Электрооборудование дуговой печи

Дуговые электропечи – мощные потребители электроэнергии, поэтому для уменьшения потерь ее подают к печам под высоким напряжением – до 100 кВ. Рабочее же напряжение, подаваемое на электроды, должно быть в пределах 110-800 В, поэтому каждая печь имеет отдельный понижающий трансформатор и другое электрическое оборудование, обеспечивающие снижение напряжения до рабочего, подвод тока к электродам и регулирование подводимой электрической мощности. Упрощенная схема электропечной установки с трансформатором малой и средней мощности показана на рисунке 3.12.

Разъединитель представляет собой трехполюсный рубильник и служит для снятия напряжения с главного (высоковольтного) выключателя и для создания видимого разрыва в цепи высокого напряжения (при ремонтах и др.). Его включают и выключают только при снятой нагрузке (выключенном главном выключателе).

Главный или высоковольтный выключатель предназначен для разрыва высоковольтной цепи под нагрузкой. Его устройство обеспечивает гашение электрических дуг, возникающих между контактами выключателя в момент их разъединения.

КВН – кабель высокого напряжения; Р – разъединитель; ГВ – главный выключатель; ТН – трансформатор напряжения; ТТ – трансформаторы тока; Др – дроссель (реактор); ЩВ – шунтирующий выключатель; ПТ – печной трансформатор; ПСН – переключатель ступеней напряжения; ПΔ/Y – переключатель «треугольник – звезда»; 1 – электрод; 2 – дуга; 3 – металлическая ванна.

Рисунок 3.12 – Схема электропитания дуговой печи

В зависимости от способа гашения дуги различают масляные, воздушные, электромагнитные и вакуумные выключатели. В масляном выключателе дугу размыкания гасит минеральное масло, заполняющее бак выключателя; в воздушном – поток сжатого воздуха; в электромагнитном – магнитное поле, создаваемое в момент размыкания контактов.

Вакуумные выключатели, используемые в цепях с напряжением 110 кВ и более, отличаются высоким сроком службы, поскольку их контакты расположены в запаянной вакуумной дугогасительной камере.

Главный выключатель служит для всех оперативных включений и выключений печной установки во время ее работы. Кроме того, по сигналам соответствующих датчиков он отключает установку при нарушении нормального режима работы (росте силы тока в короткой сети, повышении температуры масла в системе охлаждения трансформатора и температуры воды в системе охлаждения элементов печи).

Дроссель или реактор служит для стабилизации горения дуг и ограничения токов короткого замыкания путем введения в цепь индуктивного сопротивления и выполнен в виде трех обмоток с сердечниками, помещенными в кожух с маслом. Большое число витков в обмотках обеспечивает высокое индуктивное сопротивление дросселя. При включенном дросселе коэффициент мощности cosφ установки снижается, поэтому начала устойчивого горения дуг дроссель отключают.

На печах с трансформатором мощностью >10 MBА индуктивное сопротивление трансформатора и короткой сети достаточно велико и в дросселе нет необходимости.

Печной трансформатор предназначен для преобразования электрической энергии высокого напряжения в энергию низкого напряжения. Трехфазный печной трансформатор состоит из трех связанных между собой сердечников, на каждом из которых закреплены обмотки высокого и низкого напряжения. Сердечники с обмотками помещены в кожух, заполненный трансформаторным маслом, являющимся изолятором и охлаждающим трансформатор. В трансформаторах мощностью >5 MBА применяют принудительную циркуляцию масла, которое пропускают через водяной маслоохладитель.

В последние 10–15 лет сооружают дуговые печи преимущественно с высокомощными (600–900 кВА и более на 1 т стали) трансформаторами, которые расплавляли бы шихту примерно за 1 ч. Эффективное использование высокой мощности обеспечивается при этом за счет изменения технологии плавки – вынесения основных операций рафинирования из печи в ковш. Данные о мощности трансформаторов на вновь сооружаемых и старых печах приведены ниже:

Вместимость печи, т   6        12      25      50      100    150    200

Мощность трансформатора, MBА:

рекомендуемая 4        8        12,5   32      80      90      125

на старых печах 2,8-4 5-8     9-12,5 15-50 25-50 –        45

Печные трансформаторы конструируют так, что в период плавления они могут работать с перегрузкой в 20%.

Переключатель ступеней напряжения служит для регулирования мощности, отдаваемой печным трансформатором, что достигается путем изменения вторичного выходного напряжения трансформатора, т.е. напряжения на его низкой стороне. Для регулирования выходного напряжения в первичной высоковольтной обмотке делают несколько отпаек, выведенных на переключатель напряжения. Включая в работу большее или меньшее число витков первичных обмоток, изменяют коэффициент трансформации и, тем самым, напряжение во вторичных обмотках, т.е. выходное напряжение трансформатора. Приводом переключателя обычно управляют дистанционно из пульта управления печи.

Короткой сетью называется токопровод от трансформатора до головки электрододержателя. Она включает шины, идущие от трансформатора через стены трансформаторного отделения, гибкие кабели от стены до рукава электрододержателя и шины или водоохлаждаемые трубы над рукавом электрододержателя.

Поскольку на пути от трансформатора до электродов протекает ток большой силы (до 50-100 кА), а электрические потери в цепи пропорциональны величине тока в квадрате, длину короткой сети стараются делать минимальной, а печной трансформатор устанавливают ближе к печи.

Автоматический регулятор мощности или регулятор положения электродов служит для поддержания заданной длины и мощности дуги на каждой ступени напряжения трансформатора. Мощность дуги при неизменной величине подводимого напряжения можно изменять, регулируя длину дугового промежутка (длину дуги)

Контрольная и защитная аппаратура. На стороне высокого напряжения в главной цепи установлены трансформаторы тока и напряжения, которые служат для подключения контрольно-измерительной и сигнальной аппаратуры и реле максимального тока, отключающего установку при аварийных коротких замыканиях.