Схемы и конфигурации коротких сетей дуговых
сталеплавильных печей (ДСП)
Дуговые сталеплавильные печи имеют круглой формы ванну и расположенные в
ней по равностороннему треугольнику три графитированных электрода
круглого поперечного сечения.
Вторичные обмотки печного трансформатора обычно соединяются в
треугольник. Это соединение может осуществляться: а) внутри
трансформатора; б) на неподвижных башмаках короткой сети; в) на
подвижных башмаках короткой сети; г) на электродах. В зависимости от
этого различные схемы коротких сетей ДСП следует классифицировать таким
образом: схема с линейными токами от выводов трансформатора (треугольник
внутри трансформатора); схема с линейными токами от неподвижных башмаков
(треугольник на неподвижных башмаках); схема с линейными токами от
подвижных башмаков (треугольник на подвижных башмаках); схема с
линейными токами только в электродах (треугольник на электродах).
Перечисленные выше основные схемы коротких сетей ДСП и их разновидности
по исполнению показаны на рис. 1.14, а их основные особенности и области
применения приведены в табл. 1.2 [6].
Простейшей в изготовлении и наиболее надежной в эксплуатации является
короткая сеть по схеме «треугольник внутри трансформатора» (рис. 1.14,
а).
Повышенная надежность короткой сети по этой схеме обусловлена
отсутствием электрической изоляции между отдельными проводниками тока в
шинном пакете, в кабельной гирлянде и в токопроводе на рукавах
электродо-держателей (требуется изоляция проводников только от земли).
Кроме того эта схема требует меньше проводниковых материалов, поскольку
при прочих равных условиях для канализации шести фазных токов суммарное
сечение токопровода должно быть ориентировочно на 15 % больше, чем для
трех линейных токов.
Необходимым условием для выполнения короткой сети по такой схеме
является вывод линейных токов на вторичной стороне печного
трансформатора.
Все остальные схемы короткой сети возникли в результате стремления
(далеко не всегда обоснованного) снизить индуктивное сопротивление
вторичного токопро-вода за счет расположения проводников различной
полярности на возможно малом расстоянии. При этом требуется надежная
электрическая изоляция проводников-друг от друга и обеспечение
стабильного взаимного расположения кабельных гирлянд гибкой части
тохо-провода.
Схема с линейными токами от неподвижных башмаков (треугольник на
неподвижных башмаках) может иметь два существенно различных вида: а) с
обычным трехпроводным исполнением кабельных гирлянд; б) е шестипроводным
исполнением кабельных гирлянд, причем по каждой гирлянде течет половина
линейного тока (эта схема носит название «расщепленная звезда»).
Конструктивной особенностью шести проводного исполнения схемы
«треугольник на неподвижных башмаках» является размещение двух подвижных
башмаков среднего электрододержателя в промежутках между башмаками
крайних электрододержателей, что вызывает определенные сложности в
изготовлении и в обслуживании печи.
На рис. 1.14,6 показана схема короткой сети «треугольник на неподвижных
башмаках» в обычном трехпроводном исполнении, которое имеет две
разновидности по конфигурации — копланарную (с линейным расположением в
поперечном сечении проводников разных фаз) н триангулированную (с
размещением проводников разных фаз в поперечном сечении по вершинам
равнобедренного или равностороннего треугольника).
При копланарной конфигурации имеет место различие (асимметрия)
индуктивных сопротивлений токопро-водов средней и любой из крайних фаз.
Для установок ДСП малой вместимости это практически не имеет значения,
поскольку в них доля индуктивности всей короткой сети в общей
индуктивности печного контура, включая печной трансформатор и дроссель,
весьма невелика. Для установок ДСП средней и особенно большой
вместимости асимметрия индуктивных сопротивлений печного контура
приводит к значительной неравномерности выделения полезных мощностей фаз
и в конечном счете к снижению производительности печей. В этих условиях
целесообразна триангулированная конфигурация, причем такое расположение
может применяться для участков токопровода на рукавах
электрододержателей, для кабельных гирлянд, а в некоторых случаях и для
ошинов-ки от вторичных выводов печного трансформатора до неподвижных
башмаков (для шинного моста).
Схема короткой сети «треугольник на неподвижных башмаках с
шестиприводным исполнением кабельных гирлянд» приведена на рис. 1.14,в.
Английской фирмой Бирлек запатентована короткая сеть по схеме с
линейными токами от подвижных башмаков, т. е. треугольник на подвижных
башмаках (рис.
1.14,г). С целью уменьшения асимметрии индуктивных сопротивлений фаз при
копланарном расположении проводников короткой сети токоведущие трубы на
рукавах электрододержателей по этому патенту располагаются по-разному:
на среднем рукаве трубы сдвинуты почти вплотную, а на крайних рукавах —
раздвинуты по высоте на весьма значительное расстояние.
При создании первых отечественных ДСП вместимостью 80—100 т во второй
половине 50-х годов, с целью сннжения индуктивного сопротивления и
уменьшения степени его асимметрии по фазам, взамен обычной схемы
короткой сети с линейными токами от неподвижных башмаков (треугольник на
неподвижных башмаках), была предложена и осуществлена схема, получившая
наименование «несимметричный треугольник на электродах», с бифилярным
расположением двух из трех пар фазных участков токопровода — гирлянд
гибких кабелей и труб на рукавах электрододержателей (рис.
1.14, д). Как показал опыт применения ее на ДСП вместимостью 100 rf 200
т, эта схема проявила некоторые преимущества перед обычной схемой как в
части снижения среднего индуктивного сопротивления, так и в отношении
его асимметрии.
В порядке модернизации ряда действующих ДСП вместимостью 100 и 200 т на
отечественных металлургических заводах эта двухбифилярная схема была
заменена схемой «треугольник на неподвижных башмаках в шестипроводном
исполнении» (рис. 1.14,в), что дало заметное снижение среднего
индуктивного сопротивления я степени его асимметрии по фазам. Однако
ожидаемые по расчетам электротехнические преимущества этой cxfe-мы не
были достигнуты из-за раскачивания кабельных гирлянд, а также из-за
изменения их формы и взаимного расположения под действием
электродинамических сил.
На некоторых отечественных ДСП различной вместимости (от 5 до 200 т)
была опробована трехбифилярная
схема короткой сети с четвертым рукавом,
перемещающимся одновременно с первым (рис. 1.14, е), однако эта схема
привела к существенному усложнению обслуживания печей и от нее пришлось
отказаться.
На рис. 1.14, ж приведена схема короткой сети «треугольник на
электродах», принятая в конструкции печи 6ДСП—100Э. Сложность
осуществления этой схемы заключается в размещении подвижных башмаков
среднего электрододержателя в промежутках между башмаками крайних
электрододержателей (как и в схеме на рис. 1.14, в).
В целях снижения асимметрии индуктивности фаг современных мощных и
сверхмощных ДСП и для обеспечения стабильности величин индуктивности при
колебаниях рабочего тока короткие сети их выполняются, как правило, по
схеме «треугольник на неподвижных башмаках» с триангулированным
расположением токопрово-дов с линейными токами в кабельных гирляндах и
на рукавах электрододержателей. При этом, в отличие от устаревших
конструкций гирлянд из большого количества кабелей сечением 500—1000
мм2, современные гирлянды выполняются из небольшого количества массивных
водоохлаждаемых кабелей (обычно не более четырех кабелей на линейный ток
печи), что препятствует существенному отклонению кабелей от проектного
их расположения при протекании тока. Так, например, в печи ДСП—100И6 с
максимальным рабочим током 80 кА гибкий участок вторичного токопровода
выполнен тремя гирляндами с четырьмя водоохлаждаемыми кабелями типа
КСВДСП—4000 в каждой гирлянде.
Триангулированное расположение токопроводов сверхмощных ДСП большой
емкости обладает дополнительным преимуществом в сравнении с копланарным
в части снижения влияния сил электродинамического взаимодействия токов
разных фаз (в частности, за счет уменьшения горизонтальных составляющих
усилий между токоведущими трубами на разных рукавах электрододержателей).
Из рассмотрения различных схем и конструктивных исполнений коротких
сетей ДСП можно сделать следующие выводы:
Наиболее простой и экономичной в изготовлении при высокой надежности в
эксплуатации является короткая сеть по схеме с линейными токами от
выводов трансформатора с копланарным расположением токопроводов.
Такая схема безусловно предпочтительна для печей малой вместимости (до 6
т включительно), в которых асимметрия индуктивности короткой сети по
фазам не имеет практического значения. Препятствием к ее осуществлению
обычно является конструкция печного трансформатора с выводом на
вторичной стороне начал и концов обмоток фаз (в таких случаях должна
приниматься схема «треугольник на неподвижных башмаках» в трехпроводном
исполнении).
Для печей средней вместимости (12—50 т) в зависимости от конкретных
условий (в первую очередь — уровня удельной мощности печи) следует,
наряду с коп-ланарным расположением токопроводов, рассматривать варианты
их триангулированного расположения в тех .же схемах.
Для печей большой вместимости (100т и выше), наряду со схсмами
«треугольник внутри трансформатора» и «треугольник на неподвижных
башмаках» в триангулированных исполнениях, могут рассматриваться
шестипроводные схемы по рис. 1.14, в, г и ж, причем, помимо подробных
расчетов индуктивностей в этих вариантах, необходима тщательная
конструктивная их проработка с решением вопроса обеспечения стабильности
величин индуктивности при резких изменениях рабочих токов в широком
диапазоне.
Таким образом, применение шестипроводных схем может быть оправдано лишь
в тех случаях, когда более простые трехпроводные схемы не могут
обеспечить необходимые электрические параметры установки печи.