1) Trang bị điện lũ hồ quang
a) Sơ đồ mạch điện động lực
*Yờu cầutrang bị thiết bị động lực lũ hồ quang
Điện cấp cho lũ HQ lấy từ trạm biến ỏp lũ. Điện ỏp vào là 6, 10, 35 hay 110kV là tuỳ theo cụng suất lũ. Sơ đồ cú cỏc thiết bị chớnh sau:
Cầu dao cỏch li Cl dựng phõn cỏch mạch động lực của lũ với lưới khi cần thiết, chẳng hạn lỳc sửa chữa. Mỏy cắt 1MC dựng để bảo vệ lũ HQ khỏi ngắn mạch sự cố. Nú được chỉnh định để khụng tỏc động khi ngắn mạch làm việc. Mỏy cắt 1MC cũng dựng để đúng và cắt mạch lực dưới tải. Cuộn khỏng CK dựng hạn chế dũng điện khi ngắn mạch làm việc và ổn định sự chỏy của HQ. Khi bắt đầu nấu luyện hay xảy ra ngắn mạch làm việc. Lỳc ngắn mạch làm việc, mỏy cắt 2MC mở ra để cuộn khỏng CK tham gia vào mạch, hạn chế dũng ngắn mạch. Khi nghiờn liệu chảy hết, lũ cần cụng suất nhiệt lớn để nấu luyện, 2MC đúng lại để ngắn mạch cuộn khỏng CK. Ở giai đoạn hoàn nguyờn, cụng suất lũ yờu cầu ớt hơn thỡ 2MC lại mở ra để đưa cuộn khỏng CK vào mạch, làm giảm cụng suất cấp cho lũ. Với những lũ HQ cụng suất lớn hơn nhiều thỡ khụng cú cuộn khỏng CK. Việc ổn định HQ và hạn chế dũng ngắn mạch làm việc do cỏc phần tử cảm khỏng của sơ đồ lũ đảm nhiệm.
Biến ỏp lũ BAL dựng để hạ ỏp và điều chỉnh điện ỏp. Việc đổi nối cuộn sơ cấp thành hỡnh tam giỏc hay hỡnh Y thực hiện nhờ cỏc mỏy cắt 3MC, 4MC. Cuộn thứ cấp của BAL nối với cỏc điện cực của lũ qua một mạch ngắn “MN” khụng phõn nhỏnh, khụng cú mối hàn.
Phớa sơ cấp BAL cú đặt rơle dũng điện cực đại để tỏc động lờn cuộn ngắt mỏy cắt 1MC. Rơle này cú duy trỡthời gian. Thời gian duy trỡ này giảm khi bội số quỏtải dũng tăng. Nhờ vậy, 1MC ngắt mạch lực của lũ HQ chỉ khi cú ngắn mạch sự cố và khi ngắn mạch làm việc kộo dài mà khụng xử lý được. Với ngắn mạch làm việc trong một thời gian tương đối ngắn, 1MC khụng cắt mạch mà chỉ cú tớn hiệu đốn và chuụng. Phớa sơ cấp BAL cũng cú cỏc dụng đo lường, kiểm tra như: vụnkế, ampekế, cụng tơ điện, … Phớa thứ cấp cũng cú cỏc mỏy biến dũng 2TI nối với cỏc ampe kế đo dũng HQ, cuộn dũng điện của bộ điều chỉnh tự động và rơle dũng điện cực đại. Dũng tỏc động và thời gian duy trỡ của rơle dũng được chọn sao cho khi cú ngắn mạch thời gian ngắn, bộ điều chỉnh làm giảm dũng điện của lũ chỉ sau thời gian duy trỡ của rơle. Nhiều khớ cụ điều khiển, kiểm tra và bảo vệ khỏc (trong khối ĐKBV) cũng được nối với mỏy biến điện ỏp TU và cỏc mỏy biến dũng 1TI, 2TI.
+ Mỏy biến ỏp lũ BAL
Mỏy BAL dũng cho lũ HQ phải làm việc trong cỏc điều kiện đặc biệt nặng nề nờn cú cỏc đặc điểm sau:
- Cụng suất thường rất lớn (cú thể tới hàng chục MW) và dũng điện thứ cấp rất lớn (tới hàng trăm kA).
- Cú độ bền cơ học cao để chịu được cỏc lực điện từ phỏt sinh trong cỏc cuộn dõy, thanh dẫn khi cú ngắn mạch.
- Cú khả năng điều chỉnh điện ỏp sơ cấp dưới tải trong một giới hạn rộng.
- Phải làm tốt với dũng lớn, hay cú ngắn mạch và với biến ỏp đặt ở nơi kớn lại gần lũ.
Cụng suất BAL cú thể xỏc định gần đỳng từ điều kiện nhiệt trong giai đoạn nấu chảy với ở cỏc giai đoạn khỏc, cụng suất tiờu thụ ớt hơn.
Nếu coi rằng, trong giai đoạn nấu chảy, tổn thất năng lượng trong lũ HQ, trong BAL và cuộn khỏng L được bự trừ bởi năng lượng của phản ứng toả nhiệt thỡ cụng suất BAL cú thể xỏc định bởi biểu thức :
Trong đú: - thời gian nấu chảy (trừ lỳc dừng lũ) (h);
- hệ số sử dụng cụng suất BAL trong giai đoạn nấu chảy; - hệ số cụng suất của thiết bị lũ HQ ;
W - năng lượng hữu ớch và tổn hao nhiệt trong thời gian nấu chảy và dừng lũ giữa hai mẻ.
Năng lượng hữu ớch và tổn hao nhiệt W cú thể tớnh được theo cụng thức: W = WG [kWh]
Trong đú: W là suất chi phớ điện năng để nấu chảy một tấn kim loại (kWh/T) G - khối lượng kim loại nấu chảy (T)
Thời gian nấu chảy được tớnh từ lỳc cho lũ làm việc sau khi chất liệu đến khi kết thỳc việc nấu chảy. Thường thỡ thời gian này từ (1 - 3h) tuỳ dung lượng lũ.
Hệ số sử dụng cụng suất BAL thường là 0,8 ữ 0,9, gõy ra do sử dụng khụng đầy đủ cụng suất BAL, do biến động cỏc thụng số của lũ, do hệ tự động điều chỉnh khụng hoàn hảo, do khụng đối xứng giữa 3 pha v.v…
Hiện nay, cụng suất BAL ngày càng cú xu hướng tăng với nú cho phộp giảm thời gian nấu chảy, giảm suất chi phớ năng lượng do hạ tổn hao nhiệt.
Cuộn thứ cấp BAL thường nối với dũng ngắn mạch được phõn ra hai pha và như vậy điều kiện làm việc của cỏc cuộn dõy sẽ nhẹ hơn. Mỏy BAL thường phải làm việc trong tỡnh trạng ngắn mạch và phải cú khả năng quỏ tải nờn thường chế tạo to, nặng hơn cỏc, mỏy biến ỏp động lực cựng cụng suất.
+ Mạch ngắn (MN)
Mạch ngắn hay dõy dẫn dũng thứ cấp cú dũng điện làm việc rất lớn, tới hàng chục và ngay cả hàng trăm nghỡn Ampe. Tổn hao cụng suất ở mạch ngắn đạt tới 70% (Pmn = I2mn Rmn) toàn bộ tổn hao trong toàn bộ thiết bị lũ HQ. Do vậy, yờu cầu cơ bản của mạch ngắn là phải rỳt ngắn nhất trong điều kiện cú thể (biến ỏp lũ phải đặt rất gần
lũ) để giảm bớt tổn hao, đồng thời được ghộp từ cỏc tấm đồng lỏ thành cỏc thanh mềm để cú thể uốn dẻo lờn xuống theo cỏc điện cực, Ngoài ra, mạch ngắn cũng phải đảm bảo sự cõn bằng rmn và xmn giữa cỏc pha để cú cỏc thụng số điện (cụng suất, điện ỏp, dũng) như nhau của HQ. Khi 3 pha mạch ngắn phõn bố đối xứng thỡ hỗ cảm giữa 2 pha bất kỳ sẽ bằng nhau và s.đ.đ hỗ cảm bằng 0. Trường hợp nếu khoảng cỏch giữa cỏc pha khụng như nhau, hỗ cảm giữa cỏc pha sẽ khỏc nhau. Trong một pha nào đú sẽ xuất hiện s.đ.đ phụ ngược chiều dũng điện trong pha đú và tạo ra một sụt ỏp phụ trờn điện trở thuần pha đú. Kết quả là pha này như thể tăng điện trở tỏc dụng, gõy ra một tổn hao cụng suất phụ và cụng suất HQ của pha này sẽ giảm so với pha khỏc. Đồng thời, ở một pha khỏc , s.đ.đ phụ lại cựng chiều với dũng điện của pha, điện trở tỏc dụng như bị giảm và cụng suất HQ pha này tăng lờn. Hiện tượng trờn gõy ra sự mất đối xứng về điện ỏp giữa cỏc HQ, sự phõn bố cụng suất khụng đồng đều giữa cỏc pha, giảm hiệu suất lũ và với lũ cụng suất càng lớn thỡ sự mất đối xứng điện từ ở mạch ngắn sẽ càng lớn.
Chống hiện tượng trờn bằng cỏch phõn bố đối xứng về mặt hỡnh học và về mặt điện từ của mạch ngắn và cỏc điện cực đặt ở 3 đỉnh một tam giỏc đều. Với lũ dung lượng dưới 10T thỡ mạch ngắn thường được nối theo sơ đồ hỡnh 4.20. Thiếu sút của cỏch này là sự khụng đối xứng của cỏc dõy dẫn chuyển dũng tới cỏc điện cực khụng được bự trừ. Với cỏc lũ dung lượng lớn, mạch ngắn thường được nối Y ở cỏc điện cực hỡnh 4.20. Hai bờn mỗi cần giữ điện cực cú đặt 2 dõy dẫn dũng pha cỏch điện nhau. Ở sơ đồ này thỡ2 pha cú dõydẫn dũng từ đầu đầu và đầu cuối tới 2 điện cực kờ sỏt nhau, tạo ra hệ 2 dõy, cựng pha thứ 3 dẫn dũng tới 2 cần giữ ngoài cựng sẽ khụng cú tớnh chất của hệ 2 dõy. Tớnh khụng đối xứng của mạch ngắn đú giảm nhiều nhưng chưa hoàn toàn. Sơ đồ thực hiện dẫn dũng hệ 2 dõy cho cả 3 pha nhờ thờm cần phụ, mang dõy đầu cuối pha 3 tới điện cực1 vựng qua điện cực 3. Cần đỡ phụ và cần đỡ điện cực 1 được dịch chuyển đồng bộ với nhau qua liờn kết cơ học. Sơ đồ này giảm tớnh khụng đối xứng của mạch ngắn xuống đến mức tối thiểu.
*) Các yêu cầu đối với hệ thống TĐ dịch điện cực lò hồ quang
Mỗi giai đoạn làm việc của lò hồ quang đòi hỏi một công suất nhất định mà công suất này lại phụ thuộc vào chiều dài ngọn lửa hồ quang. Nh- vậy điều chỉnh dịch điện cực tức là điều chỉnh chiều dài ngọn lửa hồ quang, do đó điều chỉnh đ- ợc công suất lò hồ quang là nhiệm vụ cơ bản của các hệ thống truyền động dịch cực lò hồ quang .
+) Yờu cầu đối với một hệ tự độngdịch cực lũ hồ quang
Đủ độ nhạy để đảm bảo chế độ làm việc đó cho của lũ. Duy trỡ dũng điện hồ quang khụng tụt quỏ ( 4 –5)% trị số dũng làm việc. Vựng khụng nhạy của bộ điều chỉnh khụng quỏ (3-6)% trong giai đoạn nấu chảy, (2-4)% trong cỏc giai đoạn khỏc
- Tỏc động nhanh, đảm bảo khử ngắn mạch hay đứt hồ quang trong thời gian (1,5 –3)s. Điều dú sẽ làm giảm số lần ngắt mỏy cắt chớnh, giảm sự thấm C của kim loại
- Thời gian điều chỉnh ngắn.
- Hạn chế tối thiểu sự dịch cực khụng cần thiết như khi chế độ làm việc bị phỏ vỡ trong thời gian rất ngắn hay trong chế độ thay đổi tớnh đối xứng , yờu cầu này rất cần thiết đối với lũ 3 pha khụng cú dõy trung tớnh . Cỏc chế độ hồ quang của một pha nào đú bị phỏ huỷ sẽ dẫn theo phỏ huỷ chế độ hồ quang của cỏc pha cũn lại . Điện cực cỏc pha cũn lại đang ở vị trớ chuẩn cũng cú thể bị dịch chuyển . Do vậy mỗi pha cần cú hệ điều chỉnh độc lập để sự làm việc của nú khụng ảnh hưởng tới chế độ làm việc của cỏc pha khỏc.
- Thay đổi cụng suất lũ bằng phẳng trong giới hạn 20 – 125% trị số định mức với sai số khụng quỏ 5%.
- Cú thể chuyển đổi nhanh từ chế độ điều khiển tự động sang chế độ điều khiển bằng tay do phải thực hiện thao tỏc phụ nào đú ( chẳng hạn như nõng điện cực trước khi vào lũ ) và ngược lại chuyển nhanh về chế độ điều khiển tự động .
- Tự động chõm lửa hồ quang khi bắt đầu làm việc và sau khi hồ quang bị đứt. Khi ngắn mạch làm việc thỡ thực hiện nõng điện cực lờn và khụng làm đứt hồ quang .
- Dừng mọi điện cực khi mất điện lưới.
+) Cỏc phương phỏp khống chế hệ TĐ dịch cực
Để điều chỉnh và ổn định cụng suất hồ quang thụng qua hệ thống TĐ dịch điện cực người ta đưa ra 3 phương phỏp để khống chế TĐ dịch điện cực đú là :
- Duy trỡ dũng điện hồ quang khụng đổi Ihq= const. - Duy trỡ điện ỏp hồ quang khụng đổi Uhq = const.
- Duy trỡ tổng trở hồ quang khụng đổi Zhq = Uhq/ Ihq = const .
Bộ điều chỉnh duy trỡ dũng hồ quang khụng đổi sẽ khụng mồi hồ quang tự động được, ngoài ra khi dũng điện trong một pha nào đú thay đổi sẽ kộo theo dũng điện trong hai pha cũn lại thay đổi. Vớ dụ , khi HQ trong một pha bị đứt thỡ lũ HQ làm việc như một phụ tải 1 pha với 2 pha cũn lại nối tiếp vào điện ỏp dõy . Lỳc đú cỏc bộ điều chỉnh 2 pha cồn lại sẽ tiến hành hạ điện cực mặc dự khụng cần việc đú . Cỏc bộ điều chỉnh loại này chỉ dựng cho lũ HQ 1 pha và chủ yếu dựng trong lũ HQ chõn khụng .
Bộ điều chỉnh ỏp hồ quang khụng đổi cú khú khăn trong việc đo thụng số này. Thực tế cuộn dõy đo được nối giữa thõn kim loại của lũ và thanh cỏi thứ cấp BAL. Do vậy điện ỏp đo phụ thuộc dũng tải và sự thay đổi dũng của một pha sẽ ảnh hưởng tới hai pha cũn lại .
Bởi vậy hai biện phỏp trờn thường chỉ ỏp dụng cho lũ hồ quang một pha Phương phỏp ưu điểm hơn cả là dựng bộ điều chỉnh duy trỡ Zhq = const : với phương phỏp này thỡ tớn hiệu để khống chế hệ TĐ sẽ là :
UKC = aUhq – bIhq
Trong đú a,b là cỏc hệ số phụ thuộc hệ số cỏc biến ỏp đo lường và điện trở điều chỉnh trờn mạch .
Khi Uhq = Ihqo , Uhq = Uhqo thỡ
Zhqo = Ihqo / Uhqo : tổng trở đặt vựng hồ quang Khi UKC = 0 a Uhqo = bIhqo
+ Khi Zhq = Zhqo thỡ UKC = 0 : Điện cực đứng yờn + Khi Zhq < Zhqo thỡ UKC< 0 : Nõng điện cực lờn + Khi Zhq > Zhqo thỡ UKC > 0 : Hạ điện cực xuống .
* Muốn điều chỉnh tăng cụng suất hồ quang giảm Zhq giảm chiều dàI ngọn lửa hồ quang .
Điều chỉnh cụng suất lũ HQ cú thể thực hiện bằng cỏch thay đổi điện ỏp ra của BAL hoặc bằng sự dịch chuyển điện cực để thay đổi chiều dài ngọn lửa HQ và như vậy sẽ thay đổi được điện ỏp HQ, dũng điện HQ và cụng suất tỏc dụng của HQ. Mỗi giai đoạn làm việc của lũ HQ (nấu chảy, ụxy hoỏ, hoàn nguyờn) đũi hỏi một cụng suất nhất định, mà cụng suất này phụ thuộc chiều dài ngọn lửa HQ, do đú điều chỉnh được cụng suất lũ HQ. Đú là nhiệm vụ cơ bản của cỏc bộ điều chỉnh tự động cỏc lũ HQ .
b) Sơ đồ mạch điện dịch cực lũ hồ quang
Một hệ điều chỉnh dịch cực tự động lò HQ có sơ đồ cỏc khối chức năng cơ bản nh- hình 4-13:
Hình 4-13. Sơ đồ chức năng hệ điều chỉnh công suất lò HQ
Hệ gồm đối t- ợng điều chỉnh (lò HQ) và bộ điều chỉnh vi sai. Bộ điều chỉnh gồm các phần tử cảm biến dòng 1 và áp 1’, phần tử so sánh 3, bộ khuếch đại 4, cơ cấu chấp hành 5 và thiết bị đặt 2. Trên phần tử so sánh có 2 tín hiệu từ đối t- ợng điều chỉnh tới
5 4 2 1 3 6'
Hỡnh 4-14. Sơ đồ nguyờn lý một pha khống chế dịch cực lũ hồ quang
từ phần tử so sánh đ- ợc khuếch đại qua bộ khuếch đại 4 rồi tới cơ cấu chấp hành 5 để dịch cực theo h- ớng giảm sai lệch.
Để hoàn thiện đặc tính động của hệ, nâng cao chất l- ợng điều chỉnh th- ờng sơ đồ còn có các phản hồi về tốc độ dịch cực, về tốc độ thay đổi dòng, áp HQ, v.v... trong sơ đồ cũng có thể có các phần tử ch- ơng trình hoá, máy tính v,v...
Hệ điều chỉnh có thể dùng khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, thyristor, thuỷ lực, ly hợp điện từ...
*) Mạch điều chỉnh dịch cực lũ hồ quang sử dụng hệ thống mỏy phỏt động cơ (F-Đ)
+) Sơ đồ mạch điện
Hỡnh 4-14 là sơ đồ nguyờn lý dịch cực cho một pha lũ hồ quang. Mỗi pha cú một bộ điều chỉnh như vậy.
Mỏy điện khuếch đại MĐKĐ cấp điện cho động cơ Đ để dịch cực và cú 3 cuộn kớch từ:
- Cuộn điều chỉnh CĐC1 để khống chế tự động. - Cuộn CĐC2 để khống chế bằng tay.
- Cuộn phản hồi õm ỏp CFA. Cuộn này cú s.t.đ ngược chiều với cuộn trờn. Ở chế độ tự động TĐ, cỏc tiếp điểm 5-6 và 7-8 kớn. Mở 1CD và đúng 2CD. Điện ỏp ra trờn chỉnh lưu 1CL tỉ lệ với dũng điện HQ và rơi trờn điện trở 5R. Điện ỏp ra trờn chỉnh lưu 2CL tỉ lệ với điện ỏp HQ và rơi trờn điện trở 4R. Cuộn dõy điều chỉnh CĐC1 của MĐKĐ nối vào hiệu số điện ỏp lấy trờn một phần của 5R và 4R, nghĩa là thực hiện quy luật điều chỉnh như biểu thức (3.21). Khi chưa cú hồ quang, dũng bằng