2.4. Trang bị điện - điện tử lò hồ quang
2.4.2. Sơ đồ cung cấp điện cho lò hồ quang
Sơ đồ cung cấp điện cho lò hồ quang được giới thiệu trên hình 2.19
Điện cấp cho lò hồ quang lấy từ trạm biến áp lò. Điện áp vào là 6, 10,35 hay 110kV là tùy theo công suất lò.
Sơ đồ có các thiết bị chính sau: Cầu dao cách li CL dùng phân cách mạch động lực của lò với lưới khi cần thiết (chẳng hạnlúc sửa chữa). Máy cắt 1MC dùng để bảo vệ lò hồ quang khỏi ngắn mạch sự cố. Nó được chỉnh định để không tác động khi ngắn mạch làm việc. Máy cắt 1MC cũng dùng để đóng và cắt mạch lực dưới tải. Cuộn kháng K dùng hạn chế dòng điện khi ngắn mạch làm việc và ổn định sự cháy của hồ quang. Khi bắt đầu nấu luyện hay xảy ra ngắn mạch làm việc. Lúc ngắn mạch làm việc, máy cắt 2MC mở ra để cuộn kháng K tham gia vào mạch, hạn chế dòng ngắn mạch. Khi liệu chảy hết, lò cần công suất nhiệt lớn để nấu luyện, 2MC đóng lại để ngắn mạch cuộn kháng K. Ở giai đoạn hoàn nguyên, công suất lò yêu cầu ít hơn thì 2 MC lại mở ra để đưa cuộn kháng K vào mạch, làm giảm công suất cấp của lò. Với những lò hồ quang công suất lớn hơn nhiều thì không có cuộn kháng K. Việc ổn định của hồ quang va hạn chế dòng ngắn mạch làm việc do các phần tử cảm kháng của sơ đồ lò đảm nhiệm.
Biến áp lò BAL dùng để hạ áp và điều chỉnh điện áp. Việc đổi nối cuộn sơ cấp thành hình tam giác hay hình saoY thực hiện nhờ các máy cắt 3MC. 4MC.
Cuộn thứ cấp của BAL nối với các điện cực của lò qua một mạch ngắn “MN”
không phân nhánh, không có mối hàn.
Phía sơ cấp BAL có đặt rơ le dòng điện cực đại để tác động lên cuộn ngắt máy cắt 1MC. Rơ le này có duy trì thời gian. Thời gian duy trì này giảm khi bội số quá tải dòng tăng. Nhờ vậy, 1MC ngắt mạch lực của lò hồ quang chỉ khi có ngắn mạch sự cố và khi ngắn mạch làm việc kéo dài mà không xử lý được. Với ngắn mạch làm việc trong một thời gian tương đối ngắn, 1MC không cắt mạch mà chỉ có tín hiệu đèn và chuông. Phía sơ cấp của BAL còn có các dụng cụ đo lường kiểm tra:
vôn kế, ampe kế, công tơ điện., pha kế v.v… Phía thứ cấp cũng có các máy biến dòng 2TI nối với các ampe kế đo dòng hồ quang, cuộn dòng điện của bộ điều chỉnh tự động và rơ le dòng điện cực đại. Dòng tác động và thời gian duy trì của rơ le dòng được chọn sao cho khi có ngắn mạch thời gian ngắn, bộ điều chỉnh giảm dòng điện của lò chỉ sau thời gian duy trì của rơ le. Nhiều khí cụ điều khiển, kiểm tra bảo vệ khác (trong khới ĐKBV) cũng được nối với máy biến điện áp TU và các máy biến dòng 1TI, 2TI.
* Máy biến áp lò:
Máy BAL dùng cho lò hồ quang phải làm việc trong các điều kiện đặc biệt
- Công suất thường rất lớn (có thể tới hàng chục MW) và dòng điện thứ cấp rất lớn (tới hàng chục kA),
- Điện áp ngắn mạch lớn có thể hạn chế dòng ngắn mạch dưới (2,54) Iđm,
- Có độ bền cơ học cao để chịu được các lực điện từ phát sinh trong các cuộn dây, thanh dẫn khi có ngắn mạch.
- Phải làm mát tốt vì dòng lớn, hay có ngắn mạch và vì biến áp đặt ở nơi kín lại gần lò.
Công suất của BAL có thể xác định gần đúng từ điều khiển nhiệt trong giai đoạn nấu chảy vì ở các giai đoạn khác, lò đòi hỏi công suất tiêu thụ ít hơn.
Nếu coi rằng, trong giai đoạn nấu chảy, tổn thất năng lượng trong lò HQ, trong BAL và cuộn kháng L được bù trừ bởi năng lượng của phản ứng tỏa nhiệt thì công suất BAL có thế xác định bằng biểu thức
cos k
t W
S
sd
BAL nc ( kVA) (2.18)
Trong đó: tnc là thời gian nấu chảy ( trừ lúc dừng lò ) ( h);
Ksd là hệ số sử dụng công suất BAL trong giai đoạn nấu chảy;
Cos là hệ số công suất của thiết bị lò hồ quang;
W là năng lượng hữu ích và tổn hao nhiệt trong thời gian nấu chảy và dừng lò giữa hai mẻ nấu ( kWh).
W= w.G (2.19)
Trong đó: G là khối lượng kim loại nấu (T);
w là suất chi phí điện năng để nấu chảy ( kWh/h);
Suất chi phí điện năng giảm đối với lò có dung lượng lớn Thường w = ( 400600) kW h/ T.
Thời gian nấu chảy được tính từ lúc cho lò làm việc sau khi chất liệu đến khi kết thúc việc nấu chảy thường thời gian (1 3 h) tùy dung lượng lò.
Hệ số sử dụng công suất BAL thường là 0,80,9, gây ra do sử dụng không đầy đủ công suất, do biến động các thông số của lò, do hệ tự động điều chỉnh không hoàn hảo, do không đối xứng giữa 3 pha v.v….
Hiện nay, công suất BAL ngày càng có xu hướng tăng vì nó cho phép giảm thời gian nấu chảy, giảm suất chi phí năng lượng do tổn hao nhiệt.
Cuộn thứ cấp BAL thường được nối tam giác vì dòng ngắn mạch được phân ra hai pha và như vậy điều kiện làm việc của các cuộn dây sẽ nhẹ hơn. Máy BAL thường phải làm việc trong tình trạng ngắn mạch và phải có khả năng quá tải nên thường chế tạo to, nặng hơn các máy biến áp động lực cùng công suất.
* Mạch ngắn ( MN)
Mạch ngắn hay dẫn dòng thứ cấp có dòng điện làm việc rất lớn, tới hàng chục và ngay cả hàng trăm nghìn ampe. Tổn hao công suất ở mạch ngắn đạt tới 70%.
Pmn = Imn2. rmn
toàn bộ tổn hao trong toàn bộ thiết bị lò hồ quang. Do vậy, yêu cầu cơ bản của ngắn Hình 2.19. Sơ đồ cung cấp điện cho lò hồ quang
bớt tổn hao, đồng thời được ghép từ các tấm đồng lá thành các thanh mềm để có thể uốn dẻo lên xuống theo các điện cực. Ngoài ra, mạch ngắn còn phải đảm bảo sự cân bằng rmn và xmn giữa các pha để có các thông số điện (công suất, điện áp, dòng) như nhau của các hồ quang. Khi ba pha mạch ngắn phân bố đối xứng thì hỗ cảm giữa hai pha bất kỳ sẽ bằng nhau và sức điện động hỗ cảm bằng không. Trong trường hợp nếu khoảng cách giữa các pha không như nhau, hỗ cảm giữa các pha sẽ khác nhau. Trong một pha nào đo sẽ xuất hiện sức điện động phụ ngược chiều dòng điện trong pha đó và tạo ra sụt áp phụ trên điện trở thuần pha đó. Kết quả là pha này như thể tăng điện trở tác dụng, gây một tổn hao công suất phụ và công suất hồ quang của pha này so với pha khác. Đồng thời ở một pha khác sức điện động phụ lại cùng chiều với dòng điện của pha, điện trở tác dụng như bị giảm và công suất hồ quang pha này tăng lên. Hiện tượng trên gây ra sự mất đối xứng về điện áp giữa các hồ quang, sự phân bố công suất không đều giữa các pha, giảm hiệu suất lò và với lò công suất càng lớn thì sự mất đối xứng điện từ ở mạch ngắn sẽ càng lớn.
Chống hiện tượng trên bằng cách phân bố đối xứng về mặt hình học và về mặt điện từ của mạch ngắn và các điện cực đặt ở ba đỉnh một tam giác đều. Với lò dung lượng dưới 10tấn thì mạch ngắn thường được nối theo sơ đồ tam giác . Thiếu sót của cách này là sự không đối xứng của các dây chuyền vòng tới các điện cực không được bù trừ. Với các lò dung lượng lớn, mạch ngắn thường được nối tam giác ở các điện cực. Hai bên mỗi cần giữ điện cực CS đặt hai dây dẫn dòng pha cách điện như nhau. Ở sơ đồ này thì hai pha có các dây dẫn dòng từ đầu đầu và đầu cuối tớihai điện cực kề sát nhau, tạo ra hệhai dây, còn pha thứ ba dẫn dòng tớihai cần giữ ngoài cùng sẽ không có tính chất của hệ hai dây. Tính không đối xứng của mạch ngắn đã giảm nhiều nhưng chưa hoàn toàn. Theo sơ đồ thực hiện dẫn dòng hệ hai dây cho cả ba pha nhờ thêm cần phụ, mang dây đầu cuối pha ba tới điện cực một vòng qua điện cực ba. Cần đỡ phụ và cần đỡ điện cực một được dịch chuyển đồng bộ với nhau qua liên kết cơ học. Sơ đồ này không giảm tính không đối xứng của mạch ngắn xuống đến mức tối thiểu.