WO2007014535A1 - Transformer system for electrical arc furnaces having three electrodes - Google Patents

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WO2007014535A1
WO2007014535A1 PCT/DE2005/001361 DE2005001361W WO2007014535A1 WO 2007014535 A1 WO2007014535 A1 WO 2007014535A1 DE 2005001361 W DE2005001361 W DE 2005001361W WO 2007014535 A1 WO2007014535 A1 WO 2007014535A1
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transformers
transformer system
electrodes
transformer
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PCT/DE2005/001361
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Inventor
Ralph-Herbert Backes
Dieter Fink
Thomas Matschullat
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B7/00—Heating by electric discharge
    • H05B7/005—Electrical diagrams

Definitions

  • the invention relates to a transformer system for an electric arc furnace with three electrodes.
  • a transformer In the case of the extreme currents on the secondary side, switching in the high-current circuit is technically difficult or impossible, and thus the furnace must be switched on the primary medium-voltage side.
  • the setting of the secondary voltage is also set on the primary winding of the transformer via tap changer.
  • the in the Power supply usual medium voltage switches are limited on the power side and also have only a limited life of about 10,000 switching cycles. An increase in the switching capacity leads to a partially drastic reduction in the service life of the switchgear. Electric arc furnaces are therefore subject to certain technical limitations in terms of performance.
  • DE 30 24 223 C2 discloses an electric arc furnace in which up to four sets of three electrodes each and a three-phase transformer are arranged in an oven above the molten bath. The circuit of each transformer system takes place in the sense of a three-phase triangle circuit.
  • Electric arc furnace with multiple electrode transformer systems known, in which two sets, each consisting of three electrodes facing each other in an elongated furnace.
  • the wiring of the respective phases takes place in such a way that the phase sequences of the two transformers face each other in the reverse order.
  • a three-electrode electric arc furnace transformer system comprising at least two three-phase transformers.
  • the three phases of the three-phase transformers are each connected in parallel to one of the electrodes.
  • the transformer system according to the invention thus has the advantage of being able to supply an increased electric power to a single electric arc furnace with only three electrodes. It takes on a dependent
  • the circuit of the individual transformers in the sense of a synchronous circuit.
  • the dependent circuit can continue to safely operate the electric arc furnace in the event of failure of one of the three-phase transformers at reduced power by disconnecting the relevant inactive transformers.
  • the three-phase transformers are switched on and off within a time window of a maximum of 100 ms. As a result, dangerous voltages in the transformer system are largely avoided.
  • a secondary-side circuit of the high-current lines is not necessary in an advantageous manner. It can be provided that the three-phase transformers are already internally triangulated. The two terminals of the three secondary coils of a three-phase transformer are already within the transformer in the sense of a
  • the lines from the three-phase transformers exit at a right angle to a housing wall of the transformer.
  • the three phases of all involved three-phase transformers are interconnected with high current rails.
  • the involved three-phase transformers can thus be connected to one another in an advantageous manner using rigid, and therefore solid, lines.
  • the high-current rails are preferably water-cooled.
  • the electrical paths are as short as possible, which is particularly advantageous with regard to the high secondary currents and the resulting high magnetic alternating feeder and keeps the furnace reactance low.
  • the individual transformers of the transformer system can thus be arranged in an advantageous manner so spatially that the distance to magnetic parts, ie about parts of
  • the high-current rails between the at least two three-phase transformers extend in three planes one above the other.
  • the Terminals for one phase thus leave a three-phase transformer in different heights.
  • the three-phase transformers can be combined in an advantageous manner with high-current rails electrically symmetrical and without crossing.
  • two of the high-current rails of a phase meet at an angle of between 45 ° and 180 °.
  • the transformer system can be realized in an advantageous manner as possible, in that the three-phase transformers involved are spatially arranged in such a way that the electrical paths are short and the distance to magnetic materials as far as possible.
  • one phase of a three-phase transformer with flexible lines is connected to the corresponding phase of the other three-phase transformers of the transformer system.
  • the flexible high-current lines are preferably water-cooled and allow the parallel connection according to the invention of several three-phase transformers for an electric arc furnace with only minimal restrictions with regard to the arrangement of the transformers involved and of the furnace.
  • the inventive performance increase for an electric arc furnace can be realized even in unfavorable spatial conditions.
  • the flexible lines are each conductively connected to one phase of the three-phase transformers involved in each case one of the three electrodes of the arc furnace.
  • the need for electrical contacts can thus be minimized.
  • Figure 1 is a schematic representation of an electrical
  • FIG. 2 a shows a detailed view of a transformer system according to a second embodiment of the invention in FIG
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an electric arc furnace with a transformer system according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of the transformer system 1 with the electric arc furnace 2.
  • three electrodes 202 are arranged above the electric arc furnace with the melt.
  • the transformer system 1 further comprises a switchgear 120 and, as shown here, two three-phase transformers 100, hereinafter also referred to as
  • Transformer refers to.
  • the transformers 100 are connected on the primary side via conductive connections 123 to the switchgear 120.
  • all transformers 100 are switched on and off via a medium-voltage switch 121 by a switching unit 122 as a function of one another.
  • the switching unit 122 enables the time-synchronized switching on and off of the medium voltage switches 121, preferably within one Time window of 100 ms.
  • the switchgear 120 also allows the safe operation of the arc furnace 2 with only a part of the intended transformers 100, for example in the event of failure of one or more transformers 100.
  • the switching unit 122 in conjunction with the medium-voltage switches 121, ensures the operation of the transformer system 1 with a plurality of transformers 100 in the sense of excluding human and plant hazard.
  • a secondary-side circuit of the transformers 100 is not practical because of the extreme secondary currents in the range of 100 kA, and all participating transformers 100 are thus firmly connected to one another on the secondary side by contact points 105.
  • z. B. during operation with only one of the two transformers 100 shown in Figure 2 is due to the secondary side merger a back-transformed voltage on the primary side of the non-active transformers 100 at.
  • the medium-voltage switch 121 of the switchgear 120 then optionally disconnect the primary side, and a dangerous voltage can not leave the switchgear 120.
  • the transformers 100 are advantageously internally trian- gulated. This means that the total of six terminals of the three coils of the three-phase transformer 100 are already connected internally in the sense of a three-phase triangle circuit.
  • a housing wall 110 of the transformers 100 therefore has only three high current terminals u, v and w on the secondary side.
  • these three phases are parallel to one another by high-current rails 101 at contact points 105. connected. From these contact points 105, further high-current rails can initially lead to the electric arc furnace 2, or, as shown here, the electrodes 202 of the electric arc furnace 2 can be connected to the contact points 105 with flexible high-current lines 102. be sen. Both the high-current rails 101 and the flexible high-current lines 102 are advantageously water-cooled.
  • the high-current rails 101 exit at a right angle to the housing wall 110 of the transformers 100. They meet at the contact points 105 at an angle ß together.
  • the individual transformers 100 of the transformer system 1 can be spatially arranged in terms of the shortest possible electrical paths. At the same time in this embodiment, possible large distances of the high-side induced magnetic fields of magnetic materials are ensured.
  • Another advantage of this embodiment is the construction of the transformer system 1 with a plurality of transformers 100 in an arrangement that is as symmetrical as possible electrically.
  • FIG. 2a shows a detailed view of the transformers 100 according to a second embodiment of the present invention.
  • the transformers have a housing wall 111 from which high busbars 101 exit.
  • the transformers Like a front view of a
  • Transformer 100 in Figure 2b shows, three terminal units 115 are provided on the housing wall 111 for each phase u, v and w. According to this second embodiment of the present invention, these three terminal units 115 are stacked in three planes.
  • This embodiment has the advantage that the three phases can be connected at contact points 105 by high-current rails 101 without crossing each other, and the length of the rails 101 can be made as short as possible.
  • the participating transformers 100 such as the two transformers 100 shown here, can thus be arranged as close together as possible.
  • Figure 3 shows schematically a transformer system 1 with an electric arc furnace 2 according to a third embodiment of the present invention. As already described for FIG.
  • the transformer system 1 has two, but in general a plurality of three-phase transformers 100 and a switchgear 120.
  • the participating transformers 100 are connected on the primary side with conductive connections 123 to the switchgear 120.
  • a switching unit 122 in the switchgear 120 actuates a plurality of medium voltage switches 121 as a function of one another. This dependent switching by the switching unit 122 is analogous to the first embodiment in FIG. 1, again in the sense of avoiding a danger to people and equipment.
  • the transformers 100 have a housing wall 112, to which flexible lines 102 are connected to terminal units, not shown. With these flexible lines 102, the three phases u, v and w of the transformers 100 involved are connected in parallel to the electrodes 202 of the arc furnace 2.
  • the electrodes 202 which are located over a metal bath 201 of the arc furnace 2, can again be arranged on an electrode arm (not shown).
  • this third embodiment of the present invention is that the greatest possible flexibility with respect to the spatial structure of the transformers 100 involved in the electric arc furnace 2 is ensured.
  • This embodiment thus also allows the use according to the invention of a plurality of transformers 100 in an electric arc furnace 2 even in unfavorable spatial conditions.
  • an arrangement of a plurality of transformers 100 one above the other is conceivable, which can be connected by flexible lines 102 in an advantageous manner with the shortest possible lines 102 without crossing the electrodes 202 of the arc furnace 2.

Abstract

The invention relates to a transformer system (1) for an electrical arc furnace (2) having three electrodes (202), wherein the transformer system (1) has at least two three-phase transformers (100). The three-phase transformers (100) are in this case connected in parallel to the electrodes (202) and are switched on or off as a function of one another.

Description

Beschreibungdescription
TransformatorSystem für elektrische Lichtbogenöfen mit drei ElektrodenTransformer system for electric arc furnaces with three electrodes
Die Erfindung betrifft ein Transformatorsystem für einen Lichtbogenofen mit drei Elektroden.The invention relates to a transformer system for an electric arc furnace with three electrodes.
Zur Stahlerzeugung werden in modernen Anlagen vorwiegend e- lektrische Lichtbogenöfen eingesetzt. Dabei bilden sich zwischen mindestens drei Elektroden und der Schmelze Lichtbögen, die die Strahlungsquelle zur Wärmeerzeugung darstellen. Industrielle Anlagen schmelzen heutzutage eine Rohstahlmenge im Bereich von in der Regel 100-200 t innerhalb weniger als ei- ner Stunde auf. Der geschmolzene Rohstahl, oft hauptsächlich bestehend aus Schrott und Zuschlagstoffen, wird dann einer chemischen Analyse unterzogen und gegebenenfalls nach Zuführung weiterer erforderlicher Zuschlagstoffe abgestochen. Der Lichtbogenofen wird vor dem Abstechen abgeschaltet, daraufhin zum Teil oder ganz entleert, neu befüllt und erneut eingeschaltet. Diese industriellen Anlagen zur Stahlgewinnung müssen also mehrmals täglich ein- und ausgeschaltet werden. Aus- bzw. Einschaltvorgänge finden jedoch nicht nur vor dem Abstech- bzw. nach dem Befüllvorgang statt, sondern der e- lektrische Lichtbogenofen muss auch zur Entnahme von Metall- proben und aus anderen Gründen innerhalb eines Schmelzzyklus mehrfach ein- bzw. ausgeschaltet werden.For the production of steel, predominantly electric arc furnaces are used in modern plants. In this case, between at least three electrodes and the melt arcs, which constitute the radiation source for heat generation. Industrial plants today melt a quantity of crude steel in the range of generally 100-200 t within less than one hour. The molten crude steel, often mainly consisting of scrap and aggregates, is then subjected to a chemical analysis and tapped, if necessary, after supplying further required aggregates. The arc furnace is switched off before parting off, then partially or completely emptied, refilled and switched on again. These industrial facilities for steel extraction must therefore be switched on and off several times a day. However, switch-off or switch-on processes not only take place before the cutting off or after the filling process, but the electric arc furnace also has to be switched on and off several times within a melting cycle for the removal of metal samples and for other reasons.
Der hohe Strom bis in den Bereich von 100 kA, der zwischen den Elektroden und dem zu schmelzenden Material fließt, wird meist aus einem Mittelspannungsnetz über einen Transformator bezogen. Bei den extremen Strömen auf der Sekundärseite ist die Schaltung im Hochstromkreis technisch nicht oder nur schwer möglich, und somit muss der Ofen auf der primären Mit- telspannungsseite geschaltet werden. Die Einstellung der Sekundärspannung wird ebenfalls an der Primärwicklung des Transformators über Stufenschalter eingestellt. Die in der Energieversorgung üblichen Mittelspannungsschalter sind stromseitig begrenzt und haben darüber hinaus auch nur eine begrenzte Lebensdauer von etwa 10 000 Schaltspielen. Eine Erhöhung der Schaltleistung führt zu einer teilweise drasti- sehen Reduzierung der Lebensdauer der Schaltanlagen. Elektrische Lichtbogenöfen unterliegen also hinsichtlich einer Leistungssteigerung gewissen technischen Einschränkungen.The high current up to the range of 100 kA, which flows between the electrodes and the material to be melted, is usually obtained from a medium-voltage network via a transformer. In the case of the extreme currents on the secondary side, switching in the high-current circuit is technically difficult or impossible, and thus the furnace must be switched on the primary medium-voltage side. The setting of the secondary voltage is also set on the primary winding of the transformer via tap changer. The in the Power supply usual medium voltage switches are limited on the power side and also have only a limited life of about 10,000 switching cycles. An increase in the switching capacity leads to a partially drastic reduction in the service life of the switchgear. Electric arc furnaces are therefore subject to certain technical limitations in terms of performance.
Eine Möglichkeit, die SchmelzIeistung eines einzelnen Ofens zu erhöhen, und somit innerhalb eines Schmelzzyklus mehrA way to increase the melt performance of a single furnace, and thus more within one melting cycle
Stahl erzeugen zu können, ist der Einsatz mehrerer Elektroden-Transformator-Systeme in einem Ofen. So ist beispielsweise aus der DE 30 24 223 C2 ein elektrischer Lichtbogenofen bekannt, in dem bis zu vier Sätze aus je drei Elektroden und jeweils einem Dreiphasentransformator in einem Ofen über dem Schmelzbad angeordnet sind. Die Schaltung jedes Transformator-Systems erfolgt dabei im Sinne einer Drehstrom-Dreiecks- Schaltung.Being able to produce steel is the use of multiple electrode-transformer systems in one furnace. Thus, for example, DE 30 24 223 C2 discloses an electric arc furnace in which up to four sets of three electrodes each and a three-phase transformer are arranged in an oven above the molten bath. The circuit of each transformer system takes place in the sense of a three-phase triangle circuit.
Des Weiteren ist aus der SU 1149446 A auch ein elektrischerFurthermore, from the SU 1149446 A also an electric
Lichtbogenofen mit mehreren Elektroden-Transformator-Systemen bekannt, bei dem sich in einem länglichen Ofen zwei Sätze, bestehend jeweils aus drei Elektroden, gegenüberstehen. Die Beschaltung der jeweiligen Phasen erfolgt dabei so, dass sich die Phasensequenzen der beiden Transformatoren in umgekehrter Reihenfolge gegenüberstehen.Electric arc furnace with multiple electrode transformer systems known, in which two sets, each consisting of three electrodes facing each other in an elongated furnace. The wiring of the respective phases takes place in such a way that the phase sequences of the two transformers face each other in the reverse order.
Da die Leistung eines elektrischen Lichtbogenofens durch die Schalt- und Transformatoranlagen eingangsseitig beschränkt ist, werden also mehrere Elektroden-Transformator-Systeme in einem Ofen eingesetzt. Dies erfordert nicht nur eine spezielle Form des Ofens, sondern auch eine elektrisch symmetrische Anordnung der Elektrodensätze. Bei metallurgischen Inhomogenitäten bzw. bei einer nicht ausreichenden Symmetrie der E- lektroden kann dadurch die gewünschte Energie oft nicht in den Ofen eingebracht werden. Darüber hinaus schränkt der Einsatz mehrerer Elektroden-Transformator-Systeme, wie auch an der DE 30 24 223 C2 ersichtlich, die Funktionalität des O- fens, vor allem hinsichtlich des Abstichs, stark ein.Since the power of an electric arc furnace is limited on the input side by the switching and transformer systems, so several electrode-transformer systems are used in a furnace. This requires not only a special form of the furnace, but also an electrically symmetrical arrangement of the electrode sets. In the case of metallurgical inhomogeneities or in the case of an insufficient symmetry of the electrodes, the desired energy can often not be introduced into the furnace. In addition, the use of multiple electrode-transformer systems limits as well DE 30 24 223 C2, the functionality of the O-fens, especially in terms of tapping, strong.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Trans- formatorsystem für einen elektrischen Lichtbogenofen mit drei Elektroden bereitzustellen, bei dem die Leistung des elektrischen Lichtbogenofens im Sinne einer vergrößerten Schmelzmenge deutlich erhöht werden kann.It is therefore the object of the present invention to provide a transformer system for an electric arc furnace with three electrodes, in which the power of the electric arc furnace can be significantly increased in terms of an increased melt quantity.
Diese Aufgabe wird durch das Transformatorsystem nach Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by the transformer system according to claim 1.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Transformatorsystem für einen elektrischen Lichtbogenofen mit drei Elektroden vorgesehen, das wenigstens zwei Dreiphasentransformatoren aufweist. Die drei Phasen der Dreiphasentransformatoren sind jeweils parallel an eine der Elektroden angeschlossen. DesAccording to the present invention, there is provided a three-electrode electric arc furnace transformer system comprising at least two three-phase transformers. The three phases of the three-phase transformers are each connected in parallel to one of the electrodes. Of
Weiteren sind die Dreiphasentransformatoren abhängig voneinander ein- bzw. ausschaltbar. Das erfindungsgemäße Transformatorsystem hat so den Vorteil, einem einzelnen Lichtbogenofen mit nur drei Elektroden eine erhöhte elektrische Leis- tung zuführen zu können. Dabei übernimmt eine abhängigeFurthermore, the three-phase transformers are switched on or off depending on each other. The transformer system according to the invention thus has the advantage of being able to supply an increased electric power to a single electric arc furnace with only three electrodes. It takes on a dependent
Schaltung die Schaltung der einzelnen Transformatoren im Sinne einer synchronen Schaltung. Damit ist, obwohl mehrere Transformatoren sekundärseitig parallel geschaltet sind, eine Gefahr für Mensch und Anlage, vor allem durch primärseitig auftretende Spannungen durch eine entsprechende Rücktransformation, ausgeschlossen. Des Weiteren kann die abhängige Schaltung auch den elektrischen Lichtbogenofen bei Ausfall eines der Dreiphasentransformatoren bei reduzierter Leistung weiterhin gefahrlos betreiben, indem die betreffenden inakti- ven Transformatoren abgekoppelt werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, werden die Dreiphasentransformatoren innerhalb eines Zeitfensters von maximal 100 ms ein- bzw. ausgeschaltet. Dadurch werden gefährliche Spannungen im Transformatorsystem weitgehend vermieden. Somit ist in vorteilhafter Weise eine sekundärseitige Schaltung der Hochstromleitungen nicht nötig. Es kann vorgesehen sein, dass die Dreiphasentransformatoren bereits intern trianguliert sind. Die jeweils zwei Anschlüsse der drei Sekundärspulen eines Dreiphasentransformators sind dabei bereits innerhalb des Transformators im Sinne einerCircuit the circuit of the individual transformers in the sense of a synchronous circuit. Thus, although several transformers are connected in parallel on the secondary side, a risk to people and equipment, especially by primary voltages occurring by a corresponding inverse transformation excluded. Furthermore, the dependent circuit can continue to safely operate the electric arc furnace in the event of failure of one of the three-phase transformers at reduced power by disconnecting the relevant inactive transformers. According to an advantageous embodiment of the present invention, the three-phase transformers are switched on and off within a time window of a maximum of 100 ms. As a result, dangerous voltages in the transformer system are largely avoided. Thus, a secondary-side circuit of the high-current lines is not necessary in an advantageous manner. It can be provided that the three-phase transformers are already internally triangulated. The two terminals of the three secondary coils of a three-phase transformer are already within the transformer in the sense of a
Drehstrom-Dreiecksschaltung verbunden, und es müssen nur jeweils drei Hochstromleitungen von jedem Transformator zu den Elektroden geführt werden.Three-phase triangle circuit connected, and it must be performed only three high-voltage cables from each transformer to the electrodes.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, treten die Leitungen aus den Dreiphasentransformatoren in einem rechten Winkel zu einer Gehäusewand des Transformators aus. Des Weiteren sind die drei Phasen aller beteiligten Dreiphasentransformatoren mit Hochstromschie- nen miteinander verbunden. Die beteiligten Dreiphasentransformatoren können somit in vorteilhafter Weise unter Verwendung starrer, und damit massiver, Leitungen miteinander verbunden werden. Die Hochstromschienen sind dabei vorzugsweise wassergekühlt. Die elektrischen Wege sind dabei möglichst kurz, was insbesondere hinsichtlich der hohen Sekundärströme und der damit auch auftretenden hohen magnetischen Wechsel- feider von Vorteil ist und die Ofenreaktanz gering hält. Die einzelnen Transformatoren des Transformatorsystems können somit in vorteilhafter Weise derart räumlich arrangiert werden, dass der Abstand zu magnetischen Teilen, also etwa Teilen derAccording to a further advantageous embodiment of the present invention, the lines from the three-phase transformers exit at a right angle to a housing wall of the transformer. Furthermore, the three phases of all involved three-phase transformers are interconnected with high current rails. The involved three-phase transformers can thus be connected to one another in an advantageous manner using rigid, and therefore solid, lines. The high-current rails are preferably water-cooled. The electrical paths are as short as possible, which is particularly advantageous with regard to the high secondary currents and the resulting high magnetic alternating feeder and keeps the furnace reactance low. The individual transformers of the transformer system can thus be arranged in an advantageous manner so spatially that the distance to magnetic parts, ie about parts of
Transformatoren selbst, möglichst weit ausfällt und es allgemein ein genügend großer eisenfreier Raum um die Hochstromschienen eingehalten werden kann.Transformers themselves, as far as possible fails and it can generally be maintained a sufficiently large iron-free space around the high-current rails.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, verlaufen die Hochstromschienen zwischen den wenigstens zwei Dreiphasentransformatoren in drei Ebenen übereinander. Die Anschlüsse für eine Phase verlassen also einen Dreiphasentransformator in jeweils unterschiedlicher Höhe. Somit können die Dreiphasentransformatoren in vorteilhafter Weise mit Hochstromschienen elektrisch symmetrisch und kreuzungsfrei zusammengeschlossen werden. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass jeweils zwei der Hochstromschienen einer Phase in einem Winkel zwischen 45° und 180° aufeinander treffen. Hierdurch lässt sich das Transformatorsystem in einer möglichst vorteilhaften Weise realisieren, indem die beteiligten Drei- phasentransformatoren derart räumlich arrangiert sind, dass die elektrischen Wege kurz und der Abstand zu magnetischen Materialien möglichst weit ausfällt.In a further embodiment of the present invention, the high-current rails between the at least two three-phase transformers extend in three planes one above the other. The Terminals for one phase thus leave a three-phase transformer in different heights. Thus, the three-phase transformers can be combined in an advantageous manner with high-current rails electrically symmetrical and without crossing. Furthermore, it may be provided that in each case two of the high-current rails of a phase meet at an angle of between 45 ° and 180 °. In this way, the transformer system can be realized in an advantageous manner as possible, in that the three-phase transformers involved are spatially arranged in such a way that the electrical paths are short and the distance to magnetic materials as far as possible.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist jeweils eine Phase eines Dreiphasentransformators mit flexiblen Leitungen mit der entsprechenden Phase der übrigen Dreiphasentransformatoren des TransformatorSystems verbunden. Die flexiblen Hochstromleitungen sind vorzugsweise wassergekühlt und erlauben die erfindungsgemäße Parallelschaltung mehrerer Dreiphasen- transformatoren für einen elektrischen Lichtbogenofen mit nur minimalen Einschränkungen hinsichtlich der Anordnung der beteiligten Transformatoren und des Ofens. Somit kann die erfindungsgemäße Leistungssteigerung für einen elektrischen Lichtbogenofen auch bei ungünstigen räumlichen Gegebenheiten realisiert werden. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die flexiblen Leitungen jeweils einer Phase der beteiligten Dreiphasentransformatoren an jeweils einer der drei Elektroden des Lichtbogenofens leitend verbunden sind. In vorteilhafter Weise lässt sich somit der Bedarf an elektrischen Kon- taktierungen minimieren. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da auch kleinste Kontaktwiderstände bei hohen Strömen zu großen Leistungseinbußen führen. Darüber hinaus ist man im Sinne dieser vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weitestgehend unabhängig von den räumlichen Gegebenhei- ten hinsichtlich des Aufbaus des Transformatorsystems. Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:According to a further embodiment, in each case one phase of a three-phase transformer with flexible lines is connected to the corresponding phase of the other three-phase transformers of the transformer system. The flexible high-current lines are preferably water-cooled and allow the parallel connection according to the invention of several three-phase transformers for an electric arc furnace with only minimal restrictions with regard to the arrangement of the transformers involved and of the furnace. Thus, the inventive performance increase for an electric arc furnace can be realized even in unfavorable spatial conditions. Furthermore, it may be provided that the flexible lines are each conductively connected to one phase of the three-phase transformers involved in each case one of the three electrodes of the arc furnace. Advantageously, the need for electrical contacts can thus be minimized. This is particularly advantageous because even the smallest contact resistance at high currents lead to large power losses. Moreover, in terms of this advantageous embodiment of the present invention, one is largely independent of the spatial conditions with regard to the structure of the transformer system. Preferred embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines elektrischenFigure 1 is a schematic representation of an electrical
Lichtbogenofens mit einem Transformatorsystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Draufsicht;Arc furnace with a transformer system according to a first embodiment of the present invention in plan view;
Figur 2a eine Detailansicht eines Transformatorsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung inFIG. 2 a shows a detailed view of a transformer system according to a second embodiment of the invention in FIG
Draufsicht; Figur 2b eine Frontansicht eines Transformators gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung; und Figur 3 eine schematische Darstellung eines elektrischen Lichtbogenofens mit einem Transformatorsystem gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.Top view; Figure 2b is a front view of a transformer according to the second embodiment of the invention; and FIG. 3 shows a schematic representation of an electric arc furnace with a transformer system according to a third embodiment of the present invention.
Figur 1 zeigt in schematischer Draufsicht das Transformator- system 1 mit dem Lichtbogenofen 2. Im elektrischen Lichtbogenofen 2 sind drei Elektroden 202, in der Regel mit einem Elektrodenarm (nicht gezeigt) , über dem Lichtbogenofengefäß mit dem Schmelzgut angeordnet. Das Transformatorsystem 1 weist ferner eine Schaltanlage 120 und, wie hier gezeigt, zwei Dreiphasentransformatoren 100, im Weiteren auch alsFIG. 1 shows a schematic plan view of the transformer system 1 with the electric arc furnace 2. In the electric arc furnace 2, three electrodes 202, generally with an electrode arm (not shown), are arranged above the electric arc furnace with the melt. The transformer system 1 further comprises a switchgear 120 and, as shown here, two three-phase transformers 100, hereinafter also referred to as
Transformator bezeichnet, auf. Im Sinne der vorliegenden Erfindung können allgemein auch mehr als zwei Transformatoren 100 von einer Schaltanlage 120 gespeist und an den elektrischen Lichtbogenofen 2 angeschlossen werden.Transformer refers to. For the purposes of the present invention, it is generally also possible for more than two transformers 100 to be fed by a switchgear 120 and connected to the electric arc furnace 2.
Die Transformatoren 100 sind primärseitig über leitende Verbindungen 123 an die Schaltanlage 120 angeschlossen. In der Schaltanlage 120 werden alle Transformatoren 100 über Mittel- spannungsschalter 121 von einer Schalteinheit 122 in Abhän- gigkeit voneinander ein- bzw. ausgeschaltet. Die Schalteinheit 122 ermöglicht das zeitsynchrone Ein- bzw. Ausschalten der Mittelspannungsschalter 121, vorzugsweise innerhalb eines Zeitfensters von 100 ms. Darüber hinaus erlaubt die Schaltanlage 120 auch den gefahrlosen Betrieb des Lichtbogenofens 2 mit nur einem Teil der vorgesehenen Transformatoren 100, beispielsweise bei Ausfall eines oder mehrerer Transformatoren 100.The transformers 100 are connected on the primary side via conductive connections 123 to the switchgear 120. In the switchgear 120, all transformers 100 are switched on and off via a medium-voltage switch 121 by a switching unit 122 as a function of one another. The switching unit 122 enables the time-synchronized switching on and off of the medium voltage switches 121, preferably within one Time window of 100 ms. In addition, the switchgear 120 also allows the safe operation of the arc furnace 2 with only a part of the intended transformers 100, for example in the event of failure of one or more transformers 100.
Die Schalteinheit 122 gewährleistet in Verbindung mit den Mittelspannungsschaltern 121 den Betrieb des Transformator- systems 1 mit mehreren Transformatoren 100 im Sinne eines Ausschlusses einer Gefahr für Mensch und Anlage. Eine sekun- därseitige Schaltung der Transformatoren 100 ist aufgrund der extremen Sekundärströme im Bereich von 100 kA nicht praktikabel, und alle beteiligten Transformatoren 100 sind somit se- kundärseitig durch Kontaktstellen 105 fest miteinander ver- bunden. Beim Betrieb nur eines Teiles der in dem Transformatorsystem 1 vorgesehenen Transformatoren 100, z. B. beim Betrieb mit nur einem der beiden in Figur 2 gezeigten Transformatoren 100, liegt durch den sekundärseitigen Zusammenschluss eine rücktransformierte Spannung primärseitig an den nicht aktiven Transformatoren 100 an. Die Mittelspannungsschalter 121 der Schaltanlage 120 trennen dann gegebenenfalls die Primärseite ab, und eine gefährliche Spannung kann die Schaltanlage 120 nicht verlassen.The switching unit 122, in conjunction with the medium-voltage switches 121, ensures the operation of the transformer system 1 with a plurality of transformers 100 in the sense of excluding human and plant hazard. A secondary-side circuit of the transformers 100 is not practical because of the extreme secondary currents in the range of 100 kA, and all participating transformers 100 are thus firmly connected to one another on the secondary side by contact points 105. When operating only a part of the transformer system 100 provided in the transformers 100, z. B. during operation with only one of the two transformers 100 shown in Figure 2, is due to the secondary side merger a back-transformed voltage on the primary side of the non-active transformers 100 at. The medium-voltage switch 121 of the switchgear 120 then optionally disconnect the primary side, and a dangerous voltage can not leave the switchgear 120.
Die Transformatoren 100 sind vorteilhafterweise intern trian- guliert. Dies bedeutet, dass die insgesamt sechs Anschlüsse der drei Spulen des Dreiphasentransformators 100 bereits intern im Sinne einer Drehstrom-Dreiecksschaltung verbunden sind. Eine Gehäusewand 110 der Transformatoren 100 weist da- her sekundärseitig nur drei Hochstromanschlüsse u, v und w auf. Im Sinne der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden diese drei Phasen durch Hochstromschienen 101 an Kontaktstellen 105 parallel miteinander. verbunden. Von diesen Kontaktstellen 105 können zunächst weitere Hochstrom- schienen zum Lichtbogenofen 2 führen, oder, wie hier gezeigt, die Elektroden 202 des Lichtbogenofens 2 können mit flexiblen Hochstromleitungen 102 an die Kontaktstellen 105 angeschlos- sen werden. Sowohl die Hochstromschienen 101 als auch die flexiblen Hochstromleitungen 102 sind vorteilhafter Weise wassergekühlt .The transformers 100 are advantageously internally trian- gulated. This means that the total of six terminals of the three coils of the three-phase transformer 100 are already connected internally in the sense of a three-phase triangle circuit. A housing wall 110 of the transformers 100 therefore has only three high current terminals u, v and w on the secondary side. In the sense of the first embodiment of the present invention, these three phases are parallel to one another by high-current rails 101 at contact points 105. connected. From these contact points 105, further high-current rails can initially lead to the electric arc furnace 2, or, as shown here, the electrodes 202 of the electric arc furnace 2 can be connected to the contact points 105 with flexible high-current lines 102. be sen. Both the high-current rails 101 and the flexible high-current lines 102 are advantageously water-cooled.
Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung treten die Hochstromschienen 101 in einem rechten Winkel zur Gehäusewand 110 der Transformatoren 100 aus. Sie treffen an den Kontaktstellen 105 in einem Winkel ß zusammen. Damit sind die Transformatoren 100 in einem Winkel α = 180° - ß angeord- net. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform liegt dieserAccording to the first embodiment of the present invention, the high-current rails 101 exit at a right angle to the housing wall 110 of the transformers 100. They meet at the contact points 105 at an angle ß together. Thus, the transformers 100 are arranged at an angle α = 180 ° -β. According to an advantageous embodiment, this is
Winkel α in einem Bereich von 45° bis 180°. Somit lassen sich die einzelnen Transformatoren 100 des Transformatorsystems 1 im Sinne möglichst kurzer elektrischer Wege räumlich anordnen. Gleichzeitig sind in dieser Ausführungsform möglicht große Abstände der hochstromseitig hervorgerufenen Magnetfelder von magnetischen Materialien gewährleistet. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ist der Aufbau des Transformatorsystems 1 mit mehreren Transformatoren 100 in einer elektrisch möglichst symmetrischen Anordnung.Angle α in a range of 45 ° to 180 °. Thus, the individual transformers 100 of the transformer system 1 can be spatially arranged in terms of the shortest possible electrical paths. At the same time in this embodiment, possible large distances of the high-side induced magnetic fields of magnetic materials are ensured. Another advantage of this embodiment is the construction of the transformer system 1 with a plurality of transformers 100 in an arrangement that is as symmetrical as possible electrically.
Figur 2a zeigt eine Detailansicht der Transformatoren 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Abwandlung der Ausführungsform aus Abbildung 1 weisen die Transformatoren eine Gehäusewand 111 auf, aus denen Hoch- Stromschienen 101 austreten. Wie eine Frontansicht einesFIG. 2a shows a detailed view of the transformers 100 according to a second embodiment of the present invention. In a modification of the embodiment of Figure 1, the transformers have a housing wall 111 from which high busbars 101 exit. Like a front view of a
Transformators 100 in Figur 2b zeigt, sind auf der Gehäusewand 111 für jede Phase u, v und w drei Anschlusseinheiten 115 vorgesehen. Gemäß dieser zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind diese drei Anschlusseinheiten 115 in drei Ebenen übereinander angeordnet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die drei Phasen an Kontaktpunkten 105 durch Hochstromschienen 101 kreuzungsfrei miteinander verbunden werden können, und die Länge der Schienen 101 möglichst kurz ausgeführt werden kann. Die beteiligten Transformatoren 100, wie die hier gezeigten zwei Transformatoren 100, können somit möglichst dicht aneinander angeordnet werden. Figur 3 zeigt schematisch, ein TransformatorSystem 1 mit einem elektrischen Lichtbogenofen 2 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie bereits für Figur 1 beschrieben, weist das Transformatorsystem 1 zwei, im Allge- meinen jedoch mehrere Dreiphasentransformatoren 100 und eine Schaltanlage 120 auf. Die beteiligten Transformatoren 100 sind primärseitig mit leitenden Verbindungen 123 an die Schaltanlage 120 angeschlossen. Eine Schalteinheit 122 in der Schaltanlage 120 betätigt abhängig voneinander mehrere Mit- telspannungsschalter 121. Diese abhängige Schaltung durch die Schalteinheit 122 erfolgt analog zur ersten Ausführungsform in Figur 1, wieder im Sinne einer Vermeidung einer Gefahr für Mensch und Anlage.Transformer 100 in Figure 2b shows, three terminal units 115 are provided on the housing wall 111 for each phase u, v and w. According to this second embodiment of the present invention, these three terminal units 115 are stacked in three planes. This embodiment has the advantage that the three phases can be connected at contact points 105 by high-current rails 101 without crossing each other, and the length of the rails 101 can be made as short as possible. The participating transformers 100, such as the two transformers 100 shown here, can thus be arranged as close together as possible. Figure 3 shows schematically a transformer system 1 with an electric arc furnace 2 according to a third embodiment of the present invention. As already described for FIG. 1, the transformer system 1 has two, but in general a plurality of three-phase transformers 100 and a switchgear 120. The participating transformers 100 are connected on the primary side with conductive connections 123 to the switchgear 120. A switching unit 122 in the switchgear 120 actuates a plurality of medium voltage switches 121 as a function of one another. This dependent switching by the switching unit 122 is analogous to the first embodiment in FIG. 1, again in the sense of avoiding a danger to people and equipment.
Gemäß dieser dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Transformatoren 100 eine Gehäusewand 112 auf, an denen an nicht gezeigten Anschlusseinheiten flexible Leitungen 102 angeschlossen sind. Mit diesen flexiblen Leitungen 102 werden die drei Phasen u, v und w der beteiligten Trans- formatoren 100 an den Elektroden 202 des Lichtbogenofens 2 parallel angeschlossen. Die Elektroden 202, die sich über eine Metallbad 201 des Lichtbogenofens 2 befinden, können wieder an einem Elektrodenarm (nicht gezeigt) angeordnet sein.According to this third embodiment of the present invention, the transformers 100 have a housing wall 112, to which flexible lines 102 are connected to terminal units, not shown. With these flexible lines 102, the three phases u, v and w of the transformers 100 involved are connected in parallel to the electrodes 202 of the arc furnace 2. The electrodes 202, which are located over a metal bath 201 of the arc furnace 2, can again be arranged on an electrode arm (not shown).
Der Vorteil dieser dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine größtmögliche Flexibilität hinsichtlich des räumlichen Aufbaus der beteiligten Transformatoren 100 am Lichtbogenofen 2 gewährleistet ist. Diese Ausführungsform erlaubt also auch den erfindungsgemäßen Einsatz mehrerer Transformatoren 100 an einem Lichtbogenofen 2 auch bei ungünstigen räumlichen Gegebenheiten. Des Weiteren ist auch eine Anordnung mehrerer Transformatoren 100 übereinander denkbar, die sich durch flexible Leitungen 102 in vorteilhafter Weise mit möglichst kurzen Leitungen 102 kreuzungsfrei an die Elektroden 202 des Lichtbogenofens 2 anschließen lassen. The advantage of this third embodiment of the present invention is that the greatest possible flexibility with respect to the spatial structure of the transformers 100 involved in the electric arc furnace 2 is ensured. This embodiment thus also allows the use according to the invention of a plurality of transformers 100 in an electric arc furnace 2 even in unfavorable spatial conditions. Furthermore, an arrangement of a plurality of transformers 100 one above the other is conceivable, which can be connected by flexible lines 102 in an advantageous manner with the shortest possible lines 102 without crossing the electrodes 202 of the arc furnace 2.

Claims

Patentansprüche claims
1. Transformatorsystem (1) für einen elektrischen Lichtbogenofen (2) mit drei Elektroden (202) , dadurch gekennzeichnet, dass das TransformatorSystem (1) wenigstens zwei Dreiphasentransformatoren (100) aufweist, die parallel an die Elektroden (202) angeschlossen sind, und abhängig voneinander ein- und ausschaltbar sind.A transformer system (1) for an electric arc furnace (2) having three electrodes (202), characterized in that the transformer system (1) has at least two three-phase transformers (100) connected in parallel to the electrodes (202) and depending can be switched on and off from each other.
2. Transformatorsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreiphasentransformatoren (100) innerhalb einem Zeitfenster von maximal 100 ms ein- bzw. ausschaltbar sind.2. Transformer system (1) according to claim 1, characterized in that the three-phase transformers (100) within a time window of a maximum of 100 ms on or off are.
3. Transformatorsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreiphasentransformatoren (100) intern trianguliert sind.3. Transformer system (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the three-phase transformers (100) are internally triangulated.
4. Transformatorsystem (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreiphasentransformatoren (100) eine Gehäusewand (110, 111) aufweisen, und Hochstromschienen (101) für je eine Phase in einem rechten Winkel zur Gehäusewand (110, 111) austreten.4. Transformer system (1) according to claim 3, characterized in that the three-phase transformers (100) have a housing wall (110, 111), and high-current rails (101) for each phase at a right angle to the housing wall (110, 111) emerge.
5. Transformatorsystem (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Phase eines der wenigstens zwei Dreiphasentransformatoren (100) mit Hochstromschienen (101) mit der entsprechenden Phase der übrigen Drei- phasentransformatoren (100) verbunden ist.5. Transformer system (1) according to claim 3 or 4, characterized in that in each case a phase of one of the at least two three-phase transformers (100) with high-current rails (101) with the corresponding phase of the other three-phase transformers (100) is connected.
6. Transformatorsystem (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochstromschienen (101) zwischen den wenigstens zwei Dreiphasentransformatoren (100) in drei Ebenen für jeweils eine Phase kreuzungsfrei verlaufen. 6. Transformer system (1) according to claim 5, characterized in that the high-current rails (101) between the at least two three-phase transformers (100) extend in three levels without crossing for each phase.
7. Transformatorsystem (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei der Hochstromschienen (101) einer Phase in einem Winkel zwischen 45° und 180° aufeinander treffen.7. Transformer system (1) according to one of claims 4 to 6, characterized in that in each case two of the high-current rails (101) meet one phase at an angle between 45 ° and 180 ° to each other.
8. Transformatorsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Phase eines der we- nigstens zwei Dreiphasentransformatoren (101) mit flexiblen Leitungen (102) mit der entsprechenden Phase der übrigen Dreiphasentransformatoren (100) verbunden ist.8. Transformer system (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that in each case a phase of at least two three-phase transformers (101) with flexible lines (102) is connected to the corresponding phase of the other three-phase transformers (100).
9. Transformatorsystem (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die flexiblen Leitungen (102) jeweils einer Phase der wenigstens zwei Dreiphasentransformatoren (100) an jeweils einer der drei Elektroden (202) leitend verbunden sind. 9. Transformer system (1) according to claim 8, characterized in that the flexible lines (102) in each case one phase of the at least two three-phase transformers (100) to each one of the three electrodes (202) are conductively connected.
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