JP2007298483A - 交流アーク炉用可撓性ケーブルの断線検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡単な装置構成により、操業中でも可撓性ケーブルの断線の有無を精度良く確実に検出できる交流アーク炉用可撓性ケーブルの断線検出装置を提供する。
【解決手段】電源側のブスバーと交流アーク炉における３本の電極との間に、それぞれ並列にして接続された複数の可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４と、係る可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４ごとの周囲に配置され、個々の可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４ごとの外周に沿った空芯の周囲にリング形状に巻き付けたコイルからなる複数の電流検出センサｃ１またはｃ２と、係る複数の電流検出センサｃ１またはｃ２ごとの出力電流値と、電源側の供給電流値とを比較することで、個々の可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４における断線の有無を検出するコントローラ（制御手段）２６と、を含む、交流アーク炉用可撓性ケーブルの断線検出装置２０。
【選択図】図５

Description

本発明は、交流アーク炉に使用される可撓性ケーブルの断線検出装置に関する。

３相式交流アーク炉では、アーク炉本体の内側に垂直に立設した３本の電極に対し、それぞれ数１０ＫＡの大電流を給電することにより、アーク炉本体の内側に予め装入したスクラップや合金成分などからなる原料を介して、上記３本の電極の各先端部に交互に生じるアークを発生させている。係るアークによって、上記原料を溶解して溶鋼などを溶製している。
ところで、一般に、交流アーク炉においては、前記３本の電極を昇降および旋回操作して、アーク炉本体への原料の装入や、炉蓋の開閉を行っている。このため、３本の電極と電源側との間には、各電極ごとに複数組の可撓性ケーブルが接続され、これらの可撓性ケーブルを介して、前記大電流を給電している。

前記可撓性ケーブルは、太径の絶縁カバーの内側に、冷却水を流す流路と、係る流路により隔てられた複数個の導線束とを有しており、前記３本の電極を昇降および旋回操作に追従可能とされている。互いに平行な多数の導線を結束した上記複数個の導電束は、上記電極の昇降および旋回操作に伴う捻り応力や、大型アーク炉の特徴である急峻な電流変動による電磁力が作用するため、次第に疲労して最後には断線状態に至ることがある。
ところで、可撓性ケーブルは、数ｔｏｎの重量物であり、且つ交流アーク炉における３本の電極ごとに複数本を並列に接続されている。このため、上記断線状態を、操業中において個々の可撓性ケーブルを取り外さずに検出することが求められている。

従来においては、例えば、Ｘ線を照射してケーブル内部の健全な導線全体の断面積を求め、導線切れによるケーブル内部導線の劣化を診断する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
更に、可撓性の水冷ケーブルにロープ型フレキシブル電流センサを巻き付け、直流低電流発生装置により個々の水冷ケーブルの両端に電圧を加えて、上記電流センサに設けた電流計により水冷ケーブルの電流値を計測すると共に、水冷ケーブル両端間の電圧差を電圧計で計測し、計測した電流値と電圧差とから当該水冷ケーブルの抵抗値を求め、係る抵抗値から当該水冷ケーブルにおける健全な導線全体の断面積を求める水冷ケーブルの寿命診断方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、前記特許文献１のケーブル内部導線の劣化診断方法では、高価で且つ操作が煩雑なＸ線発生・照射装置が必要となるため、ケーブル内部導線の劣化を診断する作業に、多大な時間および手間を必要とする問題があった。
一方、前記特許文献２の水冷ケーブルの寿命診断方法では、水冷ケーブルの両端に電圧を加えて、前記電流センサに設けた電流計で水冷ケーブルの電流値を計測し、水冷ケーブル両端間の電圧差を電圧計で計測し、計測された電流値と電圧差とから当該水冷ケーブルの抵抗値を求め、係る抵抗値から当該水冷ケーブル中の健全な導線の断面積を求めている。このため、水冷ケーブルの両端に直流低電流発生装置を接続する手間が必要であると共に、操業中では水冷ケーブルの寿命の劣化を診断できない、という問題があった。

特開昭６２−１５９０３０号公報（第１〜６頁、第１〜５図） 特開２００５−１６４４０１号公報（第１〜６頁、図１）

本発明は、背景技術において説明した問題点を解決し、比較的簡単な装置構成にて、操業中においても可撓性ケーブルの断線の有無を精度良く確実に検出できる交流アーク炉用可撓性ケーブルの断線検出装置を提供する、ことを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するため、発明者らの鋭意研究および調査の結果得られたものであり、個々の可撓性ケーブルに所謂ロゴスキーコイルからなる電流検出センサを巻き付け、その電流値と電源側の供給電流値とを比較する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明の交流アーク炉用可撓性ケーブルの断線検出装置（請求項１）は、電源側と交流アーク炉における３本の電極ごととの間に、それぞれ並列にして接続された複数の可撓性ケーブルと、係る複数の可撓性ケーブルごとの周囲に配置され、個々の可撓性ケーブルごとの外周に沿った空芯または絶縁性の芯材の周囲にリング形状に巻き付けたコイルからなる複数の電流検出センサと、係る複数の電流検出センサごとの出力電流値と、前記電源側の供給電流値とを比較することで、個々の可撓性ケーブルの断線の有無を検出する制御手段と、を含む、ことを特徴とする。
また、本発明には、前記複数の可撓性ケーブルごとの周囲に配置された複数の電流検出センサの出力部と、前記制御手段の入力部との間に、接続切替スイッチが配置されている、交流アーク炉用可撓性ケーブルの断線検出装置（請求項２）も含まれる。

請求項１の交流アーク炉用可撓性ケーブルの断線検出装置によれば、空芯または絶縁性の芯材の周囲に導線を螺旋形で且つリング形状に巻き付けた所謂ロゴスキーコイルからなる電流検出センサを複数の可撓性ケーブルごとの周囲に巻き付け、各センサが検出する電流値と、電源側の供給電流値とが制御手段で比較される。上記コイルからなる電流検出センサを用いると、係るコイルが巻き付けられた可撓性ケーブル以外の可撓性ケーブルからの電磁波の影響を受けにくくなる。その結果、他の可撓性ケーブルから発生する電磁波の影響を著しく低減できるため、正確な電流値が得られる。
このため、例えば、交流アーク炉における１本の電極に対し、４本の可撓性ケーブルが並列にして接続されている場合、各センサからの電流値と、電源側の供給電流値の４分の１とを比較し、前者の比率が予め設定したしきい値の６０％以下になった際に、当該可撓性ケーブルを断線状態として、出力される。
従って、比較的簡単な装置構成やプログラムで済むと共に、少ない演算処理ステップにより、交流アーク炉に用いらる複数の可撓性ケーブルごとにおける断線状態の有無を、精度良く確実に検出することができる。

請求項２の交流アーク炉用可撓性ケーブルの断線検出装置によれば、例えば、交流アーク炉における１本の電極に対し、４本の可撓性ケーブルが並列にして接続されている場合、接続切替スイッチを切り替えることにより、個々の電流検出センサからの電流値と、電源側の供給電流値の４分の１との比較を、順次行うことができる。このため、一層少なく低コストな装置構成によって、個々の可撓性ケーブルにおける断線状態の有無を、精度良く確実に検出することができる。

尚、前記可撓性ケーブルには、水冷式のほか、空冷式や油冷式などの冷却方式のを備えた形態のものなどが含まれる。
また、請求項１の前記断線検出装置の場合、１本の可撓性ケーブルごとに、前記制御手段を用いても良い。但し、請求項２の接続切替スイッチを用いることにより、１基の交流アーク炉に例えば２４本の可撓性ケーブルが平行且つ並列に接続されている場合、前記制御手段を１個で対応することが可能となる。
更に、請求項１の前記制御手段には、前記比較処理ステップを含む演算処理ソフトを搭載したコントローラやパソコンなどが適用され、これらの内部に組み込まれたタイマによって、検出作業を自動的且つ定期的に行うことも可能である。
加えて、請求項２における前記接続切替スイッチの切り替え操作は、定期的な検査の際に、手動で行っても良いが、例えばコントローラにタイマを内蔵することで、係るコントローラからの切替信号により、自動的に行うことも可能である。

以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明が適用される３相式交流アーク炉Ｆと給電設備との概略を示す。
交流アーク炉Ｆは、図１に示すように、耐火物からなる炉本体１と、係る炉本体１の開口部を覆う炉蓋２と、係る炉蓋２に開設した複数の貫通孔３を貫通して炉内に先端（下端）部を挿入する３本（３相）の電極４〜６と、を備えている。尚、炉蓋２は、アーク炉Ｆ内に原料を装入したり、溶製した溶鋼Ｍを出湯する際に、図示しないクレーンまたはブームなどによって、取り外し可能とされている。

３本の電極４〜６は、全体が円柱形のカーボンからなり、それぞれホルダ７を介して、水平な導体支腕８の先端部に支持されている。係る導体支腕８は、図１中の矢印で示すように、昇降および水平旋回が可能な支柱９に支持されている。
上記電極４〜６は、それぞれの先端部の間において、アーク炉Ｆ内に挿入された原料を介して交互にアークを発生させることで、係る原料を徐々に溶解して溶鋼Ｍとすると共に、更に係る溶鋼Ｍを介して交互にアークを発生させて溶解し、所要の成分である溶鋼Ｍに溶製している。
尚、電極４〜６の各先端部が消耗してくると、支柱９を下降させることにより、原料や溶鋼Ｍ中に電極４〜６の各先端部を進入させている。また、電極４〜６は、相互に設定された電流が流れるように、支柱９および導体支腕８を昇降させることで、先端部に生じるアークの発生量（長さ）を変化させている。

図１に示すように、前記導体支腕８の基端には、端子１０が取り付けられ、変圧器１６の低圧側に接続されたブスバー１４には、端子１３が取り付けられている。係る端子１０，１３間には、３本の電極４〜６のうちの１本に対し、それぞれ４本の可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４のそれぞれ並列で且つほぼＵ字形にして接続されている。従って、交流アーク炉Ｆ全体では、合計１２本の可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４が用いられている。個々の可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４には、数１０ｋＡの交流電流が流れるため、それらの周囲ごとに電磁波が発生している。
尚、変圧器１６は、高圧側の電線１８からの交流電流をアーク炉Ｆ用である所定の低電圧に降下させる。図１中の上記ブスバー１４は、本発明における低圧側の「電源」である。

可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４は、図２の断面図で例示するように、断面がほぼ円形で且つ可撓性である絶縁カバー１１の内側に、多数の導線を平行にして結束した複数の導線束１２がその軸方向に沿って貫通している。係る導線束１２同士の間を含む絶縁カバー１１の内側には、冷却水Ｗが循環流通している。
即ち、可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４は、前記電極４〜６の昇降および旋回動作に追従できるように、３次元方向において変形が可能な水冷ケーブルである。

図３は、本発明に用いる電流検出センサの一形態であるコイルｃ１と、その使用状態を示す。図３の左側に示すように、コイルｃ１は、導線を断面円形で且つ螺旋形に巻き付けた空芯の所謂ロゴスキーコイルであり、一端に端子ｔ１を有すると共に、他端の端子ｔ２は、空芯を貫通している。係るコイルｃ１は、図３の中央で例示するように、可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４の外周に沿ってリング状に巻き付けられる。また、図３の右側で例示するように、コイルｃ１の内側に、断面ほぼ円形で且つリング形のセラミックまたは耐熱樹脂からなる芯材１９ａを挿入した形態としても良い。係る形態では、芯材１９ａの周囲に導線を螺旋状に巻き付けることにより、容易にコイルｃ１を製作することができる。

図４は、本発明に用いる電流検出センサの異なる形態であるコイルｃ２と、その使用状態を示す。図４の左側に示すように、コイルｃ２は、導線を断面ほぼ半円形で且つ螺旋形に巻き付けた空芯のコイルである。係るコイルｃ２も、図４の中央で例示するように、円弧形部分を外側にして、可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４の外周に沿ってリング状に巻き付けられる。また、図４の右側で例示するように、コイルｃ２の内側に、断面ほぼ半円形で且つリング形のセラミックまたは耐熱樹脂からなる芯材１９ｂを挿入した形態としても良い。係る形態でも、芯材１９ｂの周囲に導線を螺旋状に巻き付けることにより、容易にコイルｃ２を製作できる。
係るコイルｃ２によれば、可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４の外周に対し、比較的少ないスペースで巻き付けることができる。

前記コイルｃ１，ｃ２からなる電流検出センサ（ｃ１，ｃ２）によれば、互いにほぼ平行に接続された多数の可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４ごとから発生する電磁波の影響を受けにくいため、検出対象である個々の可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４の電流値を正確に検出することが可能である。
尚、ロゴスキーコイルである前記コイルｃ１，ｃ２は、これらが巻き付けたられた可撓性ケーブルこど流れる一次電流に対応した微分波形の電圧が当該コイルｃ１，ｃ２端子ｔ１，ｔ２間に誘起されるため、係る電圧を積分器（図示せず）に通すことで、上記一次電流が再現される。また、前記コイルｃ１，ｃ２からなる電流検出センサによる交流電流の検出精度は、導線の巻数およびコイル自体の断面積に依存することに留意する必要がある。更に、前記空芯タイプのコイルｃ１，ｃ２の場合、全体が柔軟性を有し、且つ軽量であるため、可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４への負荷も小さくすることができる。

図５は、本発明による交流アーク炉用可撓性ケーブルの断線検出装置２０を示す概略図である。
図５に示すように、前記交流アーク炉Ｆにおける電極４〜６の何れか１本と接続されたアーク炉Ｆ側の端子１０は、４個の端子１０ａ〜１０ｄに分岐し、これらに可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４の一端が個別に接続されている。一方、電源１４側の端子１３も、４個の端子１３ａ〜１３ｄに分岐し、これらに上記可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４の他端がそれぞれ個別に接続されている。
側面視でほぼＵ字形に撓んだ可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４ごとの中間には、前記空芯のコイルｃ１からなる電流検出センサが、可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４ごとの外周に沿ってリング形にして巻き付けられている。尚、係る電流検出センサには、前記コイルｃ２を用いても良い。

図５に示すように、４つの電流検出センサｃ１から個々に検出された電流は、他の可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４が発生する電磁波の影響を受けることなく、それぞれの出力部２１を介して出力される。係る４つの出力部２１は、切替スイッチ２２の一端側に接続され、互いに切替可能とされている。係る切替スイッチ２２の他端側は、変換器２４および入力部２７を介して、コントローラ（制御手段）２６に接続されている。このため、４つの電流検出センサｃ１の何れかから検出された電流は、切替スイッチ２２がオンの際に、コントローラ２６に送られる。
一方、図５に示すように、ブスバー（電源）１４側の端子１３は、回路２９および前記変圧器１６に内蔵された電流検出回路２８を介して、コントローラ２６に接続されている。
尚、上記変換器２４は、実効値の演算を行う。また、図５中の破線で示す符号２３は、コントローラ２６からの切替信号を切替スイッチ２２に伝達する回路である。

コントローラ２６では、インターフェースを介して取り込まれた電源１４側の端子１３からの電流値を４分の１に除算した電源側の電流値Ｉｘと、前記４個の電流検出センサｃ１の何れか１個から検出された電流値Ｉｙと、が比較される。
例えば、上記電流値Ｉｙが電流値Ｉｘの６０％（比）以下である場合、係る電流値Ｉｙが検出された可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４は、その前記導線束１２が断線状態として判別される。尚、上記６０％は、予め設定されたしきい値であり、常時コントローラ２６の記憶部に入力されており、上記比較に伴う演算処理の際に使用される。

上記断線状態として判別された何れかの可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４は、例えば、コントローラ２６から図示しないディスプレイに表示されたり、あるいは、記録紙に印刷される。これに基づいて、直後のアーク炉Ｆの操業停止時において、新たな可撓性ケーブルと取り替えられる。
上記電流値Ｉｙの取り込み操作は、前記切替スイッチ２２を回路２３を介して切り替えることで、交流アーク炉Ｆにおける合計１２本の可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４ごとについて行われ、その都度、電源側の前記電流値Ｉｘと比較および判定が順に行われる。このため、交流アーク炉Ｆの連続操業中においても、係る判定が可能である。

以上のような本発明の断線検出装置２０によれば、複数の可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４ごとに巻き付けたロゴスキーコイルタイプのコイルｃ１，ｃ２を、それぞれ電流検出センサとしているので、検出対象ごとの可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４の電流値Ｉｙを、隣接する他の可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４からの電磁波の影響を小さくして、正確に検出できる。しかも、制御手段であるコントローラ２６では、電流値Ｉｘ，Ｉｙ同士を比較する演算処理を行うため、そのためのプログラムも簡素にすることが可能である。
従って、個々の可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４の断線状態の有無を、精度良く確実に検出できると共に、前記コイルｃ１，ｃ２は可撓性ケーブルｋ１〜ｋ４に常時巻き付けて着脱しないため、メンテナンスコストも低減することが可能となる。

本発明は、以上において説明した形態に限定されるものではない。
例えば、電流検出センサに用いるコイルは、断面が長円形または楕円形であり、螺旋形且つリング状に巻き付けた形態としても良い。
更に、複数の可撓性ケーブルごとに巻き付けたコイルの電流検出センサごとに発信機を取り付け、係る発信機から無線で、前記制御手段のコントローラなどに対し、検出した電流値を送信するようにしても良い。
尚、本発明は、その趣旨を有する範囲において、適宜変更することができる。

本発明が適用される交流アーク炉とその給電設備を示す概略図。 上記交流アーク炉に用いる可撓性ケーブルの断面図。 本発明に用いる電流検出センサとその使用状態を示す概略図。 異なる形態の電流検出センサとその使用状態を示す概略図。 本発明の断線検出装置を示す概略図。

符号の説明

Ｆ……………交流アーク炉
ｋ１〜ｋ４…可撓性ケーブル
ｃ１，ｃ２…コイル（電流検出センサ）
１４…………ブスバー（電源側）
２０…………断線検出装置
２１…………出力部
２２…………切替スイッチ
２６…………コントローラ（制御手段）
２７…………入力部

Claims (2)

1. 電源側と交流アーク炉における３本の電極ごととの間に、それぞれ並列にして接続された複数の可撓性ケーブルと、
   上記複数の可撓性ケーブルごとの周囲に配置され、個々の可撓性ケーブルごとの外周に沿った空芯または絶縁性の芯材の周囲にリング形状に巻き付けたコイルからなる複数の電流検出センサと、
   上記複数の電流検出センサごとの出力電流値と、前記電源側の供給電流値とを比較することで、個々の可撓性ケーブルの断線の有無を検出する制御手段と、
   を含む、
   ことを特徴とする交流アーク炉用可撓性ケーブルの断線検出装置。
2. 前記複数の可撓性ケーブルごとの周囲に配置された複数の電流検出センサの出力部と、前記制御手段の入力部との間に、接続切替スイッチが配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の交流アーク炉用可撓性ケーブルの断線検出装置。
   

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