Конструкции и проектирование электропечей
  2.2.3 Короткая сеть

Короткая сеть (см. рис.2.5) состоит из трех участков:

  • пакета плоских шин 2 и 3, соединяющих выводы трансформатора 1 с гибким токоподводом 4;
  • гибкого токоподвода 4;
  • пакета медных шин или водоохлаждаемых труб 5, соединявших гибкий токоподвод с находящимся в электрододержателе с электродом 7.

Схема короткой сети

Рис 2.5 Схема короткой сети [1]:

Короткая сеть должна обеспечить минимальные электрические потери, равномерное распределение мощности по фазам и высокий коэффициент мощности (cos). Для этого она должна иметь минимальное активное и реактивное сопротивление и одинаковую индуктивность на всех трех фазах. Вследствие большой мощности, потребляемой печью и низкого напряжения дуги по короткой сети протекают токи силой до нескольких десятков тысяч ампер, поэтому токопровод короткой сети выполняют из меди большого сечения. Большие сечения, малая длина и сложные конфигурации и шихтовка проводников усиливают явления поверхностного эффекта, которые обычно мало сказываются при частоте 50 гц.

Параметры короткой сети в значительной мере определяют электрический КПД и cos ДСП.

Очень важным является уменьшение индуктивного сопротивления короткой сети, которое на крупных печах в 3-7 раз больше активного и определяет cos Это достигается возможным уменьшением длины проводников, сближением проводников с противоположными токами или разных фаз, а также удалением от проводников опорных конструкций из магнитных материалов.

Сближение проводников с токами противоположных направлений осуществляют делением их на несколько параллельных проводников меньшего сечения и последовательном чередовании в одном пакете проводников с токами разного направления, так называемая шихтовка.

Возможности выполнения шихтовки проводников короткой сети определяются схемой их соединения. Возможные схемы показаны на рис. 2.6.

Схемы выполнения короткой сети

Риc.2.6 Схемы выполнения короткой сети: а - звезда на электродах, б - несимметричный треугольник на электродах, в - треугольник на шихтованном пакете, г - триангулированная короткая сеть

Наиболее простой является схема короткой сети "звезда на электродах" (рис.2.6.а). По этой схеме обмотки вторичного напряжения трансформатора соединены в звезду, а выводу сгруппированы пофазно. При этом все участки короткой сети обтекаются линейным током. Возможности шихтовки при такой схеме заключаются в максимальном сближении проводников всех фаз. Однако вследствие неодинаковой взаимной индукции по фазам происходит неравномерное выделение мощности на дугах, и такую схему можно использовать лишь на небольших печах емкостью менее 5 т.

На электропечах, емкостью 5-40 т применяют схему "треугольник на шихтованном пакете" (рис.2.6.в). По этой схеме концы обмоток низкого напряжения трансформатора выводят таким образом, чтобы выводы начала и конца каждой катушки располагались рядом. Соединение обмоток, в треугольник осуществляют в конце участка плоских шин шинными перемычками. При этом шихтовку проводников можно осуществлять до участка гибких кабелей, т.е. примерно на половине длины короткой сети. Однако неравномерность выделения мощности по фазам в этом случае остается значительной.

Дальнейшее уменьшение индуктивности короткой сети может быть получено при использовании схемы "треугольник на электродах".

На рис.2.6.б показана схема "несимметричный треугольник на электродах". В этой схеме, как и в предыдущей, шины от трансформатора образуют перешихтованные пакеты, однако далее гибкие кабели и трубошины делятся на шесть групп, соединяемых в треугольник на электродах. Как видно из рисунка, проводники x и b , а также y и c, несущие токи разных направлений, оказываются расположенными рядом, на одной стойке, тогда как проводники z и a разнесены далеко друг от друга. Поэтому, хотя общая индуктивность короткой сети уменьшается, неравномерность нагрузки фаз остается высокой (20-25%). Эту неравномерность можно существенно снизить, если соединяющую проводни-ки z и a перемычку перенести к электродам, как это осуществлено в схеме "симметричный треугольник на электродах". При такой схеме прямые и обратные токи текут рядом во всех фазах.

Однако, такую схему трудно осуществить конструктивно, так как требуется четвертая стойка (рядом со стойками, удерживающими электрода), которая бы двигалась синхронно с первой.

Это значительно усложняет конструкцию печи, тем более, что эта стойка и ее длинный рукав подвергаются действию значительных динамических сил и должны быть жесткими. Попытка установить такую стойку на печах емкостью 200 т не привела к положительным результатам.

Наиболее полные условия для выравнивания мощности по фазам создаются при использовании триангулированной схемы короткой сети (рис.2.6.г).

В этой схеме выводы вторичной обмотки трансформатора соединены в треугольник шинами. После перешихтованного пакета шин гибкие кабели и трубошины средней фазы приподняты относительно крайних фаз, образуя в сечении равносторонний треугольник. Поэтому взаимоиндуктивности всех фаз одинаковы, и схема в эксплуатации обеспечивает коэффициент неравномерности нагрузки фаз 5-8%. Такая схема используется на американских и японских сверхмощных ДСП.

При различных схемах короткой сети параметры пе-чи ДСП-200 но расчетным данным следующие:

Таблица 2.2 - Параметры короткой сети ДСП – 200

Рассмотрим конструктивное выполнение отдельных участков короткой сети.

Как уже отмечалось короткая сеть должна иметь минимальные электрические потери, обеспечивать равномерное распределение мощности по фазам и иметь возможно меньшую индуктивность. Кроме того, поскольку материал, из которого сделаны вины, кабели и трубошины (медь), является дорогим, желательно свести его затраты к минимуму.

Шины короткой сети подсоединяют к выводам трансформатора через гибкие компенсаторы, выполненные в виде пакетов гибких медных лент толщиной 0,5 мм, длиной 0,3-0,5 м. Суммарная площадь сечения пакета компенсатора должна быть равна или больше площади поперечного сечения пакета шин короткой сети. Наличие гибких компенсаторов позволяет уплотнить выводы трансформатора и обеспечить герметичность уплотнений при температурных расширениях шин короткой сети и при вибрациях бака трансформатора. Пакет шин является наиболее протяженным участком короткой сети. Однако, удобные условия шихтовки проводников позволяет свести индуктивное сопротивление этого участка, составляющего почти половину длину короткой сети, к 10-15% от сопротивления всей короткой сети.

Электроды печи передвигаются в вертикальной плоскости, наклоняется при наклоне печи для слива металла и шлака и отворачиваются вместе со оводом для загрузки дихты сверху, что вызывает необходимость выполнения гибкого участка короткой сети.

Размеры и конструкция гибкой части короткой сети зависят от конструкции и характера работы печей и общей ее компоновки. Общая длина гибкой части короткой сети соизмерима или больше длины шихтованного пакета шин. Она выполняется из 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 применяемых для гибкого токоподвода кабелей имеет джутовую сердцевину. Для печей большой мощности приходится выполнять целые гирлянды параллельных кабелей. В современных печах гибкую часть короткой сети выполняют из водоохлаждаемых изолированных резиновым шлангом кабелей, что дает возможность сблизить 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. Такие кабеля (с водяным охлаждением) выгодно применять совместно с медными водоохлаждаемыми трубами токоподвода по печи к электродам с водоохлаждаемым электрододержателем. Однако гибкий водоохлаждаемый токоподвод требует более тщательного ухода, частого осмотра и устранения утечки воды в местах соединения. Увеличение массы заполненного водой кабеля требует специальных приспособлений для монтажа. В зимнее время на период ремонта печи кабеля необходимо отсоединять для слива воды. Это связано с большими трудностями, так как узел крепления кабелей находится на уровне 5-8 м от рабочей площадки и имеет сложное конструктивное исполнение.

Необходимо правильно выбирать сечение токоподводов и размеры электродов. В медных шинах при токе до 3000 А допускается плотность тока 1,5 А/мм2 , при больших токах она снижается до 1,3-1,1 А/мм2, так как начинает сильно сказываться поверхностный эффект. В гибких кабелях без водяного охлаждения допускается плотность тока 1,0-1,4 А/мм2. При применении кабелей с водяным охлажде-нием, а также водоохлаждаемых труб плотность тока может быть доведена до 6-8 А/мм2, однако в целях снижения в них электрических потерь ее ограничивают обычно значением 3-4 А/мм2. Плотность тока на контактных поверхностях электрододержателей при отсутствии водяного охлаждения не должна превосходить 1,5 А/см2 , в электрододержателях с водяным охлаждением она может быть повышена до 2-2,5 А/см2.

  2.2.3 Короткая сеть
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ