ГлавнаяНепосредственно к электродам ток поступает от специальных печных трансформаторов, мощность которых достигает 80 тыс. ква; к трансформаторам для уменьшения потерь в питающей линии ток поступает от сети высокого напряжения (35 или 10 кв).
Таким образом, в электросталеплавилыюм цехе должна быть создана индивидуальная система питания печей или цепь главного тока (рис. 11), которая обеспечивает питание печи от сети высокого напряжения, тогда как для питания прочего электрооборудования цеха служит не связанная с первой система, работающая при нормальном (380/220 в) напряжении.
Рассмотрим последовательно элементы цепи главного тока. Первый из них, воздушный разъединитель, служит для отключения установки трансформатор — печь от сети высокого напряжения путем надежного и видимого разрыва, а также для включения установки в сеть при отключенном высоковольтном выключателе. Разъединитель не предназначен для включений и отключении тока, поэтому пользование нм возможно только при поднятых электродах и отсутствии дуг. Конструктивно разъединитель представляет собой трехфазный воздушный выключатель рубящего типа; каждая фаза его состоит из двух неподвижных контактов, укрепленных на изоляторах, подвижного ножа, замыкающего контакты, и привода для размыкания и замыкания контактных ножей.
Самым важным и ответственным аппаратом управления в главной цепи электросталеплавильной установки является высоковольтный выключатель (или главный выключатель), предназначенный для оперативного включения или отключения печного трансформатора, автоматического отключения при перегрузках и аварийных коротких замыканиях в трансформаторной цепи или внутренних повреждениях трансформатора.
Высоковольтные выключатели по способу гашения дуг можно разделить на масляные и воздушные. В масляных гашение дуг происходит в слое минерального трансформаторного масла, залитого в бак выключателя. Сверху в крышку бака введены три комплекта подвижных и неподвижных контактов. Неподвижные контакты установлены на концах штырей проходных изоляторов, а подвижные выполнены в виде медной шины с двумя контактными наконечниками, которая укреплена на изолирующей штанге. Штанги находятся под действием отключающих пружин, которые при освобождении удерживающей защелки в механизме привода разжимаются и производят отключение.
Существенным недостатком масляных выключателей является их взрыво- и пожароопасность. Поэтому наиболее перспективными следует считать воздушные выключатели, лишенные указанных недостатков.
Воздушный выключатель состоит из трех одинаковых однофазных выключателей, укрепленных на сваренной с рамой выключателя железной тележке, являющейся одновременно резервуаром сжатого воздуха. Основным элементом выключателя является гасительная камера, укрепленная на фарфоровом опорном изоляторе, внутри которого проходят воздухопроводы включения и отключения контактов выключателя. Каждую фазу непрерывно продувают сухим воздухом во избежание увлажнения внутренней изоляции. Отключение контактов и гашение дуг между ними производятся поступающим в камеру в момент отключения сжатым воздухом (20 ат), преодолевающим давление замыкающих пружин; имеется блокировка, исключающая самопроизвольное включение контактов после прекращения подачи сжатого воздуха.
Непременным условием нормальной работы воздушных выключателей является наличие сухого и чистого воздуха.
Выключателями описанного типа (марка ВВ-35П) оборудованы печи ДСП-80. Приведем основные характеристики выключателей: номинальное напряжение 35 кв, поминальный ток 1000 а, мощность отключения 1000 мгва.
Измерительные трансформаторы тока и напряжения служат для подключения на стороне высокого напряжения приборов измерения (амперметра, вольтметра, ваттметра, счетчика) и защиты (реле максимального тока мгновенного действия, реле минимального напряжения).
Трансформаторы напряжения преобразуют высокое напряжение в низкое (обычно 100 в), на которое рассчитаны измерительные приборы; они подключаются между воздушным разъединителем и главным выключателем.
Трансформаторы тока изготавливаются на номинальные токи от 5/5 до 5000/5 а, т. е. на вторичный ток 5а при номинальном первичном токе. Конструктивно трансформаторы тока выполняют проходными, опорными, встроенными в проходные изоляторы высоковольтных выключателей или шинными. На стороне высокого напряжения трансформаторы тока устанавливают между масляным выключателем и дросселем.
Для измерительных приборов, подключаемых на стороне низкого напряжения, и автоматических регуляторов электрического режима устанавливают трансформа-горы тока на шинах вторичного напряжения вечного трансформатора. В этом случае применяют трансформаторы тока, рассчитанные на ток до 25000/5 а. В них роль первичной обмотки выполняет шина, проходящая через вторичную обмотку с железным сердечником.
Дроссель включают перед печным трансформатором для стабилизации дуг путем введения в цепь индуктивного сопротивления и ограничения толчков тока при обвалах шихты. По окончании периода плавления дроссель шунтируют с помощью вспомогательного масляного выключателя. На печах с трансформаторами мощностью 10 тыс. ква и выше дроссели не устанавливаются, так как индуктивное сопротивление трансформатора и токоподвода (короткой сети) достаточно велико.
Дроссельные катушки, имеющие для каждой фазы только одну обмотку первичного напряжения, конструктивно выполняются в виде отдельных трансформаторных единиц в баках либо устанавливаются совместно с трансформатором.
Печной трансформатор работает в тяжелых условиях (частые короткие замыкания, большие перегрузки по току), поэтому его обмотки имеют более мощное крепление и усиленную изоляцию по сравнению с обычными силовыми трансформаторами тон же мощности. Советские заводы выпускают преимущественно трансформаторы стержневого типа мощностью от 400 до 45000 ква (табл. 3).
Печные трансформаторы мощностью более 1000 ква имеют принудительное охлаждение масла. Это позволяет значительно уменьшить габариты трансформатора и поддерживать в течение длительного времени температуру масла ниже 75—80° С. Обычно имеющийся на трансформаторах контактный термометр подает на пульт управления сигнал, если температура масла превысит указанный уровень. Более высокая температура масла прежде всего отрицательно влияет на срок службы изоляции.
Постоянное заполнение всего объема трансформатора маслом обеспечивается за счет создания резерва масла в установленном над трансформатором бачке-консерваторе.
Аварийные случаи появления в трансформаторе газов (в результате разложения масла или изоляции) фиксируются газовым реле. Печной трансформатор устанавливают в отдельном помещении вблизи печи.
Переключатель ступеней напряжения является необходимым элементом цепи главного тока дуговых печен любой емкости; с ростом мощности печного трансформатора, естественно, усложняется конструкция переключателя.
Необходимость переключения ступеней напряжения печного трансформатора (т. е. изменения подаваемой в печь мощности) возникает в связи с тем, что в процессе выплавки стали в электропечи всегда возникают, по крайней мере, два различных по потреблению мощности периода. В первом из них — периоде плавления — потребляется около 400 квт*ч электроэнергии на тонну металла; а во втором — периоде рафинировки и доводки металла — приблизительно вдвое меньше.
Расчет мощности, необходимой для разных периодов плавки, показывает, что плавление целесообразно вести при напряжении 240—420 в, окислительный период — при 160—300 в и восстановительный период — при 110—140 в (большие значения относятся к крупным печам).
Изменение вторичного напряжения выполняют путем переключения первичных обмоток печного трансформатора, простейшее из которых — переключение с треугольника на звезду — позволяет снизить вторичное напряжение в 1,73 раза. Обычно на первичной обмотке выполняется несколько отпаек, выведенных на переключатель ступеней напряжения.
При снятом напряжении ступени можно переключать при помощи вспомогательных масляных выключателей, имеющих блокировку с главным масляным выключателем, до отключения которого нельзя произвести переключения.
Нa крупных печах установлены трансформаторы с переключателем ступеней напряжения под нагрузкой, что позволяет сократить время переключения и общую продолжительность плавки, а также более рационально расходовать электроэнергию по ходу плавки. Конструктивное выполнение таких переключателей облегчается при большом числе ответвлений обмотки, поэтому число ступеней напряжения на крупных печах, как правило, больше необходимого. На печи ДСП-80, например, при мощности трансформатора 25000 ква имеется 23 ступени напряжения в пределах 417—131 в.
От печного трансформатора к контактам электрододержателей ток большом силы (десятки килоамперов) протекает по короткой сети (рис. 12). Этот участок характеризуется малой длиной (отсюда его название) и большими сечениями токопровода. При конструировании короткой сети основной задачей является уменьшение электрических потерь в ней, т. е. снижение ее активного и индуктивного сопротивлений (сближение отдельных фаз, бифилярная проводка до гибких кабелей).
Короткую сеть можно разделить на три участка: токоведущие шины 1 (рис. 12), гибкие кабели 2 и шины или трубы 3, проходящие вдоль рукава электрододержателя. Гибкий участок короткой сети необходим для подъема и опускания электродов, наклона печи и отворота свода.
На печи ДСП-80 гибкий участок выполняется из 16 водоохлаждаемых кабелей сечением 1000 мм2 или 32 кабелей сечением 500 мм2 на каждую фазу. Над рукавами электрододержателей па печи ДСП-80 проложены водоохлаждаемые трубы диаметром 150/130 мм (2 шт.) или 60/40 мм (6 шт.). Водоохлаждаемые трубы и кабели допускают плотность тока до 6 а/мм2, в то время как неохлаждаемые — только 1,5—2 а/мм2. Таким образом, применение водоохлаждаемого токоподвода, особенно па мощных печах, ведет к значительной экономии меди.
Самостоятельным электрическим агрегатом, которым, по утвержденной номенклатуре, в России должны быть оборудованы все дуговые электропечи емкостью более 25 т, является устройство для электромагнитного перемешивания металла. Устройство представляет собой двухфазный «статор», питаемый током низкой частоты от специального генератора.
Статор создает бегущее магнитное поле, которое индуктирует токи в жидком металле и воздействует на него примерно так же, как вращающееся поле, создаваемое статором асинхронного электродвигателя, воздействует на его ротор. Нижние слои ванны движутся в сторону выпускного отверстия, верхние — к рабочему окну. Переключением полюсов одной из катушек статора можно изменить направление движения металла. Устройство для электромагнитного перемешивания облегчает труд персонала, ускоряет диффузионные процессы в расплаве, выравнивает состав и температуру ванны. Дополнительный расход электроэнергии, равный 10—20 квт*ч/т, окупается эксплуатационными преимуществами и сокращением длительности плавки.
Устанавливают статор под сферическим днищем печи, выполненным полностью или частично (по размеру статора) из немагнитной стали. Статор крепится на некотором расстоянии от днища на поворотных кронштейнах, которые позволяют заменять один статор другим без демонтажа печи.