DE1195885B

DE1195885B - Anordnung an Zufuehrungsleitungen von Drehstromlichtbogenoefen zur Symmetrierung der Leistungsumsetzung

Info

Publication number: DE1195885B
Application number: DEL39351A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Werner Duechting
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1960-11-11
Filing date: 1961-06-26
Publication date: 1965-07-01
Also published as: DE1440496A1; US3156754A; DE1165150B; AT240610B

Description

Anordnung an Zuführungsleitungen von Drehstromlichtbogenöfen zur Symmetrierung der Leistungsumsetzung Zusatz zur Anmeldung. L 37494 VIIIb/21 d2 Auslegeschrift 1165150 Die Patentanmeldung L 37494 VIIIb/21 d2 betrifft eine Anordnung an Zuführungsleitungen von Drehstromlichtbogenhöfen zur Symmetrierung der Leistungsumsetzung. Diese ist bei Lichtbogenöfen, die auf konstante Impedanz geregelt werden, unter den einzelnen Elektroden nicht gleich. Man spricht daher von einer »scharfen«, »wilden« und »toten« Phase. Die Folge dieses unterschiedlichen Leistungsumsatzes ist eine starke Beanspruchung der in der Nähe der scharfen Phase liegenden Ofenausmauerung. Diese ist dadurch immer an dieser Stelle zuerst erneuerungsbedürftig. Das Auftreten der unterschiedlichen Leistungsumsetzung ist durch die verschiedenen Reaktanzen und Widerstände in den Zuleitungen vom Ofentransformator bis zu den Elektrodenspitzen, besonders aber durch die Parallelführung der Kupferseile und -schienen und den Einfluß der verschiedenen massiven Eisenteile der Ofenkonstruktion bedingt.
Es ist bereits durch eine Literaturstelle bekannt, zur Symmetrierung von Drehstromlichtbogenöfen in der Mittelphase und einer Außenphase der Zuleitungen induktive Reaktanzen vorzusehen. Anschließend wird dann noch vorgeschlagen, die induktiven Reaktanzen durch kapazitive Reaktanzen, also Kondensatoren, zu ersetzen. Mit Kondensatoren in der Mittelphase und einer Außenphase kann jedoch keine Symmetrierung erreicht werden. Bei einphasig angeschlossenen Lichtbogenöfen, z. B. Graphitierungsöfen, ist es außerdem bekannt, Reihenkondensatoren zur Blindstromkompensation über den Hochstromleitungen zugeordnete Transformatoren mit dem Ofenkreis zu koppeln. Derartige Maßnahmen haben jedoch zu dem Symmetrierungsproblem von Drehstromlichtbogenöfen keine Beziehung.
Eine Symmetrierung kann nach der Hauptpatentanmeldung unter anderem dadurch erreicht werden, daß entweder in drei Elektrodenzuleitungen kapazitive Zusatzreaktanzen vorgesehen sind oder in der mittleren und einer äußeren Elektrodenzuleitung induktive Zusatzreaktanzen vorgesehen sind oder in drei Elektrodenzuleitungen ohmsche Zusatzwiderstände vorgesehen sind, von denen einer frei wählbar ist.
Eine weniger aufwendige Lösung des Problems wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in den äußeren Elektrodenzuleitungen kapazitive Zusatzreaktanzen vorgesehen sind, die - zumindest bis ±300/, angenähert - den Betrag haben. Der Wert des Summanden Bmin ist gleich dem Betrag des kleinsten der drei Werte, die von den Gliedern der Gleichungen Xj c, für die einzelnen Zuleitungen gebildet werden; i, j, k sind die Phasen, r ist der ohmsche Verlustwiderstand.
Mit einer Einschaltung von Zusatzreaktanzen in die Ofenzuleitungen, deren Werte genau dem ermittelten Ergebnis entsprechen, wird eine exakte Symmetrierung erreicht. Weichen die Werte der erfindungsgemäßen Zusatzreaktanzen von dem Wert ab, der zu einer exakten Symmetrierung führt, so ist der Symmetrierungsefekt bis zu einer Abweichung von ungefähr 30 °/o immer noch besser als der Symmetrierungsefekt, der durch die bekannten Symmetrierungsvorschläge erreichbar ist.
Soll die Symmetrierung auf der Oberspannungsseite des Ofentransformators durchgeführt werden, so sind die Beträge der kapazitiven Zusatzreaktanzen mit dem Quadrat des Übersetzungsverhältnisses des Ofentransformators umzurechnen.
Als Zusatzreaktanzen können Kondensatoren dienen die an Wicklungen angeschlossen sind, die auf die Zuleitungen umgebende lamellierte Eisenkerne aufgebracht sind. - Aus betriebstechnischen Gründen ist es vorteilhaft, die Kondensatoren bei Kurzschluß der Elektroden durch Schalter zu überbrücken.
Eine andere Lösung des Problems erreicht man dadurch, daß in der mittleren Elektrodenzuleitung eine induktive, in der äußeren Elektrodenzuleitung eine kapazitive Zusatzreaktanz vorgesehen ist, die - zumindest bis -f-300/, angenähert - den Betrag Haben. Der Wert des Summanden Brote ist gleich dem Betrag des mittleren der drei Werte, die von den Gliedern der Gleichungen XJLC' für die einzelnen Zuleitungen gebildet werden; i, j, k sind die Phasen, r ist der ohmsche Verlustwiderstand.
Soll die Symmetrierung auf der Oberspannungsseite des Ofentransformators durchgeführt werden, so sind die Beträge der Zusatzreaktanzen mit dem Quadrat des Übersetzungsverhältnisses des Ofentransformators umzurechnen.
Als induktive Zusatzreaktanz kann ein mit Luftspalt versehener Eis$nkern, als kapazitive Zusatzreaktanz ein Kondensator vorgesehen sein, der an eine Wicklung angeschlossen ist, die auf einen die betreffende Zuleitung umgebenden lamellierten Eisenkern aufgebracht ist. Aus betriebstechnischen Gründen ist es vorteilhaft, den Kondensator bei Kurzschluß der Elektroden durch Schalter zu überbrücken.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
F i g. 1 zeigt schematisch die Ofenanlage mit kapecitiven Zusatzreaktanzen in den äußeren Elektrodenzuleitungen;.
F i g. 2 zeigt schematisch die Ofenanlage mit einer induktiven Zusatzreaktanz in der mittleren und einer kapazitiven Zusatzreaktanz in einer äußeren Zuleitung. Außerdem sei für X1 - B = Bi, X2 - B = B2, X$ - B = B8 gesetzt.
Die eingeklammerten Vorzeichen gelten für antizyklische Phasenvertauschung.
Alle in Gleichung (2) benötigten Werte lassen sich für jeden Ofen durch »Schleifenmessungent, d. h. bei jeweils einer hochgezogenen und zwei soeben in die Schmelze getauchten Elektroden, ermitteln.
Die Leistungsunsymmetrie läßt sich nach F i g. 1 durch zwei Zusatzkapazitäten in den äußeren Elek- In den verschiedenen Figuren sind entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Um die erforderlichen Zusatzreaktanzen bzw. ohmsche Zusatzwiderstände für den allgemeinsten Fall bestimmen zu können, werden die ohmschen Verlustwiderstände und die Eigenreaktanzen der einzelnen, vom Transformator Tr kommenden Phasen 1, 2, 3 verschieden voneinander angenommen: r, + r2 + r3 und X, + X22 + X33 Für die Gegenreaktanzen soll gelten: X12=X21+X23=X32$X13=X31-Werden die Zusatzreaktanzen der einzelnen Phasen mit X,, X2, X3 und die ohmschen Verlustwiderstände mit r,, r2, r3 bezeichnet, so ergibt sich für die Spannungen zwischen den Phasen 1, 2, 3 und den Ofen O: 1110' = [(ri + R1) +j(X" -i- X,)] 51 -I- .1X12 3s -1- J X13 332 1120' = .1X21 31 -I- ((r2 + R2) -I- ,7 (X22 `I- X2)1 32 `i- JX23' 33. 130' = JX31 31 `% JX3232 -1- Kr3 -I- R3) + J (X33 -I- x3)1 .33 Mit den Bedingungen eines symmetrischen Stromsystems, eines symmetrischen Spannungsdreiecks und der Forderung nach gleicher Lichtbogenspannung bei gleichem Strom erhält man als Ergebnis die Größen der erforderlichen Zusatzreaktanzen zu: trodenzuleitungen 1, 3 beseitigen. Als Zusatzkapazitäten können Kondensatoren Cl', C3 vorgesehen werden, die an Wicklungen angeschlossen sind, die auf die Zuleitungen 1 und 3 umgebende lamellierte Eisenkerne aufgebracht sind. Aus betriebstechnischen Gründen ist es vorteilhaft, die Kondensatoren C,', C3 bei Kurzschluß der Elektroden durch Schalter S,', S3' zu überbrücken. Die Größe der Zusatzreaktanzen in den Zuleitungen 1 und3 ergibt sich aus Gleichung (2), wenn. der Wurzelausdruck gesetzt wird, wobei B."$" der kleinste Wert von B,, B2, B3 aus Gleichung (2) ist.
F i g. 2 zeigt eine weitere Möglichkeit der Ofensymmetrierung durch Einbringen einer zusätzlichen induktiven Reaktanz L," in die mittlere Elektrodenzuleitung 2 und einer kapazitiven Reaktänz C, ' in eine der äußeren Elektrodenzuleitungen, z. B. 1.
Die Wurzel dieser Zusatzreaktanzen ergibt sich aus Gleichung (2), wenn der Wurzelausdruck gesetzt wird, wobei Bmtt der zwischen dem größten und dem kleinsten der aus Gleichung (2) zu bestimmenden drei B-Werte Bi, B2, B3 liegende Wert ist.
Als induktive Zusatzreaktanz kann ein mit Luftspalt versehener Eisenkern L2', als kapazitive Zusatzreaktanz ein Kondensator C," vorgesehen sein, der an eine Wicklung angeschlossen ist, die auf einen die betreffende Zuleitung 3 umgebenden lamellierten Eisenkern aufgebracht ist. Aus betriebstechnischen Gründen ist es vorteilhaft, den Kondensator C," bei Kurzschluß der Elektroden durch einen Schalter Si ' zu überbrücken.
Die oben beschriebenen Symmetrierungsgleichungen gelten auch für eine oberspannungsseitige Symmetrierung. Nur sind jetzt die in den Gleichungen angegebenen Werte der zusätzlichen Reaktanzen bzw. ohmschen Widerstände mit ü2 (ü = Übersetzungsverhältnis des Transformators) umzurechnen. Sie ändern sich demnach beim Schalten des Transformators auf eine andere Spannungsstufe. Sie können oberspannungsseitig dabei direkt im Leitungszug liegen oder über Transformatoren angekoppelt sein.

Claims

Patentansprüche: 1. Anordnung an Zuführungsleitungen von Drehstromlichtbogenöfen zur Symmetrierung der LeistungsumsetzungnachPatentanmeldungL 37494 VIIIb/21 d2, dadurch gekennzeichnet, daß in den äußeren Elektrodenzuleitungen kapazitive Zusatzreaktanzen (C,', C3) vorgesehen sind, die - mindest bis ±300/, angenähert - den Betrag haben, wobei der Wert des Summanden Bmtn gleich ist dem Betrag des kleinsten der drei durch die Glieder der Gleichung Xfc, gebildeten Werte, durch i, j, k die Phasen, durch r der ohmsche Verlustwiderstand gekennzeichnet werden und wobei das eingeklammerte Minuszeichen für antzyklische Phasenvertauschung gilt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberspannungsseite des Ofentransformators (Tr) in den äußeren Elektrodenzuleitungen kapazitive Zusatzreaktanzen (C,', C3) vorgesehen sind, deren nach Anspruch 1 ermittelte Beträge mit dem Quadrat des Übersetzungsverhältnisses des Ofentransformators (Tr) umgerechnet sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzreaktanzen Kondensatoren (CI', C3) vorgesehen sind, die an Wicklungen angeschlossen sind, die auf die Zuleitungen umgebende lamellierte Eisenkerne aufgebracht sind.
4. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Schalter (S,', S,) vorgesehen sind, die die Kondensatoren (C,', C3 ) bei Kurzschluß der Elektroden überbrücken.
5. Anordnung an Zuführungsleitungen von Drehstromlichtbogenöfen zur Symmetrierung der Leistungsumsetzung, dadurch gekennzeichnet, daß in der mittleren Elektrodenzuleitung eine induktive (L,"), in der äußeren Elektrodenzuleitung eine kapazitive Zusatzreaktanz (C,") vorgesehen ist, die - zumindest bis zL30°/o angenähert - den Betrag haben, wobei der Wert des Summanden Bmst gleich ist dem Betrag des mittleren der drei durch die Glieder der Gleichung XJLa" gebildeten Werte, durch i, j, k die Phase, durch r der ohmsche Verlustwiderstand gekennzeichnet werden und wobei das eingeklammerte Minuszeichen für antizyklische Phasenvertauschung gilt.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberspannungsseite des Ofentransformators in der mittleren Zuleitung eine induktive (L,"), in der äußeren Elektrodenzuleitung eine kapazitive Zusatzreaktanz (C,") vorgesehen ist, deren nach Anspruch 5 ermittelten Beträge mit dem Quadrat des Übersetzungsverhältnisses des Ofentransformators umgerechnet sind.
7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß als induktive Zusatzreaktanz (L,") ein mit Luftspalt versehener lamellierter Eisenkern und als kapazitive Zusatzeinrichtung (Cl") ein aneine Wicklung, die auf einen die Zuleitung (1) umgebenden lamellierten Eisenkern aufgebracht ist, angeschlossener Kondensator vorgesehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 732 004, 874 042; Deutsche Auslegeschrift Nr. 1068 400; Zeitschrift »Neues aus der Technik«, 1958, Nr. 6/7, SA.