CN101228811B - 具有三个电极的电弧炉用的变压器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有三个电极(202)的电弧炉(2)用的变压器系统(1)，其中所述变压器系统(1)具有至少两个三相变压器(100)。在此，三相变压器(100)并行地连接在所述电极(202)上并且相互相关地被接通和关断。

Description

具有三个电极的电弧炉用的变压器系统

本发明涉及具有三个电极的电弧炉用的变压器系统。

为了生成钢，在现代设备中主要使用电弧炉。在此，在至少三个电极和熔液之间形成电弧，这些电弧是用于产生热量的辐射源。当今，工业设备在不到一小时之内熔炼通常100-200t范围内的原钢量。于是所熔炼的经常主要由废铁和助熔剂构成的原钢经受化学分析，并且必要时在供给其它必需的助熔剂之后被放出。电弧炉在出钢(Abstechen)之前被关断，然后部分或完全地排空，重新填充并重新接通。因此，这些用于获得钢的工业设备必须每天多次被接通和关断。然而不仅仅在出钢过程之前或者在填充过程之后进行接通或关断过程，而是电弧炉还必须为了取出金属试样和出于熔炼周期中的其它原因而多次被接通或关断。

在电极和待熔炼的材料之间流通的直至100kA范围内的大电流多数从中压网络经由变压器被得到。在次级侧的极限电流的情况下，在技术上无法或只能困难地在大电流回路中切换，并且因此炉必须被切换到初级中压侧。同样，在变压器的初级绕组上通过分接开关来调节次级电压。在能量供应中常见的中压开关在电流方面是受限的，并且此外也仅仅具有约为10000个切换周期的有限寿命。切换功率的提高导致开关设备寿命的有时急剧缩短。因此电弧炉在功率提高方面受到一定的技术限制。

用以提高单个炉的熔炼功率并由此能够在熔炼周期内产生较多的钢的可能性是，在炉中使用多个电极变压器系统。因此例如由DE 30 24223 C2公知一种电弧炉，其中在一个炉中于熔池上方布置有多达四个由各三个电极和分别一个三相变压器构成的组。在此，对每个变压器系统的切换都按照三相电流三角接法来进行。

另外，由SU 1149446 A也公知一种带有多个电极变压器系统的电弧炉，其中在长形炉中两个分别由三个电极构成的组彼此相对。在此，对相应的相的接线如此进行，使得两个变压器的相序列以相反的顺序彼此相对。

因为电弧炉的功率在输入侧受开关和变压器设备限制，所以在一个炉中使用多个电极变压器系统。这不仅要求炉的特定形状，而且要求电极组的电气对称布置。由此在冶金学非均质性的情况下或者在电极的不充分对称性的情况下，通常不能将所希望的能量引入到炉中。此外，例如也可由DE 30 24 223 C2得知，多个电极变压器系统的使用尤其在出钢方面大大地限制了炉的功能性。

因此本发明的任务在于，提供具有三个电极的电弧炉用的变压器系统，其中电弧炉的功率可以在增大的熔炼量的意义上得到明显提高。

该任务通过根据权利要求1的变压器系统得以解决。

本发明的其它有益扩展方案在从属权利要求中予以说明。

根据本发明，设有具有三个电极的电弧炉用的变压器系统，该变压器系统具有至少两个三相变压器。三相变压器的三个相分别并行地连接在电极之一上。此外，所述三相变压器可彼此相关地被接通或关断。因此，本发明的变压器系统具有如下优点，即能给仅具有三个电极的单个电弧炉供应提高的电功率。在此，相关的切换在同步切换的意义上接管各个变压器的切换。由此，尽管在次级侧并联连接有多个变压器，仍通过相应的反变换来排除尤其由于在初级侧产生的电压所造成的对人和设备的危险。此外，相关的切换还可以在三相变压器之一出现故障时在功率减小的情况下继续无危险地运行电弧炉，其方式为，将有关的未激活的变压器去耦合。

根据本发明的一种有益的实施形式，三相变压器在最大100ms的时间窗口内被接通或关断。由此在很大程度上避免变压器系统中的危险电压。因此有利地无需在次级侧对大电流线路进行切换。可以规定，三相变压器已经在内部被三角测量(triangulieren)。在此，三相变压器的三个次级线圈的分别两个端子在该变压器内部已经按照三相电流三角接法相连接，并且分别只需将三个大电流线路从每个变压器引至电极。

根据本发明的另一有益的实施形式，所述线路以对变压器的外壳壁呈直角的方式从三相变压器引出。此外，所有参与的三相变压器的三个相都利用大电流母线相互连接。因此参与的三相变压器可以有利地在使用刚性的并从而坚固的线路相互连接。在此，大电流母线优选地是水冷式的。在此，电路径尽可能短，这特别在高的次级侧电流以及由此所出现的高交变磁场方面是有利的，并且保持炉电抗小。因此，变压器系统的各个变压器可以有利地这样在空间上被布置，使得至磁性部分、亦即例如变压器本身的部分的距离尽可能地远，且通常可以保持围绕大电流母线足够大的无铁空间。

在本发明的另一实施形式中，大电流母线在至少两个三相变压器之间在三个层面中以上下重叠的方式伸展。因此相的端子以分别不同的高度离开三相变压器。由此可以有利地使三相变压器电对称地且无交叉地与大电流母线联接在一起。此外可以规定，相的大电流母线中的两个分别以45°和180°之间的角度彼此相遇。由此变压器系统可以以尽可能有利的方式来实现，其方式为，如此对参与的三相变压器在空间上予以布置，使得电路径短并且至磁性材料的距离尽可能远。

根据另一实施形式，三相变压器的分别一个相通过柔性线路与该变压器系统的余下的三相变压器的相应的相连接。柔性的大电流线路优选地是水冷式的，并且允许根据本发明对电弧炉用的多个三相变压器并联连接，其中在对参与的变压器和炉的布置方面仅仅有最小的限制。因此在不利的空间情况时也可实现电弧炉的根据本发明的功率提高。另外可以规定，参与的三相变压器的分别一个相的柔性线路与电弧炉的三个电极中的分别一个导电连接。因此可以以有利的方式使对电接触的需求最小化。这是特别有益的，因为在大电流情况下最小的接触电阻也导致大的功率损耗。此外在根据本发明的本实施形式中，在最大程度上可以在变压器系统的结构方面不依赖于空间情况。

下面根据附图更详细地说明本发明的优选实施形式。图中：

图1以俯视图的方式示出带有根据本发明的第一实施形式的变压器系统的电弧炉的示意图；

图2a以俯视图的方式示出根据本发明第二实施形式的变压器系统的详图；

图2b示出根据本发明第二实施形式的变压器的正视图；和

图3示出带有根据本发明的第三实施形式的变压器系统的电弧炉的示意图。

图1示出带有电弧炉2的变压器系统1的示意俯视图。在电弧炉2中，在具有熔炼炉料的电弧炉罐的上方，设有通常带有电极臂(未示出)的三个电极202。变压器系统1此外具有开关设备120和如这里所示出的那样，两个下面也称为变压器的三相变压器100。按照本发明，通常多于两个的变压器100也可以从开关设备120供电并连接在电弧炉2上。

变压器100在初级侧通过导电连接123连接在开关设备120上。在开关设备120中，所有变压器100都通过开关单元122的中压开关121彼此相关地被接通或关断。开关单元122优选地在100ms的时间窗口内可以时间同步地接通或关断中压开关121。此外，开关设备120还允许例如在一个或多个变压器100发生故障时仅利用所设置的变压器100的一部分无危险地运行电弧炉2。

开关单元122以与中压开关121相结合方式确保带有多个变压器100的变压器系统在排除对人和设备的危险的意义上工作。由于100kA范围内的极限次级电流，在次级侧切换变压器100并不可行，并且因此所有参与的变压器100在次级侧通过接触点105固定地相互连接。当设置在变压器系统1中的多个变压器100的仅仅一部分工作时、例如利用在图2所示的两个变压器100中的仅仅一个工作时，通过在次级侧联接，将反向变换的电压在初级侧施加在未激活的变压器100上。于是开关设备120的中压开关121必要时将初级侧断开，并且危险电压不能离开开关设备120。

变压器100有利地在内部被三角测量。这意味着，三相变压器100的三个线圈的总共六个端子已经在内部按照三相电流三角接法连接。因此变压器100的外壳壁110在次级侧只具有三个大电流端子u、v和w。按照本发明的第一实施形式，这三相通过大电流母线101在接触点105处彼此并行连接。首先，其它大电流母线可以从这些接触点105引至电弧炉2，或者如这里所示，电弧炉2的电极202可以通过柔性的大电流线路102连接在接触点105上。不仅大电流母线101、而且柔性的大电流线路102都有利地是水冷式的。

根据本发明的第一实施形式，大电流母线101以对变压器100的外壳壁110呈直角的方式引出。所述大电流母线以角度β在接触点105处会合。因此变压器100以角度α＝180°-β被设置。根据一种有益的实施形式，该角度α处于45°至180°的范围内。因此变压器系统1的各个变压器100可以在尽可能短的电路径的意义上在空间上被布置。同时在本实施形式中确保在大电流侧所引起的磁场与磁性材料的尽可能大的距离。本实施形式的另一优点是以尽可能电气对称的布置方式来建立带有多个变压器100的变压器系统1。

图2a示出根据本发明第二实施形式的变压器100的详图。在图1的实施形式的变型中，变压器具有外壳壁111，大电流母线101从所述外壳壁引出。如图2b中的变压器100的正视图所示，在外壳壁111上为每一相u、v和w都设有三个端子单元115。根据本发明的该第二实施形式，这三个端子单元115在三个层面中上下叠置。该实施形式具有以下优点，即可以将这三相在接触点105处通过大电流母线101无交叉地相互连接，并且可以使母线101的长度尽可能短。因此参与的变压器100(如这里所示的两个变压器100)可以尽可能相互紧密地来布置。

图3示意性地示出根据本发明第三实施形式的带有电弧炉2的变压器系统1。如已经为图1所述的，变压器系统1具有两个、但通常多个三相变压器100和开关设备120。参与的变压器100在初级侧利用导电连接123连接在开关设备120上。开关设备120中的开关单元122彼此有关地操纵多个中压开关121。类似于图1的第一实施形式，再次在避免对人和设备的危险的意义上，通过开关单元122进行所述相关的切换。

根据本发明的该第三实施形式，变压器100具有外壳壁112，在外壳壁上，柔性线路102连接在未示出的端子单元上。利用这些柔性线路102，将参与的变压器100的三相u、v和w并行地连接在电弧炉2的电极202。位于电弧炉2的金属池201上方的电极202再次可以布置在电极臂(未示出)处。

本发明的该第三实施形式的优点在于，确保关于在电弧炉2上参与的变压器100的空间结构方面尽可能最大的灵活性。因此该实施形式还允许根据本发明即使在不利的空间情况时在电弧炉2上使用多个变压器100。此外也可以设想将多个变压器100上下叠置，所述变压器可以通过柔性的线路102、有利地利用尽可能短的线路102无交叉地连接在电弧炉2的电极202上。

Claims (9)

1.具有三个电极(202)的电弧炉(2)用的变压器系统(1)，其特征在于，所述变压器系统(1)具有至少两个三相变压器(100)，所述三相变压器并联连接在所述电极(202)上并且可彼此相关地被接通和关断。

2.如权利要求1所述的变压器系统(1)，其特征在于，所述三相变压器(100)可在最大100ms的时间窗口内被接通或关断。

3.如权利要求1或2所述的变压器系统(1)，其特征在于，所述三相变压器(100)在内部被三角测量。

4.如权利要求3所述的变压器系统(1)，其特征在于，所述三相变压器(100)具有外壳壁(110，111)，并且每一相的大电流母线(101)都以对所述外壳壁(110，111)呈直角的方式引出。

5.如权利要求4所述的变压器系统(1)，其特征在于，至少两个三相变压器(100)之一的每一相利用大电流母线(101)分别与余下的三相变压器(100)的相应的相连接。

6.如权利要求5所述的变压器系统(1)，其特征在于，所述大电流母线(101)在至少两个三相变压器(100)之间在三个层面中对于分别一相无交叉地伸展。

7.如权利要求4至6中任一项所述的变压器系统(1)，其特征在于，相的大电流母线(101)中的分别两个以45°和180°之间的角度彼此相遇。

8.如权利要求1所述的变压器系统(1)，其特征在于，至少两个三相变压器(100)之一的每一相利用柔性线路(102)分别与余下的三相变压器(100)的相应的相连接。

9.如权利要求8所述的变压器系统(1)，其特征在于，至少两个三相变压器(100)的每一相的柔性线路(102)分别与三个电极(202)之一导电连接。

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