1tom336

13. ELF.KTROTF.RMIA 674

Przy większych mocach stosuje się układy dwutransformatorowe, m.in. z uwagi na problemy izolacyjne związane z występującymi przepięciami. Najnowsze rozwiązania to układy jcdnotransformatorowe z trójnym uzwojeniem regulacyjnym i transformatorem dodawczym (boostercm). Początkowo pracowały one w układzie z dwoma wyłącznikami na wysokim napięciu (rys. 13.25d): próżniowym 3 jako manewrowym oraz małoolejowym 2 jako zabezpieczającym. Wyłączniki próżniowe nic mogą być używane jako zabezpieczające, natomiast doskonale zdają egzamin przy dużej częstotliwości łączeń operacyjnych (50 + 200 dziennic). Obecnie w zakresie do 150 kV stosuje się także układy z jednym wyłącznikiem pneumatycznym (2,3 na rys. 13.25c). Najnowszym rozwiązaniem jest układ z boostcrem wyposażonym w wyłącznik manewrowy zlokalizowany w obwodzie uzwojenia regulacyjnego na średnim napięciu. Najczęściej stosowane w nowo uruchomionych urządzeniach są układy z rys. 13.25a, b, f, przy czym średnionapięciowe buduje się przeważnie na zakres 20 + 40 kV, zaś układ 13.25f na 110+220 kV, głównie z przeznaczeniem do zasilania urządzeń o bardzo dużych mocach na jednostkę pojemności wsadowej. Na rysunku 13.26 jest pokazany w ujęciu bardziej szczegółowym układ z rys. 13.25b. Wyposażenie innych układów bywa podobne.

Transformator regulacyjny w preferowanym współcześnie układzie zasilania jest jedynym elementem dopasowującym napięcie sieci do napięcia pieca. Jest to konstrukcja specjalna o bardzo dużej wytrzymałości mechanicznej, odporna na częste kilkusekundowe zwarcia eksploatacyjne oraz 20 + 25% stałe przeciążenia w okresie roztapiania wsadu. Zakres regulacji napięcia wtórnego U_2pU_2pmin = 3 (w urządzeniach SUHP iloraz ten jest rzędu 2). Wartość maksymalna napięcia wtórnego międzyprzewodowego

^,„,_a„=V'2^    (13.29)

przy czym: S - moc pozorna urządzenia, X — suma reaktancji wszystkich elementów obwodu od dławika (jeśli występuje) do wsadu.

Wartość X = 3 + 5 mfl Eksploatuje się już urządzenia o U_2pmax= 950 V. Przy małych wartościach S, U_2i,_max« 200 V.

Regulacja napięcia w urządzeniach starszego typu jest realizowana za pomocą zaczepów' i przełącznika trójkąt — gwiazda (zwykle sześć stopni napięciowych), w urządzeniach nowoczesnych — pod obciążeniem, przy kilkunastu - kilkudziesięciu stopniach.

Moc transformatora piecowego jest zwykle utożsamiana z mocą urządzenia łukowego S. Jej wartość jest przede wszystkim zależna od pojemności wsadowej pieca m, a także od generacji urządzenia. Niekiedy iloraz S/m jest wyróżnikiem czterech kategorii urządzeń o mocy:

—    normalnej (RP) — 80+350 kV A/Mg,

—    wielkiej (HP)— 170+470 kVA/Mg,

—    ultrawielkiej (UHP) •— 250 + 650 kV • A/Mg,

—    super ultrawielkiej (SUHP) — 400+1000 kV-A/Mg.

Tor wielkoprądowy powinien mieć jak najmniejszą rezystancję oraz reaktancję, a jego konstrukcja musi zapewniać równomierne wydzielanie mocy w każdym z trzech łuków. Geometria toru, niezależna regulacja każdej elektrody oraz nierównomierne rozłożenie konstrukcji stalowych w stosunku do każdej fazy, wywołują asymetrię mocy czynnych łuków (zjawisko słabej i mocnej fazy). Jest ona scharakteryzowana współczynnikiem asymetrii

5P, = 3(P',-P'f)/P_s    (13.30)

przy czym: Pj — moc fazy mocnej, P'j — moc fazy słabej, P_s — suma mocy trzech łuków. Przy niewłaściwie rozwiązanych torach, asymetria prowadzi do kilkudziesięcioprocen-towych różnic w mocach łuków. Przy torach triangulowanych wartość ta jest ograniczona do 3 + 5%. Wytyczne projektowania torów zawiera monografia [13.16].

Elektrody są wykonywane najczęściej z grafitu. Jednym z głównych problemów eksploatacyjnych pieców łukowych jest zużycie elektrod, gdyż stanowią one znaczący składnik kosztów ogólnych (tabl. 13.9).

Układy regulacji przesuwu elektrod zapewniają utrzymanie określonego ciągu stanów pracy urządzenia, przy czym każda elektroda jest regulowana oddzielnie. Najbardziej są rozpowszechnione regulatory impcdancyjne. utrzymujące zadaną wartość ilorazu napięcia U (o wartości zbliżonej lub równej napięciu luku Uj) i prądu luku I,. Dla regulatora impedancyjncgo w stanie ustalonym obowiązuje równanie

AU —BI/ = 0    (13.31)

przy czym: A, B — stale.

Tablica 13.9. Zużycie grafitu w różnych typach elektrod

		Zużyci	c w kg na 1 Mg stali
Typy elektrod	zużycie technologiczne		straty mechaniczne		zużycie całkowite
	na końcówkach	na pobocz-nicy	końcówek	złamania
Grafitowe	2,45	1.70	0,15	0,20	4,50
Grafitowe z powłoką ochronną lub kombinowane z krótką częścią metalową chłodzoną wodą	2.45	1,10	0,15	0,20	3,90
Kombinowane z długą częścią metalową chłodzone wodą	2,35	0,70	0.15	—	3,20

Przy spełnieniu zależności (13.31), elektroda jest w bezruchu. Gdy AU — BI/ > 0, elektroda jest przesuwana ku dołowi, a prąd wzrasta aż do momentu osiągnięcia równowagi określonej przez (13.31). Przy A U — BI_t < 0, elektroda jest unoszona ku górze i prąd maleje także do osiągnięcia równowagi.

W charakterze członów wykonawczych do napędu elektrod używa się silników elektrycznych (automatyka elektromechaniczna) oraz siłowników' hydraulicznych (automatyka elektrohydrauliczna) [13.14].

13.7.4. Charakterystyki robocze urządzeń łukowych

Są to związki między podstawowymi wielkościami elektrycznymi i cieplnymi, określającymi stan pracy urządzenia w funkcji prądu luku. Ich wyznaczenie wymaga znajomości rezystancji R i reaktancji X toru elektrycznego urządzenia lukowego (wszystkie elementy od dławika do elektrody włącznie). Są one określane metodą zw'arć trójfazowych bądź dwufazowych. Charakterystyki sporządza się dla każdego stopnia napięciowego i dla każdej fazy oddzielnie. Przy niewielkiej asymetrii można je wyznaczyć dla całego urządzenia, przy przyjęciu średnich wartości R i X. W tym drugim przypadku charakterystyki te wraz ze schematem zastępczym urządzenia lukowego przedstawia rys. 13.27. Obszar roboczy A w urządzeniu z długim lukiem jest zawarty w przedziale między f_/mjn, przy którym zużycie właściwe energii e jest najmniejsze i f_/nlax, przy którym moc czynna luków jest największa (wydajność urządzenia g największa czyli czas topienia najkrótszy)

f fan8X

/ 3U²2R+2X²P_:tl U,

J2 Z(R + Z)

(13.32)

(13.33)

przy czym: U₂ — napięcie fazowe wtórne transformatora piecowego, P_x — moc strat cieplnych, przyjmowana zwykle jako niezależna od/,, Z = _S/'X² + R² — impcdancja toru elektrycznego [13.16], [13.18].

Przy lukach krótkich, z uwagi na konieczność ograniczenia zużycia wymurówki, pracuje się także przy I, > I_/max

Urządzenia lukowe z piecami wytopowymi prądu stałego osiągnęły do roku 1995 moce 160 MY-A, zaś pojemności — 160 Mg (piece jcdnoclcktrodowc). Rozwiązania charak-