Rețeaua scurtă (figura 1) este alcătuită din trei secțiuni: un pachet de bare de cupru plate 2 și 3, care conectează bornele transformatorului 1 la conductorul flexibil 4, un pachet de bare de cupru sau țevi răcite cu apă 5, care conectează conductorul flexibil la electrodul 7 în suportul de electrod 6.
Din cauza puterii mari consumate de cuptor (câteva zeci de mii de kilowați) și a tensiunii scăzute a arcului electric (100-400 V), prin rețeaua scurtă circulă curenți de până la câteva zeci de mii de amperi, astfel încât conducta de curent a rețelei scurte este realizată dintr-o secțiune mare și, de regulă, din bare de cupru.
Pentru a reduce pierderile prin încălzire, densitatea de curent este de obicei de 1,5 în bare și cabluri răcite cu apă, de 2,3-3 în cabluri flexibile răcite cu apă și de 3-3,5A/mm 2 în conducte răcite cu apă.
În ciuda lungimii relativ mici (câțiva metri) a conductorului secundar, rezistențele sale active și în special inductive sunt decisive pentru performanța instalației electrice în ansamblu.
Intensitatea mare a curentului necesită secțiuni transversale mari ale conductorului, de câteva mii de milimetri pătrați pe fază. Secțiunile transversale mari, lungimile scurte, configurațiile complexe și îmbinarea conductoarelor intensifică fenomenele de efect de suprafață (deplasarea curentului de la mijlocul conductorului la suprafață), efectul de interacțiune între curentul unei faze care circulă prin mai multe bare paralele, precum și interacțiunea curentului total al unei faze cu curentul altei faze, care de obicei nu sunt vizibile la 50 Hz.
Randamentul electric al instalației și cosφ-ul acesteia sunt determinate în mare măsură de parametrii scurtcircuitului. Rezistența totală a circuitului cuptorului Zк.п este compusă din rezistența unității de transformare ZTP , rezistența scurtcircuitului Zк.с și rezistența părții de lucru a cuptorului Zn . În cazul în care unitatea de transformare include o bobină de reactanță sau există o bobină de reactanță separată în sistem, se adaugă rezistența bobinei de reactanță Zдр .
Astfel, rezistența totală a circuitului cuptorului este egală cu suma geometrică a rezistențelor totale ale părților sale componente:
Fiecare dintre aceste secțiuni are rezistențe active și reactive, care sunt legate de rezistența totală prin relația:
În majoritatea cazurilor, rezistența inductivă a părții de lucru a cuptorului este mică, astfel încât putem presupune că Xп= 0 și ZH = Rn apoi
Deoarece curentul la închiderea electrozilor pe metal nu trebuie să depășească de 2,5 — 3,5 ori valoarea nominală, problema necesității introducerii unei rezistențe de reactanță suplimentare în circuitul cuptorului trebuie rezolvată în funcție de valoarea lui Zк.с și de natura modului de funcționare a cuptorului, respectiv de frecvența scurtcircuitelor operaționale.
Este foarte important să se reducă rezistența inductivă a scurtcircuitului, care este de 3-7 ori mai mare decât rezistența activă și determină factorul de putere ( cosφ ). Deoarece rezistența Xк.с și Rк.с ale scurtcircuitului nu este posibilă, trebuie efectuat un experiment de scurtcircuit pe un cuptor nou construit pentru a determina valorile reale ale Xк.с și Rк.с și R ale rețelei de scurtcircuit, care să permită construirea caracteristicilor de funcționare pentru a determina condițiile optime de funcționare a cuptorului.
Luați în considerare secțiunile individuale ale rețelei de scurtcircuit.
Compensatoare flexibile
Barele scurte de rețea nu sunt conectate direct la bornele transformatorului, ci prin compensatoare flexibile realizate sub formă de pachete de benzi flexibile de cupru cu grosimea de 0,5 mm. Suprafața totală a secțiunii transversale a pachetului compensatorului trebuie să fie egală sau mai mare decât suprafața secțiunii transversale a pachetului barelor scurte. Lungimea liberă a pachetului este de 0,3-0,5 metri. În această secțiune se realizează două sau trei coturi pentru a asigura flexibilitatea necesară a pachetului. Rosturile flexibile de dilatare fac posibilă etanșarea fiabilă a bornelor transformatorului și garantează etanșeitatea garniturilor în cazul dilatării termice a barelor scurte de rețea și al vibrațiilor rezervorului transformatorului.
Pachet de bare de distribuție sertizate
Pachetul de bare este una dintre cele mai lungi părți ale acționării secundare și, prin urmare, sunt luate toate măsurile pentru a reduce rezistența sa inductivă. Acest lucru se realizează prin amplasarea conductorilor unul lângă altul, cu curenți care circulă în direcții opuse, adică prin stivuirea conductorilor. Cel mai adesea se folosesc două tipuri de amestecare:
- alternarea conductoarelor directe și inverse ale unei faze, care este utilizată atunci când se realizează o rețea scurtă în schema „delta” pe electrozi;
- alternarea conductoarelor a trei faze în cuptoarele trifazate conform schemei „stea” pe electrozi.
Esența fenomenului realizat prin stivuirea barelor este că inductanța și, prin urmare, rezistența inductivă a conductorului din pachetul stivuit este determinată de inductanța sa intrinsecă L1-1și inductanțele reciproce ale pachetelor sau barelor vecine ale pachetului M1-2 , М1-3 , М1-4 … М1-n.
unde L1 — este inductanța totală a primului pachet de bare colectoare. Semnul lui M depinde de direcția curentului în conductor. În cazul în care curenții sunt direcționați în sensuri opuse, valoarea lui M se scade din valoarea lui L1.
Utilizarea unui pachet de bare colectoare reduce rezistența inductivă a pachetului de bare colectoare, care are jumătate din lungimea întregii rețele scurte, la 10-15% din rezistența sa totală. Valoarea inductanței reciproce depinde de distanța dintre conductoare și, cu cât conductoarele sunt mai apropiate, cu atât valoarea lui M este mai mare. Prin urmare, este recomandabil să se apropie conductoarele acolo unde valoarea lui M este negativă (direcții opuse de curgere a curentului sau faze diferite) și să crească la valori pozitive ale lui M .
Divizarea conductei de curent de fază într-un număr de conductoare paralele, adică scuturarea și scuturarea conductoarelor la apropierea de electrod, conduce la o anumită asimetrie a fazelor și la lungimi diferite ale barelor de fază, ceea ce, la rândul său, determină o rezistență activă inegală a fazelor individuale. Ca urmare, diferența dintre rezistențele totale, active și inductive ale diferitelor faze în cazul pachetelor ambalate ajunge la 20-25%.
Dacă nu se aplică nicio încărcare, această diferență poate ajunge la 60-80%, provocând o suprasarcină de curent de 60-80% pe cea mai încărcată fază „sălbatică”.
Cale flexibilă a curentului
Electrozii cuptorului se deplasează în plan vertical, se înclină atunci când cuptorul este înclinat pentru a scurge metalul și zgura și se deșurubează împreună cu bolta pentru a încărca încărcătura de sus (pe cuptoarele BSP), ceea ce determină necesitatea unei secțiuni flexibile a rețelei scurte.
Dimensiunea și designul secțiunii flexibile depind de designul și funcționarea cuptorului și de aspectul său general. Lungimea totală a părții flexibile a circuitului scurt poate fi proporțională cu lungimea pachetului de bare colectoare sau chiar să o depășească. Acesta este alcătuit din cabluri flexibile speciale din cupru, goale, neizolate, cu mai multe fire.
Utilizarea cablurilor goale se datorează efectului de suprafață. La o frecvență de 50 Hz, adâncimea de penetrare a curentului este de aproximativ 10 mm. Partea interioară a cablurilor de tip MGE are un miez de iută. Sarcina admisibilă a cablului de tip M1E-500 (500 mm 2 ) nu trebuie să fie mai mare de 800 A. În cuptoarele de mare capacitate, în care trebuie să treacă curenți de câteva zeci de mii de amperi, este necesar să se realizeze ghirlande întregi de cabluri paralele.
În cuptoarele moderne, partea flexibilă a rețelei scurte este alcătuită din cabluri răcite cu apă, izolate cu furtun de cauciuc, ceea ce face posibilă apropierea pachetelor de faze, iar în sistemele care funcționează conform schemei „triunghi pe electrozi”, conectarea firelor cu polaritate directă și inversă ale aceleiași faze într-un lanț de margarete. Acest lucru conduce la o reducere semnificativă a rezistenței inductive a părții flexibile a rețelei scurte. Utilizarea cablurilor flexibile răcite cu apă este deosebit de oportună în cazul aplicării simultane a conductelor de cupru răcite cu apă ale conductei de curent prin cuptor la electrozi cu un suport de electrozi răcit cu apă, deoarece în acest caz se obține confortul executării circuitului răcit cu apă al rețelei scurte și al suporturilor de electrozi.
Cu toate acestea, conductorul de curent flexibil răcit cu apă necesită o întreținere mai atentă, o inspecție privată și repararea scurgerilor de apă la îmbinări. Greutatea crescută a cablului umplut cu apă necesită dispozitive speciale pentru instalarea și îndepărtarea cablului. În uzinele situate în zone cu condiții climatice severe, în oțelăriile electrice în mod normal neîncălzite, atunci când se oprește cuptorul pentru reparații sau inspecții îndelungate, precum și în timpul opririlor forțate ale cuptorului pentru a evita înghețul, este necesară evacuarea apei din conductele și cablurile răcite cu apă.
Pentru a evacua apa din partea liberă a cablurilor răcite cu apă, este necesar să le deconectați de la pachetul de bare și să le coborâți la podea. Deoarece unitatea de fixare a cablurilor este situată la un nivel de 5-8 m de platforma de lucru și are o construcție complexă, este dificil să se efectueze o astfel de demontare și asamblare ulterioară.
Elementele din structura cuptorului situate în apropierea conductoarelor de curent se află în zona unui câmp magnetic alternativ. Acest lucru conduce la pierderi suplimentare de energie pentru remagnetizarea structurilor, care se ridică la 20-30% din pierderile totale în rețeaua scurtă, în legătură cu care structurile metalice din apropierea elementelor purtătoare de curent sunt realizate din materiale nemagnetice.
