JP3175375B2 - 交流アーク炉の過電流保護装置 - Google Patents

交流アーク炉の過電流保護装置

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JP3175375B2 JP01503593A JP1503593A JP3175375B2 JP 3175375 B2 JP3175375 B2 JP 3175375B2 JP 01503593 A JP01503593 A JP 01503593A JP 1503593 A JP1503593 A JP 1503593A JP 3175375 B2 JP3175375 B2 JP 3175375B2
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  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
  • Furnace Details (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、交流アーク炉の電極
電流が過大になったときに、この過電流を解消する交流
アーク炉の過電流保護装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図5は交流アーク炉の一般的な主回路の
1相分を示した回路図である。この図5に図示のよう
に、交流電源2からの3相交流電力は遮断器3を経て炉
用変圧器4に与えられる。炉用変圧器4は交流アーク炉
の特性に適合した低電圧・大電流を出力できる構造にな
っており、これら交流電源2,遮断器3,及び炉用変圧
器4で交流アーク炉の電源装置を構成している。遮断器
3を投入すると炉用変圧器4の2次側には無負荷電圧が
発生する。ここで任意の相(第1相)の電極5を降下さ
せると、炉体6にはスクラップが装入されているのでス
クラップに接触した時点で電極5は停止し、第2相の電
極5が降下を開始してスクラップに接触すればこの第2
相電極も停止するが、このとき第1相電極と第2相電極
との間に電流が流れてスクラップの加熱を開始する。更
に第3相電極もスクラップに接触するまで降下して、3
個の電極5には3相電流が流れる。
【0003】電極5とスクラップとの間にアーク8を発
生し、電極5の周辺のスクラップが溶解しだすとアーク
8が長くなる。アーク長さが長くなるとこのアークは不
安定になる。そこでアーク電圧を監視して(何故ならば
アーク電圧はほぼアーク長さに比例する)、アーク電圧
が高くならないようにスクラップの溶解に対応して電極
5を下降させるように、電極昇降制御回路13が電極昇
降装置14へ操作指令を与える。電極昇降装置14はこ
の操作指令に対応して電極5を下降させる。即ち電極5
は穴を掘るようにアークを発生しながら下降してスクラ
ップを溶解して湯7にする。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】電極5が前述したよう
にアークでスクラップに穴を掘りながら下降する際に電
極5周辺のスクラップが溶けて電極5に倒れかかる、所
謂山崩れ現象を生じると、電極同士がスクラップを介し
て短絡となり、過電流が流れる。更に甚だしい場合はこ
の山崩れ現象で電極同士が直接接触し、より一層過大な
電流が流れる。このような過電流で交流アーク炉の電源
装置が損傷するのを防止するために、電極電流検出器1
2には過電流継電器15を接続し、所定値以上の過電流
が一定期間継続したことを検出すれば、電極昇降装置1
4は電極5を最大速度で上昇させる指令を発し、遮断器
3をトリップさせずに過電流の解消を図っている。
【0005】しかしながらこの従来方法は、電源装置の
過電流耐量には無関係に、過電流値とその継続時間だけ
が所定の値に達すれば電極5を上昇させているので、ス
クラップの山崩れ現象が発生する度に電極5が上昇し、
その都度交流アーク炉の操業が中断してしまうので作業
効率が低下するし、中断後の運転再開に手間をかけなけ
ればならない不具合も生じる。
【0006】そこでこの発明の目的は、スクラップの山
崩れ現象などが原因で過電流が流れた場合でも、不必要
な電極の昇降を抑制して交流アーク炉の操業中断の防止
を図るものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めにこの発明の交流アーク炉の過電流保護装置は、炉内
に金属を装入し、電源装置が供給する交流電圧をこの金
属と電極との間に印加してアークを発生させると共に、
この電極を昇降させてアーク電圧を調節して前記金属を
溶解・加熱する交流アーク炉において、前記電源装置の
熱特性に適合した反限時保護特性よりも内側に設定した
反限時特性を発生する関数発生手段と、前記電極に流れ
る電流が別途に設定した電極上昇開始値を越えたことを
検出すれば前記関数発生手段へ動作開始を指令する上昇
開始電流検出手段と、前記関数発生手段の動作開始から
一定時間の経過を計時する確認タイマと、この確認タイ
マの計時が終了すれば前記電極へ上昇指令を与える電極
上昇指令発生手段と、前記電極電流が別途に設定した電
極上昇キャンセル値以下になれば前記電極上昇指令発生
手段へキャンセル信号を与える上昇キャンセル電流検出
手段とを備えるものとするか、或いは炉内に金属を装入
し、電源装置が供給する交流電圧をこの金属と電極との
間に印加して発生するアークで前記金属を溶解・加熱す
る際に、前記電極の昇降速度を制御してアーク電圧を所
定値に調節する昇降速度制御手段と、非常時にはこの電
極を最大速度で昇降させる非常昇降手段とを備えている
交流アーク炉において、前記電源装置の熱特性に適合し
た反限時保護特性よりも内側に設定した反限時特性を発
生する関数発生手段と、前記電極に流れる電流が別途に
設定した電極上昇開始値を越えたことを検出すれば前記
関数発生手段へ動作開始を指令する上昇開始電流検出手
段と、前記関数発生手段の動作開始から一定時間の経過
を計時する確認タイマと、この確認タイマの計時終了と
電極が前記昇降速度制御手段により昇降する状態にある
こととの論理積を演算する論理積素子と、この論理積素
子の演算結果に従って前記電極へ上昇指令を与える電極
上昇指令発生手段と、前記電極電流が別途に設定した電
極上昇キャンセル値以下になれば前記電極上昇指令発生
手段へキャンセル信号を与える上昇キャンセル電流検出
手段とを備えるものとするが、いずれの場合も前記確認
タイマの設定時間は、前記電源装置の熱特性に適合した
反限時保護特性と前記関数発生器が設定する反限時特性
との時間差よりも短く設定するものとする。
【0008】
【作用】この発明は、交流アーク炉電源装置の熱特性に
適合した反限時保護特性よりも内側に設定する反限時保
護特性を関数発生器で発生させ、電極電流が予め設定し
た値を越えればこの関数発生器に動作開始を指令し、こ
の関数発生器が動作開始から一定時間をタイマが計時す
れば電極へ上昇開始を指令し、この電極電流が前記設定
値よりも下側に設定した第2の設定値以下になれば、電
極の上昇をキャンセルする指令を出力させる。ここで前
記タイマが計時する一定時間は、電源装置の熱特性に適
合した反限時保護特性と前記関数発生器が設定する反限
時特性との時間差よりも短い時間にしておくものとす
る。
【0009】
【実施例】図1は本発明の第1実施例を表した回路図で
あって、図5に図示の電極昇降制御回路13の部分的な
構成を示している。この図1に図示の第1実施例回路に
おいて、上昇開始電流検出手段としての第1コンパレー
タ22は、電極電流検出器12が検出する電極電流と引
上げ開始電流設定器21が設定する引上げ開始電流設定
値とを常時比較している。それ故、例えばスクラップの
山崩れ現象で過電流状態になって電極電流検出値のほう
が上回れば、この第1コンパレータ22が関数発生器2
3へ動作開始を指令する。関数発生器23は電源装置の
反限時特性よりも内側の反限時保護特性を発生している
ので、電極電流検出値がこの反限時保護特性に相当した
値になると、確認タイマ24へ動作開始信号を出力す
る。確認タイマ24はその設定時間が経過すれば、SR
フリップフロップ28を介して電極昇降装置14へ上昇
指令を出力し、電極5は上昇を開始する。
【0010】電極5が上昇すればアーク8の長さが長く
なり、アーク電圧が上昇する。その結果電極電流が減少
して引上げキャンセル電流設定器25で設定している引
上げキャンセル電流設定値以下になると、上昇キャンセ
ル電流検出手段としての第2コンパレータ26が、論理
和素子27とSRフリップフロップ28とを介して電極
昇降装置14へ上昇キャンセルを指令するので、電極5
の上昇はその時点で停止することになる。尚、過電流や
その他の原因で遮断器3がトリップした場合も、遮断器
オフ信号が論理和素子27とSRフリップフロップ28
とを経由して電極昇降装置14へ上昇キャンセルを指令
する。
【0011】図2は本発明の第2実施例を表した回路図
であるが、この第2実施例回路に図示している電極電流
検出器12,引上げ開始電流設定器21,第1コンパレ
ータ22,関数発生器23,確認タイマ24,引上げキ
ャンセル電流設定器25,第2コンパレータ26,論理
和素子27,及びSRフリップフロップ28の名称・用
途・機能は図1で既述の第1実施例回路の場合と同じで
あるから、これらの説明は省略する。
【0012】この第2実施例回路は、電極を昇降させる
速度をアーク電圧検出器11で検出するアーク電圧と、
電極電流検出器12で検出する電極電流に対応して調節
すると共に、非常時には可能な最大速度で電極5を昇降
させる電極昇降装置14を備えている場合である。この
場合は確認タイマ24とSRフリップフロップ28との
間に論理積素子31を挿入し、電極を昇降させる速度を
調節する昇降速度制御装置がオンしてい場合にのみ確認
タイマ24の出力信号がSRフリップフロップ28へ与
えられるように回路を構成している。
【0013】図3は従来の保護特性と本発明の保護特性
とを表したグラフであって、横軸は電極電流を表し、縦
軸は時間を表している。この図3のグラフにおける曲線
Aは電源装置の熱特性、或いはこの熱特性に適合した過
電流継電器15の反限時特性であり、折線Bは関数発生
器23が発生する反限時保護特性、L形の折線Cは従来
の電極上昇指令特性である。このグラフで明らかなよう
に、従来は電極電流が所定値I0 に到達すれば、電源装
置の熱特性に余裕があっても一定時間後には電極上昇指
令が出力されてしまっていたが、本発明によれば電極上
昇指令は折線Bに対応して出力されるので、電源装置が
破損する恐れはなく、電極上昇指令の発生頻度も低減出
来る。
【0014】図4は過電流による電極上昇指令のタイム
チャートであって、図4は電極電流の変化、図4は
電極上昇指令の変化を表している。即ち電極電流が上昇
セットレベルに達してから確認タイマ24が設定する時
間T1 が経過すれば電極上昇指令を発し、電極電流が上
昇リセットレベルに達してから時間T2 が経過すれば電
極上昇指令はキャンセルされる。尚この時間T2 は零に
設定しても差し支えない。
【0015】
【発明の効果】従来の交流アーク炉では、電極電流が所
定値に達すれば、電源装置の熱特性に余裕があっても電
極上昇指令が出力されてしまうので、僅かな過電流でも
交流アーク炉の操業が一時中断してしまっていたが、本
発明によれば、電源装置の熱特性に見合った反限時保護
特性を設定する関数発生器を設置し、過電流値が関数発
生器で設定している反限時保護特性に達してから一定時
間経過後に電極上昇指令を発するようにしているので、
電源装置が過電流で破損する恐れが無い状態で電極上昇
指令の発生頻度を低下させることできる。その結果交流
アーク炉の操業中断回数が減少し、当該交流アーク炉の
操業効率向上と、操業中断後の再スタートに必要な手間
を省略出来る効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を表した回路図
【図2】本発明の第2実施例を表した回路図
【図3】従来の保護特性と本発明の保護特性とを表した
グラフ
【図4】過電流による電極上昇指令のタイムチャート
【図5】交流アーク炉の一般的な主回路の1相分を示し
た回路図
【符号の説明】
2 交流電源 3 遮断器 4 炉用変圧器 5 電極 6 炉体 7 湯 8 アーク 11 アーク電圧検出器 12 電極電流検出器 13 電極昇降制御回路 14 電極昇降装置 15 過電流継電器 21 引上げ開始電流設定器 22 上昇開始電流掲出手段としての第1コンパレー
タ 23 関数発生器 24 確認タイマ 25 引上げキャンセル電流設定器 26 上昇キャンセル電流検出手段としての第2コン
パレータ 27 論理和素子 28 SRフリップフロップ 31 論理積素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F27B 3/00 - 3/28 F27D 11/08 H05B 7/148

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炉内に金属を装入し、電源装置が供給する
    交流電圧をこの金属と電極との間に印加してアークを発
    生させると共に、この電極を昇降させてアーク電圧を調
    節して前記金属を溶解・加熱する交流アーク炉におい
    て、 前記電源装置の熱特性に適合した反限時保護特性よりも
    内側に設定した反限時特性を発生する関数発生手段と、
    前記電極に流れる電流が別途に設定した電極上昇開始値
    を越えたことを検出すれば前記関数発生手段へ動作開始
    を指令する上昇開始電流検出手段と、前記関数発生手段
    の動作開始から一定時間の経過を計時する確認タイマ
    と、この確認タイマの計時が終了すれば前記電極へ上昇
    指令を与える電極上昇指令発生手段と、前記電極電流が
    別途に設定した電極上昇キャンセル値以下になれば前記
    電極上昇指令発生手段へキャンセル信号を与える上昇キ
    ャンセル電流検出手段とを備えていることを特徴とする
    交流アーク炉の過電流保護装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の交流アーク炉の過電流保
    護装置において、前記確認タイマの設定時間は、前記電
    源装置の熱特性に適合した反限時保護特性と前記関数発
    生器が設定する反限時特性との時間差よりも短く設定す
    ることを特徴とする交流アーク炉の過電流保護装置。
  3. 【請求項3】炉内に金属を装入し、電源装置が供給する
    交流電圧をこの金属と電極との間に印加して発生するア
    ークで前記金属を溶解・加熱する際に、前記電極の昇降
    速度を制御してアーク電圧を所定値に調節する昇降速度
    制御手段と、非常時にはこの電極を最大速度で昇降させ
    る非常昇降手段とを備えている交流アーク炉において、 前記電源装置の熱特性に適合した反限時保護特性よりも
    内側に設定した反限時特性を発生する関数発生手段と、
    前記電極に流れる電流が別途に設定した電極上昇開始値
    を越えたことを検出すれば前記関数発生手段へ動作開始
    を指令する上昇開始電流検出手段と、前記関数発生手段
    の動作開始から一定時間の経過を計時する確認タイマ
    と、この確認タイマの計時終了と電極が前記昇降速度制
    御手段により昇降する状態にあることとの論理積を演算
    する論理積素子と、この論理積素子の演算結果に従って
    前記電極へ上昇指令を与える電極上昇指令発生手段と、
    前記電極電流が別途に設定した電極上昇キャンセル値以
    下になれば前記電極上昇指令発生手段へキャンセル信号
    を与える上昇キャンセル電流検出手段とを備えているこ
    とを特徴とする交流アーク炉の過電流保護装置。
  4. 【請求項4】請求項3に記載の交流アーク炉の過電流保
    護装置において、前記確認タイマの設定時間は、前記電
    源装置の熱特性に適合した反限時保護特性と前記関数発
    生器が設定する反限時特性との時間差よりも短く設定す
    ることを特徴とする交流アーク炉の過電流保護装置。
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