Файл: Сисоян, Г. А. Электрическая дуга в электрической печи.pdf

жительное время, чем горение дуг первой Группы, но пауза тока

все-таки наблюдается. Во второй полуволне дуга возникает раньше, чем в дугах первой группы. Напряжение возникновения также относительно меньше, так как остаточная деионизация облегчает процесс пробоя. Напряжение горения дуги почти в течение всего периода горения постоянно и пики возникновения и прекращения отсутствуют.

Таким образом, кривая напряжения этих дуг, в отличие от дуг первой группы, не имеет выпуклости вниз и довольно близко подходит к трапецеидальной форме. Кривая тока также искажена и имеет паузы, но степень искажения и длительность пауз значи­ тельно меньше.

К этой группе можно отнести мощные печные дуги, горящие при неблагоприятных тепловых условиях. Обычно эти дуги горят в зам­ кнутых объемах — тиглях. Если температура стенок тигля низкая (вследствие простоя печи, или по характеру сплава) или если в ре­ зультате неблагоприятных технологических условий создаются силь­ ные потоки газов, то, несмотря на значительный диаметр и малую удельную поверхность столба, дуга к концу полупериода деионизи­ руется настолько, что она гаснет раньше прохождения кривой напря­ жения через нуль. Примеры такой печной дуги будут показаны ниже.

Конечно, дугу такого типа можно создать и при малых токах, но для этого требуются определенные условия герметизации и тепло­ вой изоляции объема, в котором будет гореть дуга.

3. Дуги с малой степенью охлаждения. Дуги этой группы горят стабильно и непрерывно. Деионизация столба в период спада тока происходит настолько медленно, что к концу полупериода тока в столбе остается достаточное число заряженных частиц, могущих поддержать дальнейшее протекание тока в цепи. Если в этот момент приложенное напряжение достаточно для преодоления катодного и анодного падений потенциалов, то следующий полу период тока начи­ нается без паузы и дуга горит непрерывно.

При высокой степени ионизации создается настолько большое число свободных зарядов, что сопротивление дугового промежутка за весь период остается почти постоянным. Благодаря этому и ход кривых силы тока и напряжения с достаточным приближением под­ чиняется тем же законам, которым он подчинен в металлических проводниках с постоянным сопротивлением.

4. Мощные печные дуги, горящие при весьма благоприятных тепловых условиях. Дуги этой группы при синусоидальной форме кривой приложенного напряжения кривая силы тока также при­ обретает синусоидальную форму.

Примером таких дуг служат дуги мощных руднотермических печей с хорошей тепловой изоляцией тигля и устойчивыми стенками последнего. Такая дуга наблюдается при выплавке ферросилиция, особенно высокопроцентного. Дугу такого же типа можно получить, конечно, и при малом токе, но для ее поддержания требуется весьма высокая герметичность и тепловая изоляция объема, в котором поддерживается дуга.

107

7» Обзор л ите ратуры о печной д уге переменного токД

Основы изучения мощной дуги в электрической печи были заложены в СССР

школой проф. С. И. Тельного, труды которого, а также работы его учеников сыграли исключительно большую роль в уяснении процессов горения печной дуги.

Первая работа С. И. Тельного о печной дуге появилась в 1928 г. В этой работе, вводя ряд упрощений, С. И. Тельный пришел к выводу, что мгновенное значение напряжения маломощной дуги в условиях дуговой электрической печи остается постоянным за все время ее горения. Основываясь на этом положении, С. И. Тель­ ный вывел математические уравнения и построил теоретические кривые силы тока

инапряжения печной дуги.

В1936 г. С. И. Тельный и И. Т. Жердев опубликовали снятые ими осцилло­

иллюстрируют теоретические выводы С. И. Тельного о постоянстве напряжения дуги в период ее горения.

Мы видим, что действительно, кривая напряжения в период горения дуги идет почти параллельно оси времени, в моменты же возникновения и прекращения раз­ ряда имеет даже некоторые пики. В целом кривые характеризуются слабой выпук­ лостью, обращенной вниз. По нашей классификации эти осциллограммы относятся ко второй группе дуг (средняя сила тока, средняя степень охлаждения дугового промежутка и, следовательно, средняя степень деионизации). Кривые силы тока на этих осциллограммах имеют паузы; значит, дуга проходит весь нормальный цикл, присущий дугам этой группы, — возникновение, горение и исчезновение.

На рис. 77 показаны осциллограммы силы тока и напряжения мощной одно­ фазной дуги; на кривой напряжения здесь уже почти не видны пики возникновения и исчезновения и кривая обращена выпуклостью вверх.'ДЛравда и здесь она иска­ жена, но она значительно ближе к синусоиде, чем на рис. 76.

Кривая тока по форме довольно близко подходит к синусоиде, паузы едва за­ метны.

С точки зрения развитой нами выше теории, этим осциллограммам следует дать такую интерпретацию.

Осциллограммы, приведенные на рис. 76, а, б, сняты на маломощной лабора­ торной опытной печи. По данным авторов, мощность трансформатора печи состав­ ляла всего 25 кВА, и ток дуги ограничивался внешним сопротивлением до 25 А. Габариты ванны и тигля печи были малы, что способствовало быстрому охлаждению

идеионизации дуги. Словом, это малоамперная дуга с быстро деионизирующимся разрядным промежутком. Дуга, как и следовало ожидать, горела с паузами.

Весьма ценны замечания С. И. Тельного и И. Т. Жердева по этому поводу. Они пишут, что наблюдаемые иногда пики на кривой напряжения при зажигании

ипогасании дуги обусловлены низкой температурой печи: с повышением темпера­ туры пики сглаживаются и кривая мгновенных значений напряжения дуги превра­ щается в прямую, параллельную оси абсцисс.

Значительный интерес, с точки зрения формы кривой напряжения, представ­ ляет осциллограмма, приведенная на рис. 45. Эта кривая, по указанию С. И. Тель­ ного и И. Т. Жердева, относится к печам большой мощности. Очевидно, дуга была многоамперной и горела в печи с большой ванной. Тепловая изоляция тиглей та-

Рис. 76. Осциллограмма силы тока < и напряжения и печи

Рис. 77. Осциллограмма силы тока < и напряжения и однофазной печи

108

Рис. 78. Осциллограмма силы тока i и напряжения и ферросплав* ной печи

Рис. 79. Осциллограмма силы тока i для шунтированной дуги

а

Рис. 80. Осциллограммы однофазной печи мощностью 10 мВА: а — силы тока i и напряжения и; б — силы тока £

Рис. 81. Осциллограммы напряжения дуги |32]

ких печей обычно весьма высока, и, следовательно, дуга горела в температурных условиях, обеспечивающих достаточно высокую ионизацию разрядного промежутка и в период прохождения тока через нуль. По условиям горения эта дуга прибли­ жается к третьей группе предлагаемой классификации. Кривая напряжения харак­ теризуется выпуклостью, обращенной вверх и приближается к синусоиде. В 1937 г. этими же авторами была опубликована другая работа. В ней освещены условия горения дуги с учетом шунтирующего действия шихты. Вопрос о токе шунта будет рассмотрен ниже. Здесь же остановимся на осциллограммах (рис. 78, а, 6). Они сняты на той же опытной печи, на которой авторы экспериментировали в предыду­ щие годы. На обеих осциллограммах снята сумма мгновенных токов, протекающих по дуге и по шихте. Как видим, кривые начала плавки (а) искажены значительно больше, чем кривые конца плавки (б). Заслуживает внимания то обстоятельство, что ни на одной из кривых силы тока не зафиксирована пауза и в обеих осцилло­ граммах они имеют форму, близкую к синусоидальной. Искажение формы кривой напряжения на рис. 78, а авторы объясняют тем, что осциллограф зафиксировал, кроме напряжения дуги, еще и падение напряжения в электродах. Но падение на­ пряжения в отрезке электрода, входящего в измерительный контур, по сравнению с напряжением дуги настолько мало, что оно не могло в значительной степени иска­ зить кривую напряжения. Поэтому надо полагать, что напряжение, зафиксирован­ ное на осциллограмме рис. 78, а, является напряжением дуги. На рис. 78, б форма

109

Рис. 82. Осциллограммы силы тока » и нап

по

промежутка, а не наличием дуги вообще. Если бы дуга в опытной печи, на которой она снята, была достаточно хорошо изолирована в тепловом отношении, то условия горения дуги изменялись бы и искажения, фиксированные на данной осциллограмме, исчезли. Подтверждением этого служат заимствованные из той же работы осцил­ лограммы (рис. 80, а, б). Эти осциллограммы очень интересны. Схема шунтирова­ ния печи и тут принята примерно такой же, как и при снятии осциллограммы рис. 78, б, но между этими осциллограммами, как видим, существует резкая раз­ ница. Осциллограммы силы тока и напряжения мощной печи не содержат высших гармоник и очень близко подходит к синусоиде. Это вполне понятно. В мощной однофазной печи, благодаря значительным размерам ванны, обеспечивается хоро­ шая герметичность тигля. Температура внутри тигля, особенно вблизи разрядного промежутка, будет, конечно, значительно выше, чем в тигле маленькой опытной печи. Поэтому и степень ионизации в мощной печи будет выше, и, следовательно, кривые силы тока и напряжения будут ближе к синусоиде. По своей форме они весьма близки к осциллограммам силы тока, снятым нами на мощной трехфазной печи при выплавке ферросплавов.

Работы школы проф. С. И. Тельного сыграли важную роль в углублении на­ ших знаний об электрических процессах, происходящих в ванне печи. Поэтому мы так подробно остановились на них. Одинаково ценными для нас оказались как теоретическая, так и экспериментальная части этих работ, которые хорошо иллю­ стрируют приведенные выше выводы о влиянии теплового режима на форму кривых силы тока и напряжения дуги.

В последующем исследования мощной печной дуги были проведены нами на ферросплавных и карбидных печах; позднее В. Г. Егиазарян исследовал дугу муллитовой печи.

Исследования условий горения печной электрической дуги, которые прове­ дены П. В. Сергеевым [32], также показали, что условия охлаждения дуги во мно­ гом определяют характер ее горения и форму кривой напряжения. На рис. 81 при­ ведены осциллограммы дуги в опытной печи (данные П. В. Сергеева). Осцилло­ граммы, показанные на рис. 81, а относятся к холодной печи. Кривая напряжения приближается к трапецеидальной форме и имеет пики зажигания. Осциллограммы рис. 81, б относятся к разогретой печи (при тех же параметрах электроцепи), и здесь

в сталеплавильной печи (а, б), на которых точками показаны моменты проведения фотосъемки. На этом же рисунке приведены фотографии дуги (в, г).

Глава IV

Возникновение дуги и устойчивость ее горения

Дуговой разряд может возникнуть вследствие нарушения элек­ трического контакта между электродами или в результате пробоя газоразрядного промежутка.

1. Возникновение дуги вследствие нарушения контакта между электродами

Выше было отмечено, что если в электрической цепи, содержащей источник достаточно высокого напряжения и мощности, нарушить контакт в какой-либо точке, то в зависимости от условий в этой точке либо возникает разряд, либо прекращается ток в цепи. Явление это хорошо изучено в теории коммутационной аппаратуры.

112