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

ния и кривой смещения нейтрали не будет никакого сходства. На­ пример, если основная кривая содержит первую, третью, пятую гар­ моники, то смещение нейтрали будет иметь форму синусоиды трех­ кратной частоты, в то время как основная кривая, в зависимости от амплитуд первой и пятой гармоник, может быть сильно искажена.

Еще больше задача осложняется при асимметрии э. д. с. источ­ ника или асимметрии параметров приемника. В этом случае форма кривой напряжения смещения нулевой точки еще меньше будет зави­ сеть от формы напряжений на дугах, горящих в отдельных фазах.

Мы так подробно остановились на этом вопросе потому, что иногда делается попытка по форме кривой смещения нейтрали или по третьей гармонике делать какие-либо заключения о характере горения дуги в печи или о форме ее кривой. Из вышеизложенного следует, что при одной и той же величине и форме напряжения смещения нейтрали режимы работы печи могут колебаться в весьма широких пределах и, наоборот, при одинаковых режимах нагрузки напряжение «„ и его третья гармоника могут быть различными.

Поэтому в зависимости от напряжения смещения нейтрали ип нельзя ни выбирать, ни поддерживать какой-либо режим, а тем более рациональный режим работы печи.

Глава VI

Методика измерений на мощных электрических печах

1. Введение

Электрические измерения на мощных руднотермических печах вообще представляют сложную задачу с точки зрения как методики, так и техники выполнения измерений.

При измерениях приходится иметь дело со значительными токами, достигающими нескольких десятков и даже сотен тысяч ампер и ха­ рактеризуемыми сильными магнитными полями.

Эти обстоятельства требуют подбора специальной аппаратуры и определенного расположения проводов измерительных контуров. Кроме того, из-за высоких температур около колошника требуется особая защита проводов от теплового действия колошника.

Так как остановки печей связаны с нарушением технологического процесса плавки и уменьшением выпуска продукции, то измеритель­ ные приборы надо подключать либо при работе печи, что крайне затруднительно и нежелательно, либо при остановках печи в весьма ограниченные сроки, диктуемые производственными соображе­ ниями.

Все это требует строго разработанных планов и схем включения, так как иногда вследствие незначительных неполадок в схемах при­ ходится откладывать проведение измерения.

153

Перед осциллографированиём необходимо проверить суммарные параметры коротких сетей печи, чтобы удостовериться в правильности данных, по которым строятся нагрузочные характеристики.

2. Измерение напряжения

Как известно, в цепи постоянного тока разность потенциалов, или напряжение между какими-либо двумя точками цепи, определяется как интеграл вектора напряженности электрического поля между этими точками и не зависит от пути интегрирования

ь

а

В цепи переменного тока понятие о разности потенциалов и на­ пряжений теряет свой смысл, так как значение интеграла (VI-1) зави­ сит от пути интегрирования. Поэтому применительно к цепям пере­ менного тока следует говорить о напряжении между какими-либо точками вдоль определенного заданного пути. Таким образом, форма измерительного контура влияет на результаты измерения и показания приборов.

Для мощных электрических печей э. д. с., индуктируемые силь­ ными магнитными полями в подводящих проводах, становятся соиз­ меримыми с падением напряжения в них и могут вносить значитель­ ные погрешности в результаты измерений. Рассмотрим типичный для электропечей случай, когда две шины расположены параллельно Друг другу (рис. 111, а).

Рис. 111. Схемы расположения проводов при измерении напряже­ ния:

а — в общий случай; б — с исклю­ чением э. д. с., наводимых в прово­ дах; в — между противоположными

точками шин

153

Пусть требуется определить напряжение между точками а и g, находящимися на расстоянии / друг от друга. Измерительный контур составлен из проводов abcdefg. Провода ab и cd идут бифилярно и пер­ пендикулярно шинам, провод fg расположен также перпендикулярно шинам: поэтому магнитный поток токов i, протекающих в шинах на этих участках, не будет индуктировать э. д. с.: с участком же ef сцеп­ ляются магнитные потоки обеих шин.

Полный поток сцепления будет

магнитный поток также будет меняться синусоидально:

и индуктированная в контуре э. д. с.

т. е. станет сравнимой с падением напряжения, обусловленным током, протекающим в подводящей сети. Для рассматриваемого случая наве­ денная э. д. с. будет равна нулю при условии r2 = rv

Поэтому для снижения погрешности при измерении напряжения между различными точками шины соединительные провода нужно расположить согласно схеме на рис. 111, б. При измерении напряже­ ния между противоположными точками надо оба соединительных провода вести перпендикулярно шинам, а за пределами шин бифи­ лярно (рис. 111, в). При трехфазной системе токи в прямом и обратном проводах не равны, поэтому погрешность измерений, обусловленная наличием посторонних магнитных полей, значительно больше.

При измерении падения напряжения вдоль одной шины погреш­ ность от посторонних магнитных полей будет значительно снижена, если измерительный шлейф расположить так, чтобы посторонние магнитные поля целиком проходили внутри шлейфа и не пересекали его. При осциллографировании необходимо регистрировать линей­ ные напряжения на клеммах трансформатора, фазовые напряжения на каждой фазе печи, падение напряжения от клемм трансформатора до входа электрода в ванну, т. е. до поверхности колошника и, нако­ нец, напряжение фазы внутри ванны, т. е. от поверхности колош­ ника до нулевой точки печи.

Строго говоря, для получения картины распределения напряже­ ний в печи необходимо снять все двенадцать осциллограмм одновре­

154

менно. Это особенно важно для несимметричных печей. Однако, если не требуется определение соотношения между напряжениями отдель­ ных фаз, можно ограничиться и меньшим числом осциллограмм.

Линейные напряжения можно регистрировать двумя способами. При одном из них измерительный контур можно присоединить непо­ средственно к шинам короткой сети у низковольтных зажимов транс­ форматора и соединительные провода вести бифилярно к осцилло­ графу; при втором — тот же контур можно присоединить непосред­ ственно к клеммам вольтметра, установленного на пульте управ­ ления печи. Форма кривых напряжения в обоих "случаях будет одинакова.

Дело в том, что измерительный контур между шинами двух фаз при обоих способах остается неизменным, а проводка от шин к изме­ рительным приборам проложена бифилярно и, следовательно, по­ сторонние по отношению к измерительному контуру магнитные поля не могут влиять на результаты измерения.

При измерении остальных напряжений сети расположение изме­ рительных контуров может повлиять на результаты измерения.

В большинстве случаев в печных трансформаторах обмотка низ­ кого напряжения соединена звездой и ее нулевая точка изолирована. В ванне печи все три фазовые дуги горят над общим подом. Этот же под служит нулевой точкой для токов шихтовой проводимости по звезде. В работах ряда авторов доказывается, что в несимметричных печах нулевая точка фазовых напряжений смещена относительно ну­ левой точки симметричной звезды фазовых э. д. с. трансформатора. Чем больше асимметрия печи и, следовательно, трансформаторный перенос мощности с фазы на фазу, тем больше смещение нулевой точки нагрузки.

Для определения фазового напряжения или напряжения дуги не­ обходимо присоединить измерительный провод к нулевой точке на­ грузки, а в некоторых случаях к действительному нулю нагрузки. В таком случае погрешности измерения уменьшаются, но чаще всего Действительная нулевая точка находится внутри печи и для непо­ средственного экспериментирования недоступна. Однако, так как ко­ жух ванны обычно наглухо заземлен, то при этом в качестве нулевой точки нагрузки можно использовать точку заземления кожуха. Это, конечно, искажает результаты измерения. Однако при осциллографировании задача, в основном, заключается в выявлении формы кривой падения напряжения, а возможное смещение между нулевой точкой нагрузки и потенциалом кожуха по величине мало и, по-видимому, существенно не влияет на форму кривой.

Таким образом, при измерении фазового напряжения один провод измерительного контура следует присоединить к шинам короткой сети зажима трансформатора, а второй провод — к заземлению ко­ жуха ванны.

Весьма важной частью исследования печей является определение падения напряжения вдоль короткой сети от зажима трансформатора До колошника и падения напряжения от поверхности колошника до нулевой точки ванны.

155

осциллографа для одной фазы печи. Остановимся теперь на располо­ жении проводов измерительных контуров. Как было сказано выше, при измерении токов методом падения напряжения для исключения из контура индуктированных э. д. с. приходится соблюдать принцип бифилярности во всем контуре, включая и участок шины, на котором измеряется плотность тока.

При измерении напряжений к расположению измерительного кон­ тура предъявляются два противоречивых требования:

1.Так как в рассматриваемом случае необходимо учесть не только активное, но и индуктивное падения напряжения на рассматриваемом участке, то контур необходимо расположить так, чтобы он охватывал весь магнитный поток, сцепленный с этим участком.

2.Вместе с тем измерительный контур не должен охватывать посторонние потоки, не сцепленные с данным участком.

Для соблюдения первого условия необходимо, чтобы измеритель­ ный контур был достаточно широк и свободен от бифилярных участ­ ков. Измерительный контур должен быть настолько удален от изме­ ряемого участка, чтобы основная часть потока, сцепленного с иссле­

дуемым участком, пронизывала контур и вне последнего не остава­ лась бы существенная часть потока.

При одновременной работе нескольких печей соблюдение этого условия обычно приводит к нарушению второго условия, так как при удалении от одной печи измерительный контур приближается к со­ седней работающей печи и с ним сцепляется часть магнитного потока этой печи.

Для выполнения второго условия необходимо располагать изме­ рительную проводку в плоскости, параллельной магнитным силовым линиям. Это обычно достигается расположением проводов перпенди­ кулярно оси шин.

Чтобы удостовериться в правильном охвате потока, сцепленного с испытуемым участком, после установки и наладки приборов изме­ рительный контур расширяют до тех пор, пока не убеждаются, что дальнейшее увеличение контура не влияет на показания приборов.

156

3« Измерение силы то ка

Специфические конструктивные особенности коротких сетей и сильные магнитные поля заставляют отказываться от обычных при­ боров для измерений и искать измерители силы тока специальной конструкции.

Такой измеритель (токомер) должен удовлетворять ряду ус­ ловий:

1) поскольку часть короткой сети состоит из параллельных шин, расположенных близко друг к другу, размеры измерителя должны быть такие, чтобы можно было охватить им каждую шину в отдель­ ности;

2)измеритель должен обеспечить правильное суммирование то­ ков, измеренных в отдельных параллельных шинах;

3)ввиду того, что вокруг короткой сети существуют большие магнитные поля, измеритель должен быть свободен от влияния по­ сторонних магнитных полей;

4)в электротермических печах кривая силы тока в той или иной степени отличается от синусоидальной формы, поэтому токомер должен не только правильно определять эффективное значение тока сети, но и записывать кривую мгновенных значений тока;

5)токомер должен быть разъемным, так как введение его в шины

врассечку невозможно.

Из существующих методов измерения силы тока могут быть ис­ пользованы магнитный пояс (пояс Роговского), разъемный трансфор­ матор тока с ферромагнитным сердечником и метод определения тока по его плотности на поверхности токопровода.

Измерение тока при помощи магнитного пояса

Магнитный пояс представляет собой гибкий сердечник из изоля­ ционного материала (кожа, резина) небольшого сечения. На сердеч­ ник намотана обмотка из тонкого изолированного провода.

Работа магнитного пояса основана на законе полного тока. Если охватить магнитным поясом проводник с током, так чтобы его концы были совмещены друг с другом, то ток, охватываемый поясом, будет равен линейному замкнутому интегралу вектора напряженности магнитного поля, возбуждаемому током:

где рп — магнитная проницаемость материала пояса; S „ — сечение пояса.

157