(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉用遮断器を介して受電設備に接続された炉用変圧器の二次側に設けられた電極を昇降させることにより炉内のスクラップを溶解させる交流アーク炉の電極昇降制御装置において、
前記炉用変圧器の一次側の無効電力の検出値の所定の周期毎の平均値を求める平均値演算回路と、
平均値演算回路により求めた前回の周期の平均値と今回の周期の平均値との偏差の絶対値を演算する絶対値演算回路と、
前記絶対値が所定の値を越えたときに動作する第１の比較回路と、
第１の比較回路が動作したときに起動し、該動作している期間が所定の時限以上になると動作する第１のタイマと、
第１のタイマが動作したときにセットされ、第１の比較回路が不動作のときにリセットされる第１のフリップフロップと、
前記炉用変圧器の一次側の電流の検出値が所定の値を越えたときに動作する第２の比較回路と、
前記炉用変圧器の一次側の電流の検出値が所定の値に達していないときに動作する第３の比較回路と、
第２の比較回路が動作し、且つ第１のフリップフロップがセット状態のときに動作するアンド回路と、
アンド回路が動作したときに起動し、該動作している期間が所定の時限以上になると動作する第２のタイマと、
アンド回路が動作したときにセットされ、第２のタイマが動作したときにリセットされる第２のフリップフロップと、
第２のタイマが動作したときにセットされ、第３の比較回路が動作したときにリセットされる第３のフリップフロップと、
前記電極のアーク電圧の検出値とアーク電流の検出値とに基づいて、該電極を昇降させる速度指令値を出力するアーク状態演算回路と、
第２のフリップフロップがセット状態のときには前記電極の零速度指令値を選択し、第３のフリップフロップがセット状態のときには前記電極の引き上げ速度指令値を選択し、第２，第３のフリップフロップが共にリセット状態のときにはアーク状態演算回路の出力を選択して出力する指令値選択回路と、
指令値選択回路の出力に基づいて、前記電極を昇降または停止させる昇降制御回路とを備えたことを特徴とする交流アーク炉の電極昇降制御装置。
【請求項２】
炉用遮断器を介して受電設備に接続された炉用変圧器の二次側に設けられた電極を昇降させることにより炉内のスクラップを溶解させる交流アーク炉の電極昇降制御方法において、
通常は前記電極のアーク電圧の検出値とアーク電流の検出値とに基づいて該電極の昇降を制御し、
前記炉用変圧器の一次側の無効電力の変動量の絶対値を求め、該絶対値が所定の値を越えている期間が所定の時限を経過し、且つ前記炉用変圧器の一次側の電流が所定の値を越えているときには前記電極をその位置で停止させることを特徴とする交流アーク炉の電極昇降制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、炉用遮断器を介して受電設備に接続された炉用変圧器の二次側に設けられた電極を昇降させることにより炉内のスクラップを溶解させる交流アーク炉の電極昇降制御装置及び制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来の交流アーク炉の構成を示す回路図である。
図３において、１は炉用遮断器、２はこの交流アーク炉に流れる電流を検出する計器用変流器（以下、単にＣＴ２と称する）、３は負荷時タップ切換器を具備した炉用変圧器、４は人造黒鉛などから構成される電極、５は炉体、６は電極４に流れるアーク電流を検出する計器用変流器（ＣＴ），整流器などからなる電流検出器、７は電極４と炉体５との間のアーク電圧を検出する計器用変圧器（ＰＴ），整流器などからなる電圧検出器、８は電極４を昇降させる電極昇降装置、２０は電極昇降装置８を構成する電動機に電極４の速度制御に必要な電力を供給する電極昇降制御装置である。
【０００３】
図４は、図３に示した電極昇降制御装置２０の詳細回路構成図である。
この電極昇降制御装置２０はアーク状態演算回路２１と、整流回路２２と、比較回路２３，２４と、タイマ２５と、フリップフロップ２６と、フリップフロップ２６がセット状態のときには電極４の所定の引き上げ速度指令値を選択し、フリップフロップ２６がリセット状態のときにはアーク状態演算回路２１の出力を選択して出力する指令値選択回路２７と、指令値選択回路２７の出力に基づいて電極昇降装置８を介して電極４の昇降を制御する昇降制御回路２８とから構成されている。
【０００４】
図３，図４に示した交流アーク炉の電極昇降制御装置２０の動作を以下に説明する。
交流アーク炉の電極昇降制御（アーク長制御）はアーク電圧とアーク電流とを入力信号として、この比が一定となるように制御するものでインピーダンス制御と呼ばれる。
【０００５】
このために電極昇降制御装置２０のアーク状態演算回路２１は入力したアーク電圧に基づく値を設定値として、入力したアーク電流に基づく値を検出値とし、この検出値が前記設定値より大きくなったとき、すなわちインピーダンスが小さくなったときには電極４を上昇させる速度指令値を出力し、逆に前記検出値が前記設定値より小さくなったとき、すなわちインピーダンスが大きくなったときには電極４を下降させる速度指令値を出力する。このとき、前記設定値と検出値との偏差が大きいときは急速に電極４を上昇または下降させる速度指令値を出力し、前記偏差が小さいときには緩やかに電極４を上昇または下降させる速度指令値を出力する演算を行っている。
【０００６】
また、この交流アーク炉に流れる電流を検出するＣＴ２の出力を整流する整流回路２２と、整流回路２２の出力値が所定の値（定格電流の１１０％程度）を越えたときに動作する比較回路２３と、整流回路２２の出力値が所定の値（定格電流の８０％程度）に達していないときに動作する比較回路２４と、比較回路２３が動作したときに起動し、該動作している期間が所定の時限（３秒程度）以上になると動作するタイマ２５と、タイマ２５が動作したときにセットされ比較回路２４が動作したときにリセットされるフリップフロップ２６とにより、このフリップフロップ２６がセット状態のときには電極４の引き上げ速度指令値（最大値）に基づいて電極４を急速に上昇させるようにして、例えばスクラップが電極４に接触する現象（山崩れ現象）によるこの交流アーク炉に流れる過電流の継続期間を最小限にし、炉用遮断器１がトリップするのを防止している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の交流アーク炉の電極昇降制御装置及び制御方法によると、山崩れ現象が多発するボーリング期（電極４が通流を開始し、スクラップに穴を掘るような状態）においてこのアーク炉には過電流が頻発し、電極昇降制御装置２０がこれを検知して電極４を急速に上昇させるので、その都度、電極４のアークが切れてしまう恐れがあった。
【０００８】
この発明の目的は、前述のボーリング期の過電流による電極４のアーク切れを防止し、このアーク炉の操業時間を短縮する電極昇降制御装置及び制御方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この第１の発明は、炉用遮断器を介して受電設備に接続された炉用変圧器の二次側に設けられた電極を昇降させることにより炉内のスクラップを溶解させる交流アーク炉の電極昇降制御装置において、
前記炉用変圧器の一次側の無効電力の検出値の所定の周期毎の平均値を求める平均値演算回路と、平均値演算回路により求めた前回の周期の平均値と今回の周期の平均値との偏差の絶対値を演算する絶対値演算回路と、前記絶対値が所定の値を越えたときに動作する第１の比較回路と、第１の比較回路が動作したときに起動し、該動作している期間が所定の時限以上になると動作する第１のタイマと、第１のタイマが動作したときにセットされ、第１の比較回路が不動作のときにリセットされる第１のフリップフロップと、前記炉用変圧器の一次側の電流の検出値が所定の値を越えたときに動作する第２の比較回路と、前記炉用変圧器の一次側の電流の検出値が所定の値に達していないときに動作する第３の比較回路と、第２の比較回路が動作し、且つ第１のフリップフロップがセット状態のときに動作するアンド回路と、アンド回路が動作したときに起動し、該動作している期間が所定の時限以上になると動作する第２のタイマと、アンド回路が動作したときにセットされ、第２のタイマが動作したときにリセットされる第２のフリップフロップと、第２のタイマが動作したときにセットされ、第３の比較回路が動作したときにリセットされる第３のフリップフロップと、前記電極のアーク電圧の検出値とアーク電流の検出値とに基づいて、該電極を昇降させる速度指令値を出力するアーク状態演算回路と、第２のフリップフロップがセット状態のときには前記電極の零速度指令値を選択し、第３のフリップフロップがセット状態のときには前記電極の引き上げ速度指令値を選択し、第２，第３のフリップフロップが共にリセット状態のときにはアーク状態演算回路の出力を選択して出力する指令値選択回路と、指令値選択回路の出力に基づいて、前記電極を昇降または停止させる昇降制御回路とを備える。
【００１０】
また第２の発明は、炉用遮断器を介して受電設備に接続された炉用変圧器の二次側に設けられた電極を昇降させることにより炉内のスクラップを溶解させる交流アーク炉の電極昇降制御方法において、
通常は前記電極のアーク電圧の検出値とアーク電流の検出値とに基づいて該電極の昇降を制御し、前記炉用変圧器の一次側の無効電力の変動量の絶対値を求め、該絶対値が所定の値を越えている期間が所定の時限を経過し、且つ前記炉用変圧器の一次側の電流が所定の値を越えているときには前記電極をその位置で停止させる。
【００１１】
この発明は前記山崩れ現象が発生すると、その結果の過電流と電極までの機器および配線経路のインダクタンスなどにより無効電力の変動量が大きくなることに着目し、この無効電力の変動量の絶対値を求め、該絶対値が所定の値を越えている期間が所定の時限を経過し、且つ前記炉用変圧器の一次側の電流が所定の値を越えているときにはボーリング期と判定して、この期間では該電極をその位置で停止させることで、電極のアーク切れを防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の交流アーク炉の構成例を示す回路図であり、図３に示した従来の構成と同一機能を有するものには同一符号を付している。
すなわち図１の構成においては従来の電極昇降制御装置２０に代わる電極制御装置３０と、炉用変圧器３の一次側の電圧を検出する計器用変圧器９（以下、単にＰＴ９と称する）と、ＰＴ９の検出値とＣＴ２の検出値とからこのアーク炉の無効電力を検出する無効電力検出器１０とを備えている。
【００１３】
図２は、図１に示した電極昇降制御装置３０の詳細回路構成図であり、図３に示した従来の構成と同一機能を有するものには同一符号を付している。
すなわちこの電極昇降制御装置３０にはアーク状態演算回路２１、整流回路２２，第２の比較回路としての比較回路２３、第３の比較回路としての比較回路２４、昇降制御回路２８の他に、平均値演算回路３１と、絶対値演算回路３２と、第１の比較回路としての比較回路３３と、第１のタイマとしてのタイマ３４と、第１のフリップフロップとしてのフリップフロップ３５と、アンド回路３６と、第２のタイマとしてのタイマ３７と、第２のフリップフロップとしてのフリップフロップ３８と、第３のフリップフロップとしてのフリップフロップ３９と、フリップフロップ３８がセット状態のときには電極４の零速度指令値を選択し、フリップフロップ３９がセット状態のときには電極４の引き上げ速度指令値（最大値）を選択し、フリップフロップ３８，３９が共にリセット状態のときにはアーク状態演算回路２１の出力を選択して昇降制御回路２８に出力する指令値選択回路４０とを備えている。
【００１４】
図１，図２に示した交流アーク炉の電極昇降制御装置３０の動作を以下に説明する。
指令値選択回路４０によりアーク状態演算回路２１の出力が選択される通常時のインピーダンス制御は先述の従来例と同様である。
次に前記山崩れ現象が発生すると、その結果、先述の如く無効電力の変動量が増大する。すなわち無効電力検出器１０の検出値の例えば０．１秒間隔でサンプルした値の１秒周期毎の平均値を平均値演算回路３１で求め、求めた前回の周期の平均値と今回の周期の平均値との偏差の絶対値を絶対値演算回路３２で演算し、演算された絶対値が予め計測された偏差の最大値の２０％程度の値を越えたことを比較回路３３で検知し、比較回路３３が動作したときに起動し、該動作している期間が所定の時限（２秒程度）以上になるとタイマ３４が動作し、タイマ３４が動作したときにフリップフロップ３５がセット状態となる。
【００１５】
フリップフロップ３５がセット状態中に、この交流アーク炉に流れる電流が所定の値（定格電流の１１０％程度）を越えていることを比較回路２３が検知すると、アンド回路３６が動作してフリップフロップ３８がセット状態となり、指令値選択回路４０により電極４の零速度指令値を選択し、昇降制御回路２８を介して電極昇降装置８を構成する電動機は零速度を保ち、電極４はその位置で停止をする。
【００１６】
すなわちボーリング期に次々と発生する山崩れ現象中に、これを検知して電極４をその位置で停止させると、電極４に接触したスクラップの周辺の溶解により、このときの山崩れ現象が解消され、比較回路２４を介してフリップフロップ３８がリセット状態となり、通常のインピーダンス制御に切り替わり電極４のアーク切れが防止される。
【００１７】
また、アンド回路３６が動作中に、タイマ３７が３秒程度の時限を経過すると、フリップフロップ３９がセット状態となり、指令値選択回路４０により電極４の引き上げ速度指令値（最大値）に基づいて電極４を急速に上昇させるようにして、この交流アーク炉に流れる過電流の継続期間を最小限にし、炉用遮断器１がトリップするのを防止している。
【００１８】
【発明の効果】
この発明によれば、ボーリング期に山崩れ現象が発生したことを検知し、この期間では電極をその位置で停止させることで、このとき従来行っていた電極の急速な引き上げによる電極のアーク切れを防止し、このアーク炉の操業時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示す交流アーク炉の回路構成図
【図２】図１の部分詳細回路構成図
【図３】従来例を示す交流アーク炉の回路構成図
【図４】図３の部分詳細回路構成図
【符号の説明】
１…炉用遮断器、２…ＣＴ、３…炉用変圧器、４…電極、５…炉体、６…電流検出器、７…電圧検出器、８…電極昇降装置、９…ＰＴ、１０…無効電力検出器、２０…電極昇降制御装置、２１…アーク状態演算回路、２２…整流回路、２３，２４…比較回路、２５…タイマ、２６…フリップフロップ、２７…指令値選択回路、２８…昇降制御回路、３０…電極昇降制御装置、３１…平均値演算回路、３２…絶対値演算回路、３３…比較回路、３４…タイマ、３５…フリップフロップ、３６…アンド回路、３７…タイマ、３８，３９…フリップフロップ、４０…指令値選択回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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