DE2405252C3

DE2405252C3 - Anordnung zur Ermittlung der Lichtbogenspannungen in einem Drehstrom-Lichtbogenofen

Info

Publication number: DE2405252C3
Application number: DE19742405252
Authority: DE
Inventors: Klaus Prof. Dr.-Ing. 2057 Wentorf Timm
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-02-04
Filing date: 1974-02-04
Publication date: 1985-08-29
Also published as: JPS50127247A; DE2405252B2; DE2405252A1; JPS5720678B2

Description

Lichtbogenöfen sind Verbraucher, deren Scheinwiderstand je Phase bei mittleren und großen öfen in der Größenordnung von einigen ηιΩ liegt Die für den Prozeß erforderlichen hohen Ströme erzeugen starke magnetische Wechselfelder, die in allen Schleifen des Systems im Vergleich zur Netzspannung beträchtliche Spannungen induzieren. Diese induzierten Spannungen sind die Ursache für das Auftreten der sogenannten scharfen oder heißen und toten oder kalten Phase. Außerdem werden bei alien Spannungsmessungen zwischen räumlich nicht dicht beieinanderliegenden Punkten Fehlerspannungen im Meßkreis induziert, die zu beträchtlichen Verfälschungen des Meßergebnisses führen können. Die bisher bekannten Verfahren zur Messung der Spannung zwischen Trafoklemmen und Badsternpunkt (Strangspannungen) liefern daher Ergebnisse mit unter Umständen beträchtlichen Fehlern, die sich bei einer Regelung des Elektrodenabstandes in Abhängigkeit von der Impedanz negativ auswirken.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Ermittlung der Lichtbogenspannungen in einem Drehstrom-Lichtbo^enofen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Solche Anordnung ist aus der US-PS 25 39 912 bekannt. Dort wird zur Berücksichtigung der Selbstinduktionsspannungen auf den Hochstromleitungen jeweils der Strom einer Phase über einen Stromwandler auf eine einstellbare Reaktanz gegeben, deren Ausgangsspannung zur Bildung der Differenz herangezogen wird.

Bei einer in der Zeitschrift »elektrowärme international«, 1971, Seiten 381 bis 387, veröffentlichten Anordnung wird zur Kompensation der Fehlerspannungen auf den Meßleitungen bei der Messung der Strangspannungen ein künstlicher Meßsternpunkt gebildet, der um die Summe von Spannungen, die den Strömen in den Phasen proportional sind, gegen den Badsteinpunkt elektrisch verschoben ist, und zusätzlich in die Zuleitungen für die Spannungsmessung eine dem Strom in der zugehörigen Phase proportionale, dem Wirkspannungsabfall entsprechende Gegenspannung

ίο eingeführt Die auf diese Weise korrigierte Strangspannung wird zur Messung der Wirkleistung verwendet Dort ist außerdem darauf hingewiesen, daß zur Messung dsr Lichtbogenspannungen selbst zusätzlich die induktive;. Spannungsabfälle auf den Hochstrombahnen zu

is kompensieren sind.

Der Erfindung liegt bei einer Anordnung der gattungsgemäßen Art die Aufgabe zugrunde, Lichtuogenspannungen in einfacherer Weise mit hoher Genauigkeit zu ermitteln.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 und 2 gekennzeichneten Merkmale gelöst

Mit Hilfe der Lichtbogenspannung iassen sich die unter jeder Elektrode umgesetzte Wirkleistung und der sogenannten Zustellungsverschleißkoeffizient, der nach

Schwabe (vgL Proceedings of Electric Furnace Conference, 1962, Hek 20, Seiten 195 bis 206) ein Maß für den Wandverschleiß der feuerfasten Zustellung darstellt, bestimmen. Außerdem kann die Lichtbogenspannung für die Elektrodenregelung des Lichtbogen-

ofens herangezogen werdea

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.

Die Elektroden 2 eines Drehstromlichtbogenofens 1

sind über die Hochstromleitunger. 3, 4, 5 mit den Klemmen eines Ofentransformators 6 verbunden. An jede Hochstromleitung und an eine Meßleitung 7, die an den durch das Bad 8 bzw. d:irch fcx Ofengehäuse gebildeten Sternpunkt 9 angeschlossen ist ist die

Primärwicklung eines Spannungswandlers 10, 11 bzw. 12 geschaltet, dessen von der Sekundärwicklung gelieferte Ausgangsspannung U₁, U₂ bzw. U₃ einem Eingang eines Vergleichsgliedes 13, 14 bzw. 15 zugeführt ist Die Hochstromleitungen 3, 4, 5 bilden

zusammen mit der Meßleitung 7 je eine Meßschleife MS. Jeder Hochstromleitung ist ein magnetischer Spannungsmesser 16,17 bzw. 18 zugeordnet dessen der Ableitung des Stromes nach der Zeit (di/dt) proportionale Meßgröße je einem Integrator 19,22 bzw. 25 und je

zwei Verstärkern 24, 26 bzw. 20, 27 bzw. 21, 23 zugeführt ist Die Ausgänge einer aus einem Integrator und zwei Verstärkern bestehenden Gruppe sind mit je einem weiteren Eingang des zugeordneten Vergleichsgliedes verbunden.

Die Ausgangsgröße der Integratoren entspricht dem Wirkspannungsabfall / · R, worin R die Summe aus dem Zuleitungswiderstand der Hochstrcmbahnen und dem Elektrodenwiderstand ist. Die Ausgangsgröße der Verstärker entspricht den durch die Gegeninduktivitäten in

den einzelnen Meßschleifen abfallenden Blindspannungen Ub. Für den allgemeinen Fall nicht sinusförmiger Spannungen und Ströme läßt sich folgende Gleichung aufstellen:

u-i ■ R+u_L+u_b.

Darin ist u die Ausgangsspannung der Spannungswandler bzw. die direkt gemessene Strangspannung

f und ul die Lichtbogenspannung. Werden die durch die Hochstromleitungen bedingten Gegeninduktivitäten mit Ait3. Msi, Mn usw. und die Ströme in den Leitungen 3, 4, 5 mit h, h bzw. h bezeichnet, so gilt beispielsweise für den Blindspannungsabfall in der Meßschleife MSl

₅₃,

■ d/3/di.

-dij/di + M_35-usl -d/3/di + J^s.vsi

Damit ist

Uj = i, -R₁ + u_L1 + M_34-U₂= i₂ R₂ + u_L2 + Λ/«.

U₃= I₃VR₃ + U_L3+ Mj_3-

Die Lichtbogenspannungei! ul sind die Ausgangsgrößen der Vergleichsglieder 13 bis 15 und können beispielsweise mit HiVe eines Oszillographen sichtbar gemacht werden.

Mit Rücksicht auf die unter bestimmten Betriebsbedingungen beträchtlichen Oberschwingungen im Strom werden die zeitlichen Ableitungen der Strangströme mit Hilfe magnetischer Spannungsmesser unmittelbar gemessen. Der Verlauf der Ströme wird durch Integration gewonnen. Ein Driften der Integratoren läßt sich durch Verwendung einer zusätzlichen, hochohmigen Rückführung ohne wesentliche Beeinträchtigung der Arbeitsweise der Integratoren vermeiden.

Da die von den Strangströmen abhängigen ohmschen Spannungsabfälle an den Zuleitungswiderständen berücksichtigt werden müssen, können an Stelle der magnetischen Spannungsmesser auch Stromwandler zur Messung der Strangströme verwendet werden, denen dann elektrische Einrichtungen znr Differentiation der vom Stromwandler gelieferten Größen nachgeschaltet werden. Die Messung über Stromwandler kann jedoch nicht unbeträchtliche Fehler mit sich bringen, die in der Klassengenauigkeit von Umbauwandlern üblicher Bauart und bei Zwischenkreiswandlern durch die indirekte Strommessung in den Strombahnen begründet sind. Der prozentuale Meßfehler der Oberschwingungen des Stromes ist zudem größer als der für die Grundschwingung. Außerdem bereiten Differenziereinrichtungen unter anderem dadurch Schwierigkeiten, daß eingestreute höherfrequente Signale verstärkt in das Ergebnis eingehen. Im Vergleich zu einem direkten Abgriff der

is Spannungen zwischen den Hochstromleitungen und der Meßleitung bietet die Messung mittels der Spannungswandler 10 bis 12 den Vorteil, daß die Meßanordnung vom Potential der Hochstrombahnen unabhängig ist und daß Schaltüberspannungen, die gelegentlich in beträchtlicher Höhe auftreten, von ώ? Meßanordnung ferngehalten werden. Die Gegenindukti/itäten lassen sich in einphasigen Versuchsanordnungen direkt bestimmen (vgL hierzu »elektrowärme international;«, 29, 1971, Heft 7 Seiten 381 bis 386). Jedoch sind diese GegenirJuktivi täten nur dann als konstant zu betrachten, wenn die Lage der Hochstrombahnen sich nicht oder nur geringfügig ändert Ist mit größeren Veränderungen dieser Gegeninduktivitäten auf Grund der Fahrweise des Ofens z. B. bei Hochleistungslichtbogen öfen mit einer Dreieckanordnung der Elektroden, zu rechnen, dann müssen diese Veränderungen berücksichtigt werden, beispielsweise durch laufende Messung der Höhenlage der Elektrodentragarme, da die Höhenlage der Tragarme in die wirksamen Gegeninduktivitäten eingehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Ermittlung der Lichtbogenspannungen in einem Drehstrom-Lichtbogenofen, bei der in jeder Phase die Differenz aus der Spannung zwischen dem Badsternpunkt und der betreffenden Hochstromleitung und aus der Summe der durch zeitliche Ableitung der Ströme auf den Hochstromleitungen der beiden anderen Phasen erfaßten Gegeninduktionsspannungen und des ohmschen Spannungsabfalles auf der betreffenden Hochstromleitung durch Summierung gebildet wird, wobei der Badsternpunkt mit den Hochstromleitungen über eine Meßleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß einem jeder Phase zugeordneten Vergleichsglied (13; 14; 15) als ohmscher Spannungsabfall die Ausgangsspannung eines magnetischen Spinnungsmessers (16,; 17; 18) der betreffenden Phase über einen Integrator (IS; 22; 25) und zur Erfassung sämtlicher in der betreffenden Hochstromleitung und der Meßleitung induzierten Spannungen die Ausgangsspannungen weiterer magnetischer Spannungsmesser (17, 18; 16, 18; 16, 17) in den beiden anderen Phasen ieweils über einen Verstärker (20,21; 23,24; 26,27) zugeführt werden.

2. Abänderung der Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ableitung der Ströme auf den Hochstromleitungen jeweils Stromwandler mit oachgeschaltetem Differenzierglied verwendet werden.