DE1068400B

DE1068400B - Anordnung zur regelung der stromversorgung von wechselstrom gespeisten hochstrom widerstandsofen

Info

Publication number: DE1068400B
Application number: DE1957S0053617
Authority: DE
Original assignee: Siemens Plania Werke AG
Current assignee: Siemens Plania Werke AG
Priority date: 1957-05-24
Filing date: 1957-05-24
Publication date: 1959-11-05
Also published as: US2911542A; FR1197748A; GB821816A

Description

Anordnung zur Regelung der Stromversorgung von wechselstromgespeisten Hochstromwiderstandsöfen Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung der Stromversorgung von wechselstromgespeisten Hochstromwiderstandsöfen. Derartige Hochstromwiderstandsöfen werden z. B. in Elektrographitierungsanlagen benutzt, in denen die zu graphitierenden Kohlekörper in direktem Stromdurchgang bei niedriger Spannung und sehr hohen Stromstärken erhitzt werden. Derartige Öfen werden meistens zeitlich nacheinander betrieben.
In den bisherigen Graphitierungsanlagen, die aus mehreren langgestreckten Ofen von mehr als 10 Meter Länge bestehen und mit Einphasen-Wechselstrom von etwa 50 000 Ampere gespeist werden, erfolgt die Speisung der Ofen durch eine Sammelschiene, die entsprechend der hohen Strombelastung ausgebildet sein muß und daher sehr hohe Anlagekosten erfordert. Außerdem entstehen in der Sammelschiene hohe Verluste an elektrischer Energie, die, in Wärme umgesetzt, durch Luftkühlung abgeführt werden muß. Da der Widerstand des Ofens sich während der Graphitierung der eingebrachten Kohleformlinge ändert, muß die Spannung am Ofen regelbar sein.
Dies wird in bekannter Weise durch einen Regeltransformator bewirkt, der aus einem Haupttransformator und einem Zusatztransformator besteht, wobei die Hochstromwicklungen des Haupt- und Zusatztransformators in Reihe geschaltet sind und der Haupttransformator eine sekundäre Oberspannungswicklung mit einstellbarem Spannungsverhältnis aufweist, die die Oberspannungswicklung des Zusatztransformators nach Art eines Koppelkreises speist. Zur Kompensation des Blindstromes, der durch die Induktivität der Ofenschleife und der Sammelschiene bedingt ist, ist es bekannt, auf der Hochspannungsseite des Regeltransformators Kondensatoren parallel zu schalten, die je nach der Höhe des Blindleistungsbedarfs der Graphitierungsöfen zu- bzw. abgeschaltet werden müssen. Wesentlich günstigere Verhältnisse erhält man durch die Verwendung eines Reihenkondensators an Stelle des Parallelkondensators, da seine Blindleistung vom Strom abhängig ist, sich also mit der' Belastung ändert, während beim Parallelkondensator die Blindleistung bei gegebener Kapazität und Netzspannung konstant ist.
Die direkte Einschaltung des Reibenkondensators in den Ofenstromkreis würde keine gute Ausnutzung der Kondensatoren ermöglichen, da die Ofenspannung sehr gering ist. Aus diesem Grund wird in den Ofenstromkreis noch ein Reihentransformator geschaltet, über den der Reihenkondensator indirekt in den Hochstromkreis gelegt ist. Der Reihentransformator hat nur den Zweck, an dem Kondensator eine entsprechend hohe, dem Ofenstrom proportionale Spannung zu erzeugen. Die Verwendung eines Reihentransformators beim Betrieb von mehreren Ofen macht eine Sammelschiene notwendig, weil die Bewegung des Regeltransformators und des Reihentransformators für den Anschluß an einen Ofenkopf zu umständlich ist.
Durch die Erfindung wird nun die Verwendung eines Reihenkondensators für die Blindstromkompensation in der Ofenschleife ermöglicht, ohne daß ein besonderer Reihentransformator in der Ofenschleife erforderlich ist. Der Fortfall des bisherigen Reihentransformators für die indirekte Einschaltung des Reihenkondensators in den Hochstromkreis bringt den sehr großen Vorteil mit sich, daß für den Betrieb der Ofenanlage keine Sammelschienen erforderlich sind. Wie groß dieser Vorteil ist, erkennt man aus der Tatsache, daß beispielsweise für eine Ofenanlage mit sechs Graphitierungsöfen für die Sammelschienen etwa 40 t Aluminium erforderlich sind. Durch Fortfall der Sammelschienen entfallen auch damit die sehr erheblichen Stromwärmeverluste in den Sammelschienen.
Erreicht wird dies nach der Erfindung dadurch, daß der Reihenkondensator in den Koppelkreis des Regeltransformators geschaltet ist. Der Regeltransformator kann fahrbar eingerichtet werden und wird jeweils an dem zu betreibenden Ofen der Ofenanlage angeschlossen. Die Erfindung ist anwendbar bei Regeltransforinatoren, die einphasig bzw. dreiphasig in Scottschaltung betrieben werden.
An Hand der Zeichnung ist die Erfindung nachstehend erläutert.
Fig. 1 und 2 zeigen die bekannten Ausführungen mit Parallelkondensatoren und Reihenkondensatoren; Fig.3 zeigt die bekannte Ausführung in Scottschaltung mit Parallelkondensator im Koppelkreis; Fig. 4 zeigt den einphasig betriebenen Regeltransformator nach der Erfindung; Fig. 5 zeigt den dreiphasig betriebenen Regeltransformator nach der Erfindung; Fig.6 stellt im Grundriß schematisch die Stromversorgungsanlage dar; Fig. 7 zeigt im einzelnen den Hochstromtrenner. Bei der bekannten Anordnung nach Fig. 1 besitzt der Regeltransformator RT zwei voneinander unabhängige Kerne I und II. Der Kern I ist mit der Hochspannungswicklung W1, die am Netz. R, S liegt, versehen. Außerdem befinden sich auf dem gleichen Kern die Hochstromwicklung W2 sowie eine dritte Wicklung W3, die zur Spannungsregelung im Hochstromkreis mit Anzapfungen versehen ist. Von dieser dritten Wicklung, der sogenannten Koppelkreiswicklung, führen Verbindungen zum zweiten Kern II, auf dem sich außer der Oberspannungswicklung W4 ebenfalls eine Hochstromwicklung W 5 befindet. Der zweite Kern dient zur Erzeugung einer Zusatzspannung, die der in der Hochstromwicklung des ersten Kernes erzeugten Spannung zugesetzt wird. Auf diese Weise erreicht man eine in weiten Grenzen regelbare Spannung an den Klemmen U, V der Hochstromwicklung, die zu den Widerstandsöfen W01 bis WOx über nicht bezeichnete Schalter führt. Da die Kompensation auf der Hochspannungsseite des Regeltransformators durch die Kondensatoren K erfolgt, muß dieser nicht nur für den Durchgang der Wirk-, sondern auch der Blindleistung, d. h. also für den Durchgang der gesamten Scheinleistung ausgelegt werden.
Bei der bekannten Anordnung nach Fig. 2 mit in Reihe geschaltetem Kondensator K wird gleichfalls ein Regeltransformator mit zwei Kernen I und II verwendet, wobei der Kern I mit der am Netz R, S liegenden Hochspannungswicklung W 1 und der Hochstromwicklung W2 versehen ist und eine dritte Wicklung W3 mit regelbaren Anzapfungen besitzt, die zur Wicklung W 4 des zweiten Kernes II führen, auf dem sich die weitere Hochstromwicklung W5 befindet. In Reihe zu den beiden Hochstromwicklungen W2 und 1V5 liegt ein Reihentransformator T, über den der Reihenkondensator K indirekt in den Hochstromkreis gelegt ist.
In der Fig.4 ist die Erfindung dargestellt. Der Kondensator K liegt im Koppelkreis in Reihe zu den Oberspannungswicklungen W 3 und W 4 von Haupt-und Zusatztransformator. Die Erfindung ist auch ohne weiteres für Hochstromwiderstandsöfen verwendbar, die über Transformatoren in der bekannten Scottschaltung dreiphasig angeschlossen sind.
Die bekannte Schaltung nach Fig.3 kann gleichzeitig kompensiert und symmetriert werden, wobei die in der Größe regelbare Kondensatorenbatterie nicht nur zur Kompensierung, sondern auch zur Symmetrierung benutzt wird. Die Kondensatorbatterie K ist jedoch bei der bekannten Schaltung parallel zum eigentlichen Ofentransformator geschaltet. Auch bei der bekannten Scottschaltung ist die vorliegende Erfindung anwendbar, bei der der Kondensator in den Koppelkreis des Haupttransformators geschaltet ist, wie in Fig. 5 dargestellt ist.
In Fig. 5 liegt der Kondensator K im Koppelkreis zwischen den Oberspannungswicklungen des Haupttransformators und der Oberspannungswicklung des Zusatztransformators. In diesem Fall ist nur der Zusatztransformator mit der niedergespannten Hochstromwicklung versehen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt der Stromanschluß zwischen fahrbarem Regeltransformator und Ofenkopf über einen Trenner, dessen bewegliche Kontaktteile an dem fahrbaren Regeltransformator angeordnet sind. Die stationäre Kondensatorenbatterie liegt an einer Hilfssammelschiene, die über Trenner des Regeltransformators in den Koppelkreis des Regeltransformators geschaltet werden.
Um den Ortswechsel des Haupttransformators von Ofen zu Ofen zu erleichtern und den hierfür erforderlichen Zeitaufwand zu verringern, wurde die bisher übliche Schraubverbindung nach der Erfindung durch einen Hochstromtrenner ersetzt, dessen bewegliche Teile sich auf der Transformatorseite befinden, so daß auf der Ofenseite nur feststehende Kontaktteile entsprechend der Ofenzahl vorgesehen sind.
Dieser nach der Erfindung ausgebildete Hochstromtrenner bringt erhebliche wirtschaftliche Vorteile; wenn man bedenkt, daß für das Lösen und Wiederanschrauben der bisherigen Schraubverbindungen mindestens 21/z Stunden erforderlich sind, kann die Zeit für das Umsetzen des Regeltransformators durch die Verwendung des Hochstromtrenners auf etwa 20 Minuten herabgesetzt werden. Bei rund hundert Ofenfahrten im Jahr werden also insgesamt 200 Stunden eingespart.
Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel des Regeltransformators mit dem Hochstromtrenner und dem Trenner für die Einschaltung der Kondensatorenbatterie in den Koppelkreis des Regeltransformators beschrieben.
In Fig. 6 sind die zu betreibenden Hochstromwiderstandsöfen mit W01 bis WO x bezeichnet. Der Regeltransformator RT ist fahrbar eingerichtet und läuft auf dem Gleis 1. Auf der Hochspannungsseite des Kegeltransformators sind die Hochspannungssammelschienen R, S verlegt, die z. B. eine Spannung von 11 kV führen. Räumlich parallel zu diesen Sammelschienen sind die Sammelschienen r, s angeordnet, an die die stationär angeordnete Kondensatorenbatterie K angeschlossen ist. Über die Trennschalter 2 und 3, die an dem fahrbaren Regeltransformator RT angeordnet sind, wird die Hochspannungswicklung vom Stromversorgungsnetz R, S der Hochspannungswicklung des Regeltransformators RT zugeführt. Die Einführungsisolatoren sind mit 4 und 5 bezeichnet. In den in der Fig. 6 nicht dargestellten Koppelkreis des Regeltransformators ist die Kondensatorenbatterie K über die Trennschalter 6, 7 geschaltet, die an den Hochspannungsschienen r, s entlang gleiten und im geschlossenen Zustand eine Verbindung mit den Sammelschienen r, s und dem Koppelkreis des Regeltransformators RT herstellen. Die Einführungsisolatoren des Zwischenkreises sind mit 8, 9 bezeichnet. Auf der Niederspannungsseite des Regeltransformators RT sind die beweglichen Kontakte K1 des Hochstromtrenners HTr angeordnet, der in Fig. 7 roch näher dargestellt ist.
Da über den Hochstromtrenner eine große Stromstärke fließt, ist eine Vielzahl von neben- und untereinander angeordneten Kontakten K 1 des Hochstromtrenners vorgesehen, die entsprechend parallel geschaltet sind, wie in Fig. 6 schematisch dargestellt ist. Die Anschlüsse für den Hochstromtrenner des Regeltransformators sind mit 10 und 11 bezeichnet.
Vor dem Ofenhaus sind für jeden Ofen die festen Kontakte K2 des Hochstromtrenners in entsprechender Stellung zu den beweglichen Kontakten K1 angeordnet. Da für eine gute Kühlung des Hochstromtrenners gesorgt sein muß, werden die Kühlwasserleitungen L1 und L2 gleichzeitig für die Stromzuführung zu den Öfen WO 1 bis WO x verwendet. Das Transformatorenhaus ist von dem Ofenhaus durch die Wand W getrennt. Die Trennschalter 2, 3 und 6, 7 sowie die Hochstromtrenner HTr können selbstverständlich nicht unter Last geschaltet werden. Sie werden geöffnet oder geschlossen, wenn die Gesamtanlage nicht unter Spannung steht.
Die Wechselstromspannungen U und h auf der Niederspannungsseite des Regeltransformators entsprechen den Phasen R, S auf der Hochspannungsseite.
In Fig.7 ist der Hochstromtrenner im einzelnen dargestellt. Er besteht aus einer Vielzahl beweglicher Kontakte, die am Regeltransformator RT angeordnet sind. In der Fig. 7 ist ein Kontakt der Phase U dargestellt. Er besteht aus einer zangenartigen Kontakthebelanordnung mit elastischen Stromzuführungsbändern 12, 13, die an der festen Kontaktschiene 14 des Regeltransformators angeschlossen sind und an ihrer anderen Seite an die eine Zange bildenden beweglichen Kontakthebel 15, 16 angeschlossen sind, die um die Achse 17 drehbar sind. Die beiden Hebel 15, 16 stehen unter Wirkung der beiden Druckfedern 18, 19, die sich an eine Winkelplatte 20, 21 am Gestell 22 des Regeltransformators abstützen. Zwischen den beiden Hebeln 15, 16 befindet sich eine Nockenwelle 23, die von einem nicht dargestellten Motor oder dem Handhebel 24 angetrieben wird. Die Nockenwelle 23 wird nur um den Winkelbetrag von etwa 45° in der einen oder anderen Richtung verschwenkt, je nachob die beiden Kontakthebel 15, 16 in die Schließodei*"'Offenlage gebracht werden sollen. An den Enden der beweglichen Kontakthebel 1.5, 16 befindet sich eine kräftige Silberauflage, um einen möglichst widerstandsfreien Kontakt herzustellen.
Das Öffnen und Schließen der Kontakthebel 15, 16, die den beweglichen Kontakt K1 des Regeltransformators bilden, erfolgt senkrecht zur Bewegung des fahrbaren Regeltransformators, so daß die Bewegung des Regeltransformators durch die festen Kontakte K2, die sich neben- und untereinander an der festen Wand 1%6' (F ig. 6) befinden, nicht gehemmt ist. Auch die festen Kontakte K2 sind mit einer Silberschicht versehen, damit ein möglichst geringer elektrischer Widerstand an der Kontaktstelle besteht.
Die festen Kontakte K 2 sind mit federnden Anschlußenden 25, 26 verbunden, die an den Stromschlußschienen 27 befestigt sind und zur Phase U des Ofens führen.

Claims

PATENTANSYY UCHE. 1. Anordnung zur Regelung der Stromversorgung von wechselstromgespeisten. Hochstromwiderstandsöfen, bei der zur Kompensation des Blindstromes ein Reihenkondensator vorgesehen ist, durch einen einen Haupt- und Zusatztransformator enthaltenden Regeltransformator, der einphasig bzw. dreiphasig in Scottschaltung betrieben ist und eine sekundäre Oberspannungswicklung mit einstellbarem Spannungsabgriff aufweist, die die Oberspannungswicklung des Zusatztransformators nach Art eines Koppelkreises speist, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihenkondensator (K) in den Koppelkreis des Regeltransformators geschaltet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihenkondensator (K) über eine Sammelschiene (r, s) und einen Trennschalter (6, 7) in den Zwischenkreis des fahrbaren Regeltransformators geschaltet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromanschluß zwischen fahrbarem Regeltransformator und Widerstandsofen (WO 1 bis WO x) über einen Hochstromtrenner (HTr) erfolgt, dessen bewegliche Kontaktteile (K1) am Regeltransformator und dessen feste Kontaktteile (K2) an der Wand (W) des Ofenhauses angeordnet sind.
4. Anordnung nach Anspruch l oder den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Kontaktteile (K1) des Hochstromtrenners (HTy) in vertikaler Richtung zu den feststehenden Kontaktteilen (K2), die dem Ofen (WO 1 bis WO x) zugeordnet sind, sich quer zur Fahrtrichtung des Regeltransformators öffnen und schließen, so daß der Regeltransformator bei geöffneten Kontakten des Hochstromtrenners frei verschiebbar ist.