ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ КОРОТКИХ СЕТЕЙ И ВЫБОР ИХ
КОНФИГУРАЦИИ
Схемы коротких сетей
Короткая сеть является одним из важнейших участков в электрическом
контуре печной установки. Короткой -сетью или вторичным токоподводом
называют совокупность проводников, соединяющих низковольтные выводы
источника питания (печного трансформатора) с рабочей зоной электрической
печи, включая устройства электрической изоляции, системы охлаждения,
конструкции крепления проводников и других элементов. Такое определение
свидетельствует о том, что в состав короткой сети включаются не только
участки с медными или алюминиевыми токопроводами, но и электроды (та их
часть, .которая определяет потери энергии) [1].
Различают следующие элементы короткой сети:
а) компенсаторы — гибкие ленты, соединяющие выводы низшего напряжения
электропечного трансформатора с неподвижной частью короткой сети.
Назначение их — компенсировать изменения линейных размеров проводников
неподвижной части короткой сети, возникающих при колебании их
температуры, и тем самым ликвидировать механические нагрузки на систему
уплотнений выводов низшего напряжения электропечного трансформатора;
б) шинный пакет — наиболее длинная неподвижная часть короткой сети
руднотермических электропечей, состоящая либо из прямоугольных шин, либо
из водо-охлаждаемых трубчатых проводников. В дуговых сталеплавильных
печах (ДСП) шинный пакет имеет весьма малую протяженность;
в) неподвижный башмак — для соединения и передачи тока от проводников
шинного пакета к гибким проводникам короткой сети;
г) пакет гибких проводников (голых кабелей, гибких лент или
водоохлаждаемых кабелей) —для передачи тока от неподвижного башмака к
подвижному башмаку, перемещающемуся совместно с электрододержателем. В
сталеплавильных печах гибкие проводники одновременно обеспечивают
возможность наклона печи для слива металла и шлака. Для ДСП это наиболее
существенная часть короткой сети;
д) подвижный башмак — для соединения и передачи
тока от пакета гибких проводников к электрододержа-телю;
е) проводники и токопроводящие конструкции элект-рододержателя;
ж) контактные щеки (плиты) или головки электро-додержателей
сталеплавильных печей — для передачи тока от электрододержателя к
электроду, обеспечивающие возможность перепуска электрода (относительно'
конструкции электрододержателя);
з) электроды.
Активные и особенно индуктивные сопротивления короткой сети оказывают
определяющее влияние на электрические характеристики электропечной
установки. По проводникам короткой сети протекают весьма большие токи
промышленной частоты, которые создают вокруг проводников сильные
магнитные поля. Вследствие этого особое значение приобретают такие
явления, как поверхностный эффект, эффект близости, внешний
поверхностный эффект (неравномерное распределение тока по отдельным
проводникам), перенос мощности между отдельными проводниками и фазами,
потери энергии в металлических конструкциях и др.
Включение в электрический контур печи реактивного сопротивления короткой
сети в значительной степени ухудшает электрические характеристики печи и
приводит к загрузке источников ее питания большой реактивной мощностью.
Эти явления накладывают особые требования к коротким сетям — минимально
возможная длина, наиболее рациональная транспозиция проводников,
равенство параметров отдельных фаз, минимальные величины активных и
реактивных сопротивлений и т. п. Вместе с тем, некоторые печи малой
мощности с открытым дуговым разрядом не могут работать при отсутствии в
цепи достаточной индуктивности.
Особенности коротких сетей заключаются также в существенном влиянии их
параметров на режимы работы электропечных установок и на
производительность агрегатов.
В связи с этим создание рациональной конструкции короткой сети является
весьма сложной и важной инженерной задачей, решению которой были
посвящены многие работы в СССР и за рубежом. Несмотря на то что за
последние годы значительно возросла единичная мощность электропечей,
наиболее распространенными
продолжают оставаться трехэлектродные печи со
схемами соединений короткой сети: «треугольник» на электродах и «звезда»
на трансформаторе. При этом первая схема чаше встречается на печах с
круглыми ваннами, а вторая — на печах с прямоугольными ваннами. В связи
с ростом мощностей начинают создавать шестиэлектродные печи. Однако
короткие сети этих печей часто повторяют элементы трехэлектродных печей.
По проводникам коротких сетей, имеющих схему соединения «звезда»,
протекают те же токи, что и по электродам печи, а по проводникам
коротких сетей, имеющих схему «треугольник», протекают фазные токи,
разность которых образует линейные токи в электродах. В зависимости от
места соединения в треугольник по части проводников короткой сети могут
протекать линейные токи. Эквивалентные схемы печных установок с обеими
схемами соединений даны на рис. 1.1.
В зависимости от места соединения проводников или обмоток низшего
напряжения трансформатора в нулевую точку различают схемы: у
а) звезда на трансформаторе — выводы обмоток низшего напряжения
собираются в нулевую точку либо в баке печного трансформатора, либо на
его крышке;
б) звезда на печи — проводники, соединенные с
началами или концами обмоток низшего напряжения, сходятся в нулевую
точку в районе ванны печи.
В случае схемы «треугольник» в каждую ветвь фазы входят не только
вторичные обмотки трансформаторного агрегата (как это имеет место у
силовых трансформаторов), но также шины и кабели, соединяющие
трансформатор с электродами печи. При этой схеме соединения по некоторым
проводникам короткой сети протекают фазные токи с противоположными
направлениями, что создает для таких конструкций печей возможность
лучшей компенсации магнитного потока и значительного уменьшения
реактивного сопротивления. В зависимости от места соединения проводников
в треугольник различают схемы:
а) треугольник на электродах—местом соединения короткой сети в
треугольник является электрододержа-тель печи, линейные токи текут по
электродам к ванне печи;
б) треугольник на шинном пакете — треугольник собирается на неподвижных
башмаках гибких проводников короткой сети, линейные токи текут от
неподвижных башмаков через гибкие кабели и электроды, к ванне печи;
в) треугольник на гибких кабелях — треугольник собирается на подвижных
бащмаках гибких проводников. Линейные токи текут от подвижных башмаков
через электрододержатель и электроды к ванне печи. Вышеуказанные
названия имеют условный характер и в настоящей работе принято в основном
название «треугольник» по элементу, на котором заканчивается протекание
фазных токов.
Электрические параметры короткой сети зависят не только от выбранной
электрической схемы соединения (треугольник или звезда), но и от
взаимного расположения ее элементов и их геометрических размеров, т. е.
ее конфигурации.