При любой схеме и конструкции короткой сети ее работоспособность в
значительной мере зависит от надежности электрической изоляции.
Короткая сеть дуговой печи работает в специфических
условиях, изложенных в гл. I. Шины жестких участков токопровода при
естественном их охлаждении не могут иметь сплошную изоляцию, которая
затрудняет отвод выделяющейся в шинах энергии и вызывает недопустимый их
перегрев. Поэтому в шинных пакетах электрическая изоляция обычно
осуществляется только в местах сжима шин. В пакетах с шинами одной
полярности шины изолируются только от земли, а в пакетах с шинами разной
полярности (в частности, в бифилярных пакетах), помимо изоляции от
земли, осуществляется изоляция между шинами.
В качестве основного электроизоляционного материала в шинных пакетах,
как правило, применяется асбестоцемент (иногда — стеклотекстолит) в виде
плит необходимой толщины. Основные изоляционные прокладки между шинами
обычно выполняются из доски толщиной 20 мм, а вспомогательные прокладки,
заполняющие зазоры между основными прокладками за пределами шин иметь
толщину, равную толщине шины.
Асбестоцемент представляет собой слоистый пластик холодной прессовки
асбестовых волокон и портландцемента марки не ниже 400 и поставляется в
виде плит прямоугольной формы с обработанной или необработанной
поверхностью. При изготовлении изоляционных деталей из асбестоцемента в
необходимых случаях следует предусматривать механическую обработку
рабочих поверхностей плит с учетом их неровностей и допускаемых
отклонений по толщине поставляемых плит.
Металлические детали сжима шинного пакета обычно выполняются из
немагнитной стали или из силумина. Швеллер для стяжки пакета выгибается
на прессе из листа толщиной около 5 мм. При монтаже коротких сетей
нередко сжим шинных пакетов успешно осуществляется с использованием
литых швеллеров из силумина, изготавливаемых электромонтажными
предприятиями. В особых случаях сжимов тяжелых многошинных пакетов,
особенно при отсутствии вспомогательных прокладок, швеллеры из
алюминиевых сплавов могут оказаться недостаточно прочными.
Недостаточная жесткость швеллера в сжиме шинного пакета вызывает
дополнительные местные нагрузки на электроизоляционные прокладки, что
может привести к поломке прокладок и к нарушению изоляции.
При выборе материалов для электрической изоляции
токопроводов необходимо учитывать следующие
моменты; максимально возможную температуру нагрева изоляции как за счет
протекания тока по изолируемым проводникам, так и за счет теплового
воздействия печи; соответствие механической прочности материала реальным
механическим нагрузкам; надежность электрической изоляции; возможность
получения материала и его стоимость.
Важнейшим качеством материала для электрической изоляции токопроводов
дуговых печей является нагрево-стойкость, т. е. способность материала
выполнять свои функции в условиях рабочей температуры в течение времени,
соизмеримого с расчетным сроком нормальной эксплуатации
электрооборудования, в котором применяется данный электроизоляционный
материал. В отличие от нагревостойкости теплостойкость представляет
собой максимальную температуру, которую выдерживает электроизоляционный
материал при испытаниях, проводимых по определенной методике.
Из семи классов нагревостойкости электроизоляционных материалов по ГОСТ
8865—70 в коротких сетях дуговых печей преимущественное распространение
имеют материалы, относящиеся к классам:
В — с нагревостойкостью 130 'С;
F — » 155 °С;
Н—» » 180 °С;
С—» » более 180 °С.
Основные технические данные некоторых электроизоляционных материалов
приведены в табл. 2.4.
Детали электрической изоляции неподвижных участков токопровода от
печного трансформатора до начала гибкого участка работают при
температурах не выше 120 °С и подвергаются в основном сжимающим усилиям.
В этих условиях для изоляции наиболее целесообразно применение досок из
асбестоцемента (ширина 700 и 800 мм; длина 1100 и 1200 мм с допускаемыми
отклонениями ±5 мм).
В соответствии с ГОСТ 8865—70 доски имеют условное обозначение АЦЭИД
(асбестоцементное электротехническое изделие дугостойкое). Пример
условного обозначения доски марки 400 длиной 1200 мм, шириной 800 мм,
толщиной 20 мм:
АЦЭИД —400—120X80X2,0 ГОСТ 4258—78.
Асбестоцемент во влажном состоянии обладает сравнительно невысокими
электроизоляционными свойства-ми ввиду его гигроскопичности, поэтому
изоляционные детали из асбестоцемента при необходимости подвергаются
пропитке или проварке.
В практике эксплуатации дуговых печей для изоляции токопроводов во
многих случаях применяются не-пропитанные детали из асбестоцемента. При
этом влажные детали из асбестоцемента после включения печи на пониженном
напряжении просушиваются естествен-лым образом и обеспечивают
достаточную электрическую изоляцию в рабочем режиме.
Электрическая изоляция подвижных жестких элементов токопровода,
расположенных на конструкциях печей (трубы на траверсах
электрододержателей руднотермических печей и на рукавах
электрододержателей •сталеплавильных печей), работает при высоких
температурах порядка 100—200 °С, а в отдельных случаях — до 300 °С и
выше. При этом, в отличие от пакетов неподвижных участков токопровода,
где детали основной изоляции имеют форму простых плит, в подвижных
участках токопровода, помимо плит, применяются электроизоляционные
втулки и шайбы для изоляции болтов и шпилек.
Для изготовления изоляционных трубок, втулок и шайб должны применяться
теплостойкие материалы, сочетающие электроизоляционные свойства с
высокой прочностью на сжатие и изгиб и поддающиеся механической
обработке резанием. Из наиболее распространенных электроизоляционных
материалов такими качествами обладают некоторые марки стеклотекстолита и
микалекс.
Стеклотекстолит представляет собой твердый материал, получаемый
прессованием из многих слоев ткани из стеклянного волокна, пропитанной
термореактивной смолой. Изготавливается в виде листов шириной 450— 980
мм и длиной 600—1480 мм с предельными отклонениями ±35мм при стороне
листа менее 930мм и ±50мм при стороне листа 930 мм и более.
Микалекс представляет собой твердую пластмассу на основе молотой слюды.
Выпускаемый в виде листов, пластин и прутков микалекс обладает
нагревостойкостью до 300 °С и хорошо поддается всем видам механической
обработки.
Стеклотекстолит и микалекс могут поставляться в виде плит, листов,
стержней и толстостенных трубок. В ча-сности, нагревостойкие трубки ТСЭ
из стеклотекстолита на эпоксидной связке выпускаются с внутренним
диаметром 10—80 мм, длиной до 750 мм с различными толщинами стенки. Из
этого же материала выпускаются цилиндры ЦСЭ диаметром 85—200 мм, длиной
650, 750 и 850 с технологическими отверстиями, образующимися от оправки
для намотки стеклоткани.
Из различных марок гибкого миканита, выпускаемого-по ГОСТ 6120—75, в
табл. 2.4 приведена только одна марка ГФК, обладающая нагревостойкостыб
180°С. Миканит поставляется листами шириной и длиной от 450 до 900мм,
толщиной 0,2—0,5 мм. По соглашению поставщика и потребителя возможна
поставка листов больших толщин.
Выпускаемый по ГОСТ 10715—76 гибкий слюдинит марок ГгСК и ГгСКН (нагревостойкий)
представляет собой композицию из стеклянной ткани или сетки,
слюдинитовой бумаги и кремнийорганического лака. Размеры листов
устанавливаются по согласованию поставщика с потребителем (минимальные
размеры 500Х ХбОО мм).
Электронит, выпускаемый по ТУ 38-5-552-69 в виде листов размерами
1000X1200 мм, представляет собой электроизоляционный материал высокой
нагревостойкости и прочности на разрыв. Из электронита целесообразно
изготовление смягчающих прокладок в сочетании с жесткими плитами из
асбестоцемента или стеклотекстолита.
Стеклолакоткань по ГОСТ 10156-78 марки ЛСКЛ-155 (последняя буква Л
означает — липкая) выпускается шириной 10—30 мм с упаковкой в виде
роликов диаметром до 175 мм, а марки ЛСКР-180 — шириной 690— 1140 мм в
виде рулонов.
Для работы при температурах 300°С и выше в настоящее время еще нет
доступных для промышленного применения электроизоляционных материалов,
сочетающих изоляционные свойства с высокой механической прочностью и
возможностью механической обработки. Поэтому узлы электрической
изоляции, расположенные в зонах высоких температур, необходимо защищать
от перегрева при помощи надежного теплового экранирования или за счет
непосредственного водяного охлаждения изолируемых деталей.
При конструировании узлов с электрической изоляцией рекомендуется
руководствоваться следующими соображениями:
1) детали изоляции по возможности не должны
испытывать изгибающих и срезающих усилий;
2) изолируемый болт или шпилька должны быть легко заменяемыми в случае
нарушения изоляции или по другим причинам (в частности, не следует
допускать изолированных болтов и шпилек, заворачиваемых в резьбовое
1нездо стационарной металлоконструкции, так как при этом чрезвычайно
затрудняется ремонт узла, особенно после пробоя изоляции);
3) размеры изоляционной шайбы (толщина и внешний диаметр) должны быть
такими, чтобы обеспечить требуемое нормами расстояние от металлической
детали под напряжением до заземленной детали или до металлической детали
под напряжением другой полярности;
4) не следует применять тонкие шайбы и тонкостенные трубки из миканита,
обладающие неудовлетворительной стойкостью в механическом отношении
вследствие расслаивания и выдавливания связки при больших усилиях сжатия
(взамен их целесообразно применять массивные прочные детали, не склонные
к расслаиванию) ;
5) свободный доступ к узлам электрической изоляции при профилактических
осмотрах и ремонтах;
6) максимальное унифицирование деталей электрической изоляции, в
частности, сведение к минимуму номенклатуры трубок по диаметрам и шайб
по толщине, что играет существенную роль как при изготовлении, так и при
эксплуатации дуговых электропечей.
На рис. 11.11, а показан в двух вариантах узел изоляции находящегося под
напряжением фланца цилиндра, прикрепленного к заземленному корпусу
каретки дуговой сталеплавильной печи. Первый варнант представляет собой
неудачное решение узла электрической изоляции с глухой шпилькой,
вворачиваемой в резьбовое гнездо корпуса. В случае пробоя изоляции с
неизбежным при этом оплавлением шпильки ее замена является длительной
трудоемкой операцией.
Во втором варианте взамен шпильки применяется сквозной болт, замена
которого в аварийных условиях не представляет затруднений (болт
разрезается газовым резаком и удаляется без труда). Кроме того, болтовое
соединение на проход гарантирует более надежную двустороннюю изоляцию
болта. Для монтажа и демонтажа болтового соединения в этом случае
требуется наличие вспомогательного окна в стенке корпуса каретки.
Приведенный пример показывает, что порой
незначительным изменением конструкции узла электрической изоляции можно
существенно повысить надежность работы узла и резко сократить время
ремонта, то есть длительность простоя дуговой печи.
На рис. II.II, б дан в двух вариантах детальный разрез узла изоляции с
болтовой стяжкой. В первом варианте при изоляционной шайбе толщиной 4 мм
путь перекрытия по поверхности электрической изоляции составляет всего 8
мм, что значительно меньше минимально допустимого (20 мм). Кроме того, в
этом варианте металлическая шайба вызывает значительное
концентрированное усилие прижима к изоляционной шайбе по внутреннему
контуру ее отверстия. По указанным причинам первый вариант решения узла
является неудачным.
Во втором варианте значительно увеличен путь поверхностного перекрытия
за счет применения толстой изоляционной шайбы, а специальная усиленная
металлическая шайба обеспечивает равномерное распределение усилия
прижатия к изоляционной шайбе.
Помимо удовлетворительного решения узлов электрической изоляции для
надежной работы короткой сети необходимо принимать меры по механической
защите токопроводов от случайного попадания на них посторонних
предметов, способных вызвать короткое замыкание.
В руднотермических печах это особенно важно для неподвижных шинных или
трубчатых пакетов расположенных в плавильном цехе между стеной печной
подстанции и печью, поскольку короткие замыкания на этом участке
являются наиболее опасными для печного трансформатора. Шинные пакеты
защищаются сверху подвешенными металлическими экранами, а снизу
достаточно естественной защиты трубами водяного охлаждения печи.
Ошиновка вторичной стороны трансформатора дуговой сталеплавильной печи
вместе с неподвижными башмаками короткой сети не требует специальной
защиты, за исключением участка на выходе из окна подстанции, который
целесообразно защитить сверху съемными козырьками для удобства
проведения монтажных и ремонтных работ.
В процессе эксплуатации пакетов из водоохлаждаемых труб иногда
наблюдается отпотевание поверхности токоведущих труб, что обычно
вызывается излишним расходом охлаждающей воды при небольших плотностях
тока в трубах, особенно при невысоких температурах ок-ружающей среды.
При этом на влажные поверхности труб налипает пыль, что может привести к
короткому замыканию пакета. Для борьбы с этим явлением можно
рекомендовать допустимое сокращение расхода воды на охлаждение труб, а в
отдельных случаях (при малых плотностях тока в холодное время года)
—выключение водяного охлаждения.
Показателем достаточного расхода охлаждающей воды является ее
температура на выходе, которую рекомендуется поддерживать в пределах
(ориентировочно) 50— 60 °С.
В качестве дополнительной страховки для повышения надежности работы
короткой сети рекомендуется обмотка токоведущих труб по всей длине
тонким слоем прочной электроизоляционной ткани. В частности, на жестком
неподвижном участке токопровода электропечи РПЗ-48 медные трубы
диаметром 60/40 мм обматываются двумя слоями липкой стеклоленты толщиной
0,2 мм с полуторным перекрытием при намотке каждого слоя.
Обмотку токоведущих труб следует рассматривать не как самостоятельную
расчетную электрическую изоляцию, а лишь как вспомогательное
мероприятие.
В пакетах из большого количества токоведущих труб необходимо обращать
серьезное внимание на конструктивное решение электрической изоляции в
узлах сжима и подвески пакетов.
Конструкция узла должна обеспечивать стяжку пакета с устранением зазоров
между трубами и разделительными изоляционными плитами во избежание
вибрации отдельных труб пакета, которая может вызвать аварийное
нарушение работы узла. Для устранения зазоров могут использоваться
полужесткие прокладки из листов злектронита толщиной 3—4 мм.
В отдельных случаях опасные в смысле возможности коротких замыканий
участки пакетов из водоохлаждаемых труб заливают бетоном. Однако
возникающие при этом осложнения при демонтаже и ремонтах токопроводов не
дают оснований рекомендовать бетонирование для широкого применения.
Бетонирование обычно выполняется на участках в зоне воздействия высоких
температур, например, на полузакрытых карбидных печах при расположении
шинопровода под зонтом.
Максимальная надежность в эксплуатации обеспечивается при конструктивных
решениях с так называемой «безвтулочной изоляцией». При такой системе,
разрабо-тайной и успешно внедренной работниками ЧМК, токоведущий элемент
(или элемент, не обтекаемый током, но находящийся под напряжением)
охватывается изолирующим материалом таким образом, что крепежные детали
узла не требуют электрической изоляции. На рис. 11.12 показана
безвтулочная изоляция рукава электрододержателя печи ДСП-50. Рукав 2,
находящийся под напряжением, изолируется от заземленной опоры 1
асбестоцементными плитамй 4 и миканитовыми листами 5.
Горизонтальное сжатие узла электрической изоляции осуществляется болтами
7 через пластину 6 в виде листа из маломагнитной стали, а в вертикальном
направлении узел сжимается болтами 8. Смысл дополнительной изоляции
тонкими миканитовыми листами (их рекомендуется приклеивать к
асбестоцементным плитам) заключается в том, что миканит обеспечивает
надежную работу узла и в случае возникновения трещин в асбестоцементных
плитах с необработанными поверхностями, прижимаемыми с большими усилиями
к также необработанным поверхностям металлоконструкции опоры.
При оценке минимально допустимого электрического сопротивления изоляции
короткой сети нужно учитывать, что общее сопротивление электрической
изоляции между фазами короткой сети или между одной из фаз и землей
определяется рядом факторов, из которых главными являются:
а) величины удельного поверхностного электрического
сопротивления материалов, из которых выполняются основные детали
электрической изоляции;
б) величины промежутков между проводниками разных фаз или между
проводниками фазы и землей;
в) площади поверхностей соприкосновения фаз с электрической изоляцией.
Первые два фактора практически не зависят от типоразмера и мощности
печи, так как они в основном обусловлены номенклатурой и качеством
применяемых электроизоляционных материалов и нормированными размерами
изоляционных промежутков.
Третий фактор существенно зависит от размеров печи и мощности
трансформатора — чем они больше, тем больше суммарная величина площади
поверхностей соприкосновения фаз с электрической изоляцией.
Поэтому нельзя ожидать одинаковых величин сопротивления электрической
изоляции для дуговых печей разных размеров и мощности. С увеличением
размеров печей и мощности трансформаторов электрическое сопротивление
изоляции короткой сети при прочих равных условиях снижается.
Практика эксплуатации дуговых печей показывает, что в рабочем режиме
(при разогретой и высушенной изоляции) сопротивление изоляции имеет
величину порядка 50 кОм для печей мощностью 4—5 MB-А и порядка 5 кОм для
печей мощностью 40—50 MB-А, а непро-сушенная изоляция может иметь
сопротивление ниже указанных величин в 10 и более раз.
Измерение электрического сопротивления изоляции между фазами короткой
сети производится при отключенных от выводов трансформатора вторичных
токопро-водах и при отсутствии касания электродов шихты или заземленных
металлоконструкций.
Включение печи с непросушенной изоляцией короткой сети, имеющей низкое
электрическое сопротивление, обычно производится на самой низкой ступени
напряжения печного трансформатора с последующим повышением напряжения по
мере увеличения сопротивления изоляции.