EP3492851A1 - Überwachungsverfahren und überwachungsvorrichtung für elektrische isolierungen eines industriellen elektroofens, sowie industrieller elektroofen - Google Patents

Überwachungsverfahren und überwachungsvorrichtung für elektrische isolierungen eines industriellen elektroofens, sowie industrieller elektroofen Download PDF

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EP3492851A1
EP3492851A1 EP18208652.0A EP18208652A EP3492851A1 EP 3492851 A1 EP3492851 A1 EP 3492851A1 EP 18208652 A EP18208652 A EP 18208652A EP 3492851 A1 EP3492851 A1 EP 3492851A1
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EP
European Patent Office
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electric furnace
monitoring device
industrial electric
electrical insulation
insulation
Prior art date
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EP18208652.0A
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Volker von Oldenburg
Michael van den Heuvel
Mesut Göcoglu
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
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    • F27D99/0001—Heating elements or systems
    • F27D99/0006—Electric heating elements or system

Definitions

  • the present invention relates to a monitoring method and a monitoring device for electrical insulation of an industrial electric furnace, in particular a reduction furnace, according to the preamble of the independent claim 1 or 7.
  • the invention is also an industrial electric furnace according to claim 9.
  • Industrial electric furnaces are used in particular for melting metals and metal mixtures.
  • the energy required for heating the melted material is supplied to such industrial electric furnaces as electrical energy via live equipment such as cables and electrodes.
  • live equipment such as cables and electrodes.
  • These voltage-carrying system parts must be electrically isolated from voltage-free and / or grounded system components by means of electrical insulation introduced between the system components.
  • electrical insulation between live parts of different phases are required.
  • flashovers, electric arcs and spark erosion operations may occur between the equipment parts, such as electrodes, furnace vessel and furnace lid, thereby sacrificing the life and reliability of an industrial electric furnace.
  • the present invention is therefore based on the object, a method and a corresponding device for the improved compared to the prior art monitoring and verification of the electrical insulation of an industrial electric furnace.
  • the monitoring and verification of electrical insulation should be faster and more comfortable than before and at the same time with little effort, so that the downtime and the required personnel costs for the maintenance of industrial electric ovens are reduced.
  • the present invention is intended to provide an industrial electric furnace whose electrical insulation can be monitored and checked with little effort, so that the reliability of the industrial electric furnace can be increased, and the downtime can be minimized.
  • the object of the present invention is achieved by a monitoring method having the features of claim 1, a monitoring device having the features of claim 7 and by an industrial electric furnace having the features of claim 9.
  • Advantageous developments emerge from the features of the dependent claims, which can be combined as desired.
  • the invention is based on the finding that the object of the invention is achieved in that the electrical insulation of an industrial electric furnace is monitored and checked continuously and automatically during the production operation of the industrial electric furnace by means of a trained monitoring device with respect to their insulating properties.
  • the verification of the electrical insulation is not done as previously manually during the standstill of the industrial electric furnace, but automatically by a monitoring device during production, so if during operation of the electric furnace converts this supplied electrical energy into heat energy, for example, to melt a melted material.
  • such an industrial electric furnace may be, for example, a reduction furnace, an electric melting furnace, a ladle furnace, an induction furnace or an electric arc furnace.
  • the industrial electric furnace is provided with predetermined measuring points which are arranged on a plurality of mutually electrically insulated sections of the electric furnace.
  • the predetermined measuring points can be arranged, for example, on electrodes, grounding, a charging tube, segments of a furnace vessel and segments of a furnace lid such that a voltage potential applied to the plant section or section of the industrial electric furnace can be tapped or measured at the associated measuring point.
  • a respective electrical insulation which is provided for the electrical separation of two spatially adjacent sections of the electric furnace and is arranged between these two sections and thus electrically and spatially separates these two sections, each of these two sections must have a respective measuring point.
  • a respective measuring point can be located at any location of the respective section.
  • the industrial electric furnace to be monitored by the presented monitoring method and the presented monitoring device has a large number of electrical insulation and thus also a correspondingly large number of predetermined measuring points.
  • the presented method provides that the monitoring device automatically during the production operation of the industrial electric furnace in a respective test run, so independently and without cause or
  • the monitoring device can independently measure the resistance measurement value and / or can receive the resistance measurement value from an insulation measurement device which is electrically connected to the monitoring device and / or via a data interface is.
  • a conventional insulation measuring device can be used as the insulation measuring device, which performs the measurement of the insulation resistance in accordance with established test standards or statutory requirements and can have a corresponding certification of a test organization.
  • the presented method further provides that the checking device checks the insulating properties of the electrical insulation, which are arranged between the sections of the electric furnace provided with the predetermined measuring points, on the basis of the determined resistance measured values.
  • the resistance measured value determined for an electrical insulation to be tested can be compared with a reference value or desired value specified in general or insulation-specific manner. If the determined resistance measured value falls below the predetermined reference value, then the monitoring device evaluates the associated electrical insulation as defective or substitutable and sends a corresponding message to a storage device or signaling device for operating or maintenance personnel of the industrial electric furnace.
  • the presented method allows a fast and low-cost monitoring of the electrical insulation of an industrial electric furnace. Since the presented method during the operation of the electric furnace is performed, the downtime scheduled for routine preventive work on the electrical insulation of the electric furnace and also the required for this routine work personnel can be reduced. Due to the automatic monitoring of the electrical insulation during production, the reliability of the industrial electric furnace is increased, the wear of the system components is reduced, and in addition, work to be carried out during downtimes can be planned better in advance.
  • the monitoring device carries out test runs continuously during the production operation of the industrial electric furnace.
  • the monitoring device thus repeatedly carries out test runs without the intervention of maintenance or operating personnel in order to continuously monitor the electrical insulation during ongoing operation of the industrial electric furnace with regard to its insulating properties.
  • the reliability and reliability of the industrial electric furnace are significantly increased.
  • the monitoring device stores a course of the determined resistance measured values and for the evaluation of a change trend of the electrical Isolations harnesses or uses itself.
  • the monitoring device can use the stored course of the determined resistance measurements in order to evaluate long-term trends in the insulation properties of the electrical insulation and to predict an expected lifetime of the electrical insulation.
  • the monitoring device may compare a current resistance reading with a stored history of a measured resistance reading to diagnose a corruption of the electrical impedance associated with the resistance reading with too large a deviation between the current value and the stored values.
  • the monitoring device can also transmit the stored course of resistance measured values to other evaluation devices. For each electrical insulation to be tested, the monitoring device preferably stores an individual profile of the resistance measured values determined for this electrical insulation. This development allows in terms of electrical insulation optimization of maintenance and reduce downtime of the electric furnace.
  • the monitoring device electrically connects the predetermined measuring points in accordance with a predetermined sequence with an insulation measuring device in a respective test run, and the insulation measuring device measures at least one resistance reading between the measuring points connected to the insulation measuring device.
  • the monitoring device preferably temporarily connects the predetermined measuring points in pairs to a measuring time with the insulation measuring device so that the insulation measuring device can measure the ohmic resistance between a pair of the measuring points and transmit it to the monitoring device.
  • the monitoring device successively connects all possible pairs on spatially-adjacent parts of the system or sections of the measuring point arranged on the electric furnace with the insulation measuring device, so that the Insulation measuring device in a respective test run successively measure the respective resistance measurements between the pairwise connected to the insulation meter measuring points and can transmit to the monitoring device.
  • the monitoring device is provided according to this development with the function of a switching logic or multiplexing device between the predetermined measuring points.
  • the monitoring device determines in a respective test run resistance measured values between predetermined measuring points which are not assigned to spatially-adjacent sections of the industrial electric furnace. These resistance values represent the total resistance of the individual electrical insulation, which act in the sense of ohmic series and / or parallel resistances between the predetermined measuring points used. The monitoring device therefore also takes into account these determined resistance measurements for checking the electrical insulation with respect to its insulating properties, for simultaneously checking a plurality of electrical insulation.
  • the object of the present invention is also achieved by a monitoring device for electrical insulation of an industrial electric furnace, which is designed to carry out the previously presented method or one of its developments.
  • the presented monitoring device can be electrically coupled or coupled with predetermined measuring points of the industrial electric furnace.
  • the monitoring device is designed to automatically determine, during the production operation of the industrial electric furnace, resistance measurements of electrical insulation between the predetermined measuring points and to check the electrical insulation with respect to its insulating properties on the basis of the determined resistance measured values.
  • the monitoring device is designed for automatic and continuous Determining several such resistance measurements and for automatically and continuously checking or diagnosing multiple electrical insulation of the industrial electric furnace.
  • the monitoring device is designed to implement the previously presented method. Therefore, the presented monitoring device also offers the same advantages as the previously presented method.
  • the object of the present invention is also achieved by an industrial electric furnace, which is equipped with the presented monitoring device.
  • the industrial electric furnace has predetermined measurement points on a plurality of mutually electrically isolated sections which are electrically connected or connectable to the monitoring device.
  • the invention encompasses any combination of the monitoring methods, monitoring devices and industrial electric ovens and their developments presented above.
  • Fig. 1 illustrates an embodiment of the presented industrial electric furnace with the presented monitoring device.
  • the industrial electric furnace 100 is schematically illustrated in plan view through a furnace lid of a furnace vessel, not shown, provided for melting a melt introduced into the furnace vessel.
  • the different parts of the plant or spatially adjacent portions of the furnace lid are separated by electrical insulation, which in Fig. 1 are circled by circled, consecutively numbered reference numerals 1 to 36 neither form nor true to scale.
  • the furnace lid is composed of a plurality of furnace lid segments S1, S1A, S1B, S1C, S2, S2A, S2B, S2C, S3, S3A, S3B, S3C, which are electrically separated from each other by electrical insulators 10 to 27 and 31 to 33.
  • the furnace cover segments S1, S2 and S3 are isolated by electrical insulation 30, 29 and 28, live electrodes ER, ES and ET introduced into the furnace vessel, which are fed by a three-phase power supply, not shown.
  • the furnace cover segments S1, S2 and S3 form a recess through which a charging tube CT is introduced in the furnace lid, which is provided for introducing melted material into the furnace vessel.
  • the charging tube CT is electrically isolated by the insulations 36, 35, 34 from the furnace cover segments S1, S2 and S3, respectively.
  • the outer edge 40 of the furnace lid is electrically connected to the grounding compound and the protective conductor PE and is electrically isolated from the spatially-adjacent furnace lid segments by the electrical insulation 1 to 9.
  • Each of the above-mentioned furnace cover segments Sx has a predetermined measuring point Mx, which is electrically connected to the monitoring device 200 via a respective measuring line.
  • the electrodes ER, ES, ET, the charging tube CT and the grounding compound PE have respective predetermined measuring points MER, MES, MET, MCT or MPE, which are electrically connected to the monitoring device 200 via respective measuring lines.
  • the monitoring device 200 continuously and automatically checks the electrical insulations 1 to 36 during operation of the industrial electric furnace by measuring the respective ohmic resistance between two measuring points of spatially adjacent sections of the electric furnace as a resistance reading of the electrical insulation arranged between these sections.
  • Fig. 1 10 illustrates the monitoring device 200, the resistance measurement value R28 of the electrical insulation 28, which the electrode ET and the furnace cover segment S3 electrically isolated from each other, by measuring the ohmic resistance between the predetermined measuring point MET and the predetermined measuring point M3.
  • the monitor 200 determines the respective resistance reading R1 to R36 and continuously repeats these measurements during the production operation of the electric furnace.
  • a respective profile of the resistance measured values R1 to R36 thus determined is stored in a respective memory SP-R1 to SP-R36, for example by storing the most recent 1000 resistance measured values in isolation-specific manner or a respective average value DR1 to DR16 as sliding for each electrical insulation 1 to 36 Average is calculated and stored.
  • the monitoring device 200 checks each electrical insulation 1 to 36 for their insulating properties. For example, the monitoring device 200 classifies electrical insulation x as defective if the resistance measured value Rx determined for it falls below a predefined setpoint value MinRx or deviates too much from the mean value DRx. A thus evaluated as defective electrical insulation x is of the Monitoring device 200 reported to service or maintenance personnel of industrial electric furnace (in Fig. 1 exemplified for insulation 30 because of undershooting the setpoint MinR30 illustrated).
  • Fig. 2 illustrates another embodiment of the presented industrial electric furnace with the presented monitoring device.
  • the industrial electric furnace 100 is greatly simplified by segments S1 to S13 separated by electrical spacings uniformly illustrated as a space, the segments S1 to S3 representing the electrodes of the three-phase electric furnace.
  • the segments S1 to S13 have a respective predetermined measuring point MS1 to MS13, which is electrically connected to the monitoring device 200A via a respective line.
  • the electrical insulations also electrically disconnect all segments S1 to S13 from the grounding ground (or grounding conductor) PE, which has a predetermined measuring point MPE, which is also electrically connected to the monitoring device 200A.
  • the monitoring device 200A does not self-detect the ohmic resistance between a pair of the measurement points MS1 to MS13 and MPE, but acquires the respective resistance measurements by temporarily feeding the predetermined measurement points MS1 to M13 and MPE in a pairwise according to a predetermined sequence 210 in a test run an insulation meter 400 connects.
  • the predetermined sequence 210 of the multiplexer monitoring device 200A determines the pairs of measuring points MS1 to MS11 and MPE for which the resistance values are to be measured by the insulation gauge 400 and reported to the monitoring device 200A.
  • the resistance measurement values for all electrical insulation are spatially-adjacent Segments S1 to S13 or PE measured.
  • insulation gauge 400 for example, a commercially available device series IR425 Bender can be used.

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Abstract

Es werden ein Überwachungsverfahren und eine Überwachungsvorrichtung für elektrische Isolierungen (1-36) eines industriellen Elektroofens (100) vorgestellt. Während des Produktionsbetriebs des industriellen Elektroofens (100) ermittelt eine Überwachungsvorrichtung (200; 200A) in einem jeweiligen Prüfdurchlauf automatisch Widerstandsmesswerte (R1-R36, Rx) elektrischer Isolierungen (1-36) zwischen vorgegebenen Messpunkten (Mx) des industriellen Elektroofens (100) und überprüft die elektrischen Isolierungen (1-36) hinsichtlich ihrer Isoliereigenschaften auf Grundlage der ermittelten Widerstandsmesswerte (R1-R36, Rx). Ferner wird ein mit der Überwachungsvorrichtung (200; 200A) ausgerüsteter industrieller Elektroofen (100) vorgestellt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Überwachungsverfahren sowie eine Überwachungsvorrichtung für elektrische Isolierungen eines industriellen Elektroofens, insbesondere eines Reduktionsofens, nach Gattung des unabhängigen Anspruchs 1 bzw. 7. Gegenstand der Erfindung ist auch ein industrieller Elektroofen gemäß Anspruch 9.
    • Stand der Technik
  • Industrielle Elektroöfen werden insbesondere zum Schmelzen von Metallen und Metallgemischen eingesetzt. Die zum Erwärmen des Schmelzgutes benötigte Energie wird derartigen industriellen Elektroöfen als elektrische Energie über spannungsführende Anlagenteile, wie beispielsweise Kabel und Elektroden, zugeführt. Diese spannungsführenden Anlagenteile müssen gegenüber spannungsfreien und/oder geerdeten Anlagenteilen mittels zwischen den Anlagenteilen eingebrachten elektrischen Isolierungen elektrisch isoliert werden. Bei industriellen Elektroöfen mit mehrphasiger Spannungsversorgung sind zudem elektrische Isolierungen zwischen spannungsführenden Anlagenteilen unterschiedlicher Phasen erforderlich. Im Fall von schadhaften Isolierungen können Spannungsüberschläge, Lichtbögen und Funkenerosionsvorgänge zwischen den Anlagenteilen, wie beispielsweise Elektroden, Ofengefäß und Ofendeckel, auftreten, wodurch die Lebensdauer und Betriebssicherheit eines industriellen Elektroofens leiden.
  • Heutzutage werden die elektrischen Isolierungen derartiger industrieller Elektroöfen, wenn überhaupt, manuell mit einem Isolationsmessgerät überprüft, und die Messwerte werden händisch ausgewertet. Diese Arbeiten können nur im abgeschalteten Zustand eines industriellen Elektroofens vorgenommen werden, was mit einem Produktionsausfall einhergeht. Zudem sind die Erfassung und die Auswertung der Messwerte sehr zeitaufwändig.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung für die im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte Überwachung und Überprüfung der elektrischen Isolierungen eines industriellen Elektroofens bereitzustellen. Die Überwachung und Überprüfung der elektrischen Isolierungen sollen schneller und komfortabler als bisher und zugleich aufwandsarm erfolgen, so dass die Stillstandzeiten und der erforderliche Personalaufwand für die Wartung industrieller Elektroöfen reduziert werden. Außerdem soll die vorliegende Erfindung einen industriellen Elektroofen bereitstellen, dessen elektrische Isolierungen aufwandsarm überwacht und überprüft werden können, so dass die Betriebssicherheit des industriellen Elektroofens gesteigert werden kann, und die Stillstandzeiten minimiert werden können.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch ein Überwachungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Überwachungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie durch einen industriellen Elektroofen mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche, die beliebig kombiniert werden können.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst wird, dass die elektrischen Isolierungen eines industriellen Elektroofens kontinuierlich und automatisch während des Produktionsbetriebs des industriellen Elektroofens mittels einer entsprechend ausgebildeten Überwachungsvorrichtung hinsichtlich ihrer Isoliereigenschaften überwacht und überprüft werden. Die Überprüfung der elektrischen Isolierungen erfolgt nicht wie bisher manuell während des Stillstands des industriellen Elektroofens, sondern automatisch durch eine Überwachungsvorrichtung während des Produktionsbetriebs, also wenn im laufenden Betrieb der Elektroofen die diesem zugeführte elektrische Energie in Wärmeenergie umsetzt, um beispielsweise ein Schmelzgut zu schmelzen. Ohne Beschränkung darauf kann ein derartiger industrieller Elektroofen beispielsweise ein Reduktionsofen, Elektroschmelzofen, Pfannenofen, Induktionsofen oder Elektrolichtbogenofen sein.
  • Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren ist der industrielle Elektroofen mit vorgegebenen Messpunkten versehen, die auf mehreren, voneinander elektrisch isolierten Abschnitten des Elektroofens angeordnet sind. Die vorgegebenen Messpunkte können beispielsweise auf Elektroden, der Erdung, einem Chargierrohr, Segmenten eines Ofengefäßes und Segmenten eines Ofendeckels so angeordnet sein, dass ein an dem Anlagenteil bzw. Abschnitt des industriellen Elektroofens anliegendes Spannungspotential an dem zugehörigen Messpunkt abgreifbar bzw. messbar ist. Zur Überprüfung einer jeweiligen elektrischen Isolierung, die zur elektrischen Trennung von zwei räumlich benachbarten Abschnitten des Elektroofens vorgesehen und zwischen diesen zwei Abschnitten angeordnet ist und somit diese zwei Abschnitte elektrisch und räumlich voneinander trennt, muss jeder dieser zwei Abschnitte einen jeweiligen Messpunkt aufweisen. Unter der Annahme, dass die Abschnitte selbst elektrisch leitend sind, kann sich ein jeweiliger Messpunkt an einem beliebigen Ort des jeweiligen Abschnitts befinden. Bevorzugt weist der durch das vorgestellte Überwachungsverfahren und die vorgestellte Überwachungsvorrichtung zu überwachende industrielle Elektroofen eine große Anzahl von elektrischen Isolierungen und somit auch eine entsprechend große Anzahl vorgegebener Messpunkte auf.
  • Das vorgestellte Verfahren sieht vor, dass die Überwachungsvorrichtung während des Produktionsbetriebs des industriellen Elektroofens in einem jeweiligen Prüfdurchlauf automatisch, also selbstständig und ohne Veranlassung bzw.
  • Auslösung durch Bedienungspersonal des industriellen Elektroofens, Widerstandsmesswerte der elektrischen Isolierungen zwischen auf den Abschnitten des Elektroofens vorgesehenen, vorgegebenen Messpunkten ermittelt. Zum Ermitteln eines jeweiligen Widerstandsmesswertes, also des gemessenen Wertes des ohmschen Widerstands zwischen einem jeweiligen Paar vorgegebener Messpunkte, kann die Überwachungsvorrichtung den Widerstandsmesswert eigenständig messen und/oder kann den Widerstandsmesswert von einem Isolationsmessgerät empfangen, das mit der Überwachungsvorrichtung elektrisch und/oder über eine Datenschnittstelle verbunden ist. Als Isolationsmessgerät kann dabei ein konventionelles Isolationsmessgerät verwendet werden, das die Messung des Isolierungswiderstands gemäß etablierten Prüfstandards oder gesetzlicher Vorgaben durchführt und eine entsprechende Zertifizierung einer Prüforganisation aufweisen kann.
  • Das vorgestellte Verfahren sieht ferner vor, dass die Überprüfungsvorrichtung die Isoliereigenschaften der elektrischen Isolierungen, die zwischen den mit den vorgegebenen Messpunkten versehenen Abschnitten des Elektroofens angeordnet sind, auf Grundlage der ermittelten Widerstandsmesswerte überprüft. Bei dieser Überprüfung kann der für eine zu überprüfende elektrische Isolierung ermittelte Widerstandsmesswert mit einem allgemein oder isolierungsspezifisch vorgegebenen Referenzwert bzw. Sollwert verglichen werden. Unterschreitet der ermittelte Widerstandsmesswert den vorgegebenen Referenzwert, so bewertet die Überwachungsvorrichtung die zugehörige elektrische Isolierung als schadhaft bzw. ersatzwürdig und setzt eine entsprechende Nachricht an eine Speichervorrichtung oder Signalisierungsvorrichtung für Bedienungs- oder Wartungspersonal des industriellen Elektroofens ab.
  • Das vorgestellte Verfahren ermöglicht eine schnelle und aufwandsarme Überwachung der elektrischen Isolierungen eines industriellen Elektroofens. Da das vorgestellte Verfahren während des laufenden Betriebs des Elektroofens durchgeführt wird, können die für präventive Routinearbeiten an den elektrischen Isolierungen eingeplanten Stillstandzeiten des Elektroofens und auch das für diese Routinearbeiten erforderliche Personal reduziert werden. Aufgrund der automatischen Überwachung der elektrischen Isolierungen während des Produktionsbetriebs wird die Betriebssicherheit des industriellen Elektroofens erhöht, der Verschleiß der Anlagenteile wird reduziert, und zudem sind während der Stillstandzeiten durchzuführende Arbeiten besser im voraus planbar.
  • In einer Weiterbildung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass während des Produktionsbetriebs des industriellen Elektroofens ein jeweiliger Prüfdurchlauf manuell gestartet wird und anschließend durch die Überwachungsvorrichtung vollautomatisch durchgeführt wird. Diese teilautomatische Weiterbildung des Verfahrens wird bevorzugt im abgeschalteten Zustand des industriellen Elektroofens ausgeführt. Diese Weiterbildung ermöglicht, dass Wartungs- oder Bedienpersonal jederzeit und flexibel eine Diagnose bzw. Überprüfung des aktuellen Zustands der elektrischen Isolierungen veranlassen und die aktuellen Überprüfungsergebnisse abrufen kann.
  • In einer Weiterbildung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die Überwachungsvorrichtung während des Produktionsbetriebs des industriellen Elektroofens kontinuierlich Prüfdurchläufe vollautomatisch ausführt. Die Überwachungsvorrichtung führt also wiederholt und ohne Veranlassung durch Wartungs- oder Bedienpersonal Prüfdurchläufe aus, um die elektrischen Isolierungen kontinuierlich während des laufenden Betriebs des industriellen Elektroofens hinsichtlich ihrer Isoliereigenschaften zu überwachen. Dadurch werden die Betriebssicherheit und die Ausfallssicherheit des industriellen Elektroofens erheblich gesteigert.
  • In einer Weiterbildung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die Überwachungsvorrichtung einen Verlauf der ermittelten Widerstandsmesswerte speichert und zur Auswertung eines Veränderungstrends der elektrischen Isolierungen nutzbar macht oder selbst nutzt. Die Überwachungsvorrichtung kann den gespeicherten Verlauf der ermittelten Widerstandsmesswerte nutzen, um Langzeittrends der Isoliereigenschaften der elektrischen Isolierungen auszuwerten und eine voraussichtliche Lebensdauer der elektrischen Isolierungen zu prognostizieren. Alternativ oder optional kann die Überwachungsvorrichtung einen aktuellen Widerstandsmesswert mit einem gespeicherten Verlauf eines gemessenen Widerstandsmesswertes vergleichen, um bei einer zu großen Abweichung zwischen dem aktuellen Wert und den gespeicherten Werten eine Beschädigung der dem Widerstandsmesswert zugeordneten elektrischen Isolierung zu diagnostizieren bzw. zu melden. Die Überwachungsvorrichtung kann den gespeicherten Verlauf von Widerstandsmesswerten auch an andere Auswertungseinrichtungen übertragen. Bevorzugt speichert die Überwachungsvorrichtung für jede zu überprüfende elektrische Isolierung einen individuellen Verlauf der für diese elektrische Isolierung ermittelten Widerstandsmesswerte. Diese Weiterbildung ermöglicht in Bezug auf die elektrischen Isolierungen eine Optimierung der Wartungsarbeiten und Reduzierung der Stillstandzeiten des Elektroofens.
  • In einer Weiterbildung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die Überwachungsvorrichtung in einem jeweiligen Prüfdurchlauf die vorgegebenen Messpunkte gemäß einer vorgegebenen Sequenz temporär mit einem Isolationsmessgerät elektrisch verbindet, und das Isolationsmessgerät mindestens einen Widerstandsmesswert zwischen den mit dem Isolationsmessgerät verbundenen Messpunkten misst. Bevorzugt verbindet die Überwachungsvorrichtung dabei temporär die vorgegebenen Messpunkte paarweise zu einer Messzeit mit dem Isolationsmessgerät, damit das Isolationsmessgerät den ohmschen Widerstand zwischen einem Paar der Messpunkte messen und an die Überwachungsvorrichtung übermitteln kann. Bevorzugt verbindet die Überwachungsvorrichtung sukzessive alle möglichen Paare auf räumlich-benachbarten Anlagenteilen bzw. Abschnitten des Elektroofens angeordneter Messpunkte mit dem Isolationsmessgerät, damit das Isolationsmessgerät in einem jeweiligen Prüfdurchlauf sukzessive die jeweiligen Widerstandsmesswerte zwischen den paarweise mit dem Isolationsmessgerät verbundenen Messpunkten messen und an die Überwachungsvorrichtung übermitteln kann. Die Überwachungsvorrichtung ist gemäß dieser Weiterbildung mit der Funktion einer Umschaltlogik oder Multiplexeinrichtung zwischen den vorgegebenen Messpunkten versehen.
  • In einer Weiterbildung des vorgestellten Verfahrens ist zudem vorgesehen, dass die Überwachungsvorrichtung in einem jeweiligen Prüfdurchlauf Widerstandsmesswerte zwischen vorgegebenen Messpunkten ermittelt, die nicht räumlich-benachbarten Abschnitten des industriellen Elektroofens zugeordnet sind. Diese Widerstandswerte repräsentieren den Gesamtwiderstand der einzelnen elektrischen Isolierungen, die im Sinne von ohmschen Reihen- und/oder Parallelwiderständen zwischen den verwendeten vorgegebenen Messpunkten wirken. Die Überwachungsvorrichtung berücksichtigt daher diese ermittelten Widerstandsmesswerte auch zum Überprüfen der elektrischen Isolierungen hinsichtlich ihrer Isoliereigenschaften, und zwar zum gleichzeitigen Überprüfen einer Mehrzahl elektrischer Isolierungen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch durch eine Überwachungsvorrichtung für elektrische Isolierungen eines industriellen Elektroofens gelöst, die zum Ausführen des zuvor vorgestellten Verfahrens oder einer seiner Weiterbildungen ausgebildet ist. Die vorgestellte Überwachungsvorrichtung ist mit vorgegebenen Messpunkten des industriellen Elektroofens elektrisch koppelbar oder gekoppelt. Ferner ist die Überwachungsvorrichtung ausgebildet zum automatischen Ermitteln, während des Produktionsbetriebs des industriellen Elektroofens, von Widerstandsmesswerten von elektrischen Isolierungen zwischen den vorgegebenen Messpunkten und zum Überprüfen der elektrischen Isolierungen hinsichtlich ihrer Isoliereigenschaften auf Grundlage der ermittelten Widerstandsmesswerte. Ferner ist die Überwachungsvorrichtung ausgebildet zum automatischen und kontinuierlichen Ermitteln mehrerer derartiger Widerstandsmesswerte und zum automatischen und kontinuierlichen Überprüfen bzw. Diagnostizieren mehrerer elektrischer Isolierungen des industriellen Elektroofens. Die Überwachungsvorrichtung ist zur Umsetzung des zuvor vorgestellten Verfahrens ausgebildet. Daher bietet die vorgestellte Überwachungsvorrichtung auch dieselben Vorteile wie das zuvor vorgestellte Verfahren.
  • Ferner wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung auch durch einen industriellen Elektroofen gelöst, der mit der vorgestellten Überwachungsvorrichtung ausgestattet ist. Der industrielle Elektroofen weist auf mehreren, voneinander elektrisch isolierten Abschnitten vorgegebene Messpunkte auf, die mit der Überwachungsvorrichtung elektrisch verbunden oder verbindbar sind.
  • Die Erfindung umfasst beliebige Kombinationen der oben vorgestellten Überwachungsverfahren, Überwachungsvorrichtungen und industriellen Elektroöfen und ihrer Weiterbildungen.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Zur Verdeutlichung des vorgeschlagenen Überwachungsverfahrens, der Überwachungsvorrichtung und des industriellen Elektroofens gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun Ausführungsbeispiele mit Verweis auf die folgenden Figuren vorgestellt.
    • Fig. 1
    veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel des vorgestellten industriellen Elektroofens mit der vorgestellten Überwachungsvorrichtung.
    Fig. 2
    veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel des vorgestellten industriellen Elektroofens mit der vorgestellten Überwachungsvorrichtung.
  • Fig. 1 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel des vorgestellten industriellen Elektroofens mit der vorgestellten Überwachungsvorrichtung. In Fig. 1 ist der industrielle Elektroofen 100 schematisch in der Draufsicht durch einen Ofendeckel eines nicht gezeigten Ofengefäßes veranschaulicht, das zum Schmelzen eines in das Ofengefäß eingebrachten Schmelzguts vorgesehen ist. Die unterschiedlichen Anlagenteile bzw. räumlich-benachbart angeordnete Abschnitte des Ofendeckels sind durch elektrische Isolierungen getrennt, die in Fig. 1 durch eingekreiste, fortlaufend nummerierte Bezugszeichen 1 bis 36 weder form- noch maßstabsgetreu markiert sind. Der Ofendeckel ist aus mehreren Ofendeckelsegmenten S1, S1A, S1B, S1C, S2, S2A, S2B, S2C, S3, S3A, S3B, S3C zusammengesetzt, die durch elektrische Isolierungen 10 bis 27 und 31 bis 33 elektrisch voneinander getrennt sind. Durch die Ofendeckelsegmente S1, S2 und S3 sind, durch elektrische Isolierungen 30, 29 bzw. 28 isoliert, spannungsführende Elektroden ER, ES bzw. ET in das Ofengefäß eingeführt, die von einer nicht veranschaulichten dreiphasigen Spannungsversorgung gespeist werden. Zudem bilden die Ofendeckelsegmente S1, S2 und S3 eine Aussparung aus, durch die ein Chargierrohr CT in dem Ofendeckel eingebracht ist, das zum Einbringen von Schmelzgut in das Ofengefäß vorgesehen ist. Das Chargierrohr CT ist elektrisch durch die Isolierungen 36, 35, 34 von den Ofendeckelsegmenten S1, S2 bzw. S3 isoliert. Der Außenrand 40 des Ofendeckels ist elektrisch mit der Erdungsmasse bzw. dem Schutzleiter PE verbunden und elektrisch von den räumlich-benachbarten Ofendeckelsegmenten durch die elektrischen Isolierungen 1 bis 9 isoliert.
  • Jedes der oben erwähnten Ofendeckelsegmente Sx weist einen vorgegebenen Messpunkt Mx auf, der über eine jeweilige Messleitung elektrisch mit der Überwachungsvorrichtung 200 verbunden ist. Die Elektroden ER, ES, ET, das Chargierrohr CT sowie die Erdungsmasse PE weisen jeweilige vorgegebene Messpunkte MER, MES, MET, MCT bzw. MPE auf, die über jeweilige Messleitungen elektrisch mit der Überwachungsvorrichtung 200 verbunden sind.
  • Die Überwachungsvorrichtung 200 überprüft während des laufenden Betriebs des industriellen Elektroofens kontinuierlich und automatisch die elektrischen Isolierungen 1 bis 36, indem sie den jeweiligen ohmschen Widerstand zwischen zwei Messpunkten räumlich-benachbarter Abschnitte des Elektroofens als Widerstandsmesswert der zwischen diesen Abschnitten angeordneten elektrischen Isolierung misst. Wie in Fig. 1 beispielhaft veranschaulicht, ermittelt die Überwachungsvorrichtung 200 den Widerstandsmesswert R28 der elektrischen Isolierung 28, welche die Elektrode ET und das Ofendeckelsegment S3 elektrisch voneinander isoliert, durch Messung des ohmschen Widerstands zwischen dem vorgegebenen Messpunkt MET und dem vorgegebenen Messpunkt M3. Auf diese beispielhaft für den Widerstandsmesswert R28 dargestellte Weise ermittelt die Überwachungsvorrichtung 200 während des laufenden Betriebs des industriellen Elektroofens in einem Prüfdurchlauf für sämtliche der elektrischen Isolierungen 1 bis 36 den jeweiligen Widerstandsmesswert R1 bis R36 und wiederholt diese Messungen kontinuierlich während des Produktionsbetriebs des Elektroofens.
  • Ein jeweiliger Verlauf der derart ermittelten Widerstandsmesswerte R1 bis R36 wird in einem jeweiligen Speicher SP-R1 bis SP-R36 gespeichert, indem beispielsweise isolierungsspezifisch jeweils die jüngsten 1000 Widerstandmesswerte gespeichert werden oder für jede elektrische Isolierung 1 bis 36 ein jeweiliger Durchschnittswert DR1 bis DR16 als gleitender Mittelwert berechnet und gespeichert wird.
  • Anschließend überprüft die Überwachungsvorrichtung 200 jede elektrische Isolierung 1 bis 36 hinsichtlich ihrer Isoliereigenschaften. Beispielsweise stuft die Überwachungsvorrichtung 200 eine elektrische Isolierung x als schadhaft ein, wenn der für sie ermittelte Widerstandsmesswert Rx einen vorgegebenen Sollwert MinRx unterschreitet oder zu stark von dem Durchschnittswert DRx abweicht. Eine demgemäß als schadhaft bewertete elektrische Isolierung x wird von der Überwachungsvorrichtung 200 an Bedienungs- oder Wartungspersonal des industriellen Elektroofens gemeldet (in Fig. 1 beispielhaft für Isolierung 30 wegen Unterschreitung des Sollwertes MinR30 veranschaulicht).
  • Fig. 2 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel des vorgestellten industriellen Elektroofens mit der vorgestellten Überwachungsvorrichtung. Der industrielle Elektroofen 100 ist stark vereinfacht durch Segmente S1 bis S13 veranschaulicht, die durch einheitlich als Zwischenraum veranschaulichte elektrische Isolierungen getrennt sind, wobei die Segmente S1 bis S3 die Elektroden des dreiphasigen Elektroofens darstellen. Die Segmente S1 bis S13 weisen einen jeweiligen vorgegebenen Messpunkt MS1 bis MS13 auf, der mit der Überwachungsvorrichtung 200A über eine jeweilige Leitung elektrisch verbunden ist. Die elektrische Isolierungen trennen zudem alle Segmente S1 bis S13 elektrisch von der Erdungsmasse (bzw. Schutzleiter) PE, die einen vorgegebenen Messpunkt MPE aufweist, der ebenfalls mit der Überwachungsvorrichtung 200A elektrisch verbunden ist.
  • Im Unterschied zu der in Fig. 1 veranschaulichten Überwachungsvorrichtung 200 misst die in Fig. 2 veranschaulichte Überwachungsvorrichtung 200A den ohmschen Widerstand zwischen einem jeweiligen Paar der Messpunkte MS1 bis MS13 sowie MPE nicht selbst, sondern ermittelt die jeweiligen Widerstandsmesswerte, indem sie in einem Prüfdurchlauf die vorgegebenen Messpunkte MS1 bis M13 sowie MPE paarweise gemäß einer vorgegebenen Sequenz bzw. Schaltabfolge 210 temporär mit einem Isolationsmessgerät 400 verbindet. Die vorgegebene Sequenz bzw. Schaltabfolge 210 der als Multiplexer agierenden Überwachungsvorrichtung 200A legt die Paare der Messpunkte MS1 bis MS11 sowie MPE fest, für die die Widerstandswerte durch das Isolationsmessgerät 400 gemessen und an die Überwachungsvorrichtung 200A gemeldet werden sollen. Mit der in Fig. 2 im Sinne von zu kombinierenden Paaren Sx-Sy bzw. PE-Sz veranschaulichten Schaltabfolge 210 werden die Widerstandsmesswerte für alle elektrischen Isolierungen zwischen räumlich-benachbarten Segmenten S1 bis S13 bzw. PE gemessen. Als das in Fig. 2 veranschaulichte Isolationsmessgerät 400 kann beispielsweise ein handelsübliches Gerät der Serie IR425 der Firma Bender eingesetzt werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1-36
    elektrische Isolierung
    40
    Außenrand des Ofendeckels
    100
    industrieller Elektroofen
    200, 200A
    Überwachungsvorrichtung
    210
    Schaltsequenz
    400
    Isolationsmessgerät
    CT
    Chargierrohr
    ER, ES, ET
    Elektrode
    Mx
    vorgegebener Messpunkt des Segments x
    PE
    Erdungsmasse bzw. Schutzleiter
    Rx
    Widerstandsmesswert der elektrischen Isolierung x
    SP
    Speicher
    Sx
    Segment x

Claims (9)

  1. Überwachungsverfahren für elektrische Isolierungen (1-36) eines industriellen Elektroofens (100), insbesondere eines Reduktionsofens, dadurch gekennzeichnet, dass während des laufenden Produktionsbetriebs des industriellen Elektroofens (100) eine Überwachungsvorrichtung (200; 200A) in einem jeweiligen Prüfdurchlauf automatisch Widerstandsmesswerte (R1-R36, Rx) elektrischer Isolierungen (1-36) zwischen vorgegebenen Messpunkten (Mx) des industriellen Elektroofens (100) ermittelt und die elektrischen Isolierungen (1-36) hinsichtlich ihrer Isoliereigenschaften auf Grundlage der ermittelten Widerstandsmesswerte (R1-R36, Rx) überprüft.
  2. Überwachungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des laufenden Produktionsbetriebs des industriellen Elektroofens ein jeweiliger Prüfdurchlauf manuell gestartet wird und anschließend durch die Überwachungsvorrichtung (200; 200A) vollautomatisch durchgeführt wird.
  3. Überwachungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (200; 200A) während des laufenden Produktionsbetriebs des industriellen Elektroofens kontinuierlich Prüfdurchläufe vollautomatisch ausführt.
  4. Überwachungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (200; 200A) einen Verlauf der ermittelten Widerstandsmesswerte (R1-R36, Rx) speichert und zur Auswertung eines Veränderungstrends der elektrischen Isolierungen bereitstellt und/oder verwendet.
  5. Überwachungsverfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (200A) in einem jeweiligen Prüfdurchlauf die vorgegebenen Messpunkte (Mx), bevorzugt paarweise, gemäß einer vorgegebenen Sequenz (210) temporär mit einem Isolationsmessgerät (400) elektrisch verbindet, und das Isolationsmessgerät (400) mindestens einen Widerstandsmesswert (Rx) zwischen den mit dem Isolationsmessgerät (400) verbundenen Messpunkten (Mx) misst.
  6. Überwachungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (200; 200A) in einem jeweiligen Prüfdurchlauf Widerstandsmesswerte (R1-R36, Rx) zwischen vorgegebenen Messpunkten (Mx) ermittelt, die nicht räumlich-benachbarten Abschnitten des industriellen Elektroofens zugeordnet sind, und zum Überprüfen der elektrischen Isolierungen (1-36) hinsichtlich ihrer Isoliereigenschaften berücksichtigt.
  7. Überwachungsvorrichtung (200; 200A) für elektrische Isolierungen (1-36) eines industriellen Elektroofens (100), insbesondere eines Reduktionsofens, die mit vorgegebenen Messpunkten (Mx) des industriellen Elektroofens elektrisch koppelbar oder gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (200; 200A) ausgebildet ist zum automatischen Ermitteln, während des laufenden Produktionsbetriebs des industriellen Elektroofens, von Widerstandsmesswerten (R1-R36, Rx) von elektrischen Isolierungen (1-36) zwischen den vorgegebenen Messpunkten (Mx) und zum Überprüfen der elektrischen Isolierungen (1-36) hinsichtlich ihrer Isoliereigenschaften auf Grundlage der ermittelten Widerstandsmesswerte (R1-R36, Rx).
  8. Überwachungsvorrichtung (200; 200A) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 6 ausgebildet ist.
  9. Industrieller Elektroofen (100), insbesondere ein Reduktionsofen, der mit einer Überwachungsvorrichtung (200; 200A) nach Anspruch 7 oder 8 ausgestattet ist, wobei der industrielle Elektroofen (100) auf mehreren, voneinander elektrisch isolierten Abschnitten (Sx) vorgegebene Messpunkte (Mx) aufweist, die mit der Überwachungsvorrichtung (200; 200A) elektrisch verbunden oder verbindbar sind.
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