Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

Короткая сеть в дуговой печи

Короткая сеть состоит из трех участков: пакета плоских медных шин, соединяющих выводы трансформатора с гибким токопроводом, пакета медных шин или водоохлаждаемых труб, соединяющих гибкий токопровод с находящимся в электрододержателе электродом .
Ввиду большой потребляемой печью мощности (несколько десятков тысяч киловатт) и низкого напряжения дуги (100—400 В) по короткой сети протекают токи силой до нескольких десятков тысяч ампер, поэтому токопровод короткой сети выполняют большого сечения и, как правило, из медных шин.

Для уменьшения потерь на нагрев плотность тока обычно принимают в шинах и водонеохлаждаемых кабелях в гибких водоохлаждаемых кабелях 2,3—3, в водоохлаждаемых трубах 3— 3,5 А/мм2.

Несмотря на относительно небольшую (несколько метров) длину вторичного токопровода, его активное и особенно индуктивное сопротивления являются определяющими для характеристики электрической установки в целом.

Большая сила тока требует большого сечения проводников, которое составляет несколько тысяч квадратных миллиметров на фазу. Большие сечения, малая длина, сложные конфигурации и шихтовка проводников усиливают обычно мало заметные при частоте 50 Гц явления поверхностного эффекта (вытеснение тока из середины проводника на поверхность), эффекта взаимодействия между собой тока одной фазы, протекающего по нескольким параллельным шинам, а также взаимодействия общего тока одной фазы с током другой фазы.

Короткая сеть дуговой сталеплавильной печи
Рис.1 Короткая сеть сталеплавильной печи


Электрический к.п.д. установки и ее cos ср в значительной мере определяются параметрами короткой сети. Полное сопротивление контура печи. п складывается из сопротивления трансформаторного агрегата, сопротивления короткой сети. с и сопротивления собственно рабочей части печи. Если трансформаторный агрегат включает в себя дроссель или в установке имеется отдельный дроссель, то добавляется сопротивление дросселя.

Электрические характеристики периода плавления Рис.2 Электрические характеристики периода плавления

Таким образом, полное сопротивление контура печи будет равно геометрической сумме полных сопротивлений составляющих его участков. Каждый из участков обладает активным и реактивным сопротивлениями, которые связаны с полным сопротивлением.

Так как сила тока при замыкании электродов на металл не должна превышать 2,5-3,5-кратного от номинального значения, вопрос о необходимости введения дополнительного сопротивления дросселя в контур печи приходится решать в зависимости от характера режима работы печи, а именно частоты эксплуатационных коротких замыканий.

Очень важным является уменьшение индуктивного сопротивления короткой цепи, которое в 3—7 раз больше активного и определяет коэффициент мощности. Так как точно рассчитать сопротивление с короткой сети невозможно, на вновь построенной печи должен быть проведен опыт короткого замыкания для определения истинных значений короткой сети, позволяющий построить рабочие характеристики для определения оптимальных режимов работы печи.

Рассмотрим отдельные участки короткой сети.

Гибкие компенсаторы. Шины короткой сети подсоединяют к выводам трансформатора не непосредственно, а через гибкие компенсаторы, выполненные в виде пакетов гибких медных лент толщиной 0,5 мм. Суммарная площадь сечения пакета компенсатора должна быть равна или больше площади поперечного сечения пакета шин короткой сети. Свободная длина пакета составляет 0,3—0,5 м. На этом участке устраиваются два-три перегиба, обеспечивающих необходимую гибкость пакета. Благодаря наличию гибких компенсаторов можно надежно уплотнить выводы трансформатора и гарантировать герметичность уплотнений при температурных расширениях шин короткой сети и при вибрации бака трансформатора.

Шихтованный пакет шин представляет собой одну из наиболее длинных частей вторичного токопривода, поэтому принимают все меры для уменьшения его индуктивного сопротивления. Это достигается размещением рядом проводников, токи в которых протекают в противоположных направлениях, т. е. путем шихтовки проводников. Чаще всего применяют шихтовку двух видов:

  • чередование прямого и обратного проводов одной фазы, которое применяют при выполнении короткой сети по схеме «треугольник» на электродах;
  • чередование проводов трех фаз в трехфазных печах по схеме «звезда» на электродах.

Существо явлений, достигаемых шихтовкой шин, заключается в том, что индуктивность и, следовательно, индуктивное сопротивление проводника, находящегося в шихтованном пакете, определяются его собственной индуктивностью LХ1 и взаимными индуктивностями от соседних пакетов или шин пакета Мх_г, Мх_3, Мх_з . • • Мх_п.

Таким образом:

Lx = Lx_x ± Мх_г ± Мх_з ± • • • ± Мх_п,

где Lx — полная индуктивность первого пакета шин. Знак величины М зависит от направления тока в проводнике. Если токи направлены в противоположные стороны, то величина М вычитается из величины Lx.

Применение шихтовки позволяет свести индуктивное сопротивление шихтованного пакета, составляющего половину длины от всей короткой сети, к 10—15% от ее общего сопротивления. Величина взаимной индуктивности зависит от расстояния между проводниками, и чем ближе расположены проводники, тем больше величина М. Поэтому целесообразно сближать между собой проводники там, где величина М отрицательна (противоположные направления протекания токов или разные фазы) и увеличивать при положительных значениях М.

Дробление токопровода фазы на ряд параллельных проводников, т. е. шихтовка и расшихтовка проводников при подходе к электроду, приводит к некоторой асимметрии фаз и к различной длине шин фаз, что в свою очередь вызывает неодинаковое активное сопротивление отдельных фаз. В результате разность полного, активного и индуктивного сопротивлений различных фаз при шихтованных пакетах достигает 20—25%.

Если не применять шихтовки, эта разность может достичь 60—80%, что обусловит перегрузку током наиболее загруженной «дикой» фазы на 60—80%.

Электроды печи передвигаются в вертикальной плоскости, наклоняются при наклоне печи для слива металла и шлака и отворачиваются вместе со сводом для загрузки шихты сверху (на печах ДСП), что вызывает необходимость выполнения гибкого участка короткой сети.

Размеры и конструкция гибкой части зависят от конструкции и характера работы печи и общей ее компоновки. Общая длина гибкой части короткой сети может быть соизмерима и даже превышать длину шихтованного пакета шин. Она выполняется из специальных медных гибких полых неизолированных многожильных кабелей.

Применение полых кабелей обусловлено поверхностным эффектом. При частоте 50 Гц глубина проникновения тока составляет примерно 10 мм. Внутренняя часть кабелей типа МГЭ имеет джутовую сердцевину. Допустимая нагрузка кабеля типа М1Э-500 (500 мм2) должна быть не более 800 А. В печах большой мощности, где необходимо пропускать токи силой в несколько десятков тысяч ампер, приходится выполнять целые гирлянды параллельных кабелей.

В современных печах гибкую часть короткой сети выполняют из водоохлаждаемых изолированных резиновым шлангом кабелей, что дает возможность сблизить между собой пакеты фаз, а в системах, работающих по схеме «треугольник на электродах», соединять в одну гирлянду провода с прямой и обратной полярностью одной и той же фазы. Это приводит к значительному уменьшению индуктивного сопротивления гибкой части короткой сети. Применение гибких водоохлаждаемых кабелей особенно целесообразно при одновременном применении медных водоохлаждаемых труб токопровода по печи к электродам с водоохлаждаемым электрододержателем, поскольку при этом достигается удобство выполнения цепи водоохлаждения короткой сети и электрододержателей.

Однако гибкий водоохлаждаемый токопровод требует более тщательного ухода, частного осмотра и устранения утечки воды в местах соединения. Увеличение массы заполненного водой кабеля требует специальных приспособлений для монтажа и демонтажа кабелей. На заводах, расположенных в зонах с суровыми климатическими условиями, в обычно не отапливаемых электросталеплавильных цехах при остановке печи на ремонт или длительный осмотр, а также при вынужденных остановках печи во избежание замерзания приходится сливать воду из водоохлаждаемых труб и кабелей. Для слива воды с провисающей части водоохлаждаемых кабелей их необходимо отсоединять от пакета шин и опускать на пол. Так как узел крепления кабелей находится на уровне 5—8 м от рабочей площадки и сложен по конструктивному исполнению, то такой демонтаж с последующим монтажом выполнить достаточно трудно.

Элементы конструкции печи, расположенные вблизи токоведущих проводников, оказываются в области переменного магнитного поля. Это приводит к дополнительным потерям энергии на перемагничивание конструкций, составляющим 20—30% от общих потерь в короткой сети, в связи с чем близко расположенные к токоведущим элементам металлические конструкции изготовляют из немагнитных материалов.

Источник [4] → список литературы.

Читайте также по этой теме:

Вернуться на главную: Черная металлургия

Бак пластиковый.