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技術 アーク炉から電源系統への有効電力負荷変動の伝達を抑制する方法及び装置

出願人 西川隆史
発明者 小田切徳蔵
出願日 1994年10月4日 (26年2ヶ月経過) 出願番号 1994-276952
公開日 1996年4月23日 (24年8ヶ月経過) 公開番号 1996-107633
状態 未査定
技術分野 交流の給配電 放電加熱 炉の細部、予熱、排出物処理(炉一般3)
主要キーワード 負荷検知装置 負荷吸収 水抵抗器 常用負荷 商用電力網 周波数変動幅 定常操業 負荷検出装置
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この項目の情報は公開日時点(1996年4月23日)のものです。
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図面 (4)

目的

アーク炉から電源系統への有効電力負荷変動の伝達を抑制する事により、アーク炉の急激で大幅な有効電力変動に対して、電源系統の周波数変動を抑制する事を目的とする。

構成

電源系統1から受電するアーク炉3とその有効電力負荷検出装置6及びサイリスタ制御装置を有し、アーク炉の有効電力負荷に対する余剰受電電力を吸収する緩衝負荷5を備える。

概要

背景

アーク炉定常操業中は、アーク長さの変動に伴って、常用負荷付近で繰り返される小幅定常負荷変動に加えて、全操業時間中に占める時間の割合は低いが、急激で大幅な非定常的負荷変動が起こる。

急激で大幅な非定常的負荷変動には、アーク開始時の無負荷から最大負荷までの急激な負荷上昇と、溶鋼取り出し時の常用負荷付近から無負荷への急激な負荷下等、アーク炉の操業上その発生が予知可能なものと、アークの短絡消滅等の異常により、負荷が常用負荷付近から無負荷または極く低負荷まで急減し、アーク炉の制御動作により、短時間内に、再び定常負荷復帰する、常用負荷付近と無負荷付近を短時間内に往復し、その発生が予知不能なものとがある。

従来の技術では、アーク炉の各種負荷変動は、そのまゝ電源系統に伝達される。前記予知可能な負荷変動に対しては、アーク炉の操業技術上の工夫により、その速度を減少する試みはなされているが、電源系統に伝達される負荷変動の大きさ・速度をアーク炉設備側で抑制する有効な手段はなかった。

概要

アーク炉から電源系統への有効電力負荷変動の伝達を抑制する事により、アーク炉の急激で大幅な有効電力変動に対して、電源系統の周波数変動を抑制する事を目的とする。

電源系統1から受電するアーク炉3とその有効電力負荷検出装置6及びサイリスタ制御装置を有し、アーク炉の有効電力負荷に対する余剰受電電力を吸収する緩衝負荷5を備える。

目的

本発明は、電源系統に伝達されるアーク炉の負荷変動を、電源系統の負荷追随能力範囲内に限定する事により、アーク炉の負荷に対して相対的に小規模な電源系統でも、大幅な急負荷変動に対して、周波数変動幅許容値以下に保つ方法及び装置を提供するものである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

アーク炉設備において、その有効電力負荷(以下「負荷」と呼ぶ)を検知し、負荷が、電源系統の負荷追随能力に対応して設定された設定負荷以上なら、負荷に見合った電力受電し、負荷が前記設定負荷以下なら、設定負荷に等しい電力を受電し、受電電力と負荷との差である余剰受電電力を、アーク炉に並列に接続された緩衝負荷が吸収する事により、電源系統からの受電電力を設定値に保つ、事とする負荷変動の電源系統への伝達を抑制する方法。

請求項2

アーク炉設備において、アーク炉の負荷検知装置を有し、負荷検知装置は、負荷が電源系統の負荷追随能力に対応して設定された設定負荷以下にある事を検知すると、受電電力を設定負荷値に保ち、余剰受電電力値サイリスタスイッチ制御装置に伝達し、サイリスタスイッチ制御装置は、余剰受電電力値に応じて、サイリスタスイッチの出力電圧を制御し、アーク炉に並列に接続された緩衝負荷はサイリスタスイッチの出力電圧に応じて余剰受電電力を吸収する事により、電源系統からの受電電力を設定値に保つ、事を特徴とする有効電力負荷変動の電源系統への伝達を抑制する装置。

技術分野

0001

本発明は、製鋼または鋳鍛造原料溶解用に利用される直接加熱アーク炉電力設備に関する。

背景技術

0002

アーク炉の定常操業中は、アーク長さの変動に伴って、常用負荷付近で繰り返される小幅定常負荷変動に加えて、全操業時間中に占める時間の割合は低いが、急激で大幅な非定常的負荷変動が起こる。

0003

急激で大幅な非定常的負荷変動には、アーク開始時の無負荷から最大負荷までの急激な負荷上昇と、溶鋼取り出し時の常用負荷付近から無負荷への急激な負荷下等、アーク炉の操業上その発生が予知可能なものと、アークの短絡消滅等の異常により、負荷が常用負荷付近から無負荷または極く低負荷まで急減し、アーク炉の制御動作により、短時間内に、再び定常負荷復帰する、常用負荷付近と無負荷付近を短時間内に往復し、その発生が予知不能なものとがある。

0004

従来の技術では、アーク炉の各種負荷変動は、そのまゝ電源系統に伝達される。前記予知可能な負荷変動に対しては、アーク炉の操業技術上の工夫により、その速度を減少する試みはなされているが、電源系統に伝達される負荷変動の大きさ・速度をアーク炉設備側で抑制する有効な手段はなかった。

発明が解決しようとする課題

0005

アーク炉の負荷に対して相対的に容量の小さい小規模電源系統は、与えられた大きさの急負荷変動に対する周波数変動幅許容値以下に抑える能力である負荷追随能力が小さいので、伝達される急負荷変動幅が大きいと、周波数変動幅を規定値以内に納めることが不可能な場合が生じる。更に、極度に小規模な電源系統に相当する自家発電の場合、急激な全負荷投入発電用原動機が追随できず、極度に周波数変動幅が大きい場合に相当する原動機失速、停止が懸念され、現状では、アーク炉専用自家発電の例はない。

0006

本発明は、電源系統に伝達されるアーク炉の負荷変動を、電源系統の負荷追随能力範囲内に限定する事により、アーク炉の負荷に対して相対的に小規模な電源系統でも、大幅な急負荷変動に対して、周波数変動幅を許容値以下に保つ方法及び装置を提供するものである。

課題を解決するための手段

0007

本発明は、上述の課題を解決するための方法及びその方法を実施するための装置について以下のように構成される。すなわち、方法に関しては、アーク炉設備において、その負荷を検知し、負荷が、電源系統の負荷追随能力に対応して設定された設定負荷以上なら、負荷に見合った電力受電し、負荷が前記設定負荷以下なら、設定負荷に等しい電力を受電し、受電電力と負荷との差である余剰受電電力を、アーク炉に並列に接続された緩衝負荷が吸収する事により、電源系統からの受電電力を設定値に保つ、事により構成される。

0008

その装置に関しては、アーク炉設備において、アーク炉の負荷検知装置を有し、負荷検知装置は、負荷が電源系統の負荷追随能力に対応して設定された設定負荷以下にある事を検知すると、受電電力を設定負荷値に保ち、余剰受電電力値サイリスタスイッチ制御装置に伝達し、サイリスタスイッチ制御装置は、余剰受電電力値に応じて、サイリスタスイッチの出力電圧を制御し、アーク炉に並列に接続された緩衝負荷はサイリスタスイッチの出力電圧に応じて余剰受電電力を吸収する事により、電源系統からの受電電力を設定値に保つ、ように構成される。

0009

こゝで、電源系統が周波数変動幅を許容範囲内に保ち得る負荷変動幅の絶対値の、最大負荷Pmに対する百分比を、電源系統の固有の負荷追随能力δと定義すると、最大負荷Pm以下δPmの範囲は負荷追随可能範囲となるので、その下限Pc=(1−δ)Pmを負荷追随下限として、前記設定値とする。アーク炉の常用負荷Pnが、負荷追随可能範囲内にあるような電源系統とアーク炉の組み合わせに対して前記方法及び装置を適用するものとする。

0012

負荷PLが常用負荷Pn付近で負荷追随範囲内で変動するときは、アーク炉設備はPLだけ受電し、従来の技術と同様に、負荷変動は電源系統にそのまゝ伝達される。負荷PLが設定値である追随限界Pc以下に低下した場合について図2によって説明すると、このとき受電電力PSはPcで一定とし、負荷PLに対する余剰電力Pc−PLは、緩衝負荷で吸収される。このとき、サイリスタスイッチの高速応答性のために、受電電力PSが過渡的にも設定値Pc以下となる事は実用上ない。

0013

従って、負荷PLが、常用負荷Pnから負荷追随範囲以下の低負荷Pbまで低下した場合の負荷変動(Pn−Pb)の内、負荷追随能力範囲内にある(Pn−Pc)だけが電源系統に伝達され、(Pc−Pb)は緩衝負荷に吸収される。

0014

また、図3には、一旦Pbに低下した負荷が常用負荷Pnに回復する場合が示されている。この場合は、負荷がPcを超える事により、負荷変動の内(Pc−Pb)は緩衝負荷による負荷吸収を停止する事により処理され、電源系統に伝達される負荷変動は、やはり(Pn−Pc)となる。

0015

以上により、電源系統には、静的にも動的にも常にその負荷追随能力範囲内の負荷変動だけが伝達される事になるので、周波数変動幅Δωの絶対値は、図2及び図3実線で示すように、規定値Δωp以下に抑えられる。

0016

アーク炉を部分負荷運転する場合には、設定負荷Pcを低く設定すれば、最大負荷をPc+δPmとして運転できる。また、起動にあたっては、設定負荷Pcを低負荷から徐々に上げて行く事により、炉の起動前の受電準備が行える。

0017

直流アーク炉の場合は、サイリスタスイッチ4及び緩衝負荷5を直流回路部に接続し、有効電力として直流電力を検知する事もできる。

0018

緩衝負荷は抵抗負荷とし、電極に発生するジュール熱を水に吸収させる水抵抗器を利用すれば、構造簡単で低コスト化できる。

0019

また、緩衝負荷による吸収余剰受電電力の有効利用のために、緩衝負荷を電気ヒーターとし、電気ヒーターの発生熱を原料の予熱に利用する事ができる。アーク炉の排ガスを利用した予熱装置を設ける場合には、電気ヒーターを排ガス利用予熱装置に併設する事ができる。

0020

アーク炉に関する電源系統の負荷変動幅を常に電源系統の負荷追随能力範囲内に保つ事ができるので、アーク炉の規模に対して相対的に小容量の商用電力網の周波数変動幅を与えられた規定値以下に保つ事ができる。その結果、従来設置できるアーク炉の容量に制限があったり、全く設置できなかった商用電力網の規模が小さい地域でも所望の容量のアーク炉設備を設置できる。

0021

また、商用電力網の規模が負荷より小さく、自家発電以外に電源が得られない場合、保安電源として自家発電を設置したい場合、更に自家発電が経済的に有利あるいは商用電力網のピークカットに適した場合には、アーク炉の容量に最適な規模の自家発電装置を設置できる。

発明の効果

0022

図1システム構成の一実施例を示すものである。
図2負荷低下の場合の本発明の作用を説明するものである。
図3負荷上昇の場合の本発明の作用を説明するものである。

0023

1電源系統
2アーク炉設備
3 アーク炉
4サイリスタスイッチ
5緩衝負荷
6有効電力検知装置

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