

铜质滑触线电阻率小、电能损耗低、线路压降小。以表 1中列举的两种滑触线为例‚钢质滑触线电阻值是铜质滑触线电阻值的 8∙5倍。如果滑触线长80ｍ‚计算电流800Ａ‚年工作6500ｈ‚那么使用钢质滑触线年电能损耗为 132313ｋＷｈ‚使用铜质滑触线年电能损耗为 15475ｋＷｈ‚铜质滑触线比钢

质滑触线年节省电能消耗 116838ｋＷｈ。同时‚由于铜质滑触线电阻率小‚钢质滑触线线路压降是铜质滑触线线路压降的 2∙7倍。

3∙4铜质滑触线的成本分析

（1）购买成本。

以 2009年的市场价格为基础‚设定某企业需要新建80ｍ滑触线 （额定电流800Ａ）‚铜质滑触线每米 250元‚则需要 3×250×80＝60000元‚钢质滑触线每米 80元‚则需要 3×80×80＝19200元（滑触线按三相三线制考虑 ）。

（2）运营成本。

滑触线运行过程中以耗电为主‚以电费代替其运营成本。如果工业用电按 1∙2元／ｋＷｈ计算‚则80ｍ滑触线的年运营成本为：铜质滑触线 15475×1∙2＝18570元／ａ；钢质滑触线 132313×1∙2＝158776元／ａ。

（3）维护成本。

滑触线在每年的使用过程中都需要进行维护‚主要是滑触线的不稳定造成生产的停顿和其他设备的损坏‚造成使用不同的滑触线其维护成本相差很大。如都按 80ｍ计算‚钢质滑触线更换附属设备所需费用是铜质滑触线的 2～3倍。

（4）滑触线的回收效益。

滑触线使用若干年后‚可以再回收利用以抵消部分成本。铜材的回收率为 100％‚回收铜价是新铜价格的 80％‚铜的综合回收率是 80％；钢材的回收率为 50％‚回收钢价是新钢价格的 50％‚钢材的综合回收率只有 25％。那么‚80ｍ铜质滑触线的回收收益为 60000×80％ ＝48000元；80ｍ钢质滑触线的回收收益为 19200×25％ ＝4800元。

（5）合计成本。

设滑触线寿命周期为 10年‚合计成本 ＝购买成本 ＋运营成本 ×10－回收收益 （其中‚钢质滑触线的安装成本及维护成本均高于铜质滑触线‚但由于不方便统计和计量‚故未予考虑 ）。表 2所示为不同类型下新建滑触线周期合计成本统计。

综上分析‚新建 80ｍ的滑触线‚采用铜质滑触线虽然新建成本为60000元‚但运营成本只有18570元／ａ；采用 钢 质 滑 触 线 随 然 新 建 成 本 为19200元‚但运营成本需要 158776元／ａ。铜质滑触线与钢质滑触线相比‚每月节约运营电费 15578元‚连续运行 13个月就可以从节约电费收益中收回合计成本‚之后每年可节约运营成本 14万元。

3∙5铜质滑触线的安装与维护

铜的密度比钢材要大‚二者的比例大约是3∙3∶2∙9‚而二者的电阻率之比为 1∶6∙8‚要通过同样的载流量‚二者的横截面积之比为 1∶6∙8‚同样长度的滑触线重量之比大约为 1∶7。使用钢质滑触线‚支架体积比铜质滑触线要大‚大约增加了60％的安装体积和 55％的安装重量 （综合支架因素 ）‚显得特别重。所以‚铜质滑触线结构紧凑‚大大缩小安装体积‚方便又节省空间。

铜质滑触线系统里用于馈电网络中传导电流的滑动触块‚具有良好的导电性和耐磨性‚能明显减少接触金属线的磨损‚几乎可以消除运行中的火花‚延

长滑触线的使用寿命。同时维护工作量很少。

4结语

大、中型吊车采用铜质滑触线与钢质滑触线相比‚不仅存在明显的节能优势‚而且存在较大的便捷优势。建议采用铜质滑触线的同时‚将电动机的供电电压从 380Ｖ提升为 660Ｖ‚在滑触线选型时必须考虑技术参数的**性和完整性‚确保设备安全经济的运行‚以达到节能降耗、服务社会的目的。