книги из ГПНТБ / Данцис Я.Б. Методы электротехнических расчетов руднотермических печей

+In-

Коэффициент добавочных потерь,

Этот коэффициент, определенный на основании картины токорас­ пределения по отдельным трубкам, в литературе назван коэффициен­ том внешнего поверхностного эффекта [57] очевидно на основании того, что картина распределения тока по отдельным трубкам напоми­ нает картину распределения тока в сплошном проводнике — вытес­

Коэффициенты внешнего поверхностного эффекта можно опреде­ лить экспериментально (на моделях коротких сетей и на действующих печных установках) и вычислить теоретически на ЭВМ.

Активные сопротивления фазы электропечной установки склады­ ваются из сопротивления трансформатора, короткой сети (включая контактные соединения), электрода, переходного сопротивления (со­ противления контактные щеки—электрод) и сопротивления, эквива­ лентного потерям в железе. Следует помнить, что при расчете актив­ ных сопротивлений проводников коротких сетей трехфазных электро­ печей необходимо учитывать добавочные сопротивления, вызванные переносом энергии из одной фазы в другую (см. гл. 2).

4-2. Короткая с е т ь

Трубчатые и шинные пакеты. На рис. 4-5 представлены значения коэффициентов неравномерности kH в зависимости от числа трубок п для каждой фазы трубчатого пакета короткой сети мощной руднотермической печи с прямоугольной ванной, принципиальная схема ко­ торой изображена на рис. 1-2, а (сечение пакета на рис. 1-3, а). Эти коэффициенты рассчитаны на основании картины токораспределения, полученной на физических моделях коротких сетей и с помощью вы­ числений на ЭВМ. Из данных кривых видно, что с увеличением коли­ чества трубок коэффициенты неравномерности возрастают, так как

121

возрастает неравномерность токораспределения. Несколько меньшее

что приводит к более равномерному токораспределению в ней. Следует отметить, что неравномерность токораспределения, а следовательно, и значение коэффициента неравномерности уменьшается, если трубки токопровода включены последовательно с другими элементами печной установки (со вторичными обмотками трансформатора, кабелями или лентами гибких пакетов и др.). Н а том ж е рис. 4-5 представлены за­ висимости изменения плотности тока } в наиболее нагруженном про-

Рис. 4-5. Значения коэффициента неравномерности провод­ ников шинного пакета

воднике трубчатого пакета, из которых видно, что с увеличением числа трубок величина / сначала падает довольно заметно, а затем, когда число трубок в полуфазе достигает 14—16, максимальная плотность тока уменьшается незначительно. Аналогичный характер, как пока­ зано выше, имеет зависимость реактивного сопротивления трубчатого пакета от числа трубок (см. рис. 3-6).

ное по данным, снятым на действующей печной установке. По токо­ распределению можно определить значение коэффициента неравно­ мерности. Из рисунка видно, что коэффициенты неравномерности в этих токопроводах значительно ниже (токораспределение более рав­ номерное), так как на токораспределение в пакете выравнивающее влияние оказывают последовательно включенные витки печного транс­ форматора. На это обстоятельство следует обращать особое внимание, так как в противном случае могут быть получены искаженные р е з у л ь -

122

таты по токораспределению и по коэффициентам добавочных потерь. Так, например, в [31 ] указывается, что в шинных пакетах токопроводов наиболее часто встречающиеся коэффициенты неравномер­ ности имеют весьма малые значения. В действительности такие низкие

№Щ

Рис. 4-6. Токораспределение по шинам пакета короткой сети фос­

форной печи мощностью 33 Мв-а

значения этих коэффициентов близости имели место не в шинном па­ кете, а в системе токопроводов, отдельные шины которых соединялись последовательно с обмотками трансформатора, что оказало выравни­ вающее влияние на картину токораспределения.

Рис. 4-7. Эпюра токораспределения по кабелям гибкой части печи 60 Мв-а со схемой соединения «звезда на трансформаторе»

Пакеты гибких кабелей. Неравномерное токораспределение имеет место и в пакетах гибких кабелей и в лентах подвижной части руднотермических печей. На рис. 4-7 представлены эпюры токораспределе­ ния (в процентах от фазного тока) по кабелям пакета гибкой части руднотермической печи 60 Мв-а со схемой соединения «звезда на транс­ форматоре» [68] .

123

Токораспределение по кабелям пакета может быть получено, если пакет кабелей представить в виде шины прямоугольного сечения, расщепленной на элементарные нити, представляющие собой отдель­ ные кабели. Изучение поверхностного эффекта в одиночной шине прямоугольного сечения проводилось В . М. Алехиным [59], С Д . Купаляном [60], Ю. Л . Мукосеевым [39] и др . В этих работах было тео­ ретически показано, что наибольшая плотность тока имеет место в уг­ лах прямоугольного сечения шины, убывая к середине. В трехфазной системе проводников неравномерность токораспределения объяс­ няется не только явлением поверхностного эффекта, но также эффек­

значительно зависят от схемы соединения короткой сети и от типа кабелей в пакете.

Контактные соединения. Электрическим контактом называется место соприкосновения двух проводников, через которое ток прохо­ дит из одного в другой.

Сопротивление в месте перехода тока из одной контактной поверх­ ности в другую называется переходным сопротивлением контакта. Оно обусловлено сужением сечения контакта в элементарных бугор­ ках материала, через которые проходит ток, а также сопротивлением пыли и различного рода пленок, образующихся на поверхности кон­ тактирующих тел.

Величина переходного сопротивления для любого вида контакт­ ного соединения может быть найдена по следующей формуле [62]:

124

где е — коэффициент, зависящий от материала и состояния поверх­ ности контакта; m — коэффициент, зависящий главным образом от числа точек соприкосновения и типа контактов; р — давление на кон­ тактную поверхность.

В табл. 4-1 приведены значения коэффициента е для различных контактных пар при поверхностях, очищенных от окислов.

Таблица 4-1

Значения коэффициента е для различных контактных пар

Следует иметь в виду, что величина е очень сильно зависит от со­ стояния контактной поверхности. Так, например, вследствие окисле­ ния меди контактное сопротивление может возрасти в тысячи раз .

Значения коэффициента т, полученные опытным путем [62 ] для различных типов контактов, приведены ниже:

Влияние размеров контактной поверхности на переходное сопро­ тивление обусловлено лишь тем, что от размеров в некоторой мере зависит число точек соприкосновения, а от числа последних — пока­ затель m в формуле (4-7). Величина контактной поверхности влияет так­ ж е и на условия работы данного контактного соединения, так как чем больше поверхность, тем выше теплоотдача с нее и тем ниже темпера­ тура контактного соединения. С повышением температуры контакта увеличивается его переходное сопротивление, что объясняется увели­ чением удельного электрического сопротивления материала контакта. Вместе с тем с повышением температуры контакта уменьшается со­ противляемость смятию, т. е. увеличивается общая поверхность кон­ тактных площадок.

Переходное сопротивление при температуре т> выражается фор­ мулой [56]:

125

на его сопротивление. В этом случае оно зависит в основном от при­ ложенного давления .

Электрическое сопротивление контакта считается удовлетвори­ тельным, если оно не превышает 5—10% электрического сопротивле­ ния цельного проводника длиной, равной длине контактного соедине­

Л Т 9 6 . Щеки из хромистой бронзы обладают высокой термической

Сопротивление контакта щека — самоспекающийся электрод в про­ цессе работы изменяется в довольно широких пределах, так как кроме запыленности, высокой температуры, различного давления на щеках, оазличного состояния поверхности электродов в процессе работы имеет место перепуск электродов, при котором резко изменяется со­ стояние контактирующих поверхностей.

Эти условия приводят к тому, что распределение нагрузки по кон­ тактным щекам носит неравномерный характер . При этом следует иметь в виду, что на характер токораспределения по контактным щекам ока­ зывает влияние и эффект близости между трубками подвижной части, по которым ток от гибких пакетов подводится к контактным щекам.

встречающиеся величины поверхностных плотностей тока в контакт­

Электроды (самоспекающиеся). Наибольшую величину активного сопротивления, определяющую потери мощности в печной установке,

температуре; S — площадь сечения электрода.

126

По данным наших измерений и по литературным данным [63, 64 ] величина удельного сопротивления самоспекающихся электродов

до колошника; 12 = 0,5 м (принимается, что на этом расстоянии от колошника в ванне печи тепло, выделяемой в электроде, теряется че­ рез поверхность колошника, а тепло, выделяемое в электроде ниже, является полезным и идет на разогрев шихтовых материалов).

В заключение следует отметить, что при расчете активных сопро­ тивлений отдельных фаз несимметричных печных установок следует

Трансформатор. Индуктивное сопротивление трансформатора опре­ деляется магнитными потоками рассеяния, замыкающимися в основ­ ном через воздух. Магнитные потоки рассеяния первичной и вторич­ ной обмоток трансформатора индуктируют в них э. д. с. рассеяния, отстающие по фазе на 90° от вызвавших их потоков. Приложенные извне напряжения, компенсирующие эти э. д. с , опережают потоки рассеяния на 90°. Следовательно, ток, совпадающий по фазе с магнит­ ным потоком рассеяния, отстает на 90° от соответствующего напряже ­ ния, что определяет индуктивный характер этой цепи. В то ж е время потери в железе сердечника при холостом ходе имеют нормальные значения, так как основной поток, а следовательно, и индукция в сер­ дечнике определяются величиной приложенного напряжения, если пренебречь незначительным падением напряжения в первичной об­ мотке. В связи с этим мощность при холостом ходе дает мощность, расходуемую в сердечнике на гистерезис и вихревые токи. При опыте короткого замыкания напряжение на зажимах первичной обмотки, называемое напряжением короткого замыкания, равно падению на­ пряжения при номинальном токе и составляет 3—8% от номиналь­ ного напряжения, в связи с чем намагничивающий ток весьма мал по сравнению с токами в первичной и вторичной обмотках и им можно пренебречь.

Так как поглощаемая при коротком замыкании мощность Рк- 3 рас­ ходуется в основном на нагрев обмоток (потерями в стали, пропор­ циональными приложенному напряжению короткого замыкания, ко­

где І2а — номинальный вторичный ток трансформатора; гтр — ак­ тивное сопротивление одной фазы обмоток трансформатора, приведен­ ное к вторичной обмотке. Обычно напряжение короткого замыкания

127

UK дается в паспорте трансформатора в процентах от номинального: wK % = 1 0 0 ^ , %.

Кажущееся сопротивление обмоток одной фазы в этом случае будет равно:

(4-11)

юо/2 „ 100SH

где и2ф — фазные вторичные напряжения трансформаторов; SH — номинальная мощность одной фазы трансформатора.

Индуктивное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное ко вторичной обмотке,

Активное сопротивление трансформатора значительно меньше ин­

выражает одновременно и примерную величину его индуктивного сопротивления в процентах:

128

В табл. 4-2 приведены значения активных сопротивлений, характери ­ зующие активные потери некоторых руднотермических печей. Значе­ ния активных сопротивлений на фазу составляют 1/3 от значений, приведенных в табл. 4-2. Из этой таблицы видно, что основную часть сопротивлений, определяющих потери мощности в руднотермических

на трансформатор примерно 17%. Естественно, что для отдельных печей могут быть некоторые отступления от этих цифр, вызванные, например, изменением реактивности трансформатора или видоизме­ нением конструкции короткой сети.

Глава пятая

Э Л Е К Т Р И Ч Е С К И Е Х А Р А К Т Е Р И С Т И К И И П Р О И З В О Д И Т Е Л Ь Н О С Т Ь ПЕЧЕЙ

5-1. Электрические характеристики

Электрические характеристики представляют собой зависимость мощности, потребляемой из сети Рс, полезной мощности печи РП, на­ пряжения на электродах Un, коэффициента мощности cos ср, электри­ ческого коэффициента полезного действия т) и мощности потерь Р п о т от тока в электроде / в рабочем диапазоне напряжений трансформа­ тора (U). При заданном значении напряжения электрические харак ­ теристики печной установки зависят от величин реактивного и актив­ ного сопротивления участков, на которых имеют место потери мощ­ ности. Методы определения этих величин были изложены в главах 2—4.

Д л я симметричных печных установок (с равными параметрами фаз) электрические характеристики всех фаз одинаковы. Д л я несиммет­ ричных печей (с разными параметрами отдельных фаз) необходимо строить электрические характеристики для каждой фазы в отдельно­ сти, ибо, как правило, они резко отличны друг от друга и лишь в тех случаях, когда асимметрия невелика, допустимо строить электриче­ ские характеристики по усредненным параметрам, принимая

г = - у {гг + г2 + га), х = -у(х1 + х2 + х3).

Такое усреднение обычно возможно лишь для печей небольшой мощности с круглой ванной, симметричным расположением электро­ дов и асимметричной короткой сетью, в случае применения трехфаз­ ного трансформатора или трех однофазных трансформаторов, распо­ ложенных в одной камере. Разные электрические характеристики для несимметричных печей имеют особенно большое значение для выбора рациональных технологических режимов печи. Д л я несимметричных печей также могут быть построены усредненные электрические харак ­ теристики, но они характеризуют печь в целом и не оттеняют особен­ ности несимметрии.

П ри построении электрических характеристик предполагается, что ванну печи можно рассматривать как нагрузку, соединенную в звезду относительно нулевой точки печи. Расчет электрических ха­

Однако для руднотермических печей целесообразнее строить уни­

характеристикам можно определить электрические показатели работы печей в различных режимах . В качестве примера определим показа­ тели печи Р К З - 4 8 ф на ступени напряжения 482 в при напряжении высшей стороны і/ в . с = 33,4 кв и токе в электродах / = 60 ка, равном номинальному току данной ступени трансформатора. С этой

Значения электрических характеристик некоторых руднотермиче­ ских печей приведены в табл. 5-1, в которой тип печи характеризуется следующими буквами: Р — руднотермическая, К — к р у г л а я , О — открытая, П — прямоугольная, 3 — закрытая . У фосфорных и кар­ бидных печей (в отличие от ферросплавных) в конце типа печи ста­ вятся соответствующие буквы «ф» и «к».

130