Трансформатори для промислових печей

     Режими роботи та особливості технічних вимог до електропічних трансформаторів


 Електропічні трансформатори (ЕПТ) є частиною електротермічних установок (ЕТУ) - установок електропечей та електронагрівальних пристроїв, що застосовуються для отримання чорних, кольорових та рідкісних металів та їх сплавів із заданими властивостями, а також руднотермічних печей.
 Особливості роботи, режимів та технічних вимог виділяють ЕЛТ в окремий клас силових трансформаторів.
 Найбільш суттєві з цих особливостей такі:

  1.  Живлення ЕП, потужність яких досягає 100 MB-А, здійснюється напругою від декількох до сотень, тому струми ПН ЕЛТ можуть становити багато десятків тисяч ампер.
  2.  Напруга, що живить ЕП, повинна змінюватися в широких межах при їхньому відношенні, що досягає 5:1 і більше. Зміни напруги повинні забезпечуватися ЕПТ, що має дрібноступінчасте регулювання під навантаженням (РПН) або при відключеному від мережі трансформаторі (ПБВ).
  3.  Реактивний опір ЕЛТ має бути меншим за опір короткої мережі та печі, щоб суттєво не знизити енергоспоживання ЕТУ, тобто напруга КЗ ЕЛТ має бути мінімальною.
  4.  Численні запалення та обриви дуги на електродах у дугових ЕП викликають різкі зміни струму в ЕПТ, що призводить до електродинамічних впливів та перенапруг в обмотках та накладає додаткові вимоги до конструкцій трансформаторів.
  5. Часті комутації оперативними вимикачами на стороні ВН ЕЛТ, особливо з вакуумними дугогасними камерами, також є джерелами перенапруг, у тому числі резонансного характеру в регулювальних обмотках ЕЛТ.

Зазначені особливості найбільш сильно виражені у ЕЛТ, що живлять дугові сталеплавильні печі (ДСП).

     Трансформатори для дугових сталеплавильних печей

  ДСП є дугові печі прямої дії, робота яких супроводжується різко змінним навантаженням, особливо в початковий період плавки. Зміна навантаження ДСП у часі за цикл плавки визначається так званими директивними графіками в залежності від ємності печі, марки сталі, що виплавляється, якості та особливостей шихти іт. п. [1].
  На рис. 28.1 показаний типовий директивний графік навантаження ДСП ємністю 5 т при плавленні сталі. Для циклу плавки ДСП характерні три періоди з різним електричним навантаженням [2]: розплавлення, окислення, рафінування, і четвертий період, коли ДСП відключена, і проводиться випуск металу і повторне завантаження печі. Потужність печі, а, отже, і ЕПТ, що її живить, протягом циклу плавки змінюється. Найбільша потужність споживається в період розплавлення, коли дуга нестійка, коротка, і збільшення потужності необхідно підвищувати напругу. Тривалість цього періоду становить 50-60 % від загальної тривалості плавки, зростаючи у потужних високопродуктивних ДСП до 60-70%.

До списку статей
                                                                                            
                                                                                              
    У період окиснення і особливо рафінування потужність ДСП має знижуватися. Зниження потужності досягається зменшенням вторинної напруги ЕЛТ за допомогою ступінчастого регулятора напруги. Для трансформаторів ДСП ємністю до 12 т (потужність ЕЛТ до 8 MB • А) застосовують регулятори з перемиканням напруги без навантаження (ПБВ), для ЕЛТ великих потужностей – під навантаженням (РПН). Глибина (Г) регулювання напруги, тобто відношення найбільшої вторинної напруги до найменшого досягає 2,0-2,5:
                                                                                                                               
  де U2ст. макс ~~ вторинна напруга на ступені максимальної напруги,; U2ст.хв ~~ вторинна напруга на ступені мінімальної напруги, Ст.
Робота ЕЛТ супроводжується частими відключеннями ДСП та безструмовими паузами технологічного характеру. Таке різко-ременное навантаження ЕПТ визначається коливаннями струму електричних дуг:
    1) регулярними, циклічними частотою 2-8 Гц у межах 15-40% номінального струму навантаження I2ом
     2) нерегулярними частотою до 1 Гц, викликаними замикання електродів печі з шихтою, званими експлуатаційними короткими замиканнями (КЗ). 
 При цьому відповідно до [1] коефіцієнт кратності струму експлуатаційного короткого замикання /кзе, що визначається як відношення /кзе/72 ном, різний для ДСП різної ємності (табл. 28.1).
КЗ знижуються у печей більшої ємності. Експлуатаційні КЗ викликають механічні на обмотки трансформатора. Для забезпечення стійкості при цих впливах потрібні спеціальні заходи. Один з таких заходів - включення в ланцюг обмотки ВН ЕПТ струмообмежувального реактора з індуктивністю, що регулюється. Реактор вбудовується в загальний бак із трансформатором (для ЕП ємністю 0,5-Н2 т) або встановлюється окремо.

                                                                                          
  Крім експлуатаційних КЗ, ЕПТ піддаються впливу аварійних струмів, спричинених КЗ на ділянках короткої мережі між піччю та висновками ЕПТ. Чим ближче до висновків місце короткого замикання, тим більший аварійний струм/кзав. При замикання на висновках трансформатора струм /кз ав досягає найбільшого значення, так як обмежений тільки опором самого трансформатора та потужністю КЗ енергосистеми в точці живлення ЕЛТ. І тут забезпечити електродинамічну стійкість ЭЛТ вдається який завжди.
  Різко нерівномірний графік навантаження ЕПТ для ДСП робить недоцільним вибір його потужності за максимальним навантаженням в циклі плавки, так як в решту часу циклу трансформатор залишався б недовантаженим. Тому номінальну потужність ЕПТ зазвичай вибирають менше максимальної, що визначається за графіком навантаження, допускаючи його певне навантаження на період розплавлення.

      Трансформатори для руднотермічних печей


 
На відміну від ДСП руднотермічні печі (РТП) відносяться до дугових печей опору, що працюють на змішаному принципі, коли енергія виділяється як у дузі, так і в товщі шихти та шлаку. Руднотермічні печі дуже різноманітні за призначенням та особливостями технологічних процесів. У той самий час режим роботи більшості РТП досить спокійний: споживання потужності за цикл плавки залишається майже незмінним, і експлуатаційні КЗ майже немає. Тому трансформатори для руднотермічних печей не вимагають додаткових струмообмежувальних опорів (реакторів). Відновлювальні процеси, що відбуваються в РТП, вимагають низьких напруг та великих струмів ЕЛТ. Це пред'являє спеціальні вимоги до конструкції вторинних обмоток та висновків ПН трансформаторів. При переході на інший сплав, сирі матеріали і т. п. доводиться змінювати режими роботи печі, тобто змінювати в широких межах напругу, що підводиться до неї, і струм. Глибина регулювання вторинної напруги у більшості ЕЛТ для РТП знаходиться в межах 1,54-2,0. Однак для деяких технологічних процесів необхідний більший діапазон напруги, і глибина регулювання в окремих ЕЛТ досягає      
  ЕПТ з РПН застосовують зазвичай для електропечей середньої та великої потужності, у яких кожне відключення супроводжується коливаннями напруги в мережі живлення, і тому бажано звести число включень і відключень печей до мінімуму. Застосування РПН необхідно також у печах, де робота проводиться з нерухомим електродом, та регулювання роботи печі досягається зміною напруги на електродах. Потужні РТП висувають ще й специфічні вимоги до ЕПТ, пов'язані з виміром вторинних струмів. Справа в тому, що конструкція короткої мережі та значення струмів, для яких відсутні вимірювальні трансформатори, не дозволяють проводити вимірювання безпосередньо на стороні ПН ЕПТ. У той же час вимірювання струму на стороні первинної напруги ЕЛТ не дає змоги правильно судити про струм НН. Пояснюється це тим, що більшість РТП необхідна постійна потужність ПН на певної частини діапазону вторинної напруги ЭПТ. Внаслідок цього при коливаннях навантаження первинний струм ЕЛТ залишається незмінним у межах цього діапазону і не може служити для вимірювання струму ПН. У цьому випадку ЕПТ повинні будуватися зі схемними рішеннями, які мали б допоміжні ланцюги з порівняно невеликим струмом, що змінюється строго пропорційно до струму ПН на всіх положеннях ПУ. Вимірювальні трансформатори вбудовуються у ці допоміжні ланцюги.

      Трансформатори для установок електрошлакового переплаву


    До дугових печей опору примикають установки електрошлакового переплаву (ЕШП). У печах ЕШП проводиться переплавлення електродів зі спеціальних сталей, отриманих, наприклад, у дугових сталеплавильних печах; очищений у процесі переплаву злиток формується у водоохолоджуваному кристалізаторі. Дуговий процес у печах ЕШП відбувається тільки при пуску печі, коли створюється шлакова ванна з електропровідного та робочого флюсу. Надалі плавка відбувається як бездуговий процес, робочий струм нагріває електрод та підтримує шлак у розплавленому стані.
Трансформатори для печей ЕШП випускаються в однофазному виконанні відповідно до трьох основних схем живлення: одноелектродні печі з одним витрачається електродом; двоелектродні однофазні з двома електродами і трифазні з трьома електродами, що витрачаються (рис. 28.2 а, б, в). В останньому випадку три однофазні ЕПТ живлять три витрачаються електроди, поміщені в загальний кристалізатор і розташовані по вершинах трикутника. В останньому випадку три однофазні ЕПТ живлять три витрачаються електроди, поміщені в загальний кристалізатор і розташовані по вершинах трикутника. В останньому випадку три однофазні ЕПТ живлять три витрачаються електроди, поміщені в загальний кристалізатор і розташовані по вершинах трикутника.
Протягом усієї плавки ЕПТ повинен забезпечувати безперервність режиму роботи печі.
  На рис. 28.3 показаний графік навантаження трансформатора потужністю 1000 кВ * для печей ЕШП-2,5. У перший період плавки піч споживає максимальну потужність, відбувається плавлення флюсу та дуговий процес. Далі електричний струм, проходячи електродом, підтримує шлак в розплавленому стані; починається оплавлення опущеного в шлак кінця електрода, його довжина та опір зменшуються. Для підтримки стабільності процесу необхідно зменшувати вторинну напругу, а отже, і потужність ЕЛТ. Глибина регулювання ПН у більшості ЕЛТ для печей ЕШП повинна становити Г = 3,5-4,0, а перепад напруг сусідніх ступенів - від 2,0 - 2,5 на перших до 0,2 - 0,3 на останніх щаблях вторинної напруги. Щоб забезпечити таку дискретність, сучасні ЕПТ комплектуються вбудованими ПУ, що дозволяють отримати до 90 ступенів ПН. Особливість процесу ЕШП - необхідність струмів, що досягають десятків кА, що вимагає спеціальних конструктивних рішень для ЕПТ. ЕПТ для ЕШП повинні мати певну універсальність, щоб забезпечити переплав зливків з різних сталей і різної маси. З цією метою ЕПТ мають можливість працювати з постійною (найбільшою номінальною) потужністю на значній частині діапазону ПН. 

      Трансформатори для індукційних печей


Індукційні тигельні та канальні печі призначені: для плавки чорних та кольорових металів та їх сплавів; для перегріву металу перед розливом та вирівнювання його хімічного складу; для легування та підтримання постійних температур при лиття (міксери). Індукційні печі - досить спокійні споживачі енергії, що використовують для плавки постійну або повільно збільшується потужність (печі для плавлення алюмінію). після тривалої зупинки печі або для просушування тигля після ремонту ЕПТ повинен забезпечити знижену напругу живлення і споживану потужність. ЕПТ для індукційних печей багато в чому схожі на силові трансформатори загального призначення. Однак для виконання всіх вимог індукційних ЕП ЕПТ будують із вбудованими ПУ та великою глибиною регулювання Г = 5-6. При цьому ЕПТ потужністю 1000 кВ * А і менше зазвичай виконують з ПБВ та дистанційним керуванням, більшої потужності - з РПН.
Для підтримки продуктивності індукційної ЕП ЕПТ повинен забезпечувати за максимальної потужності кілька значень вторинних струмів і напруг, тобто мати діапазон постійної потужності. Діапазон охоплює вторинні напруги не більше п'яти положень ПУ. Починаючи з 6-го положення, відбувається зменшення ПН одночасно і пропорційно до зниження потужності ЕПТ. Особливістю ЕТУ з індукційними ЕП ємністю понад 10 т є кидки пускового струму, якими супроводжується кожне включення трансформатора. Ці кидки струму високої кратності накладають додаткові вимоги до механічної міцності обмоток та конструкції ЕЛТ для індукційних ЕП великої ємності. 

   Трансформатори для печей опору


 Електричні печі опору непрямої та прямої дії широко поширені та різноманітні за призначенням. Об'єднують їх принцип дії, а також джерела живлення — одно- або трифазні сухі трансформатори з ВН 220 або 380 і різними діапазонами вторинних напруг. Вибір необхідної вторинної напруги, що живить піч, забезпечується конструкцією ЕЛТ: виведенням з трансформатора відгалужень обмоток ВН та ВН, які можна з'єднати певним чином. З'єднання виконується за допомогою перемичок (сторона ВН та ПН) або ножових контактів (сторона ВН). Частина трансформаторів випускається у захисних кожухах, більша частина – у відкритому, незахищеному виконанні.

 
     Схеми регулювання вторинної напруги в електропічних трансформаторах

 Схеми регулювання ЕЛТ багато в чому визначаються особливостями та вимогами, що пред'являються технологічними процесами в ЕП. Однак на вибір схеми впливають інші фактори: параметри ПУ РПН і ПБВ; забезпечення заданих значень напруг КЗ на різних щаблях регулювання; необхідні динамічна стійкість та електрична міцність; транспортні обмеження; задані габарити; обмеження за економічними параметрами та ін. 
  Схеми регулювання, що застосовуються в ЕПТ, можна класифікувати за такими основними ознаками:
1. Число електромагнітних одиниць:
а) одна одиниця (рис. 28.4 та 28.5) - пряме регулювання;
б) дві одиниці (рис. 28.6-28.8) - непряме регулювання.
2. Значення індукції у магнітній системі:
а) постійне всіх щаблях регулювання (рис. 28.4);
б) що змінюється в залежності від ступеня (рис. 28.5-28.8).
                                                                                                                                                      
   3. Місце увімкнення перемикаючого пристрою:
а) у ланцюзі обмотки ПН (рис. 28.4);
б) у ланцюзі обмотки ВН (рис. 28.5);
в) у проміжному ланцюзі агрегату (рис. 28.6-28.8).
4. Спосіб регулювання проміжного ланцюга агрегату:
а) за допомогою автотрансформатора (рис. 28.6);
б) у вторинній обмотці першої електромагнітної одиниці агрегату (рис. 28.7);
в) у третинній обмотці першої електромагнітної одиниці агрегату за допомогою вольтододаткового трансформатора (рис. 28.8).
 
                                                                                                                   
  Схема прямого регулювання за рис. 28.4 застосовується в ЕПТ з потужністю на стрижень не більше 2500 кВ - А при ПН від 1000 В до 2400 В. Регулювання відбувається в обмотці ПН, яка поєднує, таким чином, і регулювальні функції. Це найбільш економічний спосіб регулювання, при якому індукція в магнітній системі залишається постійною протягом циклу перемикань. Додатковою перевагою є рівномірна зміна ПН при відключенні (або включенні) однакового числа витків на всіх щаблях вторинної обмотки. Однак область застосування такого регулювання обмежена величиною номінального струму ПУ, який є одночасно робочим струмом ЕП. Принципова схема за рис. 28.5 широко застосовується в ЕЛТ різного призначення з номінальним ВН 6 або 10 кВ при Р від 1,5 до 4, а її модифікації - в ЕЛТ з ВН 35 кВ.
  Регулювання відбувається за зміни числа витків в обмотці ВН (або РВ, як її частини). При цьому індукція в магнітній системі змінюється від максимального значення (мінімум включених витків) до мінімального, коли всі витки підключені до напруги мережі (Ux). Одночасно змінюється і ПН - від максимального значення (мінімум витків обмотки ВН) до мінімального. Перевагою такого регулювання є можливість застосування ПУ відносно невеликі струми ВН, що істотно збільшує різноманітність різних схемних рішень для отримання необхідних діапазонів ПН.

 Однак цей спосіб супроводжується неефективним використанням магнітної системи ЕЛТ, яка виявляється «недовантаженою» на всьому діапазоні регулювання, крім положення, що відповідає мінімуму включених витків ВН, коли індукція максимальна. На всіх інших положеннях ПУ індукція зменшується пропорційно до збільшення числа включених витків ВН.

  Ще одним недоліком такого способу є нерівномірність ступенів ПН при рівній кількості витків первинної обмотки, що включаються (або відключаються).
При використанні схем непрямого регулювання (рис. 28.6-28.8) ЕПТ являє собою агрегат із двох трансформаторів (або одного автотрансформатора та трансформатора), що розміщуються, як правило, у загальному баку. При цих схемах регулювання напруги проводиться у проміжному ланцюзі між двома електромагнітними одиницями. Напруга та струм проміжного ланцюга вибираються відповідно до технічних можливостей ПУ. Регулювання у цих схемах здійснюється по-різному. Так, за схемою рис. 28.6 перша одиниця агрегату є регулювальним автотрансформатором; схема застосовується в ЕЛТ з ВН до 35 кВ включно при Г < 5. При такому способі регулювання автотрансформатор включений на первинну напругу і має постійну індукцію в магнітній системі. Обмотка В Н пічного трансформатора за допомогою ПУ підключається до відгалуження обмотки автотрансформатора. При зміні положення ПУ змінюються напруга живлення, магнітний потік, індукція в магнітній системі пічного трансформатора і, отже, його вторинне напруга.

 Перевагою такого регулювання є можливість отримувати в межах діапазону практично будь-які значення ПН - від рівномірних до різко неоднакових. Однак цей спосіб вимагає значної витрати активних матеріалів, особливо сталі, і, крім того, ПУ необхідно вибирати клас напруги, відповідний U\, що у багатьох випадках є неекономічним.

  Уникнути останнього можна, якщо регулювання виконувати за рис. 28.7. Воно застосовується в ЕЛТ із ВН 35 кВ і вище, і перша одиниця агрегату є регулювальним трансформатором з постійною індукцією в магнітній системі та регулюванням у його вторинній обмотці. В іншому ця схема не відрізняється від автотрансформаторної.
Єдиною перевагою схеми з регулювальним трансформатором перед схемою з автотрансформатором є можливість встановлювати в проміжному ланцюзі струми та напруги, що відповідають параметрам тих чи інших ПУ.
 
                                                                                                                    
  За схемою рис. 28.8 регулювання у проміжному ланцюгу здійснюється за допомогою третинної РВ головного трансформатора з постійною індукцією в магнітній системі; РО підключена до первинної обмотки вольтододаткового трансформатора з індукцією, що змінюється; обмотки ПН обох трансформаторів послідовно з'єднуються всередині агрегату. Схема застосовується в однофазних ЕЛТ із ВН від 10 кВ та вище потужністю від 25 000/3 до 80000/3 кВ • А.

 Перевага такого регулювання полягає у відносному зменшенні маси агрегату порівняно з показаним на рис. 28.7. Пояснюється це тим, що потужність вольтододаткового трансформатора відповідає потужності РВ, яка становить лише частину потужності головного трансформатора. А оскільки РВ вбудована в проміжний ланцюг, перемикає пристрій може вибиратися на істотно менші струми та напруги, ніж у схемі рис. 28.7.

Всього коментарів: 0

Залишити коментар

Ваш email не буде опубліковано.

ru_RURU