淺析盾構(gòu)機(jī)主配電柜主母線系統(tǒng)

鄒瑜

摘 ?要：配電系統(tǒng)的主母線系統(tǒng)癱瘓就意味著其下各個負(fù)荷的斷電，盾構(gòu)機(jī)作為挖掘隧道的重型機(jī)械，主配電柜內(nèi)的主母線系統(tǒng)穩(wěn)定性需求高。本文簡單介紹盾構(gòu)機(jī)主配電柜主母線的計算和選擇。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機(jī);主配電柜;主母線

盾構(gòu)機(jī)是重型機(jī)械設(shè)備，包括刀盤，盾體，螺旋機(jī)，皮帶機(jī)，拼裝機(jī)，輔助液壓，后配套拖車等系統(tǒng)組成，這些系統(tǒng)的運(yùn)行主要是由電機(jī)驅(qū)動，或者是由電機(jī)帶動液壓泵站實(shí)現(xiàn)。盾構(gòu)機(jī)一次側(cè)電壓通常是10kV/20kV， 通過主變壓器變成低壓690VAC/400VAC， 可進(jìn)一步變壓成230VAC/24VDC/AC， 從主變壓器二次側(cè)線路通過主配電柜和分配電柜將電分配給各個用電設(shè)備。

盾構(gòu)機(jī)主配電柜的主母線一般是裸母排。裸母排按照截面形狀分可以分成矩形、圓形、管型等。母線的導(dǎo)體材料有銅、鋁、鋁合金、或者復(fù)合導(dǎo)體如銅包鋁或者鋼鋁復(fù)合材料等。因盾構(gòu)機(jī)內(nèi)部空間小，放置主配電柜的臺車狹窄，主配電柜和分配電柜的可用空間少，尤其是高度和深度有嚴(yán)格的限制，而盾構(gòu)機(jī)配電系統(tǒng)的較大，主配電柜的主開關(guān)（進(jìn)線開關(guān)）額定電流一般在1000A-5000A的范圍內(nèi)，因此主配電柜內(nèi)的主要配電系統(tǒng)是用載流高的矩形銅排，在銅排不能滿足載流的情況下可以使用矩形鍍錫銅排。主配電柜進(jìn)線柜的垂直銅排下端接入主變壓器的電纜，穿過主開關(guān)再接至柜子頂部水平銅排，水平銅排給各保護(hù)控制設(shè)備輸出給電機(jī)。進(jìn)線垂直銅排符合所選用的主開關(guān)上下端的接線方式，一般為三相水平排布，考慮到配電柜深度的限制，柜頂水平銅排三相垂直排布。銅排的截面積按照如下的條件來選擇。

銅排截面的選擇：

1.溫升。

銅排的溫度不能超過銅排所接觸的絕緣材料所允許的最高工作溫度。隧道掘進(jìn)和拼裝的過程伴隨著眾多電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)器的運(yùn)行溫度的降低很大程度上依賴于隧道的通風(fēng)和隧道空調(diào)，一般要求所使用的配電柜具有較高IP等級，配電柜使用IP54，小的配電箱使用IP66，機(jī)器上的水不會濺到柜內(nèi)，如果機(jī)器運(yùn)行溫度高，柜內(nèi)的強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)讓柜子內(nèi)部各種控制保護(hù)的元器件處于合理的工作溫度。 在主配電柜內(nèi)溫度為35攝氏度時，柜內(nèi)銅排溫升允許值30攝氏度，最高溫升不超過65攝氏度。

2.按短路動穩(wěn)定選擇銅排。

盾構(gòu)機(jī)主配電柜主銅排系統(tǒng)的動穩(wěn)定校驗(yàn)以三相短路電流為最大短路電流。

2.1三相短路時作用在中間主導(dǎo)體最大受力，該最大的力為：

Fm3-三相短路時作用在主導(dǎo)體的力， N ;

μ0-真空磁導(dǎo)率;

ip-三相短路時的短路電流峰值，A;

支柱間的中心線距離，m;

am-相鄰主導(dǎo)體間的有效距離，m;

2.2 子導(dǎo)體的最大受力為：

Fs-短路時作用在子導(dǎo)體的力，N;

Is-兩個相鄰的連接件之間的最大中心線距離，m;

n-子導(dǎo)體的數(shù)量;

as-子導(dǎo)體間的有效距離，m;

2.3 主導(dǎo)體之間的力產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力：

σm，d-主導(dǎo)體之間的力產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力，N/m2;

Vσm-主導(dǎo)體動態(tài)應(yīng)力和靜態(tài)應(yīng)力的比值;

Vrm-有三相自動重合閘的主導(dǎo)體應(yīng)力和沒有三相自動重合閘的主導(dǎo)體應(yīng)力的比值;

β-與支架的類型和數(shù)量有關(guān)的系數(shù);

Wm-主導(dǎo)體截面模量，m2;

2.4子導(dǎo)體之間的力產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力為：

σs，d-子導(dǎo)體之間的力產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力，N/m2;

Vσs-子導(dǎo)體動態(tài)應(yīng)力和靜態(tài)應(yīng)力的比值;

Vrs-有三相自動重合閘的子導(dǎo)體應(yīng)力和沒有三相自動重合閘的子導(dǎo)體應(yīng)力的比值;

Is-連接件之間或連接件與支架之間的中心線距離，m;

Ws-子導(dǎo)體截面模量，m2;

2.5導(dǎo)體總的彎曲應(yīng)力為：

盾構(gòu)機(jī)主配電柜的主銅排一般由兩根或多根子導(dǎo)體構(gòu)成時，銅排的總應(yīng)力應(yīng)滿足：

q-可塑性系數(shù);

fy-材料的屈服點(diǎn)應(yīng)力，N/m2，見表一;

2.6銅排支架的受力是指絕緣子頂部受到的彎曲力，該力不應(yīng)大于支架和絕緣子制造廠家給出的規(guī)定。

Fr，d-銅排支架的計算最大受力，N;

Fm-短路時主導(dǎo)體間的最大受力，N;

VF-作用在支架上的動態(tài)力與靜態(tài)力之比;

α-支架的系數(shù);

表一：硬導(dǎo)體的最大允許應(yīng)力（MPa）

項(xiàng)目 導(dǎo)體材料及牌號和狀態(tài)

銅/硬銅 鋁及鋁合金

1060 ?H112 1R35 ?H112 1035 ?H112 3A21 ?H18 6061 ?T6 6063 ?T6 6R05 ?T6

最大允許應(yīng)力 120/170 30 30 35 100 115 120 125

注：表內(nèi)所列數(shù)值為計及安全系數(shù)后的最大允許應(yīng)力。安全系數(shù)一般取1.7（對應(yīng)材料破壞應(yīng)力）或1.4（對應(yīng)于屈服點(diǎn)應(yīng)力）。

按短路時熱穩(wěn)定選擇銅排

對于銅排系統(tǒng)短時熱穩(wěn)定校驗(yàn)應(yīng)滿足

Sth-熱等效短路電流密度，A/m2;

Sthr-銅排的額定短時耐受電流密度，A/m2;

Tkr-銅排的額定短時間，s;

Tk-短路電流持續(xù)時間，s;

以上動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定的計算是依照短路電流IEC標(biāo)準(zhǔn)校驗(yàn)方法。除了考慮溫升和動熱穩(wěn)定校驗(yàn)銅排的選型外，電壓降和經(jīng)濟(jì)性也是影響銅排選型的要素。依據(jù)上述各種條件，一般會選120x10mm2， 100x10 mm2， 80x10 mm2， 60x 10 mm2， 50x10 mm2等尺寸的矩形銅排作為盾構(gòu)機(jī)主配電柜的主母線系統(tǒng)銅排，每相的銅排根數(shù)由具體的計算而得。根據(jù)柜子的寬度來選擇銅排支架的個數(shù)，柜子寬度在600-800mm時，主開關(guān)所在的進(jìn)線柜水平銅排左右側(cè)都要安裝銅排支架，裝有水平銅排的其他柜子至少安裝一組支架，是否需要兩組需要視具體計算結(jié)果而定。

參考文獻(xiàn)

[1]《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊第四版》