Реактивные и активные сопротивления
руднотермических печей
Электрические характеристики печной установки определяются величинами
сопротивлений в эквивалентной схеме звезды (рис, 1.1,а),
характеризующими потери реактивной и активной энергии. Реактивные
сопротивления каждой фазы эквивалентной схемы определяются
сопротивлениями следующих ее элементов: электропечной трансформатор,
короткая сеть, включая компенсаторы, шинный пакет, пакет гибких
проводников и электродо-держатель (без электродов), электроды и участок
прохождения тока внутри ванны печи.
Активные сопротивления, определяющие электрические характеристики,
включают: электропечной. трансформатор, короткую сеть (включая ту часть
электродов, в которой имеют место непроизводительные потери энергии), и
переходное сопротивление контактных щек. Здесь и в дальнейшем будут
приводиться только значения активных сопротивлений, определяющих потери
энергии.
В табл. 3.5 приведены средние значения величин реактивных и активных
сопротивлений одной фазы эквивалентной звезды, указанных выше участков
электропечного контура и их относительные значения в процентах.
Для шестиэлектродных печей, у которых каждая пара
электродов питается от одного однофазного трансформатора, Uф.к.н
соответствует напряжению на трансформаторе. Сопротивления короткой сети,
электродов и ванн определены на основании данных измерений на:
действующих печных установках, проведенных институтами ВНИИЭТО,
ЛенНИИГИПРОХИМ, ВАМИ, предприятием Центроэнергочермет, а также
рассчитаны авторами по эксплуатационным данным.
Исследования коротких сетей большинства ферросплавных, фосфорных и
карбидных печей проводились на действующих печных установках с
одновременным выполнением физического моделирования, а также расчетов
большого числа вариантов их модернизации. Данные по сопротивлениям
ферросплавных печей Ж№ 2, 4, 6, 8, 18, 19 и некоторых других определены
исходя из обработки средневзвешенных значений реактивных и активных
мощностей и рабочих напряжений, которые принимались по оперативным
журналам эксплуатационного персонала.
а) Реактивные сопротивления печей большой мощности
(30—80 MB-А )
В табл. 3.5 приведены значения реактивных (лс) и активных (г)
сопротивлений руднотермических печей.
Анализ этой таблицы показывает, что реактивные сопротивления
трансформаторов для трехэлектродных ферросплавных и карбидных печей
большой мощности лежат в пределах 0,07—0,20 мОм (меньшие значения
относятся к печам большей мощности). Шестиэлектродные ферросплавные печи
имеют то же значение реактивного сопротивления трансформаторов,
приходящегося на один электрод, из чего следует, что их сопротивление на
фазу будет в два раза выше (0,2—0,3 мОм).
Фосфорные печи, имеющие относительно меньшие отношения тока к
напряжению, оборудованы трансформаторами со значительно более высокими
эквивалентными реактивными сопротивлениями (0,24—0,62 мОм). Следует
отметить, что наименьшее значение относится к трансформатору
ЭОЦНС-30000/35, который в настоящее время снят с производства из-за
пониженной надежности, заменивший его трансформатор, имеет реактивное
сопротивление порядка 0,35 мОм.
Реактивное сопротивление коротких сетей печей большой мощности лежит в
пределах 0,25—0,60 мОм.
Реактнвное сопротивление электродов и ванн этой труппы печей лежит в
широких пределах от 0,30 до
0,74 мОм и определяет колебания суммарного реактивного сопротивления
электропечного контура, которое составляет для трехэлектродных
ферросплавных печей
0,70—1,22 мОм.
Ферросплавные печи с верхним токоподводом (М® 16) и с глубокими боковыми
токоподводами №№ 17, 20 имеет суммарное реактивное сопротивление
примерно на 10—20% ниже (0,71—0,92 мОм). Более значительный эффект
достигается для открытых печей с глубоким боковым вводом. При этом для
печей средней мощности с верхним токоподводом сокращается реактивное
сопро-тивление электродов и ванны до величины 0,33 мОм,. вместо 0,5 мОм
и во втором случае короткой сети до величины 0,38 мОм, вместо 0,5—0,6
мОм в традиционных конструкциях. Для руднотермических печей большой
мощности применение верхнего токоподвода дает сокращение реактивного
сопротивления всего контура с 1,22 до 0,98м0м, т.е. примерно на 25% за
счет резкого сокращения сопротивления гибкой части короткой сети, а
также за счет сокращения реактивности ванны.
Для трехэлектродных прямоугольных карбидных печей реактивное
сопротивление контура 0,68—1,1 мОм; трехэлектродных фосфорных
печей—1,2—1,6 мОм; шестиэлектродных ферросплавных печей — 2,0—2,4 мОм
Распределение реактивного сопротивления по участкам короткой сет» и по
фазам (I, 11, III) различных типов печей приведены в табл. 3.6 и 3.7,
где в качестве примеров рассмотрены:
1) круглые трехэлектродные печи с расположением трансформаторов с одной
стороны: импортная ферросплавная печь РКЗ-81уП, отечественные
ферросплавные печи РКО-16,5, PK3-13,8, РКЗ-16,5, РКО-20 (с верхним
токоподводом); РКО-20 (с глубоким боковым вводом); РКО-29;
2) прямоугольные карбидные печи со схемой «звезда на трансформаторе» (РПО-бОк,
РПО-Юк);
3) прямоугольная карбидная печь со схемой «треугольник на электродах»
(РГ10-40к);
4) шестиэлектродная печь РГ13-63,0уу;
5) фосфорная печь РКЗ-48ф с симметричной короткой сетью.
Из табл. 3.6, 3.7 следует, что фазные сопротивления существенно
отличаются лишь у прямоугольных печей (независимо от схемы короткой
сети), а у круглых печей с расположением трансформатора с одной стороны
они практически равны. Кроме того, следует отметить, что участками,
определяющими реактивное сопротивление короткой сети, являются трубки
электрододержателя и гибкие проводники, а шинный пакет с бифилярным
расположением проводников составляет лишь 8—10 % от общего
сопротивления.
Рассмотренные выше реактивные сопротивления определены для номинальных
токов печной установки. При работе печи на меньших токах их реактивное
сопротивление несколько возрастает. Для карбидных и ферросплавных печей
это увеличение лежит в пределах 5—7 %
и может не учитываться при расчете их параметров. Как показала
статистическая обработка данных реактивных сопротивлении фосфорных
печей, этот фактор для этого типа печей играет большую роль
б) Реактивные сопротивления печей средней мощности
(4,5—15,0 MB-А).
Печи средней мощности имеют, как правило, сопротивления участков
электропечного контура выше, чем соответствующие электропечные агрегаты
большой мощности. При этом колебания величин сопротивлений весьма
высоки, так как в ряде случаев их конструкции далеки от оптимальных.
Большие сопротивления имеют печи РКЗ-4,5 и РКЗ-5,5, которые
принципиально отличаются от других печей наличием наклоняющейся ванны и
режимом работы, близким к сталеплавильным печам. Повышенное реактивное
сопротивление имеют также фосфорные печи средней мощности типа РКЗ-10,5ф
и РКЭ-13,8ф (табл. 3.6 и 3.7). Прямоугольные печи с расположением
трансформаторов с широкой стороны печи имеют реактивное сопротивление
примерно на 40 % больше, чем у печей большой мощности, имеющих
расположение трансформатора с узкой стороны печи. При этом характер
асимметрии сопротивлений обоих типов печей практически одинаков (см.
табл. 3.7).
в) Активные сопротивления
Активное сопротивление короткой сети печных установок (табл. 3.5) лежит
в пределах 0,01—0,10 мОм. Нижний предел 0,01—0,05 мОм характерен для
коротких сетей печей большой мощности 40,0—60,0 MB • А. Печи средней
мощности (15,0—22,0 MB-А) имеют сопротивление коротких сетей в пределах
0,035—0,050 мОм, и только печи меньшей мощности имеют короткие сети с
величиной сопротивления, приближающейся к верхнему пределу. Существенную
величину сопротивления имеют участки
контакта щека — электрод и самих электродов.
Следует отметить, что эти величины в значительной степени изменяются в
процессе эксплуатации в зависимости от условий работы печной установки.
Величины активных сопротивлений электродов, указанные в таблице,
относятся к участку, на котором имеют место потери электрической
энергии. Длина этого участка принималась для открытых печей равной 0,8
м, а для закрытых печей — 1,3—1,5 м. Удельное сопротивление электрода
принималось по данным замеров на действующих печах в пределах 60—80
мОм-см.