(57)【要約】【課題】、非接地系の電源回路において、熱処理炉内に設置される外皮付き電気ヒータの外皮内に堆積する酸化スケールによる２相地絡を、外皮の溶損前に検出できる外皮付き電気ヒータの外皮溶損止方法を提供すること。【解決手段】外皮付き電気ヒータをデルタ結線した各相の電流値を電流検出器３により検出し、検出した電流を電流変換器４により例えば４〜２０ｍＡの出力に変換し、制御装置５に取り込む。制御装置５にて各相の電流の変化率を演算し、この変化率が事前に設定する変化率よりも大きくなった場合、リレー２を作動させ、過電流遮断器１により外皮付き電気ヒータへの電流を遮断する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接地系の電源回路における、熱処理炉内に設置され、デルタ結線する外皮付き電気ヒータの外皮溶損防止方法であって、外皮付き電気ヒータへの供給電源各相の電流変化率を検出し、この電流変化率が事前に設定する電流変化率よりも大きくなったことにより２相地絡の開始点を検出することを特徴とする外皮付き電気ヒータの外皮溶損防止方法。
【請求項２】
前記事前に設定する電流変化率を、２相地絡によるスパーク発生を検出できる値に設定する請求項１に記載の外皮付き電気ヒータの外皮溶損防止方法。
【請求項３】
２相地絡の開始点の検出を、外皮付き電気ヒータをデルタ結線するフィーダごとに行う請求項１または請求項２に記載の外皮付き電気ヒータの外皮溶損防止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼帯の熱処理炉内に設置され、鋼帯を加熱する外皮付き電気ヒータの外皮溶損止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼帯連続焼鈍炉の加熱帯あるいは均熱帯等の鋼帯の熱処理炉には、鋼帯を加熱するため、外皮付き電気ヒータが用いられている。このような高温の熱処理炉内で使用する外皮付き電気ヒータの絶縁特性は、雰囲気温度が一定値を超えると急激に低下する。また、耐酸化性の良い材料を使用していても、電気ヒータには酸化スケールが発生する。そして、経年により外皮内部に堆積した酸化スケールが、ヒータの収縮により一定個所に集積することがある。この状態で、炉温が例えば１０００℃の高温になると、地絡状態になる。非接地系の電源回路を使用している場合には、１相地絡状態では地絡電流は漏洩電流のみであるため、微少で検出もできないが、機器の損傷もない。しかし、この１相地絡の状態でさらに使用を継続している中で、地絡している相と異なる相の外皮付き電気ヒータが酸化スケール等により地絡し、２相地絡状態となることがある。この場合、相間短絡回路が形成されるが、この２相地絡電流は、通常の電流範囲のため、故障電流として認識できない。そして、ヒータと外皮との接触部の抵抗により、異常発熱し、外皮を溶損するに至る。さらに、溶損した外皮が炉内ロールに付着すると、製品鋼帯に不良が発生する。
【０００３】
図７に、従来技術によるヒータ用電気回路２５を示す。ヒータはデルタ結線されている。供給電源は、電気ヒータ用変圧器１６で、例えば３３００ｋＶから４４０Ｖへ降圧される。降圧後、電気回路は熱処理炉の複数のゾーンに対応して分岐する。図７では、Ｎｏ．１ゾーン２３およびＮｏ．２ゾーン２４の２つのゾーンに分岐している。各ゾーンにはそれぞれ遮断器１７、接地継電器１８、ヒータ用サイリスタ１９を設ける。そして、ヒータ用サイリスタ１９には、デルタ結線された複数のヒータ（Ｎｏ．１フィーダ２０、Ｎｏ．２フィーダ２１、Ｎｏ．３フィーダ２２）が接続されている。
【０００４】
図８（ａ）に、ヒータのデルタ結線図を示す。この図８（ａ）は、２フィーダ分の結線図の例を示し、各相間には５つのヒータが接続されている。図８（ｂ）は、１相地絡状態を示す。図８（ｂ）では、ＳＴ相間の１つのヒータが地絡している。また、図８（ｃ）は、２相地絡状態を示す。図８（ｃ）では、Ｎｏ．１フィーダ２０のＳＴ相間のヒータ１つおよびＮｏ．２フィーダ２１のＲＴ相間のヒータ１つが地絡している。２相地絡の場合、相間短絡回路が形成されるが、この２相地絡電流は、通常の電流範囲のため、故障電流として認識できない。そして、接地電流検出レベルを下げると、誤検出が頻発するため、地絡検出の応答性をあげる対策とはならない。
【０００５】
これに対して特許文献１には、接地系の電源回路において、ヒータ回路の外に、このヒータ回路とは電気的に独立した電源による副回路を設け、ヒータとアース間に一箇所でも短絡個所が生じた場合には前記副回路が電気的に短絡個所を通じて導通するように回路を構成し、短絡個所が生じた場合、ヒータ回路の短絡電流の立ち上がりよりも速くヒータ回路を遮断する技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、電気ヒータのゴミ、埃、油などによる短絡焼損を防止できる保護装置が開示されている。この特許文献２では、ヒータに流れる電流を検出する電流検出器を設け、何らかの異常により、この電流検出器が所定レベル以上の過電流を検出したとき、電気ヒータへの電流を遮断する。
【特許文献１】実開昭５２−１４２２３９
【特許文献２】特開平０９−１１９７１３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のとおり、外皮付き電気ヒータの外皮の内部では、経年により外皮内部に堆積した酸化スケールがヒータの収縮により一定個所に集積することがある。この状態で使用を継続すると、外皮付き電気ヒータおよび酸化スケールは高温で絶縁抵抗埴が急激に低下するため、地絡状態となる。１相地絡状態の場合、非接地系の電源回路を使用している場合には、このままの状態では地絡電流は漏洩電流のみであるため、微少で検出もできないが、機器の損傷もない。しかし、この１相地絡の状態でさらに使用を継続している中で、この地絡している相と異なる相の外皮付き電気ヒータが酸化スケール等により地絡状態となることがある。この場合、相間短絡回路が形成されるが、この２相地絡電流は、通常の電流範囲のため、故障電流として認識できない。そして、ヒータと外皮との接触部の抵抗により、異常発熱し、外皮を溶損するに至る。さらに、溶損した外皮が炉内ロールに付着すると、製品鋼帯に不良が発生する。
【０００８】
このような地絡電流による外皮の溶損を防止するためには、外皮の溶損をもたらす地絡の開始点を検出することが有用であり、上記特許文献１に記載されている技術は、接地系の電源回路を用いている場合には有用である、しかし、特許文献１の技術は、非接地系の電源回路には適用できない。また、上記特許文献２の技術は、地絡電流が通常の電流の範囲にある場合には、適用できない。
【０００９】
上記従来技術の問題点に鑑み、本発明の課題は、非接地系の電源回路において、熱処理炉内に設置される外皮付き電気ヒータの外皮内に堆積する酸化スケールによる２相地絡を、外皮の溶損前に検出できる外皮付き電気ヒータの外皮溶損止方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る外皮付き電気ヒータの外皮溶損防止方法は、非接地系の電源回路における、熱処理炉内に設置され、デルタ結線する外皮付き電気ヒータの外皮溶損防止方法であって、外皮付き電気ヒータへの供給電源各相の電流変化率を検出し、この電流変化率が事前に設定する電流変化率よりも大きくなったことにより２相地絡の開始点を検出することを特徴とするものである。
【００１１】
また、前記事前に設定する電流変化率は、２相地絡によるスパーク発生を検出できる値に設定することが好ましい。さらに、２相地絡の開始点の検出は、外皮付き電気ヒータをデルタ結線するフィーダごとに行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による外皮付き電気ヒータの外皮溶損防止方法を用いれば、熱処理炉内に設置され鋼帯を加熱する外皮付き電気ヒータにおいて、外皮内に堆積する酸化スケールによる２相地絡を外皮の溶損前に検出することができる。外皮付き電気ヒータの外皮の溶損が発生しないため、溶解した外皮が炉内ロール等に付着することによる鋼帯の不良を発生させることもない。また、２相地絡の検出を、外皮付き電気ヒータをデルタ結線するフィーダごとに行い、２相地絡の検出されたフィーダのみを遮断するようにすれば、２相地絡による加熱能力の低下も少なくて済む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明について図面に従って詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例を示す外皮付き電気ヒータのデルタ結線部の電源回路を示す。図２は、外皮付き電気ヒータを使用する連続焼鈍炉の構成を示す。図３は、外皮付き電気ヒータの断面を示す。図４は、外皮付き電気ヒータに生成する酸化スケールの絶縁抵抗値と雰囲気温度との関係を示す。図５は、外皮付き電気ヒータの絶縁特性と外皮温度との関係を示す。図６は、スパーク発生時の外皮付き電気ヒータの電流変化を示す。
【００１４】
本発明を適用する熱処理炉としての連続焼鈍炉は、図２に示すように鋼帯の入側から順に加熱帯６、均熱帯７および冷却帯８を備え、この連続焼鈍炉９の加熱帯６および均熱帯７に、図３に示すような外皮付き電気ヒータ１０が用いられている。外皮付き電気ヒータ１０は、耐酸化性の良い材料ＳＵＳ３１０Ｓ等の耐熱性を向上させた耐熱合金製の外皮１１で保護されている。外皮１１内の電気ヒータ１２は、ヒータ端子１３より給電され、碍子１４にて保持されている。この外皮付き電気ヒータ１０の絶縁特性は、雰囲気温度が一定値を超えると急激に低下する。また、外皮付き電気ヒータ１０は、ＮＣＨ系の耐酸化性の良い材料を使用していても、電気ヒータ１２には酸化スケール１５が発生する。
【００１５】
酸化スケール１５は高温になると絶縁抵抗値が急激に低下する。図４に酸化スケールの絶縁抵抗値と雰囲気温度との関係を示す。図４からわかるように、雰囲気温度が高くなくにつれ、酸化スケールの絶縁抵抗値が急激に低下し、雰囲気温度が８００℃を超える状況では、絶縁抵抗は０．０２ＭΩ以下になっている。また、図５に外皮付き電気ヒータ１０の外皮温度に対する絶縁特性を示す。絶縁特性としては外皮付き電気ヒータ１０の外皮１１とヒータ端子１３との間の絶縁抵抗を測定した。図５からわかるように、外皮付き電気ヒータ１０の絶縁特性は、外皮温度が１００℃から４００℃にかけて絶縁抵抗が急激に他下し、外皮温度が８００℃を超える状況では、絶縁抵抗は０．０２ＭΩ以下になっている。
【００１６】
本発明者等は、酸化スケールによる外皮付き電気ヒータの２相地絡時の電流と外皮溶損の状況を詳細に調査した。溶損した外皮付き電気ヒータから採取した酸化スケールを用いて、炉温を１０００℃に昇温後、２相地絡状態にすると、スパークが発生した。また、スパーク発生後１０〜１５秒にて、ヒータの外皮が溶損することが確認できた。そして、スパーク発生時、スパークの発生した外皮付き電気ヒータへの供給電流に急激な変化が発生することを見出した。図６にスパーク発生からスパーク終了までの、外皮付き電気ヒータのスパークの発生した相の電流の変化を示す。図６に示すように、スパーク発生時には、２〜３秒の間に２００〜３５０Ａの電流の急激な増加が見られる。
【００１７】
本発明は、上記知見に基づき、非接地系の電源回路において２相地絡によるスパーク発生時の電流の急激な増加をとらえ、外皮の溶損前に、地絡したヒータの電流を遮断するようにしたものである。具体的には、図１に示すように、外皮付き電気ヒータをデルタ結線した各相の電流値を、電流検出器３により検出する。検出した電流は、電流変換器４により、例えば４〜２０ｍＡの出力に変換し、制御装置５に取り込む。制御装置５にて各相の電流の変化率を演算し、この変化率が事前に設定する変化率よりも大きくなった場合、リレー２を作動させ、過電流遮断器１により外皮付き電気ヒータへの電流を遮断する。事前に設定する変化率は、２相地絡によるスパーク発生を確実に検出できるように、図６に示したようなスパーク発生時の電流変化率より小さく、かつ、非短絡時の電流変化率より大きい値に設定する。
【００１８】
このように本発明では、スパーク発生時のヒータ電流の急増を検出し、ヒータ電流を遮断するので、この段階では、外皮の溶損は発生していない。したがって、外皮付き電気ヒータの外皮の溶損が発生しないため、溶解した外皮が炉内ロール等に付着することによる鋼帯の不良を発生させることもない。また、上記方法による２相地絡の検出を、外皮付き電気ヒータをデルタ結線するフィーダごとに行い、２相地絡の検出されたフィーダのみを電流遮断するようにすれば、２相地絡による加熱能力の低減を２相地絡の発生部に限定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例を示す外皮付き電気ヒータのデルタ結線部の電源回路を示す。
【図２】外皮付き電気ヒータを使用する連続焼鈍炉の構成を示す。
【図３】外皮付き電気ヒータの断面を示す。
【図４】外皮付き電気ヒータに生成する酸化スケールの絶縁抵抗値と雰囲気温度との関係を示す。
【図５】外皮付き電気ヒータの絶縁特性と外皮温度との関係を示す。
【図６】スパーク発生時の外皮付き電気ヒータの電流変化を示す。
【図７】従来の電気ヒータ用電源回路を示す。
【図８】（ａ）はヒータのデルタ結線図を示し、（ｂ）は１相地絡の状態を示し、（ｃ）は２相地絡の状態を示す。
【符号の説明】
【００２０】
１  過電流遮断器
２  リレー
３  電流検出器
４  電流変換器
５  制御装置
６  加熱帯
７  均熱帯
８  冷却帯
９  連続焼鈍炉
１０  外皮付き電気ヒータ
１１  外皮
１２  電気ヒータ
１３  ヒータ端子
１４  碍子
１５  酸化スケール
１６  電気ヒータ用変圧器
１７  遮断器
１８  接地継電器
１９  ヒータ制御用サイリスタ
２０  Ｎｏ．１フィーダ
２１  Ｎｏ．２フィーダ
２２  Ｎｏ．３フィーダ
２３  Ｎｏ．１ゾーン
２４  Ｎｏ．２ゾーン
２５  ヒータ電気回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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