Короткая сеть ДСП

Короткая сеть (рисунок 1) состоит из трех участков: пакета плоских медных шин 2 и 3, соединяющих выводы трансформатора 1 с гибким токопроводом 4, пакета медных шин или водоохлаждаемых труб 5, соединяющих гибкий токопровод с находящимся в электрододержателе 6 электродом 7.

Ввиду большой потребляемой печью мощности (несколько десят­ков тысяч киловатт) и низкого напряжения дуги (100—400 В) по короткой сети протекают токи силой до нескольких десятков тысяч ампер, поэтому токопровод короткой сети выполняют большого се­чения и, как правило, из медных шин.

Для уменьшения потерь на нагрев плотность тока обычно прини­мают в шинах и водонеохлаждаемых кабелях равной 1,5, в гибких водоохлаждаемых кабелях 2,3—3, в водоохлаждаемых трубах 3—3,5А/мм².

Несмотря на относительно небольшую (несколько метров) длину вторичного токопровода, его активное и особенно индуктивное со­противления являются определяющими для характеристики электрической установки в целом.

Большая сила тока требует большого сечения проводников, ко­торое составляет несколько тысяч квадратных миллиметров на фазу. Большие сечения, малая длина, сложные конфигурации и шихтовка проводников усиливают обычно мало заметные при частоте 50 Гц явления поверхностного эффекта (вытеснение тока из середины про­водника на поверхность), эффекта взаимодействия между собой тока одной фазы, протекающего по нескольким параллельным шинам, а также взаимодействия общего тока одной фазы с током другой фазы.

Электрический к.п.д. установки и ее cosφ в значительной мере определяются параметрами короткой сети. Полное сопротивление контура печи Z_к.п складывается из сопротивления трансформаторного агрегата Z_TP, сопротивления короткой сети Z_к.с и сопротивле­ния собственно рабочей части печи Z_n. Если трансформаторный агрегат включает в себя дроссель или в установке имеется отдельный дроссель, то добавляется сопротивление дросселя Z_др.

Таким образом, полное сопротивление контура печи будет равно геометрической сумме полных сопротивлений составляющих его участков:

Каждый из указанных участков обладает активным и реактивным сопротивлениями, которые связаны с полным сопротивлением за­висимостью:

В большинстве случаев индуктивное сопротивление рабочей части печи мало, поэтому можно принять Х_п=0 и Z_H = R_n, тогда

Так как сила тока при замыкании электродов на металл не должна превышать 2,5-т- 3,5-кратного от номинального значения, вопрос о не­обходимости введения дополнительного сопротивления дросселя в контур печи приходится решать в зависимости от величины Z_к.с и характера режима работы печи, а именно частоты эксплуатацион­ных коротких замыканий.

Очень важным является уменьшение индуктивного сопротивле­ния короткой цепи, которое в 3—7 раз больше активного и определяет коэффициент мощности (cosφ). Так как точно рассчитать сопротивление Х_к.с и R_к.с короткой сети невозможно, на вновь построенной печи должен быть проведен опыт короткого замыкания для определения истинных  значений Х_к.с и R_к.с короткой сети, позволяющий построить рабочие характеристики для определения оптимальных режимов работы печи.

Рассмотрим отдельные участки короткой сети.

Гибкие компенсаторы

Шины короткой сети под­соединяют к выводам трансформатора не непосредственно, а через гибкие компенсаторы, выполненные в виде пакетов гибких медных лент толщиной 0,5мм. Суммарная площадь сечения пакета компен­сатора должна быть равна или больше площади поперечного сече­ния пакета шин короткой сети. Свободная длина пакета состав­ляет 0,3—0,5м. На этом участке устраиваются два-три перегиба, обеспечивающих необходимую гибкость пакета. Благодаря наличию гибких компенсаторов можно надежно уплотнить выводы трансфор­матора и гарантировать герметичность уплотнений при температур­ных расширениях шин короткой сети и при вибрации бака транс­форматора.

Шихтованный пакет шин

Шихтованный пакет шин представляет собой одну из наиболее длинных частей вторичного токопривода, поэтому при­нимают все меры для уменьшения его индуктивного сопротивления. Это достигается размещением рядом проводников, токи в которых протекают в противоположных направлениях, т. е. путем шихтовки проводников. Чаще всего применяют шихтовку двух видов:

1. чередование прямого и обратного проводов одной фазы, ко­торое применяют при выполнении короткой сети по схеме «треуголь­ник» на электродах;
2. чередование проводов трех фаз в трехфазных печах по схеме «звезда» на электродах.

Существо явлений, достигаемых шихтовкой шин, заключается в том, что индуктивность и, следовательно, индуктивное сопротив­ление проводника, находящегося в шихтованном пакете, опреде­ляются его собственной индуктивностью L_1-1 и взаимными индук­тивностями от соседних пакетов или шин пакета М_1-2,  М_1-3, М_1-4 …М_1-n.

Таким образом: L₁ = L_1-1 ± М_1-2 ± М_1-3 ± .. ±М_1-n

где L₁—  полная индуктивность первого пакета шин. Знак вели­чины М зависит от направления тока в проводнике. Если токи направлены в противоположные стороны, то величина М вычитается из величины L₁.

Применение шихтовки позволяет свести индуктивное сопротив­ление шихтованного пакета, составляющего половину длины от всей короткой сети, к 10—15% от ее общего сопротивления. Вели­чина взаимной индуктивности зависит от расстояния между про­водниками, и чем ближе расположены проводники, тем больше величина М. Поэтому целесообразно сближать между собой про­водники там, где величина М отрицательна (противоположные направления протекания токов или разные фазы) и увеличивать при положительных значениях М.

Дробление токопровода фазы на ряд параллельных проводни­ков, т. е. шихтовка и расшихтовка проводников при подходе к элек­троду, приводит к некоторой асимметрии фаз и к различной длине шин фаз, что в свою очередь вызывает неодинаковое активное сопро­тивление отдельных фаз. В результате разность полного, актив­ного и индуктивного сопротивлений различных фаз при шихтованных пакетах достигает 20—25%.

Если не применять шихтовки, эта разность может достичь 60—80%, что обусловит перегрузку током наиболее загруженной «ди­кой» фазы на 60—80%.

Гибкий токоподвод

Электроды печи передвигаются в вертикальной плоскости, наклоняются при наклоне печи для слива металла и шлака и отворачиваются вместе со сводом длязагрузки шихты сверху (на печах ДСП), что вызывает необходи­мость выполнения гибкого участка короткой сети.

Размеры и конструкция гибкой части зависят от конструкции и характера работы печи и общей ее компоновки. Общая длина гиб­кой части короткой сети может быть соизмерима и даже превышать длину шихтованного пакета шин. Она выполняется из специальных медных гибких полых не изолированных многожильных кабелей.

Применение полых кабелей обусловлено поверхностным эффек­том. При частоте 50 Гц глубина проникновения тока составляет примерно 10 мм. Внутренняя часть кабелей типа МГЭ имеет джуто­вую сердцевину. Допустимая нагрузка кабеля типа М1Э-500 (500 мм²) должна быть не более 800 А. В печах большой мощности, где необ­ходимо пропускать токи силой в несколько десятков тысяч ампер, приходится выполнять целые гирлянды параллельных кабелей.

В современных печах гибкую часть короткой сети выполняют из водоохлаждаемых изолированных резиновым шлангом кабелей, что дает возможность сблизить между собой пакеты фаз, а в систе­мах, работающих по схеме «треугольник на электродах», соединять в одну гирлянду провода с прямой и обратной полярностью одной и той же фазы. Это приводит к значительному уменьшению индук­тивного сопротивления гибкой части короткой сети. Применение гибких водоохлаждаемых кабелей особенно целесообразно при одно­временном применении медных водоохлаждаемых труб токопровода по печи к электродам с водоохлаждаемым электрододержателем, поскольку при этом достигается удобство выполнения цепи водоохлаждения короткой сети и электрододержателей.

Однако гибкий водоохлаждаемый токопровод требует более тщательного ухода, частного осмотра и устранения утечки воды в местах соединения. Увеличение массы заполненного водой кабеля требует специальных приспособлений для монтажа и демонтажа кабелей. На заводах, расположенных в зонах с суровыми клима­тическими условиями, в обычно не отапливаемых электросталепла­вильных цехах при остановке печи на ремонт или длительный осмотр, а также при вынужденных остановках печи во избежание замерза­ния приходится сливать воду из водоохлаждаемых труб и кабелей.

Для слива воды с провисающей части водоохлаждаемых кабелей их необходимо отсоединять от пакета шин и опускать на пол. Так как узел крепления кабелей находится на уровне 5—8м от рабочей площадки и сложен по конструктивному исполнению, то такой демонтаж с последующим монтажом выполнить достаточно трудно.

Элементы конструкции печи, расположенные вблизи токоведу­щих проводников, оказываются в области переменного магнитного поля. Это приводит к дополнительным потерям энергии на перемагничивание конструкций, составляющим 20—30% от общих потерь в короткой сети, в связи с чем близко расположенные к токоведу­щим элементам металлические конструкции изготовляют из немаг­нитных материалов.