книги из ГПНТБ / Серебряный Я.Л. Электроплавка медно-никелевых руд и концентратов

менение однофазных трансформаторов позволяет повысить электри­ ческий коэффициент полезного действия печи (к. п. д.) за счет сокра­ щения размеров короткой сети и улучшения cos ср. При оснащении печи однофазными трансформаторами можно быстрее производить замену вышедшего из строя трансформатора, чем при работе с. трех­ фазными трансформаторами. Для этого необходимо для каждой печи (или для группы печей) иметь резервный однофазный трансформатор.

Вода

Рис. 60. Схема охлаждения первичного трансформатора:

1 — бак; 2 — масляный насос; 3 — охладитель; 4 — водяной насос

Трансформаторы располагают в электропечной подстанции вблизи печи. Взаимное расположение трансформаторной подстанции и элек­ тропечи показано на рис. 25.

§ 19. Короткая сеть

Участок электрической цепи, начинающийся от выводов вторич­ ной стороны печного трансформатора и заканчивающийся электро­ дами печи, называется короткой сетью. Этот участок характеризуется большим сечением проводников и токами значительной силы. Корот­ кая сеть (рис. 61) состоит из шинного пакета, от которого отходят гирлянды гибких проводников-шлейфов, присоединяющихся к баш­ макам, закрепленным на траверсе мантеля электрода. От башмаков идут токоведущие трубы, соединенные с контактными щеками.

В короткой сети мощных электропечей для плавки медно-никеле­ вых руд и концентратов протекает ток силой до 31 500 А. При таких больших значениях тока полезная мощность печи будет зависеть от сопротивления короткой сети. Сопротивление же цепи переменного тока слагается из активного (омического) и реактивного (индуктив­ ного) сопротивлений. Величина активного сопротивления короткой сети зависит от сечения проводников, длины цепи, материала про­ водников, качества контактных соединений, а также от взаимного расположения проводников и их формы. При протекании в короткой сети токов большой силы вокруг проводников образуются сильные магнитные поля, которые индуктируют в проводниках переменную электродвижущую силу. Эта индуктивная электродвижущая сила

111

всегда имеет направление, противоположное движению вызвавшего ее электрического тока. Вследствие этого в проводниках создается добавочное сопротивление прохождению тока, которое называется индуктивным или реактивным сопротивлением.

Для уяснения влияния активного и реактивного сопротивлений короткой сети на величину полезной мощности печи рассмотрим не­ которые соотношения в электрической цепи низкого напряжения.1

1 — выводы вторичной обмотки трансформатора; 2 — шинопакет; 3 — шлейфы; 4 — токоведущие трубы; 5 — траверса; 6 — контактные щекн; 7 — электрод; 8 — шланги водяного охлаждения

1. Мощность, выделяемая в электрической цепи печной уста­ новки, слагается из активной (Ракт) и реактивной (Рреакт) мощ­ ностей:

мотки трансформатора, токоподводящей сети и электро­ дов);

Рп — активное сопротивление контакта электрод—шлак и рас­ плава печи;

X L — реактивное сопротивление короткой сети (обмоток транс­ форматора и токоподводящей сети).

112

3. Отношение активной мощности установки к ее полной мощ­

ности называется коэффициентом мощности или косинусом фи (cos <р) печной установки:

Отсюда следует, что чем меньше реактивное сопротивление сети, тем выше значение коэффициента мощности.

Из формулы (10) следует:

^ а к т -^полн ^-OSS ф . (1 1)

4. Полезная мощность электропечной установки равна активной мощности за вычетом активных электрических потерь в токопроводе:

5. Отношение полезной мощности печи ко всей активной мощности печи называется электрическим к. п. д. печи (т)эл):

Чем мощнее печь, тем выше т]т, так как относительная масса теп­ ловых потерь падает, тепло используется лучше.

Как следует из приведенных соотношений, коэффициент мощ­ ности cos ф — важнейший энергетический параметр электрической установки. Повышение cos ф влечет за собой увеличение активной и, следовательно, полезной мощности печи. В конечном итоге по­ вышается электрический и энергетический к. п. д. печи, производи­ тельность печи растет. Электрический к. п. д. мощных электропечей рудной плавки составляет 94—96%. Для получения высоких зна­ чений cos ф следует работать на высоких ступенях напряжений транс­ форматора и иметь короткую сеть с минимальным сопротивлением. Повышение tos ф с ростом напряжения объясняется снижением активных и реактивных потерь в короткой сети.

Для уменьшения реактивного сопротивления короткой сети токопровод каждой фазы составляют из целого ряда проводников (шин) малого сечения с большим отношением высоты сечения к его ширине. Проводники располагают в шинопакете при определенном чередова­

Рис. 63. Схема бифилярной короткой сети шестиэлектродной печи с питанием от трех однофазных трансформаторов

114

шиносжимами, каждый из которых состоит из двух пластин, расположенных вдоль сторон шинопакета и надежно электрически изолированных от него. Пластины скреплены двумя парами болтов: над шинопакетом и под ним. При закручивании болтового соединения шины сжимаются. Горизонтальный участок шиногіакета заключен в специальный короб из асбоцементных плит, который надежно защищает шинопакет от пыли и других материалов, которые могут" вызвать короткое замыкание между шинами токо­ провода, Для лучшего охлаждения шинопакета в пространство

тродной прямоугольной печи с пи­ танием от одного трехфазного трансформатора приведена на рис. 64.

В этой схеме соединение проводников короткой сети на «треугольник» осуществлено вблизи печи. На участках КА и МН бифилярность токопровода осуществлена полностью и магнитные поля компенсиро­ ваны, однако участки токопровода, ведущие к электродам, из-за различной длины и неудовлетворительного взаимного расположения не имеют полной компенсации и обладают различным реактивңым сопротивлением. Вследствие этого распределение полезной мощ­ ности по электродам получается неодинаковым и характеризуется данными, приведенными ниже.

При работе на напряжении в короткой сети 384 В указанная печь имела cos ср в пределах 0,93—0,95 и электрический к. п. д. 95—96%.

§ 20. Коммутационная аппаратура

Коммутационной аппаратурой называется комплект приборов, служащих для включения и выключения электрических установок. К таким приборам относятся высоковольтные разъединители и вы­ ключатели, контакторы и магнитные пускатели. К коммутационным аппаратам высоковольтной цепи электросхемы печной установки относятся высоковольтные выключатели и разъединители.

Коммутационная аппаратура высокого напряжения

В ы с о к о в о л ь н ы е в ы к л ю ч а т е л и используют для включения и выключения печного трансформатора со стороны питаю­ щей высоковольтной сети. При нормальном режиме работы печи вы-

Рис. G5: Масляный выключатель типа МГГ:

/— бак; 2 — опорный изолятор; 3 — рама; 4 — отключающая пру­ жина; 5 — приводной рычаг; 6 — изоляционная перегородка

ключение и включение высоковольтного выключателя производится дистанционно с пульта электропечи ключом управления. Кроме того, высоковольтный выключатель автоматически отключает трансфор­ матор при срабатывании его релейной защиты при всякого рода вну­ тренних и внешних повреждениях, а также в случае ненормальных режимов работы.

На электропечных подстанциях применяют высоковольтные вы­ ключатели двух типов: масляные горшкового типа и воздушные. Разница между ними — в споеобе гашения электрической дуги, воз­ никающей между контактами при размыкании их под нагрузкой (еслидугу не гасить, то контакты оплавятся и выйдут из строя). В масля­ ных выключателях горшкового типа для гашения дуги применяется

116

масло, масса которого составляет 10—55 кг в зависимости от типа выключателя. На электрических подстанциях мощных руднотерми­ ческих печей применяют масляные выключатели типа МГГ (масля­

устройства высоковольтных выключателей приведено в специальной литературе.

При выключении высоковольтного выключателя его выводы, соединенные с питающей линией, остаются под высоким напряже-

Рис. 67. Трехполюсный разъединитель:

управляющая тяга; 6 — $ опорный изолятор

нием. Для полного снятия напряжения с высоковольтного выклю­ чателя и обеспечения безопасного доступа к нему во время осмотра

На печных подстанциях получили применение трехполюсные разъединители, устройство которых показано на рис. 67.

117

Включать и выключать разъединители можно только при отсут­ ствии тока в цепи. Несоблюдение этого правила может привести к тя­ желой аварии. При отключении разъединителя под нагрузкой между ножами и неподвижными контактами возникает дуга, которая рас­ плавляет ножи разъединителя, перекрывает соседнюю фазу и создает короткое замыкание в сети. В целях безопасности в цепь между вы­ соковольтным выключателем и разъединителем вводят специальную блокировку, которая исключает возможность ошибочного включения и выключения разъединителя, а также устанавливают сигнальные устройства, показывающие положения контактов разъединителя.

Коммутационная аппаратура низкого напряжения

Низковольтная коммутационная аппаратура применяется для управления электродвигателями и в цепях релейной защиты и сигна­ лизации. Для автоматического и дистанционного управления цепями применяют контакторы и магнитные пускатели.

К о н т а к т о р ы широко применяют в электрических установ­ ках для часто повторяющихся включений и выключений электро­ двигателей, в частности, в цепях электродвигателей для перемещения электродов печи. Контакторы действуют очень быстро и могут про­ изводить от 400 до 600 включений в минуту. Совместно с отдельно установленными реле (см. § 21) контакторы могут осуществлять любую защиту. При помощи контакторов и различного типа реле осуществляется автоматическое управление электрической установ­ кой.

М а г н и т н ы е п у с к а т е л и предназначаются для дистан­ ционного управления и защиты от перегрузок электродвигателей переменного тока. В ^лектропечных установках магнитные пускатели применяют для пуска и остановки двигателей водяных насосов для охлаждения масла трансформаторов, питателей и транспортеров, применяющихся для загрузки шихты.

§ 21. Защитная и сигнальная аппаратура

Современные мощные электропечи для плавки медно-никелевых руд и концентратов оснащены сложным и дорогим электрооборудо­ ванием. Поэтому для защиты оборудования от возможных поврежде­ ний при нарушении нормального электрического режима или непра­ вильной его эксплуатации служат защитные приборы, которые дей­ ствуют автоматически. Такие приборы называются реле. Релейная защита может отключить печь или ее механизмы при нарушении нормальной работы или при незначительных неполадках, включить звуковой или световой сигнал, чтобы привлечь внимание обслу­ живающего персонала. Реле классифицируют по назначению защиты: реле максимального тока, газовое реле, тепловое реле и т. д.

Реле максимального тока служит для защиты печного трансфор­ матора и питающей сети от перегрузок и токов короткого замыкания. Оно отключает высоковольтный выключатель. Принципиальная схема действия реле максимального тока показана на рис. 68. Ка­

118

тушка реле максимального тока включена во вторичную обмотку трансформатора тока. Изменение силы тока в линии вызывает со­ ответственное изменение силы тока и во вторичной обмотке транс­ форматора тока. Когда сила тока в линии превзойдет некоторую установленную величину, катушка реле втягивает сердечник и за­ мыкает контакты в цепи оперативного тока.В ре­ зультате этого опера­ тивный ток проходит через включающую ка­ тушку, которая, втя-

/fпечному трансформатору

Ш 1 '*

f f i

иув сердечник, освобождает защелку высоковольтного выключателя. Последний под действием отключающей пружины размыкает кон­ такты в главной цепи и выключает печь.

Газовое и температурное реле служат для защиты трансформа­ тора с масляным охлаждением от внутренних повреждений. Газовое реле устанавливают на трубе, соединяющей бак трансформатора с маслорасширителем, ниже расширителя, так как при нормальной работе трансформатора корпус реле должен быть всегда заполнен маслом.

Внутри газового реле (рис. 69) имеются два поплавка с ртутным контактом на каждом из них. При нормальной работе трансформатора газовое реле заполнено маслом и ртутные контакты разомкнуты. Пробой изоляции обмотки, межвитковые замыкания и другие по­

119

вреждения внутри трансформатора сопровождаются местными нагре­ вами, которые при определенной температуре вызывают разложение масла и изменение свойств изоляции. Образующиеся при этом газы поднимаются и скапливаются в корпусе газового реле, вытесняя от­ туда масло. Вследствие снижения уровня масла верхний поплавок опускается и, замыкая контакт, включает сигнал (лампа, звонок и т. д.). При дальнейшем понижении уровня масла опускается ниж­ ний поплавок, который замыкает контакты в цепи, действующей на отключение высоковольтного выключателя. В результате этого от­ ключается трансформатор. В верхней части газового реле находится кран, которым можно отобрать пробу газа и по ней определить ха­ рактер повреждения.

Для контроля температуры масла и защиты от общего нагрева трансформатора применяют температурные реле. Температурное реле представляет собой термометр, который при повышении темпера­ туры до определенной величины замыкает имеющиеся у него контакты и включает сигнальное устройство. Температурное реле устанавли­ вают над крышкой бака трансформатора в верхнем, наиболее горя­ чем слое масла. По получении сигнала теплового реле дежурный по подстанции принимает меры к снижению температуры масла в транс­ форматоре (увеличивает циркуляцию охлаждающей воды, снижает потребляемую мощность и т. д.).

§ 22. Контрольно-измерительные приборы

Электропечи для плавки медно-никелевых руд и концентратов оснащены целым рядом контрольно-измерительных приборов, ко­ торые установлены на пульте управления печью. Основные кон­ трольно-измерительные приборы следующие:

1.Амперметр — прибор для измерения силы тока. На пульте печи установлен отдельный амперметр для каждой фазы.

2.Вольтметр — прибор для измерения напряжения. Также уста­ новлен для каждой фазы. Если печь шестиэлектродная с тремя одно­ фазными трансформаторами, то устанавливают шесть вольтметров

(по числу электродов).

3. Трехфазный самопишущий мегаваттметр — прибор для из­ мерения мощности печи.

4.Трехфазный счетчик — прибор для измерения расхода элек­ троэнергии в киловатт-.часах.

5.Фазометр — прибор, показывающий величину коэффициента

мощности (cos ф).

Обычно электроизмерительные приборы подключают в сеть вы­ сокого напряжения печного трансформатора, так как подключать их в сеть низкого напряжения из-за большой силы тока очень трудно. Но непосредственно в линию высокого напряжения подключать из­ мерительные приборы нельзя. Электроизмерительные приборы вклю­ чают в сеть при помощи специальных измерительных трансформа­ торов (рис. 70), которые обеспечивают безопасность обслуживания

120