Системы подачи питания к тяжелым кранам

СИСТЕМЫ ПОДАЧИ ПИТАНИЯ К ТЯЖЁЛЫМ КРАНАМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОНТАКТНЫХ РЕЛЬСОВ

Борис Георгиевич МОСКОВСКИЙ, генеральный директор
ООО «Кондактикс-Вампфлер», г. Москва

Рассмотрены устройство и особенности применения контактных рельсов в качестве неизолированных систем токоподвода к грузоподъемным кранам с напряженными режимами работы в особых условиях эксплуатации - при высоких температурах, в агрессивных средах, при большой величине потребляемого тока, - когда они являются безальтернативным техническим решением.

Ключевые слова: неизолированные системы токоподвода, контактные рельсы, высокие температуры, агрессивная среда, большой ток, элементы шинопровода.

Исторически для подачи питания к мостовым кранам применялись системы, построенные из обычного стального проката. Этот способ используется до сих пор, несмотря на то, что современные системы безопаснее, легче, долговечнее, проще в установке, эффективнее и дешевле. Чаще всего применяют такой вид проката, как стальной уголок или швеллер (рис. 1).
В настоящее время конструкции, основанные на использовании неизолированного проката, постепенно вытесняются современными изолированными многополюсными и однополюсными системами токоподвода [1, 2]. Однако не везде последние можно применить, и в некоторых условиях неизолированные системы до сих пор актуальны. Но при этом сейчас применяются специальные виды проката с использованием более энергоэффективных алюминия и меди.
Функциональные элементы системы - подвесы, температурные расширители, соединители, вводы питания практически те же, что и для обычных изолированных шинопроводов, только выполнены они иначе. Аналогичным образом производится и расчёт систем по токовой нагрузке и по падению напряжения [3].
В современной промышленности неизолированные системы применяются в неблагоприятных условиях внешней среды и при высоких токах потребителей. В первом случае условия эксплуатации предполагают наличие высоких температур более 130°С и/или агрессивной среды. Тогда изолированные шинопроводы непригодны, так как их изоляция и элементы систем токоподвода изготавливаются из пластика, который разрушается при высоких температурах и в химически агрессивной среде. Поэтому применяют неизолированные шины, которые часто изготавливаются в форме рельса - преимущественно в виде комбинированной конструкции, где основу составляет стальной рельс, а за провод тока отвечает медный оголовок (рис. 2).
В качестве других элементов - крепежа, соединителей и т.п., также используются металлические детали. Рельсы изолируются от окружающих конструкций с помощью керамических изоляторов. Таким образом, применение металла и керамики и отказ от пластиков гарантирует работу систем в тяжёлых условиях высоких температур и агрессивных сред. Расположение основных элементов примерно то же, что и у обычных изолированных шинопроводов, но конструктивное исполнение, разумеется, отличается (рис. 3). В основном применяются рельсы, либо полностью выполненные из меди, либо стальные рельсы с медным оголовком (см. рис. 2). Проводная способность системы по току в виде суммы токовой нагрузки всех потребителей в рабочем режиме в таких системах составляет от 500 до 1500 А при ПВ 60%.
Полностью медные рельсы или профили другого сечения, например, квадратного, распространены значительно меньше. В этом случае проводная способность системы по току достигает больших значений и ограничена сечением медного рельса. Ввиду высокой стоимости меди современная промышленность чаще предлагает другие решения.
В втором случае, если токи потребителей (приводов кранов) в устоявшемся (номинальном) режиме превышают 1500 А, современным решением является применение неизолированных алюминиевых рельсов с контактной поверхностью из нержавеющей стали. Такое большое энергопотребление возможно, например, в современных трубопрокатных производствах, где рабочие пролёты могут достигать километра, и, соответственно, число кранов в одной системе - десяти. Чем больше кранов, тем больше их суммарная мощность и, соответственно, потребляемый ток. На металлургических производствах литьевые краны имеют очень мощные приводы главного подъёма. Два или три таких крана вполне могут иметь суммарную величину потребляемого тока более 2000 А.
Исторически при потребной проводной способности системы по току более 1500А применялись два решения - медный рельс с большим сечением либо обычный стальной железнодорожный рельс, шинированный дополнительным проводником, выдерживающим необходимую токовую нагрузку. Параллельно рельсу прокладывались кабели или полосы проводника из меди или алюминия с частым (примерно каждый метр) креплением к рельсу. Оба эти Рис. 4 решения дороги и имеют недостатки, которых лишены системы, построенные на основе алюминиевого рельса, покрытого полосой из нержавеющей стали для контакта с токосъёмниками (рис.*4).
Нержавеющая сталь предотвращает износ алюминиевой поверхности, и одновременно обеспечивает контакт. Такие рельсы различаются сечением, и, как следствие, значением номинальной проводной способности по току, а также способом крепления контактной полосы из нержавеющей стали. Полоса может механически вжиматься в алюминиевый рельс, либо привариваться, что зависит от номинала тока и от материала башмаков токосъёмника - стальные или медно-графитные (рис. 5). Номинальные значения токовой нагрузки алюминиевых рельсов составляют 2200А, 3800А, 4500А, 6000А.
Расчёт шинопровода по токовой нагрузке и по падению напряжения, выбор расположения точек подвода питания не отличается от методики для стандартных изолированных шинопроводов [3]. Элементы шинопровода - соединители, подвесы, анкерные зажимы, устройство разрывов для ремонтных зон, точки ввода питания, температурные расширители - как уже отмечалось, функционально те же, и никаких новых элементов нет. Исключено только применение пластиков, чтобы обеспечить устойчивость к агрессивной среде и к высоким температурам.
Отдельно стоит обратить внимание на токосъёмники в системах, построенных на неизолированных рельсах.
Общепринятое название контактных элементов - «башмаки», отражает их основное отличие по сравнению с токосъёмниками изолированных систем - контактная поверхность шире контактной поверхности рельса. Это связано с тем, что в металлургии, основной области их применения, максимальные токи реализуются в стационарном положении крана: стартовый ток и затем продолжительный и высокий номинальный ток механизма главного подъёма. Это имеет место, например, при работе литьевого крана, когда он в стационарном режиме начинает и продолжает поднимать ковш. Точечная токовая нагрузка настолько велика, что требует как можно большей контактной поверхности. Именно поэтому «башмаки» имеют значительную площадь контакта - они длинные и шире оголовка рельса (рис. 6).
Следует заметить, что системы троллейного токоподвода обычно применяются для систем с низким напряжением из соображений безопасности, поэтому снизить величину тока путём перехода на среднее или, тем более, высокое напряжение, как правило, не удаётся. В некоторых случаях, например, при устройстве токоподвода к судостроительным кранам типа «Голиаф», такое решение применяется, тогда расстояние между рельсами значительно увеличивается, а сама установка надёжно контролируется на предмет безопасности.
Выбор системы шинопровода на основе условий эксплуатации можно свести в таблицу.
В целом, системы шинопроводов, построенные на применении неизолированных рельсов, широко распространены в тяжёлой промышленности - в металлургии, судостроении, трубопрокатной промышленности, химической промышленности и др. Их применение, несмотря на большую стоимость и меньшую безопасность, безальтернативны, если речь идёт о тяжёлых режимах работы, больших токах, агрессивной среде и высоких температурах.

Источник: Журнал Подъемно-транспортное дело 5.2018.

Скачать и распечатать полную версию

Комментарии закрыты.