Жесткие участки токопровода дуговой печи обычно выполняются медными
шинами прямоугольного сечения или медными трубами круглого сечения.
Шины прямоугольного сечения с естественным охлаждением имеют широкое
распространение на участках токопровода вне зоны значительного
тепловыделения от печи. По действующим Правилам устройства
электроустановок (ПУЭ) температура шин и контактных соединений с учетом
нагрева как электрическим током, так и от внешних тепловых излучений,
как правило, не должна превышать 90 °С. В реконструируемых установках
для вторичных токоподводов допускается для медных шин температура 140 °С
и для алюминиевых 120 °С.
С целью снижения индуктивного сопротивления жесткие участки коротких
сетей дуговых печей по возможности выполняются с бифилярным
расположением шин прямой и обратной полярности. В бифилярном пакете
общее число шин соответствует числу выводов вторичной стороны печного
трансформатора и не превышает 16.
Для шинных пакетов обычно применяются медные шины. Размеры поперечного
сечения медных шин обычно не превышает 400x12 мм.
В жестких участках токопровода находят применение алюминиевые шины
(взамен медных) соответственно увеличенных размеров поперечного сечения.
Для присоединения алюминиевых шин к медным элементам токопроводов
применяются медно-алюминиевые переходные пластины. Алюминиевая часть
пластины приваривается к алюминиевой шине, а медная — присоединяется
болтами к медной детали токопровода. Большая работа по широкому и
эффективному внедрению алюминиевых шин проведена энергетиками Кузнецкого
завода ферросплавов под руководством А. Н. Сидорова.
В условиях, когда шины с естественным охлаждением неприменимы либо по
условиям высокой температуры окружающей среды (например, участки
подвижной части токопровода на рукавах электрододержателей дуговой
сталеплавильной печи), либо при необходимости пропускания рабочего тока,
превышающего допустимый предел нагрузки обычного шинного пакета,
используются медные трубы с водяным охлаждением.
При оценке целесообразности применения трубчатого токопровода необходимо
руководствоваться следующими соображениями. Токоведущие трубы в
сравнении с прямоугольными шинами такой же площади поперечного сечения
обладают повышенным индуктивным сопротивлением. В частности,
индуктивность медной трубы 0 100/70 мм ориентировочно на 20 % больше
индуктивности эквивалентной по сечению медной шины 400Х Х10 мм. Активное
сопротивление труб заметно ниже в сравнении с прямоугольными шинами той
же площади поперечного сечения за счет пониженного удельного
электрического сопротивления водоохлаждаемой трубы, имеющей более низкую
температуру. Выбор оптимальной плотности тока в водоохлаждаемом
трубчатом токо-проводе должен производиться на основании
техникоэкономических расчетов различных вариантов по минимуму
приведенных затрат с учетом стоимости электрических потерь, капитальных
затрат на сооружение токопровода и амортизационных отчислений.
Основываясь на приведенных выше соображениях, области рационального
применения шинных и трубчатых участков токопроводов можно разграничить
следующим образом. Шинные пакеты с естественным охлаждением
предпочтительны при условии отсутствия существенного тепловыделения на
токопровод со стороны печи и достаточной пропускной способности пакета,
соответствующей максимальному рабочему току.
Характерной областью целесообразного применения шинных пакетов являются
участки коротких сетей от выводов печного трансформатора до неподвижных
башмаков большинства дуговых сталеплавильных печей малой и средней
вместимости и руднотермических печей мощностью до 30 MB-А.
Трубчатые водоохлаждаемые пакеты являются практически единственным
возможным решением в условиях повышенного тепловыделения от печи, а
также при рабочих токах, превышающих допустимую нагрузку шинного пакета
с естественным охлаждением. Участки токопровода на подвижных рукавах и
траверсах печей, а также стационарные участки токопровода в зонах
интенсивного тепловыделения, выполняются, как правило, из
водоохлаждаемых труб.
В бифилярных пакетах расстояние между шинами прямой и обратной
полярности должно приниматься минимально возможным и достаточным для
обеспечения надежности работы короткой сети. В токопроводах дуговых
печей преимущественное распространение имеют плоские медные шины
толщиной 10—12 мм.
По требованиям ПУЭ минимальные расстояния между токоведущими деталями
разной полярности, а также между токоведущими деталями и заземленными
конструкциями должны составлять для запыленных помещений с шинами
высотой менее 250 мм — 20 мм, а при больших высотах эта величина
увеличивается на 5ч--М0 мм. Для чистых помещений (трансформаторная
камера) эта величина может быть уменьшена на 5 мм.
В некомпенсированных пакетах с шинами одной полярности увеличение
расстояния между смежными ши-нами целесообразно как с точки зрения
снижения индуктивного и активного сопротивлений, так и с целью улучшения
условий охлаждения шинного пакета. В этих условиях расстояние между
шинами ограничивается допустимым размером ширины пакета и другими
конструктивными соображениями.
На рис. II.7 показан шинный мост (ошиновка вторичной стороны
трансформатора до неподвижных башмаков на выходе из стены печной
подстанции дуговой сталеплавильной печи ДСП-25), выполненный медными
шинами сечением 300X12 мм.
При двухбифилярной схеме короткой сети («несимметричный треугольник на
электродах») на рукава электрододержателей фазные токи должны подаваться
через шесть кабельных гирлянд. В соответствии с этим из окна печной
подстанции должны выйти шесть так называемых полуфазных пакетов шин.
Конструкция ошиновки не представляет сложности, за исключением того, что
данная схема требует, чтобы рядом с полуфазой «а» из окна выходила
полуфаза «*», для чего в ошиновке предусматривается специальная
перемычка 4.
Каждая пара соответствующих полуфаз сводится в общий пакет из четырех
шин (по 2 шины на полуфазу), а перед оконным проемом печной подстанции
полуфазы раздвигаются на расстояние, определяемое по условиям компоновки
кабельных гирлянд.
В общем пакете из четырех шин расстояние между смежными шинами разной
полярности принимаются 20 мм, а между шинами одной полярности — около 40
мм. Последнее ограничивается допустимым габаритом ширины пакета,
проходящего через окно трансформатора тока. В ряде случаев измерение
тока осуществляется на первичной стороне печного трансформатора, за счет
чего конструкция шинного моста несколько упрощается.
На рис. II.8 показан шинный мост электропечи ДСП-100И6 со схемой
короткой сети, треугольник на «неподвижных башмаках», выполненный из
водоохлаждаемых медных труб диаметром 200/170 мм.
Конструкция шинного моста предельно упрощается, если соединение в
треугольник осуществляется внутри печного трансформатора. В таких
случаях от каждой фазы трансформатора линейный ток выводится через одну
или несколько параллельных шин и через них доводится до неподвижных
башмаков короткой сети.
При этом с целью уменьшения индуктивного
сопротивления шинного моста (а это требуется только в тех случаях, когда
высокое индуктивное сопротивление остальных участков печного контура
ограничивает возможность работы печи в оптимальном режиме) шины одной
фазы рекомендуется по возможности отдалять друг от друга, а пакеты шин
разных фаз сближать.
Переход от шинных пакетов к гибкому участку токопровода осуществляется
посредством неподвижных башмаков 8, выполняемых либо из медных шин с
естественным охлаждением, либо из медных досок, обычно имеющих водяное
охлаждение в виде просверленных в них каналов. Необходимость водяного
охлаждения башмаков определяется конкретными условиями работы печной
установки, в частности величиной рабочего тока, воз-можностью перегрузки
трансформатора, а также режимом работы печи.
Нагрузка от массы башмаков и кабельных гирлянд воспринимается подвесками
на концах шинных пакетов, а боковые усилия на шинные пакеты при наклонах
печи — опорными металлоконструкциями 7, к которым крепятся сжимы шинных
пакетов 5.
В шинных пакетах большой протяженности и сложной конфигурации иногда
возникает необходимость иметь разъемное соединение. Это может вызываться
условиями изготовления, монтажа и транспортировки пакетов, а также
соображением облегчения аварийного ремонта и замены отдельных участков
токопровода.
Для многошинного бифилярного пакета раздельное болтовое соединение
каждой шины в месте разъема вызывает существенное увеличение ширины
пакета с значительным его усложнением (рис. II.9). Более простым
и компактным является разъемный стык бифилярного
пакета с общей стяжкой всех шин пакета (рис. 11.10, с).
При выборе материала и диаметра стяжных шпилек необходимо учитывать
указания, приведенные в п. 1 данной главы.
На рис. 11.10,6 показано разъемное соединение шинного пакета с
проводниками одной полярности. Заполнение промежутков между шинами в
такой конструкции стыка может осуществляться либо отрезками шин, либо
электроизоляционными прокладками достаточной тепловой и механической
стойкости. Однако при этом следует учитывать, что изоляционные прокладки
обычно имеют значительно меньшие коэффициенты линейного расширения в
сравнении с медью (ориентировочно в 3 раза), вследствие чего при
некоторых условиях может произойти недопустимое ослабление сжима пакета
при его работе.
При необходимости могут применяться изоляционные прокладки в сочетании с
прокладками из алюминия, обладающего высоким коэффициентом линейного
расширения.
Компоновка проводников в пакетах из труб производится по тому же
принципу, как и в шинных пакетах. В трубчатых пакетах с токами одного
направления расстояние между смежными трубами следует принимать
максимально возможным по конструктивным условиям (например, токоведущие
трубы на траверсах электрододержателей руднотермических печей и на
рукавах электрододержателей сталеплавильных дуговых печей).
Для бифилярных трубчатых пакетов применяется два вида расположения труб
разной полярности — коридорное и шахматное.
Шахматное расположение труб дает в сравнении с коридорным заметное
снижение индуктивного сопротивления пакета при значительно меньшем
различии величин сопротивлений отдельных труб пакета. Если при
четырехрядном коридорном расположении труб отношение максимального
индуктивного сопротивления отдельной трубы среднего ряда к минимальному
индуктивному сопротивлению трубы крайнего ряда может составлять 4—6, то
при шахматном расположении это отношение уменьшается до 1,4—1,8.
Однако несмотря на преимущества шахматного расположения с
электротехнической точки зрения, в практике чаще применяется коридорное
расположение труб.
Обусловлено это с одной стороны повышенной
сложностью изготовления, монтажа и ремонта шахматного пакета, особенно
на концевых участках перехода к выводам трансформатора и к башмакам
короткой сети, а с другой стороны тем, что доля индуктивности
бифилярно-го пакета в суммарной индуктивности печного контура весьма
незначительна.
Наибольшее распространение имеют бифилярные пакеты с двухрядным и
четырехрядным расположением труб, причем, четырехрядный пакет в
коридорном исполнении может иметь либо чередующиеся ряды труб разной
полярности, либо два средних ряда одной полярности. Обе эти
разновидности коридорного пакета в первом приближении равноценны по
величинам индуктивного и активного сопротивлений, поэтому выбор того или
другого определяется соображениями простоты и удобства присоединения
труб пакета к смежным элементам токопровода.
Расстояние в свету между токоведущими трубами разной полярности
рекомендуется принимать равным
0,35—0,4 наружного диаметра трубы, но не менее 25 мм.
На рис. 1.11 представлен трубчатый токопровод одной фазы прямоугольной
шестиэлектродной печи РПЗ-48 для выплавки марганцевых сплавов, питаемой
от трех однофазных трансформаторов мощностью по 21 MB-А. В соответствии
с количеством и расположением боковых трубчатых выводов печного
трансформатора пакет выполняется из 32 медных труб диаметром 60/40 мм с
четырехрядным коридорным расположением по 8 труб в вертикальном ряду с
двумя средними рядами одной полярности. Такое расположение принято по
соображениям простоты и удобства присоединения трубчатых пакетов, к
неподвижным башмакам, находящимся по обеим коротким сторонам
самообжигающегося электрода прямоугольного поперечного сечения. Полный
пакет доходит до ближней к трансформатору пары неподвижных башмаков,
после чего пакет раздваивается — два ряда труб идут к двум неподвижным
башмакам одного электрода, остальные два ряда идут дальше к аналогичным
башмакам второго электрода.
На неподвижном и подвижном башмаках количество отверстий для крепления
кабельных наконечников определяется количеством наконечников, т. е. в
конечном счете сечением и типом применяемого гибкого кабеля. Для
четырехниточных гирлянд с кабелями МГЭ-500 в
каждом башмаке этой печи сверлится 44 отверстия под
22 кабельных наконечника (по 11 наконечников с каждой стороны башмака).
При аналогичных гирляндах с кабелями МГЭ-1000 число отверстий в башмаке
сокращается до 32.
Подвижная жесткая часть токопровода на траверсе электрододержателя печи
РПЗ-48 выполняется 16 медными трубами диаметром 60/40 мм, соединяющими
два подвижных башмака с восемью контактными щеками (по 2 трубы на I
щеку).
Трубчатые участки токопровода на рукавах электрододержателей дуговых
сталеплавильных печей выполняются с разным числом труб в зависимости от
мощности печи, схемы короткой сети и ряда конструктивных соображений.
Для печей вместимостью до 25 т на каждом рукаве обычно прокладываются
две медных трубы наружным диаметром до 60 мм.
При выборе количества и сечения токоведущих труб необходимо иметь в
виду, что индуктивное сопротивление трубчатого некомпенсированного
пакета в основном определяется формой и размерами контура, очерченного
по наружным поверхностям труб в поперечном сечении токопровода.
При проработке конструкции трубчатого пакета на линейный ток 90 кА
сравнивались два варианта: в первом варианте ток передается 8 трубами
диаметром 100/ /70 мм, расположенными своими осями по двум
противолежащим сторонам квадрата 1000Х1000 мм, а во втором— 4 трубами
диаметром 180/150 мм, расположенными по углам такого же квадрата.
Сечения медных труб подбирались так, чтобы в обоих вариантах иметь
приблизительно одинаковые активные сопротивления при плотности тока
около 3 А/мм2. По данным расчетов индуктивное сопротивление труб в обоих
вариантах практически одинаково, поэтому при выборе оптимального
варианта следует руководствоваться в основном конструктивными
соображениями, в частности, условиями присоединения труб к корпусу
электрододержателя и к подвижному башмаку на хвостовой части рукава.