JPS6132375A - 電気炉保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電気抵抗加熱式真空炉または雰囲気炉などに発
生する放電を防止し電気炉の安全性を高める電気炉保護
装置に関するものである。

〔従来の技術〕

電気抵抗加熱式真空炉などは放電を起こしやすく、放電
を発生すると炉体その他に損傷を与えるので放電防止対
策が重要である。しかし従来の真空炉または雰囲気炉は
第６図に示すようにトランス（α）の二次側に配置した
ヒータ（６）を図示しない炉体から完全に絶縁している
ので、ヒータ（６）と炉体間の電位差（電荷の蓄積によ
る静電位）が一定せず、火花電圧以上の電位差が発生す
ると一時的な火花放電を起こし、これが引き金となって
連続的な放電を誘発する場合が多かった。

上記問題を回避するため、第７図に示すように各ヒータ
（６）の給電回路（ｃ）をスター結線し、その中性点を
炉体（ｄ）とアース（１）に接続するアース回路（Ａを
設けて静電位を除去する対策が実施さ−れてきた。しか
し、この方法によると炉体（ｄ）とヒータ（ｂ）間に成
る電位差（最大値がトランスの二次電圧Ｖとなる）を保
持できる利点がある反面、放電を起さない程度にトラン
ス二次電圧を充分低く設定する必要があり、このためト
ランス、電線などの線の太さが増大する欠点があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、前述の欠点に鑑み、真空炉などの放電を防止
し、しかもトランス、電線などの物量の増大を最小限に
抑制し得る電気炉保護装置を提供せんとするものである
。

〔問題点を解決するだめの手段〕

上記問題点を解決する本発明の電気炉保護装置は、変圧
器二次側に配置した電気炉加熱用電熱式ヒータの給電回
路に、該回路の給電電圧を均等に分圧するように構成し
たアース回路を設け、このアース回路を電気炉炉体と共
に接地したものであシ、給電゛回路と炉体間の電位差を
給　−電電圧の半分に設定できるので放電の発生を防止
でき、また、電位差を従来と同様に設定すればヒータ電
圧を従来の二倍まで許容でき、トランス、電線などの線
の太さく断面積）を半分に軽減し得るなどの利点を有す
るものである。

〔実　施　例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。第１
図ないし第３図は本発明の第１０実施例および作動説明
図であって図中、符号（１）は三相電源、（２）は電源
遮断機、（３）は変圧器、（４）は変圧器（３）の二次
巻線、（５）は電流を抵抗加熱式ヒータ（６）に供給す
る給電回路、（７）は炉体、（８）は内側容器、（９）
は炉床、Ｑｌはヒータ（６）の接続ターミナル、θ心は
真空ポンプ、（２）は電力制御用サイリスタユニットを
示す。

各給電回路（５）　（５）には、一部を分岐し、分岐し
た部分にそれぞれ等大の抵抗器（１３０葎を配置したア
ース線Ｑ４が接続されている。なお、抵抗器を設ける替
わｆｉ　Ｋ、　ＩＪアクタ（交流抵抗）を用いてもよい
が、ここでは抵抗器を設けた場合について説明する。ア
ース線α→は、５組の給電回路に対する共通のアース線
（ト）に接続され、この共通のアース線（２）は炉体（
７）と共に接地装置αηに接続されている。

各抵抗器α葎の抵抗値は、大き過ぎると後述するように
各抵抗器の中間点Ｘにおける電圧が不安定となりやすく
、反対に小さ過ぎると各抵抗器（２）の消費電力＝　Ｖ
２／４Ｒ（Ｖはヒータの給電電圧、Ｒは抵抗値）が大き
くなるので適当に設定する必要があり、実験によるとヒ
ータ抵抗の約５０〜１００倍、あるいは消費電力として
２０〜３００Ｗに設定すると好都合である。

ここで抵抗器Ｑ′３の抵抗値が大き過ぎる場合の問題点
を詳述する。一般に真空炉内部に発生する放電は、通常
の電気炉の構造においては導電部と炉体間の距離が小さ
く電位差が大きい場所に発生しやすく、第２図に示すよ
うに炉体（７）に近接しているヒータ（６）または接続
ターミナルαＱと炉体（７）間に発生する。なお、電位
差の大きい接続ターミナル相互間は、放電をさけるため
、十分距離をとって配設されている。放電を防止するた
めこれら導電部はアルミナ碍子などの絶縁材を介して炉
体に保持されているが、例えば絶縁材表面にカーボン、
蒸発金属の蒸着などを生ずると、絶縁が不完全になり、
放電環境ができあがる。第３図に前述の絶縁不完全によ
って発生したみかけの回路（ＩＩｌ！ｌが、ヒータ（６
）近傍と炉体（７）とを接続した状態を示す。いま、二
つの抵抗器α騰α４の中間点をｘ１アース線α荀と給電
回路（５）　（５）の分岐点をＹ、　Ｚ、みかけの回路
（至）の抵抗値をＲ′とすると、Ｘ−Ｙ間の抵抗は１／
（１／Ｒ＋１／Ｒ’）、Ｘ−Ｚ間の抵抗はＲで示される
。いま、ＲがＲに較べて充分に大きい場合Ｒ′の影響は
無視できるが、Ｒ′がＲに近づくとｘ−Ｙ間の抵抗はＸ
−Ｚ間の抵抗より小さくなり、中間点ＸのＹ、　Ｚに対
する電圧バランスが崩れ、Ｚ側の電位が高くなってしま
う。

次に、本保護装置の作動について説明する。

炉を運転中、各アース線α→に設けた２つの抵抗器α１
３の中間点Ｘは、給電電圧■を二等分して−おシ、他に
アースへの分岐回路がないので、各アース線ａ→に電流
が流れることがなく、また、各給電回路（５）　（５）
の電位はアース線Ｑ４を基準にして上下に士Ｖ／２のと
ころにある。

次に抵抗器α罎の作用を第３図を参照して説明する。通
常の場合、中間点Ｘと接続点Ｙ、　Ｚ間の電圧は絶対値
が等しく極性が反対のため、中間点Ｘにおける電圧はバ
ランスしておシ、抵抗器α場に電流は流れない。しかし
、万一放電を生じた場合、放電はヒー夛（６）の両極側
に同時に、または両極間に発生することは滅多になく、
第３図に示すようにどちらか一方の極と炉体間に発生す
るので、抵抗器α罎は放電電流を制限する働きをする。

Ｙと同電位の給電回路と炉体間に放電が生じた状態では
、Ｘ−Ｙ間の回路が短絡に近、い状態になり、抵抗器Ｑ
３を通って放電電流Ｉ（”Ｖ／Ｒ）が流れる（矢印ｈ）
。従って、抵抗器０３の抵抗値Ｒをある程度大きく設定
しておくと放電電流が制限され状況が良ければ消弧され
る。

しかし消弧できながった場合の電気炉の安全を図る一方
、運転中に軽度の放電を消し止めて操業の安定を維持す
ることも重要であり、本発明は次の対策を提示する。

本発明の安全および操業度向上対策は、第１図に示すご
とく、各ヒータ（６）のアース線α→に電流検出器−を
設け、さらにこの電流検出器（１）に流れる電流を検出
し、検出した電流値が、予め規定した許容限界値を越え
た場合に電源遮断機（２）を開放する遮断機制御装置（
２）を設けている。

この制御装置（２）は電源遮断機（２）を開放したのち
数秒後に電源遮断機（２）を閉じ電気炉に通電後、電流
検出器（１）を流れる電流値を検出し、検出した電流値
が許容限界値内にあるときはそのまま通電状態を維持し
、また、検出値が限界値を越えている場合は再び遮断し
、上記通電・遮断動作を約５回繰り返えし、それでも回
復しない場合遮断状態を持続するように構成されている
。

次に、上記保護装置の作動について説明する。

すでに述べたように絶縁不完全によってみがけの回路ａ
榎が形成されると中間点Ｘにおける電圧バランスが崩れ
、アース線α４に電流が流れ、この電流が電流検出器−
によって検出される。また、すでに述べた一方の導電部
またはヒータ（６）と炉体（７）間の放電電流も電流検
出器−によって検出される。

一般に、アーク放電は一度発生すると電位差が低下した
のちも放電現象を持続する性質がある。しかし、一度電
源を遮断すると次に通電したときに再発しないことが多
い。また、放電現象ではないが、ヒータなどを炉体に保
持する絶縁碍子表面に細かいグラファイトのヒゲ、ある
いは薄い金属皮膜が付着したときなどに起こる短絡現象
は、短時間のあいだ電流を流しヒゲまたは金属皮膜など
を焼、却、あるいは気化させることによって除去される
。

本発明は上記の放電、短絡現象の特性に着眼し、これら
の異常を電流検出器（２）を用いて検出し、特容値を越
える放置できない異常に対し、遮断機制御装置（２）を
用いて断続的な遮断、通電操作を数回６繰り返す。電源
を遮断することにより、軽微な放電回路、または短絡回
路は消滅し、また、軽微な絶縁碍子の絶縁不良は通電中
に回復するので、検出電流の低下を確認して引続き電気
炉の運転を継続でき、電気炉の操業度が向上する。また
電源の断続操作を繰り返しても異常を解消できない重度
の異常に対して電源遮断機（２）を遮断状態に保持する
。従って電気炉の安全を保持することができる。なお、
第１図中、電流検出６徴は、各ヒータ（６）のアース線
ａ４に取シ付ける替わりに共通のアース線（イ）の電気
炉出口側に１個設けるようにしてもよく（仮想線参照）
、また、放電による電力系統の撹乱が内、外部に悪影響
を与えるなど遮断機の断続操作が好ましくない状況下に
おいては遮断機制御装置機は直ちに電源遮断機（２）を
開き、電気炉の運転を停止させるようにしてもよい。

第４図に本発明の第２の実施例を示す。この例は、各ヒ
ータ（６）のアース線α線を、変圧器二次巻線（４）の
センタータップ翰に接続したもので、その他は第１の実
施例と変わるところはない。

この例の保護装置は、抵抗器を設けてないので定常的な
パワーロスが発生しない利点がある。

なお、図示してないが、第１の実施例と同様、電流検出
器、遮断機用制御装置が設けてある。

第５図に本発明の第６の実施例を示す。この例は第４図
に示すアース線Ｑ→に抵抗器（ハ）を設けたものであり
、通常時パワーロスがなく、また、放電１時は抵抗器（
ハ）が放電電流を制限する効果がある。上記以外は第２
の実施例と変わるところはない。

なお、本発明は前述の実施例にのみ限定されるものでは
なく、例えば抵抗器の替わりにリアクタを用いてもよい
ことなど、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲におい
て種々の変更を加え得ることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上述べたとおシ、本発明の電気炉保護装置は次の優れ
た効果を発揮する。

（１）電気抵抗加熱式ヒータの給電回路に、給電電圧を
均等に分圧するアース回路を設け°この回路を炉体と共
にアースしだので、炉体と給電回路間の電位差が給電電
圧の半分になる。

従って、炉内の放電を効果的に防止し、電気炉の安全性
を向上させることができる。

（１１）第（１）項の結果、電位差を従来と同様に設定
　　　′すると、給電電圧を２倍に高めることができ、
ヒータ、電線などの線の太さく断面積）を半分に軽減す
ることができる。

（１１Ｄ　　放電検出装置、電源遮断制御装置を設ける
ことにより、放電事故の発生を防止できる。

ｈ）　　異常発生時に電源を断続的に遮断、通電する制
御装置を設けることにより、軽度の放電現象、短絡現象
を電気炉運転中に消滅、除去することができ、電気炉の
操業度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の第１の実施例および作動
説明図で、第１図は保護装置の回路構成の説明図、第２
図は本装置を適用する抵抗加熱式真空炉の切断側面図、
第３図は放電時のみかけの回路の発生状況を示す説明図
、第４図および第５図は本発明の第２および第３の実施
例である保護装置内のアース回路を示す説明図、第６図
および第７図は従来の電気炉の給電回路の説明図である
。 図中、（３）は変圧器、（４）は変圧器二次巻線、（５
）は給電回路、（６）はヒータ、（７）は炉体、Ｑ３（
財）は抵抗器、ａ→はアース線、（ト）は共通のアース
線、Ｑηは接地装置、翰は電流検出器、（２）は遮断機
制御　　　−装置、翰はセンター゛タップを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）変圧器二次側に配置した電気炉加熱用電熱式ヒータ
   の給電回路に、該回路の給電電圧を均等に分圧するよう
   に構成したアース回路を設け、前記アース回路を電気炉
   炉体と共に接地したことを特徴とする電気炉保護装置。 ２）アース回路が等大の抵抗器またはリアクタを介して
   ヒータ両極と変圧器二次巻線とを結ぶ回路にそれぞれ接
   続されている特許請求の範囲第１）項に記載の電気炉保
   護装置。 ３）アース回路が変圧器二次巻線の中点に接続されてい
   る特許請求の範囲第１）項に記載の電気炉保護装置。 ４）二次巻線の中点に接続するアース回路に、抵抗器ま
   たはリアクタが設けてある特許請求の範囲第３）項に記
   載の電気炉保護装置。 ５）アース回路に電流検出器が設けられ、さらに前記電
   流検出器を流れる規定値以上の電流によつてヒータ電源
   を遮断する装置を備えている特許請求の範囲第１）項な
   いし第４）項に記載の電気炉保護装置。 ６）ヒータ電源を遮断する装置が、最初に電源を遮断し
   たのち自動的に通電する遮断・通電動作を複数回数繰り
   返し、規定回数繰り返しても前記電流検出器に規定値を
   越える電流を検出した際に最終的に電源を遮断する装置
   を備えている特許請求の範囲第５）項に記載の電気炉保
   護装置。