CC BY
20
II УД К 621.36+621.327
ПРОБЛЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ПАРАМЕТРОВ В ГАЗОРАЗРЯДНЫХ УСТАНОВКАХ С ПИТАНИЕМ ТОКОМ ' СЛОЖНОЙ ФОРМЫ
Ф.К. Бойко, Е.В. Птицына
/., Павлодарский государственный университет
III им. С. Торайгырова
Мак,алада курделi формадагы токтармен байланысатын • газоразрядты цондыргылардси'ы электрлж параметриярды барабарльщ багалауга щтысты мэселелер крралады.
Аннотация: в статье рассматриваются вопросы адекватной оценки §§|§ электрических параметров газоразрядных электротехнологических установок с питанием током сложной формы
Summary: The article focuses on the problems connected with adequate evaluation of electric parameters in qas discharqinq eguipment with complex form current feedinq
В электротехнологии широкое использование токов сложной формы (ТСФ) обусловлено рядом получаемых позитивных физических эффектов [1]. Решение проблемы повышения эффективности электротехнологических установок (ЭТУ) за счет перевода в режим с питанием ТСФ неразрывно связано с решением задачи автоматизированного управления технологическим процессом на основе достоверной оценки электрических параметров в технологическом звене и в питающей сети при использовании современных средств измерения и диагностики.
Современные измерительные устройства на базе микропроцессорных систем и устройств позволяют производить количественную и качественную оценку процессов во временной области. Они широко используются для контроля, энергоаудита, сертификации, однако остаются дорогими средствами измерения для научных исследований. Это обусловливает применение электрических средств измерения на электромеханической и электронной элементной базе, которые имеют наименьшую погрешность измерения, (в том числе и по частоте), для диапазона средних значений величин. Тогда как измерения малых и
источника переменного напряжения промышленной частоты. Первая плавка проведена с несколькими переключениями ступеней устройства РПН электропечно-го трансформатора ЭТДЦПК-6300/10. На рис. 3-4 даны осциллограммы для второй плавки при работе печи на одной ступени устройства РПН. Осциллограммы двух плавок даны в сравнении для периодов расплавления и окисления.
Анализ осциллограмм свидетельствует, что нерегулярные колебания тока сильны в период расплавления. Их причина - неустойчивое горение и обрывы дуги и т.д. Регулярные колебания, низкочастотная модуляция колебаний тока, обусловлена электродинамическим взаимодействием токоподводов при изменении тока. Основная причина - это механические колебания системы элект-род-электрододержатель из-за нежесткого закрепления стойки в рамках, колебания ванны жидкого металла и др. Высокочастотные колебания связаны с нелинейностью вольтамперной характеристики дуги. Эти колебательные процессы отражаются на характере изменения тока в короткой сети и в сети высокого напряжения электропечнош трансформатора. Однако влияние нелинейности ферромагнитного материала сердечника трансформатора меняет низкочастотную модуляцию и высокочастотные колебания тока в питающей сети по сравнению с осциллограммами тока дуги.
По мере расплавления шихты и появления ванны жидкого металла наблюдается устойчивое горение дуги, что проявляется в уменьшении размахов изменения тока, амплитудных, действующих значений тока (21 т, ///,). Так, в период расплавления указанные значения токов с учетом масштабов тока на стороне высокого напряжения и на дуге составили 784,3 8А; (392,19А/278,14А) и 31,02кА; (15,5кАД 1,0кА) (рис.3). В период окисления значения этих величин снизились и составили42,29А; (211,4А/149,9А)и 16,92кА; (8,46кА/6,0кА).
Таким образом, характер изменения тока в сети высокого напряжения электропечного трансформатора зависит от положения переключателя ступеней РПН. Сравнение осциллограмм рис. 2-4 показывает, работа трансформатора на более низкой ступени РПН даже в обычном режиме работы с питанием от источника переменного напряжения промышленной частоты уменьшает искажение кривой тока в питающей сети [7].
14
НАУКА И ТЕХНИКА КАЗАХСТАНА
больших значений обусловлено погрешностями от воздействия внешних магнитных полей, термо-эдс, шумов, энергией, рассеиваемой на шунтах и др.
Этот момент учитывался при выборе размеров и параметров физической модели промышленной газоразрядной ЭТУ, поскольку на этапе модельных исследований адекватная оценка характера и диапазона изменения электрических величин позволяет установить параметры и критерии оптимизации, и получить регулировочные характеристики, необходимые для последующей разработки рациональных режимов работы.
Быстропротекающие процессы в широком диапазоне частот отличают работу газоразрядных ЭТУ даже в обычном режиме работы при питании от источника переменного тока промышленной частоты. Поэтому' для исследования и записи мгновенных значений использовали электронно-лучевой осциллограф и скоростную кинокамеру, синхронизированную со шлейфовым осциллографом. Действу ющие, средние, амплитудные значения, постоянные и переменные составляющие ТСФ. определяемые при обработке осциллограмм по методу калиброванной шкалы, сравнивали с показаниями приборов различных систем.
Большинство средств измерений, в том числе и аналоговые измерительные приборы, рассчитаны на измерение действующих значений тока и напряжения синусоидальной формы: , хг
Д Ф <Р
ид=кфхиср ш
то есть действующее значение величины тока и напряжения определяется
умножением коэффициента формы Кф, равного для правильной синусоиды 1,11, на среднее значение амплитуды синусоидального тока (напряжения).
Для измерения действующих значений электрических сигналов различной формы применяли приборы, измеряющие истинные действующие значения негармонических сигналов:
Здесь /г - номер гармоники.
Приборы, рассчитанные на измерения среднеквадратичных значений тока и напряжения синусоидальной формы, при измерении негармонических сигналов могут давать недомер до 40%. Например, анализаторы норм качества электрической энергии типа АКЭ-2020, АКЭ-9032, ПКК-57, МЭТ-5080 (фирма А-КИП)
предназначены для измерения токов и напряжений синусоидальной формы. Среднеквадратичные значения негармонических сигналов измеряют анализаторы сетей типа TOPAS 1000TS, TOPAS I000S (фирма LEM) с погрешностью измерения -V0,1% в диапазоне тока 55гпАч 12,2кА, типа МЕМОВОХ 300 Smart модификаций (3U) (3U+31Р) (3U+4IР) (3U Q) (3U+3IQ) (3U+4I Q) МЕМОВОХ 800S (погрешность измерения ^0,5% в диапазоне изменения тока 0,75^3000А), и анализаторы норм качества электрической энергии FLUKE 41В. FLUKE 43В, FLUKE 43 Kit (фирма FLUKE) погрешность измерения ^1% в диапазоне тока 50Ач50кА, типа AR.5 и AR.5M (фирма CIRCUTOR) и др. Анализаторы норм качества электрической энергии использовали также для качественного анализа напряжения сети, как в обычном режиме, при питании от источника переменного напряжения промышленной частоты, так и в новом, при питании ТСФ [2-5].
В качестве физической модели промышленной газоразрядной установки с питанием ТСФ была разработана двухэлсктродная дуговая печь емкостью 0,25т, изменение электрических параметров которой соответствовало диапазону средних значений величин. В качестве источников питания использовали: источник переменного синусоидального тока промышленной частоты, источник переменного синусоидального тока регулируемой частоты, источники ТСФ на базе неуправляемого выпрямителя с дросселем насыщения и на базе тиристорного выпрямителя. Для подтверждения возможности достижения позитивных электрических и технологических эффектов в дуговых печах различной емкости при питании ТСФ выполнены опытно-промышленные испытания [6-7].
В промышленных газоразрядных ЭТУ с питанием ТСФ измеряемые значения электрических величин относятся к диапазону больших значений. Так, в ДСП-6 электрические параметры (ток, напряжение, мощность) на стороне высокого напряжения электропечного трансформатора составляют сотни ампер и десятки киловольт, на стороне низкого напряжения - десятки килоампер и сотни вольт. Для измерений больших значений величин токов и напряжений необходимы первичные преобразователи, наружные шунты и др. элементы. При этом результаты намерений зависят от угловой и полной погрешностей трансформаторов тока и напряжения, а также погрешностей, вносимых применяемыми делителями напряжения и наружными шунтами даже при использовании микропроцессорных средств измерения. Поэтому проблема точности измерения в диапазоне больших значений величин не получила своего окончательного разрешения.
На рис. 1-4 в качестве примера показаны осциллограммы изменения мгновенных значений токов в питающей и в короткой сети, и тока дуги для трехфазной промышленной дуговой сталеплавильной печи (ДСП) прямого нагрева (система графит-металл) емкостью 6т. ДСП работала в обычном режиме с питанием от
Рис.1. Осциллограммы токов в cera высокого напряжения (а) и на дуге (б) для периода расплавления (диапазон скорости записи - 100мм/с). Включена пятая ступень устройства РПН. Питание ДСП от источника синусоидального напряжения
Рис.2. Осциллограммы токов в сети высокого напряжения (а) и на дуге (б) для периода окисления (диапазон скорости записи - 100мм/с). Включена 11 ступень устройства РПН. Питание ДСП от источника синусоидального напряжения
Рис.3. Осциллограммы токов в сети высокого напряжения (а), в короткой сета (б) и на дуге (в) для периода расплавления (диапазон скорости записи - 100мм/с). Включена пятая ступень устройства РПН. Питание ДСП от источника синусоидального напряжения
Рис.4. Осциллограммы токов в сети высокого напряжения (а), в короткой сети (б) и на дуге (в) для периода окисления (диапазон скорости записи - 100мм/с). Включена 5 в короткой сети (б) и на дуге (в) ступень устройства РПН. Питание ДСП от источника
синусоидального напряжения
ЛИТЕРАТУРА
1. Бойко Ф.К. Птицына Е.В. Перспективы применения токов сложной формы в электротехнологии. // Вестник Павлодарского государственного университета им. С. Торайгырова, 2004, № 2.
2. Официальный сайт фирмы «Виф Тест».
3. Официальный сайт фирмы «Универсал Прибор».
4. Официальный сайт фирмы «ПРИСТ»
5. Официальный сайт фирмы «LEM INSTRUMENTS».
6. Кувалдин А.Б., Птицына Е.В. Электрические и акустические эффекты в оптических излучателях с питанием током сложной формы / Сборник докладов Srodkowoeuropejska V Konferencja Naukowo-Techniczna (V MSKAE 2003) «Metody i Systemy Komputerowe w Automatice i Elekrotechnice». Czestochowskiej, 2003.
7. Boiko F.K., Kuvaldin A.B., Ptitsyna E.V. Zum Betrieb kleiner Stahlschmelz-Lichtbogennfen mit nichtsinusfiirmigem Strom - Einfluss auf die Lichtbogenstabiiitat / Workshop Elektroprozesstechnik - Erwärmen und Schmelzen mit elektrothermischen und alternativen Verfahren. Tagungsband. Technische Universität Ilmenau. 21.-24. Sept. 2004.
