維納爾母線系統(tǒng)在卸船機(jī)輔助配電中的優(yōu)化應(yīng)用

嚴(yán)華（西門子工廠自動(dòng)化工程有限公司，上海 200030）

維納爾母線系統(tǒng)在卸船機(jī)輔助配電中的優(yōu)化應(yīng)用

嚴(yán)華（西門子工廠自動(dòng)化工程有限公司，上海 200030）

本文主要介紹維納爾母線系統(tǒng)在卸船機(jī)輔助配電中的優(yōu)化應(yīng)用，對卸船機(jī)輔助配電柜中的多種型號(hào)規(guī)格的斷路器進(jìn)線匯流的難點(diǎn)提出了相應(yīng)的母線系統(tǒng)的解決方案，具體介紹羅源灣抓斗卸船機(jī)項(xiàng)目。

抓斗卸船機(jī)；維納爾母線系統(tǒng)；母線不打孔連接；節(jié)省安裝空間；維護(hù)方便；接線少

1 概述

卸船機(jī)是碼頭前沿的重大接卸設(shè)備，是將物料從船上卸到碼頭傳輸皮帶上的一種港口起重機(jī)，對系統(tǒng)工作效率起著重要的作用，各大港口為達(dá)到系統(tǒng)最大生產(chǎn)率，均按碼頭的停靠最大船型選用高效可靠的卸船機(jī)，目前我國有許多煤炭和礦石碼頭采用抓斗式卸船機(jī)，抓斗式卸船機(jī)主要由金屬結(jié)構(gòu)、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、抓斗起升、開閉及小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、臂架俯仰結(jié)構(gòu)、司機(jī)室、機(jī)房、電控系統(tǒng)、噴水壓塵系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、防風(fēng)拉索極錨定等20多個(gè)部分組成。

卸船機(jī)機(jī)構(gòu)眾多，公司幾乎每一個(gè)卸船機(jī)項(xiàng)目的配電柜布局都不盡相同，有些負(fù)載的容量經(jīng)常變化，負(fù)載的保護(hù)斷路器型號(hào)規(guī)格跟著改變，配電柜內(nèi)的布局方式也就隨之變化，可以說卸船機(jī)配電柜的硬件布局設(shè)計(jì)是公司港機(jī)業(yè)務(wù)所有機(jī)型中最難的。

在以往的卸船機(jī)項(xiàng)目中，配電柜往往只用一個(gè)柜號(hào)表示，噸位小一些的卸船機(jī)配電柜要用2個(gè)1200mm寬的柜子，噸位稍大一些的卸船機(jī)配電柜要用2個(gè)1200mm寬的再加上1個(gè)600mm寬的柜子，才能裝下整個(gè)配電柜內(nèi)的器件。在這些柜中有去各機(jī)構(gòu)配電的較大容量的斷路器，柜內(nèi)的大線比較多，大線比較粗，彎曲半徑大，且起重機(jī)的電柜都是板前安裝，正面維護(hù)，各個(gè)柜的安裝板都保持在一個(gè)平面上，布局時(shí)盡量保證器件之間的連線為最短，但還是會(huì)有器件之間的連線在各柜之間拉來拉去，大線塞入線槽引起線槽爆滿，有時(shí)線槽蓋都很難蓋住。針對這種情況，只有采用合理的匯流方式，減少柜內(nèi)大線的使用，使配電柜硬件布局實(shí)用、美觀、維護(hù)方便，從而保證整個(gè)卸船機(jī)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定的工作。

2 幾種常用的匯流方式

卸船機(jī)配電柜的硬件布局設(shè)計(jì)中，為了省略線槽空間，接線省時(shí)省力，防止接線錯(cuò)誤，同時(shí)使配電柜美觀實(shí)用，會(huì)在配電柜內(nèi)的斷路器進(jìn)線端使用匯流的方式。下面是幾種常用的匯流方式，以西門子斷路器3RV、5SJ、3VL系列斷路器為例。

（1）斷路器3RV系列設(shè)計(jì)有三相母線排及相應(yīng)附件（如圖1所示），三相母線排將多個(gè)螺釘接線的斷路器并排安裝在標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上進(jìn)行饋電，絕緣和指觸安全防護(hù)，并適用于斷路器出線側(cè)可能發(fā)生的任何短路情況。三相母線排安裝完成，由一個(gè)三相進(jìn)線端子接到上級回路中，三相進(jìn)線端子最大接線到50mm2，三相進(jìn)線端子有一定的高度，為使進(jìn)入三相進(jìn)線端子的線不至于太短而看不見套管號(hào)，在布局時(shí)線槽之間的間距需要把這個(gè)高度考慮進(jìn)去。

（2）5SJ單極至三極微斷設(shè)計(jì)有匯流排，一側(cè)/集中饋電負(fù)載為65A/120A，單相和多相型號(hào)匯流排齊全，35mm2以下接線無需附加進(jìn)線端子，可直接接到斷路器進(jìn)線端。

（3）分線端子也叫大電流接線端子（如圖2所示），使用該產(chǎn)品進(jìn)行電源分配，一進(jìn)多出，有多種規(guī)格，使用便捷，該產(chǎn)品節(jié)約空間的設(shè)計(jì)，為單相模塊或三相模塊結(jié)構(gòu)，額定截面最大可到240mm2。

（4）大電流導(dǎo)電使用銅排匯流方式（如圖3所示），在安裝板上固定三根（或相應(yīng)根數(shù)）的銅排，斷路器安裝在相近位置的導(dǎo)軌或安裝板上，斷路器進(jìn)線連到銅排上，銅排上需要根據(jù)線徑大小打孔同時(shí)需要制作防觸電保護(hù)罩，這是在母線系統(tǒng)出現(xiàn)前常用的大電流匯流方式。

圖1 三相母線排

圖2 分線端子

圖3 銅排匯流

3 母線系統(tǒng)

隨著電器安裝技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了母線系統(tǒng)，截面積最大到300mm2的導(dǎo)線可通過導(dǎo)線連接夾或接線板連接在不打孔的母線上，使用接線板可以在不截?cái)鄬?dǎo)線的情況下連接2個(gè)母線系統(tǒng)，母線加長連接夾可便捷地實(shí)現(xiàn)母線系統(tǒng)的擴(kuò)展。

母線系統(tǒng)是母線間距標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品，經(jīng)常應(yīng)用于低壓供配電開關(guān)設(shè)備及控制設(shè)備中，使母線起到既能導(dǎo)電又能支持電器元件的作用。母線系統(tǒng)與傳統(tǒng)的匯流布線方式相比有如下新的工藝特點(diǎn)：

(1) 電器元件直接掛接在母線上；

(2) 母線不打孔連接；

(3) 節(jié)省安裝空間；

(4) 安裝快捷、方便；

(5) 減少布線、易維護(hù)；

(6) 便于更換元件及增加回路。

維納爾母線系統(tǒng)按銅排之間的上下間距分為40mm、60mm、100mm和185mm系統(tǒng)，卸船機(jī)配電柜主要采用60mm矩形母線系統(tǒng)。如圖4所示。60mm系統(tǒng)以其最小的外部尺寸提供了最大的使用空間以及最多的電流等級，從而建立起安全、直觀、節(jié)省空間的系統(tǒng)架構(gòu)，60mm系統(tǒng)具有最多的元件選擇性，系列產(chǎn)品最齊全，可實(shí)現(xiàn)卸船機(jī)配電系統(tǒng)中電流的最佳分配，安全可靠性高。

圖4 60mm母線系統(tǒng)

卸船機(jī)輔助配電柜中的維納爾母線系統(tǒng)主要由以下部件組成：

（1）母線架

是母線系統(tǒng)的基礎(chǔ)元件，有多種規(guī)格，可安裝5mm或10mm厚的矩形母線、雙T型和三T型母線。母線架有1～4線之分，1線可用與N或PE，2線可同時(shí)用與N和PE，3線即為三相，4線可用于三相+N或PE。卸船機(jī)輔助配電柜中使用了3線和4線母線架，母線兩端裝上母線架后，用末端蓋封蓋住母線的末端，確保電氣安全。在空余母線處使用了母線蓋，既作為防護(hù)也作為備用回路。

（2）接線板

可以連接母線，也可以連接導(dǎo)線，作為一段母線系統(tǒng)的進(jìn)線或出線，實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)平面上母線與母線或母線與導(dǎo)線之間的垂直不打孔連接，卸船機(jī)配電柜同時(shí)使用了連接導(dǎo)線的接線板和連接母線的接線板，接線板帶防護(hù)罩，確保電氣安全。

（3）母線轉(zhuǎn)接器

連接母線與開關(guān)元件，主要用于柜內(nèi)的3RV，三極5SJ開關(guān)，最大容量到80A，借助轉(zhuǎn)接器，開關(guān)元件可直接掛接在母線上，操作時(shí)，安全可靠、方便快捷。卸船機(jī)配電柜同時(shí)使用了單支承軌母線轉(zhuǎn)接器和雙支承軌母線轉(zhuǎn)接器。在選型時(shí)盡量選用帶有導(dǎo)線的轉(zhuǎn)接器，可以少接線。

（4）通用轉(zhuǎn)接器

大電流斷路器3VL系列要掛接到母線上去，必須通過相應(yīng)的通用轉(zhuǎn)接器，最大電流到630A，可連接多種不同規(guī)格及不同品牌的開關(guān)元件，卸船機(jī)配電柜中使用了3極和4極的通用轉(zhuǎn)接器，通過上端的螺絲連接到斷路器的上端，無需接大線。

（5）接線模塊

只有1個(gè)型號(hào)，01563，可連接1.5～16mm2的線，卸船機(jī)配電柜內(nèi)無法用母線轉(zhuǎn)接器或通用轉(zhuǎn)接器的單極至三極斷路器，在允許的電流范圍內(nèi)可以用這個(gè)接線模塊，在有母線系統(tǒng)的配電柜硬件布局設(shè)計(jì)中會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)連接模塊非常實(shí)用。

4 母線系統(tǒng)在卸船機(jī)配電柜中的應(yīng)用

羅源灣卸船機(jī)項(xiàng)目在硬件設(shè)計(jì)最初就綜合考慮了以往卸船機(jī)項(xiàng)目配電柜中存在的這些問題，把配電柜分為了2組柜號(hào)，一組柜號(hào)放置主配電系統(tǒng)的開關(guān)及控制回路，主要有400V供電電源，各機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)電源，輔助機(jī)構(gòu)總電源，潤滑系統(tǒng)電源，岸電電源，料水機(jī)構(gòu)電源等；另外一組柜號(hào)放置輔助機(jī)構(gòu)電源，主要是卸船機(jī)整個(gè)系統(tǒng)的照明、維修電源和插座的供電。主配電和輔助配電層次分明，柜間即使有大線，也是在現(xiàn)場的柜體底部線槽中走線，省卻了柜內(nèi)空間。

圖5 卸船機(jī)輔助配電單線圖

輔助配電柜電源來自主配電柜，輔助配電主要對維修行車、司機(jī)室、電梯、俯仰應(yīng)急、空壓機(jī)、電柜照明、加熱器、各機(jī)構(gòu)維修電源及插座供電；并配置一個(gè)照明變壓器-T1，安裝在+20機(jī)器房里，對各機(jī)構(gòu)步道燈、投光燈、日光燈、照明等進(jìn)行供電，變壓器上端有保護(hù)隔離開關(guān)-Q1。

按回路功能及斷路器的型號(hào)類型把配電柜分成了3個(gè)母線系統(tǒng)。圖5所示母線系統(tǒng)1～3，主配電柜過來后的-Q1至-Q40.6器件分成兩組母線系統(tǒng)， -Q1～-Q30.6為1～3極開關(guān)，為母線系統(tǒng)1；維修電源箱供電的-Q40.1～-Q40.6為6個(gè)4極開關(guān)，為母線系統(tǒng)2；照明變壓器二次側(cè)的-F41.1～-F71為母線系統(tǒng)3。

卸船機(jī)輔助配電柜主要采用60mm母線系統(tǒng)，輔助配電的進(jìn)線從主配電過來，容量最大250A，按銅排回路持續(xù)工作電流選擇，銅排載流量計(jì)算如下：

Ixu ≥ Ig

式中 Ig——銅排回路持續(xù)工作電流；

Ixu——相應(yīng)于銅排在某一運(yùn)行溫度，環(huán)境條件及安裝方式下長期允許的載流量。

圖6 矩形母線載流量選配表

按銅排平放，且寬度〉60mm，乘以系數(shù)0.92，運(yùn)行溫度40℃

Ixu=276x0.92=253.92A 〉 Ig=250A

初步選擇25×3規(guī)格的銅排，母線系統(tǒng)的母線架只適用于厚度為5或10，寬度為12、15、20、25、30的銅排，因此銅排規(guī)格進(jìn)一步選擇25×5。母線系統(tǒng)上所掛斷路器較多，有一定的重量，已考慮在器件之間多增加幾組母線架以加強(qiáng)母線的支撐力，同時(shí)考慮了母線本身的強(qiáng)度，使斷路器操作時(shí)不易使銅排折彎，銅排厚度選定10mm。規(guī)格25×10和30×10的銅排都符合要求，但從經(jīng)濟(jì)的角度上來講，規(guī)格30×10的銅排價(jià)格要多出20%，因此最終選定規(guī)格25×10的硬銅排，表層鍍錫。

圖7 母線系統(tǒng)1和母線系統(tǒng)2

4.1 母線系統(tǒng)1

母線系統(tǒng)1中用到的母線轉(zhuǎn)接器比較雜，-Q1選用直接可以掛靠在母線上的母線式隔離開關(guān)；-Q11為3VL2開關(guān)，選用適當(dāng)?shù)耐ㄓ棉D(zhuǎn)接器掛接到母線上；3極開關(guān)-Q12～-Q15小于63A，但是無法用3RV匯流排，選用單支承軌母線轉(zhuǎn)接器掛接到母線上；-F11～-F26為單極開關(guān)，-Q30.1～-Q30.6為兩極漏電保護(hù)開關(guān)，容量均小于63A，無法使用母線轉(zhuǎn)接器連到母線上，考慮三相平衡，分別使用單極或兩極匯流排匯流后，連接到掛接在母線系統(tǒng)上的4個(gè)01563連接模塊。

4.2 母線系統(tǒng)2

母線系統(tǒng)2中，這一組比較清晰，供電給維修電源箱的-Q40.1～-Q40.6容量都為100A，并帶漏電保護(hù)，原設(shè)計(jì)型號(hào)為西門子3VL1系列的4極斷路器，并加相應(yīng)規(guī)格4極RCD漏電保護(hù)模塊安裝在3VL1開關(guān)出線端。在以往的項(xiàng)目中有用過3VL1系列的4極斷路器附加4極RCD漏電保護(hù)模塊的項(xiàng)目，當(dāng)時(shí)的匯流方式是在圖3的基礎(chǔ)上多加了一根N排，每個(gè)開關(guān)接了4根35mm2的線，占了較多空間，因彎曲半徑的原因，線不好接，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還不美觀。

在拿到羅源灣卸船機(jī)項(xiàng)目時(shí)看到有類似的斷路器，筆者就考慮能否把3VL1的4極斷路器也掛到母線上去，這樣就可以少接很多大線，省時(shí)省力。查了一下維納爾樣本，維納爾并沒有適用于3VL1的4極斷路器的通用轉(zhuǎn)接器，但是有適用3VL2系列的4極斷路器的通用轉(zhuǎn)接器，因此把-Q40.1～-Q40.6斷路器升了一個(gè)殼架等級，保持?jǐn)嗦菲黝~定電流不變，選用3VL2的4極斷路器并配相應(yīng)4極RCD漏電保護(hù)模塊，使用維納爾適用于西門子3VL2的4極開關(guān)的通用轉(zhuǎn)接器32578。同時(shí)在母線上多加了2個(gè)01485的4極母線架，以增加母線系統(tǒng)的強(qiáng)度。RCD模塊通過上端的銅排直接連到3VL2的出線，外部線直接接到RCD模塊的下端。

平時(shí)繪制原理圖也好，接線也好，總會(huì)有這樣一個(gè)誤區(qū)，認(rèn)為3VL四極開關(guān)的N極在開關(guān)的最右邊，但實(shí)際上，3VL開關(guān)的N極是在左邊的，維納爾的4極通用母線產(chǎn)品充分考慮到了4極開關(guān)的這個(gè)特性。這是首次在卸船機(jī)項(xiàng)目配電柜中使用4極母線系統(tǒng)，使用之后，6個(gè)開關(guān)除了輔助觸點(diǎn)的控制線，主回路的35mm2線一根都不用接，節(jié)省安裝空間，節(jié)省線?？梢钥匆娫趫D7中，只有作為連接外部進(jìn)線的銅排一端打了孔，其余銅排沒有打孔，節(jié)省工時(shí)，提高生產(chǎn)效率。

母線系統(tǒng)1和母線系統(tǒng)2來自同一個(gè)電源，由于柜內(nèi)空間有限，人為地分成了2組，2組母線在各母線系統(tǒng)的進(jìn)線處選用3極接線板01538和4極接線板01162，通過25×10的銅排相連，2個(gè)接線板在不截?cái)嗄妇€的情況下連接了2組母線。設(shè)計(jì)時(shí)使2組母線系統(tǒng)長度一致，母線系統(tǒng)1有母線裸露部分，使用01245母線蓋防護(hù)，作為備用。

圖8 母線系統(tǒng)3

4.3 母線系統(tǒng)3

母線系統(tǒng)3，主要給照明燈供電，-F41.1～-F49.1為3極5SJ開關(guān)，容量32A，下端分別連接5SM漏電保護(hù)器-F41.2～-F49.2，選用維納爾雙支承軌母線轉(zhuǎn)接器。在常規(guī)選用長度為200mm的雙支承軌母線轉(zhuǎn)接器時(shí)發(fā)現(xiàn)，雙支承軌母線轉(zhuǎn)接器的長度減去2個(gè)器件的高度之后，2個(gè)器件之間的可走線的空隙只剩下20mm左右，上下器件之間根本無法連線，針對這種情況，卸船機(jī)輔助配電柜內(nèi)特別選用長度為260mm的雙支承軌母線轉(zhuǎn)接器，使5SJ開關(guān)到5SM漏電保護(hù)器之間有足夠空間走線。司機(jī)室照明-F60使用單支承軌母線轉(zhuǎn)接器掛接到母線系統(tǒng)上，-F61～-F71為2極漏電保護(hù)開關(guān)，無法使用母線轉(zhuǎn)接器，考慮三相平衡并使用兩極5SJ匯流排匯流后，連接到掛接在母線系統(tǒng)上的3個(gè)01563。進(jìn)線容量最大為160A，選用01240接線板作為母線系統(tǒng)的進(jìn)線，可接6～50mm2線，整個(gè)柜內(nèi)就這一組母線的進(jìn)線處接了50mm2線到底部端子，如果這組母線放在靠近柜體底部的位置，也無需接線，外部的線直接可以進(jìn)來接到01240接線板上。

5 結(jié)語

綜上所述，卸船機(jī)輔助配電柜用了母線系統(tǒng)后，斷路器通過母線轉(zhuǎn)接器，通用轉(zhuǎn)接器等掛接到母線上，相應(yīng)斷路器的進(jìn)線都不用接線，減少走線，節(jié)省了柜內(nèi)的安裝空間，同時(shí)減少接線錯(cuò)誤。母線僅作為進(jìn)線銅排時(shí)需要打孔連接外部線，而作為母線系統(tǒng)的支撐和匯流排時(shí)只需用矩形母線，無需打孔，更不用折彎，節(jié)省了很多工時(shí)，且不易出現(xiàn)錯(cuò)誤。卸船機(jī)輔助配電柜內(nèi)基本不用走大線，剩余連接的都是控制線，線槽不會(huì)再爆滿，而且維護(hù)方便，從而保證了卸船機(jī)系統(tǒng)安全穩(wěn)定地工作。

[1] 電力工程設(shè)計(jì)手冊電氣一次部分[M]. 北京：中國電力出版社.

[2] GB5585-85, 電工用銅、鋁及其合金母線第1部分：一般規(guī)定[S].

[3] Siemens low-voltage controls and distribution LV1[Z]. Siemens AG. 2008.

[4] W?hner Product manual[Z]. W?hner GmbH & Co. 2012.

W?hner Bus-bar System Optimization Application in Ship-unloader Auxiliary Power Distribution System

The paper mainly introduces the optimization application of the W?hner bus-bar system in ship-unloader auxiliary power distribution cabinet. The solution to the bus-bar system is proposed aiming to the difficult point that how to connect many types' breakers to the main system. The project of Luoyuan-Bay grab ship-unloader is mainly introduced in this paper.

Grab ship-unloader; W?hner bus-bar system; Connected with nonperforated copper bars; Saving installation space; Easy to maintain; Less wiring

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1003-0492(2015)05-0092-04

TP273

嚴(yán)華（1974-），女，江蘇常州人，中級工程師，學(xué)士，現(xiàn)就職于西門子工廠自動(dòng)化工程有限公司工程部，主要研究方向是硬件設(shè)計(jì)。