Соединение подвижного и неподвижного участков токопровода установки
дуговой печи чаще всего осуществляется гибкими медными проводами
(кабелями), а иногда
гибкими медными леитами. Для этой цели применяются
голые медные кабели и медные кабели в резинотканевых рукавах. В первом
случае кабели работают с естественным охлаждением, а во втором случае
кабели, как правило, имеют искусственное водяное охлаждение. В отдельных
редких случаях для малонагруженных гибких участков токопроводов
применяются изолированные кабели с естественным охлаждением.
Наиболее простым в изготовлении и надежным в эксплуатации является
участок гибкого токопровода из голых медных кабелей. Однако при рабочих
токах в несколько десятков килоампер применение голых кабелей связано со
значительными трудностями, обусловленными тем, что при ограниченной
допустимой плотности тока порядка 1—1,5 А/мм2 гибкий участок токопровода
должен выполняться из множества кабелей с весьма неравномерным
распределением тока между ними из-за эффекта близости и с
неблагоприятными условиями естественного охлаждения кабелей.
Рассредоточение кабелей для борьбы с эффектом близости и для улучшения
условий их охлаждения приводит к тому, что размеры поперечного сечения
кабельной гирлянды настолько возрастают, что она становится чрезвычайно
громоздкой и неконструктивной.
При использовании голых кабелей предусматриваются дистанционные
устройства в виде электроизоляционных клиц или перегородок во избежание
коротких замыканий между гирляндами разных фаз и от гирлянд на землю.
Основные данные голых медных проводов по ГОСТ 20685—75, применяемых в
гибких участках токопроводов отечественных дуговых печей, приведены в
табл. 2.5.
На рис. 11.13 показана гирлянда из четырех проводов МГЭ-500 и заделка
проводов в наконечнике. Такие гирлянды и аналогичные им гирлянды с
проводами МГЭ-1000 применяются в токопроводах многих руднотермических
печей, например, электропечей РКО-16,5, РКЗ-16,5 и РПЗ-48. Провода
МГЭ-500 и МГЭ-1000 обычно заделываются в кабельные наконечники по одному
кабелю (иногда в одно гнездо наконечника впаивается два кабеля МГЭ-500).
По усилию, необходимому для обеспечения хорошего электрического
контакта, крепление наконечника с проводом МГЭ-1000 или со спаренным
проводом МГЭ-500 может осуществляться одним болтом диаметром не менее 20
мм, однако для
восприятия момента от боковых усилий при наклонах и поворотах гирлянд
крепление наконечника должно осуществляться не менее чем двумя болтами.
Наиболее тяжелые условия работы голых кабелей имеют место на открытых и
полузакрытых руднотермических печах, где, помимо мощного теплового
излучения и омывания пламенем, кабели подвергаются вредному химическому
воздействию выделяющихся из печи газов и пыли.
Поскольку кабели с естественным охлаждением не могут быть
удовлетворительно защищены от теплового -и химического воздействия со
стороны колошника печи, здесь весьма целесообразно применение
водоохлаждаемых кабелей. При этом защита резинотканевой оболочки кабеля
от теплового излучения и пламени может быть осуществлена при помощи
материалов, обладающих высокой теплостойкостью (асбестовое полотно,
стеклоткань на кремнийорганической связке и др.).
Водоохлаждаемые кабели обладают в сравнении с толыми значительно большей
нагрузочной способностью. Если голый кабель по условиям допустимого
нагрева обычно работает с плотностью тока до 1,5 А/мм2, то
водоохлаждаемый кабель может работать без допустимого перегрева при
практически неограниченной плотности тока порядка 10 А/мм2 и выше.
Оптимальная плотность тока для водоохлаждаемого кабеля должна выбираться
на основании технико-экономического расчета по условию минимума годовых
эксплуатационных расходов, складывающихся в основном из стоимости
амортизации кабеля и стоимости энергии электрических потерь в кабеле за
срок его службы. С увеличением плотности тока уменьшаются расходы на
амортизацию кабеля, но увеличивается стоимость электроэнергии, теряемой
в нем.
В практике эксплуатации дуговых печей плотность тока в водоохлаждаемых
кабелях колеблется в широких пределах — от 2 до 8 А/мм2. Для
предварительного выбора количества и сечения водоохлаждаемых кабелей
рекомендуется ориентироваться на плотности тока 2,5— 4,5 А/мм2. При этом
необходимо учитывать условия размещения кабелей в гирляндах как с точки
зрения возможно большей равномерности распределения тока между
отдельными кабелями, так и в смысле возможности уменьшения реактивного
сопротивления гирлянды.
Конструктивные решения водоохлаждаемых кабелей, применяемых в дуговых
печах, весьма разнообразны. На рис, 11.14 показан водоохлаждающий кабель
на базе провода МГЭ-500, помещенного в стандартный резинотканевый рукав
внутренним диаметром 50 мм. Аналогично может использоваться провод
МГЭ-1000 в рукаве диаметром 65 мм.
Конец провода расклинивается в коническом гнезде
специального наконечника, после чего торец провода заливается мягким
припоем. В случае непоправимого повреждения рукава при хорошем состоянии
провода производится засверловка заделки провода в наконечнике, снятие
наконечника и рукава, замена рукава и повторная заделка провода. Потеря
длины кабеля при каждом таком ремонте составляет не более 100 мм, что
позволяет многократную замену изношенного рукава до потери
работоспособности провода.
На рис. 11.15 показан водоохлаждаемый кабель с использованием провода
МГЭ-1000, помещенного в стандартный резинотканевый рукав внутренним
диаметром 65 мм. В этой конструкции роль наконечника выполняет
специально обработанная медная труба диаметром 60/30 мм, в которую
впаивается конец провода. На ниппель штуцера с внутренней резьбой
насаживается рукав, а между медной трубой и штуцером осуществляется
сальниковое уплотнение при помощи нажимной гайки, вворачиваемой во
внутреннюю резьбу штуцера. В случае износа рукава при сохранности
провода перемонтаж кабеля в новый рукав осуществляется без распайки и
отрезки конца провода. •
Необходимым условием надежной работы водоохлаждаемых кабелей является
высокая механическая прочность и износостойкость резинотканевых рукавов,
подверженных в процессе эксплуатации печи, помимо нагрузок от кручения и
изгиба, ударам и истиранию.
Специальная конструкция водоохлаждаемого кабелк КВС-650 сечением 650 мм2
Бердяиского завода «Азов-кабель» показана на рис. 11.16. Опорой для
навивки жилы кабеля (сердечником) является пружина внутренним диаметром
40 мм из нержавеющей стали диаметром 4 мм. На эту пружину наносится
медная жила в виде двух или трех чулков из медной проволоки диаметром
около 0,5 м. Кабели этого типа обладают весьма прочной в механическом
отношении резиновой оболочкой с капроновым кордом, нанесенной с
вулканизацией на внешний чулок из медных проволок.
По данным опыта эксплуатации в дуговых сталеплавильных печах кабели типа
КВС имеют следующие существенные недостатки:
а) слабая заделка оболочки кабеля в гнезде наконечника не обеспечивает
герметичности системы водоох-лаждения при наличии боковых механических
нагрузок,
возникающих в процессе наклона и поворота кабельных
гирлянд;
б) несовершенная система охлаждения (протекающая через кабель вода не
может омывать наиболее нагруженную током наружную часть медной жилы);
в) при местных повреждениях медной жилы (что наблюдается обычно через
несколько месяцев с начала эксплуатации кабеля) весь кабель приходит в
негодное состояние, поскольку отделить сохранившуюся часть медной жилы и
реставрировать кабель невозможно.
Кабели типа КВС удовлетворительно работают на электропечах со спокойным
режимом при медленных вертикальных перемещениях электрододержателей,
например, в установках для электрошлакового переплава. Токопроводящая
жила водоохлаждаемого кабеля КСВ ДСП 2100 сечением 2100 мм2 состоит из
опорной пружины (сердечника), выполненной из стальной нержавеющей
проволоки диаметром 4—5 мм, трех последовательно
наложенных на нее повивов из медных проводов сечением 16 мм2 н одного
повива из медных проводов сечением Т6 мм2. Наконечник кабеля со сквозным
продольным каналом для прохода воды имеет цилиндрическую хвостовую
часть, на которую насаживается резинотканевый рукав внутренним диаметром
102 мм, и присоединительную часть в виде доски толщиной 50 мм и шестью
крепежными отверстиями диаметром 18 мм с шагом 60 мм в продольном и
поперечном направлениях.
В кольцевую чашу хвостовой части наконечника вводятся все провода
токоведущей жилы и заливаются мягким припоем.
Плотное обжатие резинотканевого рукава на цилиндрической части
наконечника осуществляется специальными хомутами из немагнитной стали
или лентой посредством специального натяжного устройства.
По опыту эксплуатации электропечей ДСП-100 НЗА основным недостатком
кабеля КСВ ДСП-2100 является малая механическая прочность и отсутствие
надежной защиты от теплового излучения круглотканного рукава,
выпускаемого по ТУ 38-105798—75, не предназначенного для специфических
условий работы кабелей в установках дуговых сталеплавильных печей.
На 150-т электропечах фирмы Крупп, установленных на Оскольском
электрометаллургическом комбинате (ОЭМК), используются водоохлаждаемые
кабели сечением 4800мм2 фирмы Флое (ФРГ). Токоведущая часть этого кабеля
состоит из 20 гибких медных проводов сечением 240 мм2, а сердечником
является гибкий резиновый рукав, вокруг которого производится
закручивание проводов на несколько оборотов. С целью уменьшения
истирания медных проводов при изгибах и перемещениях кабелей на 10
проводов (через один) надеваются тонкостенные перфорированные гибкие
трубки. Оболочкой кабеля является прочный резинотканевый рукав с внешним
теплозащитным покрытием асбестовой тканью. Аналогичный кабель сечением
4000 мм2 этой же фирмы имеет токоведущую часть из десяти медных гибких
проводов сечением 400 мм2.
В табл. 2.6 приведены основные технические данные некоторых типов
водоохлаждаемых кабелей, используемых в отечественных дуговых печах при
напряжении до 3000 В.
При конструировании коротких сетей необходимо
иметь в виду, что в гибких участках токопровода должны обеспечиваться в
определенных пределах заданные расстояния между отдельными кабелями в
реальных условиях эксплуатации печи. Это обусловливает необходимость
обеспечения относительной стабильности геометрии гибкого участка
токопровода как при отсутствии токовой нагрузки, так и при различных ее
значениях, вплоть до эксплуатационных коротких замыканий. При отсутствии
достаточно надежной фиксации взаимного расположения обтекаемые током
проводники под действием электродинамических сил меняют взаимное
расположение, вследствие чего повышается активное и особенно реактивное
сопротивление гибкого участка токопровода. Особенно существенно это
сказывается в длинных гибких участках токопроводов дуговых
сталеплавильных печей. В кабельных гирляндах, несущих, полные линейные
токи, не представляет серьезных затруднений фиксировать
взаиморасположение кабелей, при помощи дистанцирующих клиц и таким
образом обеспечить относительную стабильность геометрии гирлянд.
В отдельных конструкциях мощных дуговых сталеплавильных печей с целью
снижения индуктивного сопротивления находят применение схемы короткой
сети
в которых по кабельным гирляндам протекают фазные
токи или разделенные пополам линейные токи, причем смежные гирлянды с
токами разных направлений стремятся помещать по возможности ближе друг к
другу. В пределах одной фазовой или полулинейной гирлянды кабели
фиксируются клицами, но, поскольку смежные •гирлянды идут к разным
электрододержателям, перемещающимся независимо друг от друга, надежно
фиксировать взаиморасположение смежных гирлянд практически невозможно.
Следствием этого является значительное раскачивание кабельных гирлянд в
период расплавления, в результате чего увеличивается индуктивное
сопротивление гибкого участка токопровода и нарушается стабильность
режима работы печи.
Для гибких участков токопроводов современных сверхмощных дуговых печей
большой вместимости характерно применение небольшого количества
массивных водоохлаждаемых кабелей крупных сечений (не более 4 шт. на
фазу). В пределах одной гирлянды кабели удерживаются на фиксированном
расстоянии друг от друга посредством резиновых муфт, надеваемых на
оболочку кабеля с шагом около 0,8—1,0 м (предпочтительны муфты из двух
половин с обжимом вокруг оболочки кабеля при помощи ленты или проволоки
из немагнитного металла). Значительному раскачиванию кабельных гирлянд
от электродинамических усилий между токами разных фаз препятствует
массивность кабелей и триангулированное расположение гирлянд.