DE2251503C3

DE2251503C3 - Anordnung zur Messung der Lichtbogenspannung eines Lichtbogenofens

Info

Publication number: DE2251503C3
Application number: DE2251503A
Authority: DE
Inventors: Oluf Christian Dipl.-Ing. Vaagsbygd Boeckman
Original assignee: Elkem ASA
Current assignee: Elkem ASA
Priority date: 1971-10-22
Filing date: 1972-10-20
Publication date: 1981-11-19
Also published as: FR2156925A1; US3757021A; JPS5314783B2; ZA727072B; DE2251503B2; CA966552A; NO126288B; IT968855B; FR2156925B1; DE2251503A1; JPS4851343A

Description

Die Erfindung betriff! eine Anordnung zur Messung der Lichtbogenspannung eines dreiphasigen Lichtbogenofens, der drei auf den Ecken eines Dreiecks angeordnete Elektroden aufweist, mit mindestens einer Meßleitung vom Bodenkontakt des Ofens zu den Meßgeräten und mit Mitteln zur Kompensation der Fehlerspannungen, die in der von der Meßleitung gebildeten Schleife durch die Hochstrom-Magnetfelder induziert werden.

Zur Erzielung eines optimalen Betriebes eines großen elektrischen Schmelz- bzw. Lichtbogenofens ist es erforderlich, die Elektrodenbelastung relativ genau zu messen. Derartige Messungen werden üblicherweise so durchgeführt, daß der Elektrodenstrom und die Lichtbogenspannung, d. h. die Spannung zwischen Elektrode und Ofenboden, gemessen wird. Hierzu ist der Ofenboden mit einem elektrischen Bodenkontakt ausgerüstet, der zur Übertragung seines Potentials an die Meßinstrumente im Kontrollraum mit diesen über eine elektrische Meßleitung verbunden ist.

Die Messung des Elektrodenstroms stellt dabei kein besonderes Problem dar, während jedoch die Messung der Lichtbogenspannungen bei den meisten bekannten Anlagen sehr ungenau ist, da in den vom Bodenkontakt zum Meßinstrument des Kontrollraumes führenden Meßleitungen relativ große Fehlerspannungen induziert werden können. Dieses Problem ist bereits seit langem bekannt, jedoch war es bisher nicht ohne weiteres möglich, die Werte der induzierten Fehlerspannungen zu bestimmen.

Anhand von Messungen konnte festgestellt werden, daß die in den Meßleilungen auftretenden Fehlerspan-IQOkA -200V
VT- vT

= 8,2MW.

Bei bekannten Meßanordnungen ergibt sich bei einer induzierten Fehlerspannung von 10 V unter den drei Elektroden bei der entsprechenden Phase der Fehlerspannung eine gemessene Leistung von 7,5; 9,2 und

:o 7,9 MW. Damit entstehen bei der Messung der Leistungsverteilung erhebliche Fehler, welche die Überwachung des Betriebes und die Einstellung der Lichtbögen auf optimale Betriebsverhältnisse beträchtlich erschweren.

r> Es ist ferner bekannt, daß durch die in die Meßschleife der Meßleitung eininduzierten Störspannungen die Lichtbogenspannungen verfälscht und ein falsches Sternpunktpotential vorgetäuscht werden. In ebenfalls bekannter Weise kann der Meßfehler durch eine

so Fehlerspannung gekennzeichnet werden, die sich aus zwei jeweils um 90° gegenüber zwei Ofenströmen phasenverschobenen Teilspannungen zusammensetzt. Somit ist eine fehlerfreie Messung der Lichtbogenspannung möglich, indem die Fehlerspannung mittels einer

r> geeigneten Kunstschaltung kompensiert wird. Bei einer solchen bekannten Kunstschaltung ist der Sternpunkt der Meßgeräte über eine Reihenschaltung von zwei an die Sekundärwicklung von zwei Stromwandlern angeschlossenen Kondensatoren mit der zum Bodenkontakt geführten Meßleitung verbunden. Eine solche Fehlerkompensation durch eine 90° -Phasenverschiebung kann statt mit integrierenden auch mit differenzierenden Bauelementen erzielt werden und ist relativ aufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

•4> Anordnung zur Messung der Lichtbogenspannung eines dreiphasigen Lichtbogenofens der einleitend genannten Art zu schaffen, bei der das Potential des Ofenbodens möglichst einfach, zuverlässig und fehlerfrei erfaßt werden kann.

ίο Die Lösung der gestellten Aufgabe beruht auf der Tatsache, daß es bei dreiphasigen Schmelz- bzw. Lichtbogenöfen mit drei auf den Ecken eines Dreiecks angeordneten Elektroden möglich ist, durch Verwendung eines in bestimmter Weise angeschlossenen und

5i angeordneten Impedanz-Netzwerkes die Messung der induzierten Fehlerspannungen und eine Korrektur derselben durchzuführen, und besteht darin, daß bei einer Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vom Bodenkontakt des Ofens drei

w) räumlich über den Umfang des Ofens verteilte Meßleitungen zu einem Punkt über dem Ofen geführt und dort über ein Impedanz-Netzwerk, das einen das Potential des Ofenbodens reproduzierenden Sternpunkt aufweist, miteinander verbunden sind. Auf diese Weise

b läßt sich die Lichtbogenspannung mit einfachen Mitteln u'hcr und genau erfassen.

In weiterer Ausgestaltung ist es bevorzugt, daß jede Meßleitung einer Elektrode benachbart ist. Außerdem

ist es vorteilhaft, daß die Meßleitungen symmetrisch angeordnet sind und daß das Impedanz-Netzwerk symmetrisch aufgebaut ist, oder nach einer anderen Ausgestaltung, daß mindestens eine Meßleitung von ihrer symmetrischen Lage abweicht und daß das Impedanz-Netzwerk derart unsymmetrisch ist, daß sein Sternpunkt trotzdem das Potential des Ofenbodens reproduziert.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Hierbei zeigt

F i g. 1 ein einem Lichtbogenofen zugeordnetes Impedanz-Netzwerk und

Fig.2 ein Impedanz-Netzwerk mit einer definierten Unsymmetrie.

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, befinden sich in einer Lichtbogenofenwanne 1 drei auf den Ecken eines Dreiecks angeordnete Elektroden 2. Von einem Bodenkontakt 3 verlaufen drei Meßleitungen 4,5 und 6 mit einem gegenseitigen Winkelabstand von 120° möglichst in gleichem Abstand von der Ofenwandung zu einer über dem Lichtbogenofen gelegenen Bühne. Die Meßleitungen sind über drei Widerstände 7,8 und 9 eines Impedanz-Netzwerks zu einem das Potential des Ofenbodens reproduzierenden Sternpunkt 10 miteinander verbunden. Statt ohmscher Widerstände können auch Impedanzen oder andere Komponenten verwendet werden, über die sich die Enden der drei Meßleitungen zu einem Sternpunkt verbinden lassen. Dabei sind die drei Meßleitungen 4, 5 und 6 möglichst symmetrisch angeordnet und der ihnen jeweils zugeordneten Elektrode benachbart.

Wenn die erwünschte Dreieck-Symmetrie durch entsprechende Führung der Meßleitungen erreicht ist und die drei Elektrodenströme gleich groß sind, werden in den drei Meßleitungen gleich große Fehlerspannungen induziert, die untereinander um etwa 120° phasenverschoben sind. Durch die Verknüpfung über drei gleich große Widerstände 7, 8 und 9 zu dem Sternpunkt 10 wird das Potential des Ofenbodens in diesem Sternpunkt reproduziert. Da sich dieser Sternpunkt 10 und der Kontrollraum in einem Gebiet mit schwachen Störfeldern befinden, wird in der Verbindungsleitung vom Sternpunkt zum Kontrollraum keine maßgebliche Fehlerspannung induziert. Die Spannung zwischen dem Sternpunkt 10 und den drei Elektroden 2 wird dann einerseits vom Sternpunkt 10 und andererseits vom Elektrodenmantel oder von den Zuleitungen, die zur Elektrodenfassung verlaufen, abgegriffen, wobei die Leitungsführung zum Kontrollraum fehlerspannungsfrei erfolgt

~> Die drei Meßleitungen können an sich in jedem beliebigen Winkel in bezug auf die Elektroden verlegt werden. Zwischen den Elektroden sind die Magnetfelder geringfügig schwächer als unmittelbar gegenüber den Elektroden. Es konnte jedoch festgestellt werden,

in daß es besonders vorteilhaft ist, die Meßleitungen den drei Elektroden benachbart zu verlegen, falls eine solche Leitungsführung möglich ist Die in einer Meßleitung induzierte Fehlerspannung wird dann von dem Strom der nächstgelegenen Elektrode beherrscht Dies beil wirkt, daß die in den drei Meßleitungen induzierten Fehlsrspannungen den entsprechenden Elektrodenströmen proportional sind. Durch Verknüpfung über drei gleich große Widerstände 7,8 und 9 zu dem Sternpunkt 10 wird das Potential des Ofenbodens sogar bei

2" ungleicher Elektrodenströmen reproduziert.

In der Praxis können jedoch Hindernisse vorhanden sein, die eine derartige Verlegung der drei Meßleitungen erschweren, so daß die gewünschte Dreieck-Symmetrie nur schwer zu erreichen ist. Wenn jedoch zwei

2> Meßleitungen jeweils symmetrisch zu ihrer Elektrode geführt werden können, während die dritte Meßleitung aus praktischen Gründen unsymmetrisch im Verhältnis zu ihrer Elektrode verlegt werden muß, kann das Potential des Ofenbodens dennoch im Sternpunkt

in reproduziert werden, wenn ein Impedanz-Netzwerk mit einer bestimmten Unsymmetrie benutzt wird. Dieses wird an Fig. 2 veranschaulicht, weiche für diesen Fall die Spannungsverhäitnisse zwischen den Enden der drei Meßleitungen zeigt. Dabei stellen 11 und 12 die

r> Potentiale der Enden der beiden Meßleitungen dar, welche symmetrisch zu ihren Elektroden geführt sind. Die dritte Meßleitung ist jedoch unsymmetrisch zu ihrer Elektrode verlegt, und das Potential des Endes dieser Meßleitung liegt bei 13. Wenn auch diese Meßleitung

4Ii symmetrisch zu ihrer Elektrode verlegt wäre, so würde ihr Ende das Potential bei 14 haben. Die drei Potentiale 11,12 und 14 bilden somit die Ecken eines gleichseitigen Dreiecks, dessen Mittelpunkt 15 den gesuchten Sternpunkt darstellt. Das unsymmetrische lmpedanz-Netz-

4> werk hat somit die Aufgabe,die Potentiale 11,12 und 13 in einer solchen Weise zu kombinieren, daß der Sternpunkt in den Punkt 15 fällt.

Hierzu 2 Bhill Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Messung der Lichtbogenspannung eines dreiphasigen Lichtbogenofens, der drei auf den Ecken eines Dreiecks angeordnete Elektroden aufweist, mit mindestens einer Meßleitung vom Bodenkontakt des Ofens zu den Meßgeräten und mit Mitteln zur Kompensation der Fehlerspannungen, die in der von der Meßleitung gebildeten Schleife durch die Hochstrom-Magnetfelder induziert werden, dadurch gekennzeichnet, daß vom Bodenkontakt (3) des Ofens (1) drei räumlich über den Umfang des Ofens (1) verteilte Meßleitungen (4, 5, 6) zu einem Punkt über dem Ofen (1) geführt und dort über ein Impedanz-Netzwerk (7,8,9), das einen das Potential des Ofenbodens reproduzierenden Sternpunkt (10) aufweist, miteinander verbunden sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Meßleitung (4, 5, 6) einer Elektrode (2) benachbart ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßleitungen (4, 5, 6) symmetrisch angeordnet sind und daß das Impedanz-Netzwerk (7,8,9) symmetrisch aufgebaut ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Meßleitung von ihrer symmetrischen Lage abweicht und daß das Impedanz-Netzwerk derart unsymmetrisch ist, daß sein Sternpunkt (15) trotzdem das Potential des Ofenbodens reproduziert.

nungen sehr erheblich sein können, wie aus dem nachstehend aufgeführten Beispiel hervorgeht. Bei einem Lichtbogenofen, der einen Elaktrodenstrom von 10OkA und eine Spannung zwischen den Elektroden

-, von 200 V aufwies, konnte in der Meßleitung eine induzierte Fehlerspannung von etwa 10 V gemessen werden. Der reaktive und der ohmsche Lichtbogenwiderstand waren dabei gleich groß. Bei einer symmetrischen Lichtbogenofenbelastung beträgt dabei

to die Leistung jeder Elektrode