Комбінований симетруючий пристрій

Корисна модель відноситься до галузі електроенергетики в частині підвищення техніко-економічної і технологічної ефективності, а також надійності експлуатації сучасних дугови х і р удно-термічних печей, включаючи інші різкозмінні електроприймачі великих потужностей. В даний час при живленні зазначених енергоспоживачів виникають різкозмінні потоки активної і реактивної потужностей, генерування в мережу вищи х гармонік, несиметрії струмів і напруг, що призводить до погіршення параметрів якості електричної енергії, а також підвищення електричних втрат і величин внутрішні х перенапруг. За аналог прийнята дугова сталеплавильна піч (ДСП) місткістю 25 тонн і менше, що живиться напругою 6 або 10кВ, електрична схема якої містить високовольтний вимикач, електропічний трансформаторний агрегат, що складається зі з'єднаних послідовно автотрансформатора і силового трансформатора з наявністю високовольтних і низьковольтних обмоток, коротку мережу, електроди і піч –["Эффективные режимы работы электротехнологических установок" /И.В. Жежеленко, В.М. Божко, Г.Я. Вагин, М.Л. Рабинович. -К.: Техника, 1987С.10-11]. Основними недоліками є: необхідність регулювання напруги безпосередньо ненадійними режимами переключень ступенів перемикача на пічному регульованому трансформаторі з боку високої напруги; відсутність необхідної динамічної стійкості обмоток у конструкції автотрансформатора; неприпустимі підвищення параметрів якості електричної енергії в частині коливань, відхилень, несиметрії і несинусоїдальності напруг при технологічних режимах роботи печі; наявність небезпечних величин внутрішніх фазних перенапруг при з'єднанні високовольтних і низьковольтних обмоток пічного трансформатора за схемою "трикутник"; а в результаті дуже істотні і неприпустимі підвищення електричних втрат. Це призвело до необхідності розробки і впровадження в даний час конструкції та електричної схеми живлення дугової печі з найбільше важкими технологічними режимами щодо інших електроприймачів. На Фіг.1 показана електрична схема дугової електропічної установки. Дугова трифазна піч 1 підключається до джерела живлення через знижуючий пічний трансформатор 2, комутаційні апарати 3 через лінію 4. З'єднання трансформатора і печі виконується через коротку мережу 5, яка являє собою струмопровід низької напруги з великим номінальним струмом - до десятків тисяч ампер. Для підключення вимірювальних приладів і автоматичного регулятора потужності (АРП) передбачаються трансформатори струму 6 і напруги 7, а для регулювання роботи печі встановлені дроселі насичення 8. Електрична схема і характеристики зазначеної дугової електропічної установки приведені в [те хнічній інформації - Иванов B.C., Соколов В.И. "Режимы потребления и качество электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий". -М.: Энергоатомиздат, 1987. -С.86-89]. Зазначена дугова електропічна установка прийнята за прототип. Проте споживання реактивної потужності пiччю дугового типу обумовлено необхідністю достатньо великого кута j зсуву по фазі току І і напруги m у ланцюзі живлення печі (Фіг.2). Якби кут j=0, то двічі за один період перемінного струму дуга переривалася на Dt у момент одночасного проходження синусоїди струму і напруги через нуль і потім загорялася б знову. Це супроводжувалося б різким зменшенням температури у міжелектродному просторі і зниженням продуктивності печі, якості металу. Для одержання безупинного горіння дуги і підвищення ККД печі послідовно включається індуктивність 8, завдяки чому горіння дуги в момент проходження напруги через нуль підтримується за рахунок енергії, накопиченої в індуктивності. Криві m та І при j>0 подані на Фіг.3. Індуктивність підбирається так, щоб забезпечувався достатній для безупинного горіння дуги кут j зсуву по фазі струм у і напруги, тобто виконувалася б умова Umsij>Uд, де Uд - мінімально необхідна напруга для горіння дуги; Um - оптимальне значення напруги джерела живлення. Ud Um . Безупинне горіння дуги перемінного струму утворюється при куті j³32°, тобто при Тоді j³arcsin cosj£0,85. Реактивна потужність у дуговій електропечі необхідна не тільки для заряду - розряду індуктивності при підтримуванні безупинного горіння дуги, але і для покриття втрат у пічному трансформаторі та у короткій мережі, які також мають індуктивність. Тому мінімально необхідне значення напруги Uд і куту j ще більш зростає, a cosj знижується. Електричне навантаження дугової печі за технологічний цикл регулюється зміною висоти електродів під дією АРП (Фіг.1) у широких межах. У режимі неробочого ходу дуги не горять (І=0), у нормальному навантаженому режимі (І=Іном) і в період розплавлювання (1% часу) струм складає 2,5 Іном і більше. З урахуванням того, що при 2 реактивної потужності в трансформаторі і лініях пропорційні квадрату коефіцієнта завантаження K з (І /Іном )2, в період розплавлювання металу різко збільшується споживання реактивної потужності електропічними дуговими установками. В міру росту об'єму печі і потужності пічних трансформаторів Sном.т.п. треба збільшувати індуктивність, що призводить до зниження cosj пічного агрегату (Фі г.4). Необхідно відзначити основні недоліки розробленої конструкції та електричної схеми живлення дугової електричної установки в умовах експлуатації живлючих електричних мереж металургійних підприємств: 1. Недостатня ефективність високовольтного симетрируючого дроселя насичення у процесі регулювання режимів роботи печі з урахуванням необхідності симетрирування змінюючих навантажень у фазах знижуючого пічного трансформатора у зв'язку із широким діапазоном зміни споживчої потужності в межах від 250% при розплаві шихти до 20% на завершальному етапі окислювання перед випуском готового металу відповідно до технічних вимог. 2. Необхідність зниження існуючих кутів зсуву по фазах між струмами і наругами в ланцюзі живлення печі з метою підвищення її ККД при збереженні безупинного горіння дуги в процесі заряду - розряду індуктивності існуючого дроселя насичення. 3. Доцільність скорочення величин використання реактивної потужності з боку живлячої мережі для зниження електричних втрат у пічному трансформаторі і його низьковольтних виводах, які живлять дугову піч із великими величинами навантажувальних стр умів у фазах. 4. Зростаюча актуальність розробок додаткових симетрируючих пристроїв безпосередньо в низьковольтній мережі живлення печі у зв'язку зі збільшенням об'ємів дугових електропічей сучасних конструкцій з відповідними підвищенями потужностей пічних трансформаторів. В основу корисної моделі поставлена задача розробки найбільш ефективного комбінованого симетрируючого пристрою, який б знижував технологічну несиметрію напруг і струмів протягом усього циклу роботи дугови х електропічей від завантаження шихти до завершення виплавки металу. Рішення поставленої задачі забезпечує комбінований симетрируючий пристрій, що містить силовий трифазний двообмоточний трансформатор з технологічним навантаженням дугової електропічі, індивідуальний дросель насичення, комутаційні апарати і автоматичний регулятор потужності для підімкнення вимірювальних приборів, за рахунок того, що містить основний трифазний п'ятистрижньовий автотрансформатор із з'єднаними електрично і розташованими на основних стрижнях обмотками високої і середньої напруг при заземленні їх загальної нейтралі, а також обмотками низької напруги, що мають індивідуальні виводи при відсутності електричних і наявності тільки магнітних зв'язків між собою і з зазначеними обмотками, комбіноване активноіндуктивне, змінююче по потужностях навантаження, яке підключається до виводів обмотки середньої напруги автотрансформатора індивідуальними фазними комутаційними апаратами з наявністю трансформаторів струму в кожній фазі і послідовно з'єднаними реле струмів між їх низьковольтними виводами зі збільшуючими на відповідні величини уставками струмів спрацьовування, допоміжний симетрируючий трифазний силовий трансформатор, обмотка високої напруги якого з'єднана за схемою "трикутник", а його обмотка низької напруги має індивідуальне виконання кожної фази з власними виводами і наявністю регулювальних відпайок, виводи яких містять індивідуальні силові контакти контакторів з електричним з'єднанням їх протилежних полюсів, причому між власними виводами підімкнені вводи випрямного моста, виводи якого з'єднані з виводами обмотки низької напруги основного трансформатора через додатковий дросель насичення, електричну схему керування низької напруги, що складається зі з'єднаних паралельно релейних ланцюгів із послідовно з'єднаним в кожному ланцюзі контакту одного з вищевказаних реле струму і відповідного проміжного реле, а також ланцюги послідовно з'єднаних контакторів з індивідуальними контактами і відповідною парою з'єднаних паралельно між собою контактів відповідних проміжних реле при наявності тільки одного контакту спрацьовування проміжного реле, розташованого в останньому порядку спрацьовувань комутаційного ланцюга. Схема комбінованого симетрируючого пристрою зображена на Фіг.5 і містить основний трифазний п'ятистрижньовий автотрансформатор АТ1 із наявністю з'єднаних електрично типових обмоток високої ВН1 і середньої СН1 напруг, з'єднаних за схемою "зірка" з заземленням їхній загальної нейтралі, а також обмотки низької напруги НН1, що мають однофазну конструкцію з індивідуальними виводами і на них подаються випрямлені напруги з боку теж індивідуальних однофазних, але регульованих низьковольтних обмоток НН2 допоміжного симетрируючого трифазного силового трансформатора Т2 через діодні мости VD1-VD4 і індуктивність додаткового дроселя насичення ДН1, що служить для виключення впливів високовольтних перемінних складових напруг і стр умів з боку обмоток НН1 автотрансформатора АТ1. Вторинні ланцюги автоматичного керування зібрані на типових електромагнітних реле. До відводів обмотки СН1 автотрансформатора АТ1 підімкнені за допомогою однофазних вимикачів А1, В1, С1 індивідуальні, змінні по величинах, фазні активно-індуктивні навантаження (Wф.=Рф.+Qф), що вимірюються фазними трансформаторами струму ТТА, ТТВ, ТТС, до вторинних ланцюгів яких підімкнені послідовно між собою струмові реле зі зростаючими величинами струмових уставок. Наприклад, до вторинного ланцюга трансформатора струму ТТС підімкнені послідовно зі зростаючими величинами уставок спрацьовування струмові реле РТ1, РТ2, РТ3, РТ4, що мають відповідні контакти КТ1, КТ2, КТЗ, КТ4, з'єднані послідовно з відповідними проміжними реле РП1, РП2, РП3, РП4 у відповідних паралельних ланцюгах, контакти яких КП1, КП2, КП3, КП4 з'єднані послідовно з регулюючими відпайками обмотки НН2 допоміжного симетрируючого трансформатора Т2 і дають можливість змінювати величини напруг шляхом відповідних комутацій. Кожна паралельна пара контактів КП1 і КП2, КП2 і КП3, КП3 і КП4, а також індивідуальний контакт КП4 з'єднані послідовно з індивідуальними контакторами ВМ1, ВМ2, ВМ3, ВМ4 і їхніми роз'єднувачами К1, К2, К3, К4 відповідно, причому зазначені ланцюги з'єднані між собою паралельно. Пристрій працює у такий спосіб. При вмиканні високовольтної обмотки ВН2 допоміжного симетрируючого трансформатора Т2 по його низьковольтній обмотці НН2, у даному випадку теж фази С, через нормально замкнутий контакт КП1, діодний міст VD1-VD4 і котушку додаткового дроселя насичення ДН1 у низьковольтної обмотки НН1 автотрансформатора АТ1 буде протікати струм, який збільшить магнітний потік у магнітопроводі зі збільшенням струму неробочого ходу в результаті додаткового струму підмагнічування. У процесі збільшення струму навантаження в зазначеній фазі спрацьовує реле стр уму РТ1, котре своїм контактом КТ1 в оперативному ланцюзі подасть живлення на проміжне реле РП1 із наступним спрацьовуванням контактора ВМ1 в іншому ланцюзі при його постійно замкнутому налагоджено-ремонтному контакті К1, що розмикає контакт КП1 і замикає контакт КП2, у результаті чого діодний міст VD1-VD4 переключиться на нижчу напругу і по додатковій обмотці НН1 потече струм менших величин, а отже зменшиться величина зазначеного струму неробочого ходу, чим забезпечить зберігання величини споживаного струму з боку обмотки СН1 автотрансформатора на старому рівні. Подальші збільшення струмів навантаження до регламентуючи х величин призводять до послідовних спрацьовувань струмових реле від РТ2 до РТ4, проміжних реле від РП2 до РП4 і контакторів від КМ2 до КМ4 із постійно замкнутими контактами К2, К3, К4 відповідно з послідовними індивідуальними вмиканнями контактів КП2, КП3, КП4. При відключенні контакту КП4 низьковольтна обмотка НН2 відключиться від діодного моста VD1-VD4 і до додаткової обмотки НН1 уже не буде прикладатися напруга, а отже зникне режим підмагнічування з боку обмотки НН2 і струм в обмотці ВН1 буде відповідати існуючому стр уму навантаження. У процесі зменшення струмів навантаження в низьковольтній обмотці НН1 струмові реле від РТ4 до РТ1 і проміжні реле від РП4 до РП1 будуть повертатися у вихідний стан в зворотньому порядку їх чергування з відповідною черговістю спрацьовувань контакторів від ВМ4 до ВМ1, що у кінцевому результаті підключать діодний міст знову на повну напругу допоміжного симетрируючого трансформатора Т2. Ланцюги керування для інших фаз аналогічні і на фігурі не зазначені. Таким чином, при змінах величин фактичних струмів навантажень комбінований симетрируючий пристрій виключає перевищення припустимих регламентуючи х величин напруг несиметрії і несиметричних стр умів із боку електричних мереж, що живлять сучасні дугові електропечі великих потужностей, а отже усуває вище вказані основні недоліки прототипу. Джерела інформації: 1. Жеженко И.В., Божко В.М., Вагин Г.Я., Рабинович М.Л. Эффективные режимы работы электротехнологических установок. -К.: Те хника, 1987. -С.10-11. 2. Иванов B.C., Соколов В.И. Режимы потребления и качество электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий. -М.: Энергоатомиздат, 1987.-С.86-89.