DE1195885B

DE1195885B - Arrangement on supply lines of three-phase arc furnaces to balance the power conversion

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.Arrangement on supply lines of three-phase arc furnaces to balance the power conversion Addition to registration. L 37494 VIIIb / 21 d2 Auslegeschrift 1165150 The patent application L 37494 VIIIb / 21 d2 relates to an arrangement on supply lines of three-phase arc furnaces to balance the power conversion. In arc furnaces that are regulated to constant impedance, this is not the same among the individual electrodes. One speaks therefore of a "sharp", "wild" and "dead" phase. The consequence of this different output is a heavy load on the furnace lining near the sharp phase. This always needs to be renewed at this point. The occurrence of the different power conversion is caused by the different reactances and resistances in the supply lines from the furnace transformer to the electrode tips, but especially by the parallel guidance of the copper ropes and rails and the influence of the different solid iron parts of the furnace construction.

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.It is already known from a literature reference for balancing of three-phase arc furnaces in the middle phase and an outer phase of the supply lines provide inductive reactances. It is then suggested that the to replace inductive reactances with capacitive reactances, i.e. capacitors. With capacitors in the middle phase and an outer phase, however, no balancing is possible can be achieved. With single-phase connected arc furnaces, e.g. B. graphitization furnaces, It is also known to use series capacitors for reactive current compensation via the To couple transformers assigned to high-current lines with the furnace circuit. Such However, measures have to address the problem of symmetry in three-phase arc furnaces no relationship.

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.A symmetrization can according to the main patent application among other things can be achieved in that either capacitive additional reactances in three electrode leads are provided or inductive in the middle and one outer electrode lead Additional reactances are provided or additional ohmic resistances in three electrode leads are provided, one of which is freely selectable.

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.According to the invention, a less complex solution to the problem is achieved in that additional capacitive reactances are provided in the outer electrode leads, which - at least up to ± 300 /, approximate - the amount to have. The value of the summand Bmin is equal to the absolute value of the smallest of the three values given by the terms the equations Xj c, are formed for the individual supply lines; i, j, k are the phases, r is the ohmic loss resistance.

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.With the inclusion of additional reactances in the furnace feed lines, whose values correspond exactly to the determined result, an exact symmetrization is achieved achieved. If the values of the additional reactances according to the invention deviate from the value from, which leads to an exact symmetrization, then the symmetrization effect is bis to a deviation of about 30% still better than the symmetry effect, which can be achieved through the known symmetrization proposals.

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.Should the balancing on the high-voltage side of the furnace transformer are carried out, the amounts of the additional capacitive reactances are with the Convert the square of the transformation ratio of the furnace transformer.

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.Capacitors on the windings can serve as additional reactances are connected, the laminated iron cores surrounding the supply lines are applied are. - For operational reasons, it is advantageous to use the Capacitors to be bridged by switches if the electrodes are short-circuited.

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.Another solution to the problem is achieved in that an inductive reactance is provided in the middle electrode lead and a capacitive additional reactance is provided in the outer electrode lead, which approximates the amount - at least up to -f-300 / Have. The value of the summand bread is equal to the amount of the middle of the three values given by the terms the equations XJLC 'are formed for the individual feed lines; i, j, k are the phases, r is the ohmic loss resistance.

Soll die Symmetrierung auf der Oberspannungsseite des Ofentransformators durchgeführt werden, so sind die Beträge der Zusatzreaktanzen mit dem Quadrat des Übersetzungsverhältnisses des Ofentransformators umzurechnen.Should the balancing on the high-voltage side of the furnace transformer are carried out, the amounts of the additional reactances are multiplied by the square of To convert the transformation ratio of the furnace transformer.

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.An iron core provided with an air gap, A capacitor connected to a winding can be provided as additional capacitive reactance is connected, the laminated on a surrounding the supply line in question Iron core is applied. For operational reasons, it is advantageous to use the Capacitor to be bridged by a switch if the electrodes are short-circuited.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawings.

F i g. 1 zeigt schematisch die Ofenanlage mit kapecitiven Zusatzreaktanzen in den äußeren Elektrodenzuleitungen;.F i g. 1 shows schematically the furnace system with additional capacitive reactances in the outer electrode leads;

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.F i g. 2 schematically shows the furnace system with an additional inductive reactance in the middle and an additional capacitive reactance in an outer supply line. In addition, let X1 - B = Bi, X2 - B = B2, X $ - B = B8 be set.

Die eingeklammerten Vorzeichen gelten für antizyklische Phasenvertauschung.The signs in brackets apply to countercyclical phase reversals.

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.All of the values required in equation (2) can be found for each furnace by "loop measurements, d. H. with one pulled up and two just now Determine electrodes immersed in the melt.

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.The power asymmetry can be shown in FIG. 1 through two additional capacities in the outer elec- Corresponding parts are provided with the same reference symbols in the various figures.

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.In order to be able to determine the required additional reactances or ohmic additional resistances for the most general case, the ohmic loss resistances and the self-reactances of the individual phases 1, 2, 3 coming from the transformer Tr are assumed to be different from one another: r, + r2 + r3 and X, + X22 + X33 The following applies to the counter-reactances: X12 = X21 + X23 = X32 $ X13 = X31-If the additional reactances of the individual phases are designated with X ,, X2, X3 and the ohmic loss resistances with r ,, r2, r3 , the result is for the voltages between phases 1, 2, 3 and the furnace 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 With the conditions of a symmetrical current system, a symmetrical voltage triangle and the requirement for the same arc voltage with the same current, the result is the size of the required additional reaction to: Eliminate electrode feed lines 1, 3. Capacitors C1 ', C3 can be provided as additional capacitances, which are connected to windings which are applied to laminated iron cores surrounding the supply lines 1 and 3. For operational reasons it is advantageous to bypass the capacitors C, ', C3 by switches S,', S3 'when the electrodes are short-circuited. The size of the additional reactances in leads 1 and 3 results from equation (2) if. the root expression is set, where B. "$" is the smallest value of B ,, B2, B3 from equation (2).

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.F i g. 2 shows another possibility of furnace symmetrization Introducing an additional inductive reactance L "" in the middle electrode lead 2 and a capacitive reactance C, 'in one of the outer electrode leads, 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.The root of these additional reactances results from equation (2), if the root expression is set, where Bmtt is the value between the largest and the smallest of the three B values Bi, B2, B3 to be determined from equation (2).

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.An iron core provided with an air gap can be used as an additional inductive reactance L2 ', as a capacitive additional reactance a capacitor C, "be provided, which is connected to a Winding is connected, the one surrounding the supply line 3 in question laminated iron core is applied. For operational reasons it is advantageous to to bypass the capacitor C, "when the electrodes are short-circuited by a switch Si '.

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.The symmetry equations described above also apply to a Balancing on the high voltage side. Only now are those given in the equations Values of the additional reactances or ohmic resistances with ü2 (ü = transmission ratio of the transformer). Accordingly, they change when the transformer is switched to a different voltage level. On the high-voltage side, you can do this directly in the cable run or be coupled via transformers.

Claims

Claims: 1. Arrangement on supply lines of three-phase electric arc furnaces for balancing the power conversion according to patent application L 37494 VIIIb / 21 d2, characterized in that additional capacitive reactances (C, ', C3) are provided in the outer electrode supply lines, which - at least up to ± 300 /, approximate - amount where the value of the addend Bmtn is equal to the absolute value of the smallest of the three through the terms The values formed by equation Xfc, the phases are characterized by i, j, k , the ohmic loss resistance by r, and the minus sign in brackets applies to non-cyclical phase reversal.

2. Arrangement according to claim 1, characterized characterized in that on the high voltage side of the furnace transformer (Tr) in the additional capacitive reactances (C, ', C3) are provided on the outer electrode leads, their amounts determined according to claim 1 with the square of the transmission ratio of the furnace transformer (Tr) are converted.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that capacitors (CI ', C3) are provided as additional reactances are connected to windings that are laminated to the leads surrounding the leads Iron cores are applied.

4. Arrangement according to claim 1 or the following, characterized characterized in that switches (S, ', S,) are provided, which the capacitors (C,', C3) bridge if the electrodes are short-circuited.

5. Arrangement of supply lines of three-phase arc furnaces to balance the power conversion, characterized in that an inductive (L, "), in the outer electrode supply line a capacitive additional reactance (C,") is provided in the middle electrode supply line, which - at least up to zL30 ° / o approximated - the amount where the value of the summand Bmst is equal to the value of the middle of the three through the terms The values formed by the equation XJLa "are characterized by i, j, k the phase, r the ohmic loss resistance, and the parenthesized minus sign applies to countercyclical phase reversal.

6. Arrangement according to claim 5, characterized characterized in that on the high-voltage side of the furnace transformer in the middle Lead an inductive (L, "), in the outer electrode lead a capacitive one Additional reactance (C, ") is provided, the amounts determined according to claim 5 with are converted to the square of the transformation ratio of the furnace transformer.

7. Arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that an additional inductive reactance (L, ") provided with an air gap lamellar iron core and as a capacitive additional device (Cl") an on a winding which is on a line (1) surrounding the laminated iron core is applied, connected capacitor is provided. Considered publications: German Patent Specifications No. 732 004, 874 042; German Auslegeschrift No. 1068 400; Magazine "Neues aus der Technik", 1958, No. 6/7, SA.