2.4.2. Короткая сеть

Короткой сетью рудно-термической печи называют участок токопровода от трансформатора до уровня шихты. Этот токопровод является важной частью конструкции печи и включает проводники тока от вторичной обмотки трансформатора к контактным щекам электродержателя и электроду[16].

Для мощной печи потери электроэнергии в короткой сети составляют ~35% от общих потерь или 7-15% подводимой мощности. Часть этих потерь (3-10%) относится к потерям в шинах, трубах и щеках, а часть (4-12%) – в электродах. Короткая сеть пропускает электрический ток в десятки тысяч ампер, что вызывает появление вокруг проводников высоких магнитных полей и усиление всех явлений, приводящих к увеличению активного сопротивления короткой сети, а именно: поверхностного эффекта и эффекта близости, неравномерной нагрузки фаз по силе тока и мощности.

Для уменьшения вредного влияния этих эффектов короткую сеть не выполняют из массивных шин, а используем плоские медные шины с большим отношением ширины к толщине, с расположением их на минимальном расстоянии одна от другой и выполнением условия противоположного направления в них тока. Указанное расположение шин называют шихтованием. Допустимую толщину шин определяют по степени развития поверхностного эффекта. При переменном токе с частотой 50 Гц толщина шины из красной меди не превышает 13 мм, а из алюминия – 17 мм.

Поверхностный эффект в электродах незначителен, так как удельное сопротивление их примерно в 3000 раз больше удельного сопротивления меди и магнитная проницаемость мала. Поэтому при определении сечения электродов поверхностный эффект на них не учитывают. Чтобы максимально снизить активное сопротивление и потери в контактах, токоведущие шины мощных печей сваривают. Исходя из значения общего активного сопротивления короткой сети, определяют величину потерь мощности печи:

Р_ПОТ = 3 ∙ I²∙ R_к.с. = 3 ∙ 105973,03² ∙ 1,2 ∙ 10^-4 = 3,6 ∙ 112,3 ∙10⁸ ∙ 10^-4 = 4042800[В∙А] = 4042,8 кВ∙А (2.12)

Величину потерь короткой сети Р_{ПОТ.К.С.} определяют по разности между потребляемой из сети мощностью, измеренной на первичной стороне, и полезной мощностью, измеренной на электродах на уровне шихты. Активное сопротивление фазы кототкой сети составит[16]:

_(2.14)

Снижения активного сопротивления и активных потерь в токоподводе короткой сети достигают интенсивным охлаждением отдельных элементов и участков, расположением токоподвода в стороне от прямого воздействия тепла, выделяемого колошником.

Экономичная плотность тока для медных шин составляет 1,5 – 2,0, а для алюминиевых – 0,8 А/мм². В гибких кабелях допустима плотность тока 1,0-1,7 А/мм². Кабели или ленты короткой сети закрепляют неподвижно в башмаках шинного пакета со стороны трансформатора и в подвижных башмаках каждой фазы со сторон печи, откуда идет токоподвод к щекам электродержателя. Для повышения долговечности и снижения активного сопротивления подвижные контактные башмаки фаз над колошником эффективно охлаждают. Рекомендуемая плотность тока в контактных башмаках должна составлять 0,1-0,2 А/мм² поверхности контакта. Токоподвод от подвижного башмака к щекам электродержателя выполняют из водоохлаждаемых труб размерами 50/30, 60/40, 80/50 с толщиной стенки 10-15 мм[1].

Плотность тока в медных водоохлаждаемых трубах принимают равной 4-7 А/мм². Одной из важных характеристик ферросплавных печей является реактивное сопротивление короткой сети, зависящее от сопротивления самоиндукции и взаимоиндукции отдельных участков токоподвода печи. Высокое реактивное сопротивление короткой сети уменьшает общую активную мощность и производительность. Реактивное сопротивление фазы короткой определяют по замерам потребляемой печью активной мощности, силы тока в электродах всех фаз и средней величины силы тока и напряжения питающей сети. Реактивное сопротивление для рудно-термической печи РКЗ-33 будет в пределах (1–2)∙10^-4Ом.

При питании трехфазной рудно-термической печи от одного трансформатора наблюдается несимметричность токоподвода и различные значения активных и реактивных сопротивлений в крайних и средней фазах, что приводит к переносу мощности с одного крайнего электрода на другой. Это является результатом взаимоиндукции двух соседних фаз с третьей и сопровождается увеличением суммарного активного падения напряжения в токоподводе этой крайней фазы и снижением суммарного активного падения напряжения в токоподводе другой крайней фазы.

Понижение мощности одной из фаз печи приводит соответственно к уменьшению скорости проплавления шихты у электрода этой фазы и как результат – вид колошника «мертвый». Чрезмерное повышение мощности другой крайней фазы сопровождается быстрым проплавлением шихты и высоким нагревом колошника у ее электрода («дикая» фаза). Перенос мощности на цеховом языке – это явления «мертвой» и «дикой» фаз. Неравномерное распределение мощности по фазам сопровождается дополнительными потерями тепла, увеличением удельного расхода электроэнергии, снижением производительности плавильного агрегата[1].

Меры для обеспечения минимального реактивного сопротивления короткой сети и уменьшения «мертвой» и «дикой» фаз:сокращение длины короткой сети;обеспечение максимальной бифилярности короткой сети путем укладки шин и других элементов, обтекаемых токами противоположных направлений, на возможно близком расстоянии одна от другой;расположение фаз короткой сети максимально симметрично;применение прямоугольных (полых с целью охлаждения водой) шин с максимальным отношением высоты к толщине.