Целью данного отчета являлось исследование параметров согласованности трансформатора и коротких сетей дуговых установок.
Введение
Целью данного отчета являлось исследование параметров согласованности трансформатора и коротких сетей дуговых установок.
В работе были рассчитаны электрические и рабочие характеристики различных дуговых установок: ДСП-25, ДСП-30, ДСП-40, ДСП-50, ДСП-100. Рассчитаны активные и индуктивные сопротивления трансформаторов. Построены графики электрических и рабочих характеристик. Проведен анализ согласованности трансформатора и короткой сети различных установок.
1. Расчет электрических и рабочих характеристик
трансформатор сеть дуговой электрический
С электрической точки зрения дуговую установку можно представить как набор активных и индуктивных сопротивлений, подключенных к питающей сети. Считая дуговую печь симметричной трехфазной системой, схему замещения можно считать однофазной, включенной на фазное напряжение низкого напряжения печного трансформатора (рис. 1).
Представленные на схеме активное и индуктивное сопротивления r и x отражают соответствующие сопротивления вторичного токоподвода и печного трансформатора. Переменное сопротивление дуги отражено параметром Rд. Такая схема замещения дает возможность получить достаточно простые выражения для электрических и рабочих характеристик.
Удельный расход электроэнергии и производительность печи зависят не только от технологических факторов — состава стали, шихты, квалификации персонала и других факторов, но и (в неменьшей степени) от того, насколько правильно выбран электрический режим печи. Регулировать режим можно изменением либо питающего напряжения, либо длины дуги, а следовательно, так же регулируется и ток дуги I2. Первый способ, осуществляемый переключением обмотки высокого напряжения печного трансформатора, используется обычно лишь несколько раз за плавку. Второй способ позволяет регулировать режим печи непрерывно и плавно вертикальным перемещением электродов по команде системы автоматического управления, поддерживающей на заданном уровне ток и мощность печи. Так как непрерывное регулирование ведется по току, важно знать зависимость основных электрических показателей печи, в первую очередь ее мощности, КПД, коэффициента мощности, от рабочего тока, т. е. электрические характеристики печи.
Однофазная схема замещения дает следующие зависимости для электрических характеристик фазы печи:
― мощность электрических потерь, Вт;
― мощность дуги, Вт;
― полная активная мощность фазы печи, Вт;
― электрический КПД печи;
― коэффициент мощности установки;
К электрическим характеристикам относят также зависимость мощности тепловых потерь от тока: Ртп(I2). Принимается, что они не зависят от тока, а их величина определяется из теплового баланса печи и примерно равны 15 % от мощности дуги.
Рабочие характеристики:
― производительность фазы печи, т/ч;
где 340 кВт•ч/т — теоретическое количество энергии, необходимое для расплавления 1 т стали с учетом тепла, аккумулированного футеровкой и переданного частично шихте.
― удельный расход электроэнергии, кВт•ч/т;
Допустимыми считаются электрические режимы от холостого хода до тока короткого.
― ток короткого замыкания, А.
Допустимые рабочие режимы ограничены областью, для которой мощность дуги превышает мощность тепловых потерь. Ведь очевидно, что если вносимая в печь энергия меньше отводимой, то шихта нагреваться не будет.
Для расчета электрических и рабочих характеристик ДСП-30Н2, необходимо знать низкое напряжение трансформа U2ф, активное и индуктивное сопротивление r и x.
. Пример расчета электрических и рабочих характеристик для ДСП-30, на 19 ступени трансформатора
Для расчетов использовано среднее фазные активные и индуктивные сопротивления и рассчитаны они по формуле:
Пример расчета активного и индуктивного сопротивления:
Соответственно ток на данной ступени может изменяться от 0 до тока короткого замыкания. Рассчитаем электрические и рабочие характеристики для тока I2=5000 А.
· Электрические характеристики:
· Рабочие характеристики:
0,083
Аналогичные расчеты для различных токов (в пределах от тока 1000А до тока короткого замыкания) выполним в Microsoft Excel. Полученные данные приведены в таблицы 1.
Таблица 1. Результаты расчетов электрических и рабочих характеристик.
Исходя из этих данных, мы можем построить графики зависимости электрических и рабочих характеристик от тока. Стоит отметить, что данные значения соответствуют одной фазе установки.
Проанализировав графики электрических и рабочих характеристик на 19 ступени можно говорить о том, что при увеличении тока постепенно увеличиваются все характеристики. Максимальная производительность данной установки возможна при токе 67,2 кА. При этом значении тока будет наблюдаться наибольшая активная мощность Pa= 18,696 МВт на одной фазе, а также мощность дуги достигнет своего максимума PД=15,528 МВт. Производительность печи при этом также будет наибольшим g=38,820 т/час, а расход электроэнергии оптимальным.
Проанализировав данные параметры на каждой ступени трансформатора, мы можем построить графики зависимости максимума дуги (производительности) и минимума расхода электроэнергии от номера ступени трансформатора. Построим данные графики для всех установок.
ДСП-25
График зависимости максимума мощности дуги, минимума расхода электроэнергии и мощности трансформатора от номера ступени
Проанализировав данный график, построим зависимости .
Если значение меньше 1 то это значит, что мощность дуги или мощность минимума расхода электроэнергии будет превышать мощность трансформатора, тогда трансформатор будет работать в режиме перегрузки, соответственно эксплуатировать его нельзя. Если же значение больше 1, то трансформатор будет справляться с нужной нагрузкой.
Исходя из приведенных графиков, можно сказать, что для ДСП-25, работу на максимальной мощности дуги S,д и минимуме расхода электроэнергии S,w на данном типе трансформатора мы можем осуществлять при данной короткой сети на ступенях S,д с 9 по 19; S,w с 3 по 19. Далее как видно из графика S,д на ступенях 1-8, S,w на ступенях 1-2, мощность будет превышать мощность трансформатора, что приведет трансформатор в режим перегрузки.
ДСП-30
Проанализировав данный график построим зависимости .
Исходя из приведенных графиков, можно сказать, что для ДСП-30 работу на максимальной мощности дуги S,д и минимуме расхода электроэнергии S,w на данном типе трансформатора мы можем осуществлять при данной короткой сети на ступенях:
S,д неможем;
S,w с 1 по 6.
Далее как видно из графика S,д на ступенях 1-19, S,w на ступенях 7-19, Мощность будет превышать мощность трансформатора, что приведет его в режим перегрузки, соответственно эксплуатировать его при данной мощности нельзя.
ДСП-40 без реактора
Проанализировав данный график, построим зависимости .
Из графика видим, что на всех ступенях и при максимуме мощности дуги S,д и при минимуме расхода электроэнергии S,w мощность будет превышать мощность трансформатора, из ходя из этого мы можем сказать что трансформатор будет находится в режиме перегрузки, соответственно эксплуатировать его нельзя.
ДСП-40 с реактором
Проанализировав данный график, построим зависимости
Из графика видно, что работу на максимальной мощности дуги S,д и минимуме расхода электроэнергии S,w на данном типе трансформатора мы можем осуществлять при данной короткой сети на ступенях:
S,д неможем;
S,w с 1 по 5. Далее как видно из графика S,д на ступенях 1-19, S,w на ступенях 7-19, Мощность будет превышать мощность трансформатора, что приведет его в режим перегрузки, соответственно эксплуатировать его при данной мощности нельзя.
ДСП-50 без реактора
Проанализировав данный график построим зависимости .
Из графика видно, что работу на максимальной мощности дуги S,д и минимуме расхода электроэнергии S,w на данном типе трансформатора мы можем осуществлять при данной короткой сети на ступенях:
S,д неможем;
S,w с 17 по 19. Далее как видно из графика S,д на ступенях 1-19, S,w на ступенях 1-16, Мощность будет превышать мощность трансформатора, что приведет его в режим перегрузки, соответственно эксплуатировать его при данной мощности нельзя.
ДСП-50 с реактором
Проанализировав данный график, построим зависимости .
Из графика видно, что работу на максимальной мощности дуги S,д и минимуме расхода электроэнергии S, w на данном типе трансформатора мы можем осуществлять при данной короткой сети на ступенях:
S,д неможем;
S,w с 1 по 13. Далее как видно из графика S,д на ступенях 1-19, S,w на ступенях 14-19, мощность будет превышать мощность трансформатора, что приведет его в режим перегрузки, соответственно эксплуатировать его при данной мощности нельзя.
ДСП-100
Проанализировав данный график, построим зависимости .
Из графика видно, что работу на максимальной мощности дуги S,д и минимуме расхода электроэнергии S,w на данном типе трансформатора мы можем осуществлять при данной короткой сети на ступенях: -S,д с 3 по 10; -S,w с 1 по 10.
Из графика видно что S,д на ступенях 1-2, превышает мощность трансформатора, что приведет его в режим перегрузки, соответственно эксплуатировать его при данной мощности нельзя.
Вывод: Проанализировав все графики и расчеты, можно сказать, что короткая сеть и трансформатор, на современных дуговых установках не согласованы. Это приводит к недоиспользованию ресурсов печи, и работы установки не в оптимальном режиме.
