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

чей с удовлетворительными электрическими характеристиками не­ обходимо добиваться снижения реактивного сопротивления печной установки. В гл. 3 было показано, что с ростом единичных мощностей величина реактивного сопротивления сначала падает, а затем воз-

растает. Одним из возможных решений является применение искусст­ венной компенсации реактивной мощности и, в частности, применение продольно-емкостной компенсации. Вопросы компенсации реактив­ ной мощности руднотермических печей подробно рассмотрены в [13].

И з л о ж е н н ый способ расчета электрических характеристик рудно­

образно, чтобы трансформатор имел диапазон постоянной мощности

необходимо иметь для обеспечения нормального ведения технологи­ ческого процесса. Можно показать, что величина этого тока будет

(УПК), т. е. диапазон постоянной мощности должен включать рабо­

тропечных агрегатов вызывает существенное различие напряжений отдельных обмоток трансформатора в режимах работы печи под па-

чению активного сопротивления ванны печи за счет применения вос­ становителей с большей величиной удельного сопротивления; эти работы проводятся А. С. Микулинским с сотрудниками [92, 93] .

Необходимо иметь в виду, что предельная мощность трехэлектродных печей может быть лимитирована также и величиной диаметра электрода независимо от величины cos ф . Так, например, при приня­

162

параллельными. Особые трудности в связи с этим вызывает определение пара­ метров несимметричных руднотермических печей, отнесенных к одной фазе. Вместе с тем для несимметричных печен определение параметров каждой фазы

устройствами. Кроме того, необходимо применять меры, чтобы измерительная аппаратура не была подвержена влиянию сильных магнитных полей (которые

ние. Так как в реальных коротких сетях исследуемые провода имеют конечную длину, необходимо расположить измерительные контуры таким образом, чтобы в них не индуктировалась э. д. с. от токов в проводниках, подводящих ток к ис­

электрических ценен. При определении активного и реактивного сопротивлений сложных токопроводов, рассчитанных на весьма большие токи промышленной частоты, решающее значение имеют экспериментальные данные. Поэтому весьма важным является установление методики, обеспечивающей минимальные по­ грешности измерений.

Разработке методики экспериментального определения параметров электро­ печных контуров в технической литературе уделялось достаточно большое вни­ мание [66, 94—99].

При определении методики экспериментального определения параметров руднотермических печей должны быть учтены особенности, присущие их элек­ трическим параметрам. Известно, что при определении электрических характе­ ристик руднотермических печей решающее значение имеют величины реактивных сопротивлений, величины же активных сопротивлений, определяющие потери мощности, оказывают значительно меньшее влияние (гл. 5).

При этом в сложных токопроводах коротких сетей несимметричных печей активные сопротивления отдельных фаз определяются в основном сопротивле­ ниями переноса мощности (гл. 1). Существенное влияние на величину добавоч­

э. д. с , наводимые на измерительный контур. Токи измеряются с высшей стороны печного трансформатора или в цепи вольтодобавочного трансформатора (они про­ порциональны токам в электродах), а также измеряются с помощью магнитных

164

поясов с низшей стороны. Магнитные пояса позволяют измерить и токи по от­ дельным проводникам короткой сети, что важно не только для определения коэффициентов неравномерности токораспределения, но и для выяснения тепло­ вых режимов поводников, Особое внимание должно быть обращено на опреде­ ление параметров тех участков, на которых угол между током и напряжением весьма велик (коэффициент мощности близок к нулю), в связи с чем при опреде­ лении угла между током и напряжением методом трех приборов следует приме­ нять малокосинусные ваттметры типа D-542 или векторметры типа Ц-50.

I Кприборам TT J завода

1000І5

TT 600І5

/7,<И

Рис. 7-2. Измерительная схема для определения электрических пара­ метров действующих руднотермических печей

На рис. 7-2 приведена измерительная схема для определения электрических параметров действующих электропечных установок, разработанная в Леннидігипрохиме. Она позволяет определить параметры руднотермических печей на основании одномоментных измерений и усредненные параметры за определенный промежуток времени. Схема позволяет измерить: I) токи в электродах; 2) сум­ марную активную и реактивную мощность с высшей стороны и на ванне печи;

3) средний ток каждого электрода за некоторый промежуток времени при помощи электросчетчиков (A2 h), измеряющих произведение квадрата тока на время; 4) расход активной и реактивной энергии за тот же промежуток времени с выс­ шей стороны печного трансформатора и на ванне печи; 5) напряжение измеряе­ мого участка с помощью магнитного пояса и детекторного вольтметра с малым потреблением типа Ц-56; 6) угол между током и напряжением при помощи век-

165

тельных приборов последние должны располагаться достаточно далеко от печей. Электромагнитные поля фазных токов печи наводят в измерительных проводах электродвижиую силу. Э. д. с , наводимые на измерительные провода цепей напряжения, при неудачном расположении последних могут достигать величин, соизмеримых с величиной исследуемых падений напряжений, что может вызвать значительную ошибку в определении параметров фаз короткой сети. Вследствие сложной конфигурации короткой сети не представляется возможным располо­ жить измерительные провода цепей напряжения так, чтобы они оказались пер­ пендикулярными всем ее участкам. При определении параметров по участкам измерительные контуры должны располагаться таким образом, чтобы наводимая э. д. с. была наименьшей.

Суммарные сопротивления. Усредненные суммарные реактивные сопротив­ ления печи (хп.у), ванны (хв) и суммарные активные сопротивления (г п ), харак­ теризующие потери, определяются с помощью реактивных и активных счетчи­ ков, включаемых с высшей стороны печного трансформатора и на ванне печи, и с помощью электросчетчиков А2 п. Перед началом измерений необходимо про­

Реактивное сопротивление измеряемой цепи определяется по формуле:

/2

ср. KB

тивностью печной установки (хп. у ) и реактивностью ванны (хв ) с учетом наво­

щие от трансформатора напряжения, располагаются вместе и, хотя они нахо­ дятся вблизи шинопроводов с большими токами, суммарная наводимая э. д. с. равна нулю. При измерении реактивного сопротивления ванны (хв ), когда из­

166

Сопротивления участков короткой сети. Д л я определения активных (г) и

реактивных (х) сопротивлений короткой сети по участкам измеряется падение напряжения (U) на участке, ток (/) и угол между ними (ср). Расчет производится по формулам

Переходные сопротивления щека—электрод. При измерении переходных сопротивлений щека—электрод (гк, щ ) измеряется падение напряжения между электродом и каждой контактной щекой ((У) и ток в ней (/). Переходное сопро­ тивление одной контактной щеки определяется по формуле:

падение напряжения (U) на участке электрода длиной 20—30 см, ток (/) и угол между ними (ср). По замеренным параметрам подсчитывается среднее удельное

При исследовании параметров коротких сетей весьма часто невозможно при­ менять трансформаторы тока либо ввиду их отсутствия на большие токи (более 20000 а), либо ввиду невозможности их использования по конструктивным со­ ображениям (при меньших токах), например при определении токораспределения по отдельным проводникам шинных или трубчатых пакетов, пакетов гиб­ ких лент или кабелей и т. п. В таких случаях весьма удобным оказывается применение магнитных поясов или, как их иногда называют, поясов Роговского, принцип действия которых основан на законе полного тока. При охвате маг­ нитным поясом проводника с током в нем наводится э. д. с , действующее зна­ чение которой прямо пропорционально току [33]: Е = —2nfSWI, где W — число витков на длине 1 см, строго постоянное по всей длине; S — сечение витка, см2; f — частота тока.

Точность магнитных поясов тем выше, чем меньше S и чем больше значе­ ние W. Замечательным свойством магнитных поясов является то, что присутст­ вие поблизости других шин с током не влияет на результаты измерений. Эти ре­ зультаты также не зависят от формы контура пояса. Магнитные пояса могут быть изготовлены в лабораторных и производственных условиях.

Определение параметров коротких сетей на моделях может быть произве­ дено более тщательно, так как в лабораторных условиях могут применяться известные более точные методы измерений углов между током и напряжением с помощью осциллографа [100, 101] и измерений мощности с помощью специ­ альной схемы ваттметра с емкостью [102].

167

В лабораторных условиях легче расположить измерительные контуры та­ ким образом, чтобы наводки на них были меньшими, чем в условиях электро­ печных цехов. Однако исключить наводки практически невозможно и в лабора­ торных условиях. Трудности исключения наводок заключаются в следующем.

1. Экранирование измерительных проводов не дает эффективных результа­ тов [103, 104]. Специально поставленные нами эксперименты по экранированию измерительных проводов с помощью однослойных и многослойных экранов из различных материалов привели к снижению наводимых э. д. с. лишь на 10 - 12% .

2. Вследствие сложных конфигураций короткой сети не представляется возможным расположить измерительные провода цепей напряжения таким об­ разом, чтобы они оказались перпендикулярными всем ее участкам.

3. Нельзя выделить и измерить в проводниках цепей напряжения, наводи­ мые э. д. с.

Длительная практика измерений параметров коротких сетей показала, что вышеназванные трудности могут быть преодолены с одной стороны за счет рас­ положения измерительного контура таким образом, чтобы наводимые э. д. с. были наименьшими, а с другой стороны, за счет того, что в целом ряде случаев оказывается возможным достаточно точно рассчитать величину наводимой на измерительные провода э. д. с.

стигает на одной печной установке 30—40 шт. В процессе эксплуатации электро­ печей периодически происходит ухудшение контакта щека—электрод вследствие нарушения режима коксования электрода, подтеков электродной массы или попадания на контактную поверхность пыли или грязи. В результате плохого контакта птіита—электрод увеличиваются потери электроэнергии, резко воз­

трод, особенно в связи с созданием печей, у которых контактные плиты утоплены и не могут контролироваться визуально. До настоящего времени такой кон­ троль практически отсутствует, так как визуальное наблюдение на открытых печах позволяет обнаружить нарушение контакта только после появления дуг на контактной поверхности (искренние плиты), а на закрытых печах — только после прогорания кожуха электрода. Контроль состояния контактной поверх­ ности плита—электрод может быть осуществлен путем измерения картины токо­ распределения по плитам электрододержателя. На рис. 7-3 приведена картина токораспределения по плитам электрододержателя с примерно равными переход­ ными сопротивлениями плита—электрод на всех контактных плитах. Это токораспределение снято на модели закрытой фосфорной печи. На рис. 7-4 приве­ дена действительная картина токораспределения по плитам электрододержателей

Д л я выравнивания токораспределения по плитам и приведения его к виду, близкому к указанному на рис. 7-3, необходим постоянный и удобный кон­ троль состояния контакта плита—электрод.

До настоящего времени снятие картины токораспределения осуществлялось при помощи переносной штанги с вмонтированным в нее магнитным поясом Роговского в сочетании с лабораторным прибором [31 ] . Этот метод не находит при­ менения вследствие трудоемкости измерений и недоступности внутренних плит. При таких измерениях магнитные пояса и специальные лабораторные приборы перед каждой серией замеров требуют комплексной градуировки. Кроме того, пояса, выполненные из нежаростойких материалов, весьма быстро выходят из

168

О ) C D

строя вследствие повышенных температур в ряде режимов работы печи. Поэтому такой метод пригоден только для эпизодических измерений.

Постоянный немедленный контроль состояния контактных поверхностей токоподводящих плит электродов руднотермических печей в эксплуатационных условиях может быть осуществлен с помощью устройства, разработанного в Ленниигипрохиме, которое позволяет измерять токи в каждой контактной плите электрододержателя. Схема устройства изображена на рис. 7-5, а. Устройство состоит из трех комплектов, каждый из которых включает в себя: 1 — стацио­ нарно установленные на токоподводящих проводниках каждой плиты магнит-

к которому посредством переключателя 4 поочередно подключаются пояса Ро-

асбестовым материалом 9 и стеклотканью 10. Вследствие невозможности осу­ ществления одинаковой плотности намотки поясов их постоянные неизбежно отличаются друг от друга. В лабораторных методах измерения это учитывается по градуировке каждого пояса с лабораторным прибором.

В разработанном устройстве различия в э. д. с. поясов компенсируются подгоночными сопротивлениями 2, в качестве которых используются потенцио­ метры типа ППЗ-11 по 5,1 ком, поэтому в процессе эксплуатации устройства не

170