Электропечные трансформаторы (сокращенно ЭПТ) служат для питания различных промышленных электротермических установок, применяемых главным образом в черной и цветной металлургии. К таким установкам относятся: электродуговые сталеплавильные печи (ДСП), расплавляющие сталь электрической дугой переменного тока; индукционные плавильные печи (ИПП), плавящие металл способом индукционного нагрева; печи электрошлакового переплава (ЭШП), руднотермические печи (РТП) и некоторые другие. Параметры и режимы работы таких электропечей имеют характерные особенности, резко отличающиеся от других токоприемников. Соответственно и электропечные трансформаторы по своим параметрам и конструкции значительно отличаются от силовых трансформаторов общего назначения.
Вместо номинальной мощности электропечных трансформаторов указывают типовую мощность, равную полусумме мощностей всех частей его обмоток.
Первичное напряжение этих трансформаторов при относительно небольших мощностях электропечей по сравнению с силовыми трансформаторами общего назначения той же мощности обычно выбирают более высоким — до 35 кВ включительно, а для больших мощностей — 110 кВ и выше. Такие высокие напряжения необходимы для ограничения колебаний напряжения в питающей электросети при коротких замыканиях, связанных с режимом работы печи при плавке металла. Поэтому мощность электрической сети, к которой подсоединяется печной трансформатор, должна во много раз превышать мощность электропечи, соответственно должны быть выше напряжение сети и первичное напряжение ЭПТ.
Вторичное напряжение электропечных трансформаторов мощностью до 100 MB-А не превышает 900—1000 В, при этом вторичные токи соответственно достигают 100 кА и более. Малые вторичные напряжения и большие токи характеризуют особенность электропечных трансформаторов. Небольшие вторичные напряжения при больших вторичных токах существенно сказываются на конструкции отдельных частей ЭПТ.
Напряжение короткого замыкания (нкз) является одной из главных характеристик трансформатора. От его значения зависит кратность сквозного тока короткого замыкания, проходящего через трансформатор при коротком замыкании в термической установке, а следовательно, электродинамическая стойкость трансформатора, колебание напряжения в питающей сети, потери напряжения в ЭПТ в режиме нагрузки.
При расчете и конструировании ЭПТ выбирают оптимальное значение напряжения короткого замыкания, оно обычно несколько меньше, чем в одинаковых по мощности и напряжению силовых трансформаторах общего назначения.
Регулирование напряжения электропечных трансформаторов представляет собой один из главных вопросов расчета, конструирования и выбора схемы регулирования. Это связано с тем, что из-за быстро меняющегося режима плавки у электропечных трансформаторов в отличие от силовых приходится регулировать вторичное напряжение в широких .пределах, в отдельных случаях до ±50% номинального.
Рис. 1. Схемы регулирования напряжений в ЭПТ: а — прямое без изменения индукции, б — прямое с изменением индукции, в — косвенное с регулировочным автотрансформатором; ЭП — электропечь, ЭПРТ1 — электропечной трансформатор с регулированием на стороне НН, Ш — шины питающей электросети (ВН), ЭПРТ2 с регулированием на стороне ВН, ЭПРАТ — электропечной регулировочный автотрансформатор, ЭПТ — электропечной
трансформатор
Примечание: Трансформаторы и автотрансформаторы показаны на рисунке так, как их принято изображать на однолинейных схемах
В зависимости от мощности и вида в ЭПТ применяют различные схемы и способы регулирования напряжения: прямое регулирование на стороне НН и ВН (без изменения индукции в трансформаторе), прямое (с изменением индукции), косвенное регулирование с применением отдельного регулировочного автотрансформатора или трансформатора и некоторые другие. Принципиальные схемы трех первых способов регулирования ЭПТ показаны на рис. 1, а, б, в.
Переключающие устройства без возбуждения и с регулированием под нагрузкой, применяемые в электрических трансформаторах, в основном такие же, как и в трансформаторах общего назначения.
Режимы работы ЭПТ зависят от назначения электропечи и протекающего в ней технологического процесса. Однако по сравнению с трансформатором общего назначения нагрузочный режим работы щечных трансформаторов более тяжелый. В большей мере это относится к ЭПТ, питающих дугосталеплавильные печи (ДСП). Их работа в нагрузочном режиме сопровождается частыми отключениями дугосталеплавильной печи, обусловленными технологией плавки металла. Кроме того, нагрузка электропечных трансформаторов имеет резкопеременный характер, вызванный изменением токов электрических дуг, замыканиями электродов печи с шихтой, изменением частот в результате горения дуг и другими короткими замыканиями.
Электропечные трансформаторы должны нормально работать в заданных пределах при перегрузке и при аварийных сквозных токах короткого замыкания, протекающих через ЭПТ в результате коротких замыканий на его вторичной стороне (на электродах, вблизи их, в короткой сети, на вводах НН). Аварийные токи короткого замыкания наиболее опасны для трансформатора, однако они ограничиваются реактивным сопротивлением самого трансформатора и сопротивлением короткой сети (участок между печью и вводами НН). Электродинамическая стойкость ЭПТ при коротких замыканиях достигается надежной прессовкой обмоток, усилением креплений отводов и других его частей.
Условные обозначения. В зависимости от назначения и параметров электропечей применяют однофазные и трехфазные электропечные трансформаторы. Их условно обозначают буквами и цифрами так же, как и силовые трансформаторы общего назначения с добавлением поясняющих букв: Э — электропечной; Н — предназначен для питания индукционной печи; Ш — для электрошлаковой печи, С—для стекловарочной печи; К — трансформатор выполнен в виде агрегата, состоящего из нескольких трансформаторов («комплект»), собранных в одной единице (одном баке); П — переключающее устройство ПБВ с дистанционным управлением и некоторые другие буквы.
Электропечные трансформаторы, предназначенные для питания электродуговых сталеплавильных печей, дополнительных букв в обозначениях не имеют. Исходя из этого трехфазные электропечные трансформаторы мощностью от 1000 до 45000 кВ-А классов напряжения 6—35 кВ с переключающими устройствами ПБВ и РПН, применяемые для ДСП, обозначают так: ЭТМПК; ЭТЦПК; ЭТЦНК; ЭТЦН; АТЦН; ЭТЦ; однофазные и трехфазные электропечные трансформаторы мощностью 2700— 4200 кВ-А, напряжением первичной стороны 6—10 кВ, с ПБВ и РПН для индукционных печей ЭОМП; ЭТМП; ЭОМН; ЭТМН и ЭТДЦН; однофазные трансформаторы мощностью 4000— 12 500 кВ-А, напряжением 6—10 кВ с РПН для электрошлаковых печей — ЭОДЦН, ЭОЦНШ, однофазные трансформаторы с РПН мощностью 8200—83 300 кВ-А, напряжением первичной стороны 10—220 кВ для руднотермических печей — ЭОЦН, ЭОЦНК, ЭОДЦНК.
Для примера приведем полные обозначения буквами и цифрами некоторых типов электропечных трансформаторов:
ЭТМПК-3200/10—71УЗ — трехфазный ЭПТ с охлаждением вида М, переключающее устройство ПБВ с дистанционным управлением, типовая мощность 3200 кВ-А, класс напряжения 10 кВ, конструкция 1971 г., исполнение У, категория размещения 3;
ЭОЦНШ-6300/10-77УЗ — однофазный ЭПТ с охлаждением вида Ц, с устройством РПН, для электрошлаковой печи, типовая мощность 6300 кВ-А, класс напряжения 10 кВ, конструкция 1977 г., исполнение У, категория 3;
ЭТЦНКН-40000/35-79УЗ — трехфазный ЭПТ с охлаждением вида Ц, с переключающим устройством РПН, для индукционной электропечи, типовая мощность 40 000 кВ-А, класс напряжения 35 кВ, конструкция 1979 г., исполнение У, категория 3.
