、第二章 基本规定第2.0，1条，本条规定的电热装置对供电可靠性的要求是根据电热装置的性质提出的,主电源突然停止供电一般不致引起重大设备损坏和造成人身伤亡的危险，但将造成减产或产生废品 因此宜根据电热装置的种类，用途和容量大小的不同分别列入第二级或第三级负荷、对生产性质重要的电炉.如炼钢车间电弧炉和大型矿热炉等.由于国民经济 国防及科学技术发展的需要。优质合金钢，有色金属和化工原料的生产对国民经济有重要作用 这种电炉停产所造成的损失及带来的影响均较重大,一，电弧炉及矿热炉按目前使用情况可以分两种类型，为供主要生产 或大量生产。的电弧炉。如炼钢车间电弧炉、大型铁合金炉等应列为第二级负荷。根据调查.炼钢电弧炉当供电系统主回路发生故障时应能保持或尽快地恢复供电，如短时间停电.一般10min以内 在熔化期、氧化期影响不大.只增加电耗。而在还原期对钢水成分及出钢温度有影响,如较长时间停电。尤其钢水已熔化后将会产生钢水凝结 损伤炉衬，使大量合金钢报废.停工减产及人力的浪费.因此对设备及生产带来严重影响.对大型的矿热炉 如所调查的X，X铁合金厂和X.X铁合金厂的铁合金炉运行经验，如中断供电6、8h、在采取适当措施情况下不致造成重大事故，但由于停电所造成减产的损失很大、如X.X铁合金厂三车间在一次停电事故中减产铁合金83t、另一类如修铸用的电弧炉。小型冶炼铁合金矿热炉等应属于第三级负荷。二,装在连续生产线上感应炉，电阻炉及加热器应属于第二级负荷.三,对于其他的感应炉.电阻炉，各种加热器等应属于第三级负荷。以上负荷分级是指单台电热装置。对数台大型电热装置的供电、例如特殊钢厂等,当突然停电给国民经济带来严重损失者.根据国内冶金，化工,机械等行业工厂的实际情况和目前国内电网的供电水平宜按第一级负荷考虑 对于电热装置的辅助电源，如冷却水泵，炉体传动机械等的电源。等级应根据突然停电引起事故的性质而定,必要时得设置备用电源 第2 0。2条一，电炉短网的特点是电流大.外形复杂 环境恶劣。X X电石厂电石炉的额定电流为88100A，40t炼钢电弧炉的额定电流为27700A,虽然短网长度不大 但是其电阻尤其是电抗对电炉工作好坏有很大影响 在很大程度上决定了电炉的效率和功率因数 因此减小电炉短网的阻抗是提高电炉功率因数和降低电能损耗的关键之一、二、XX钢厂11号炉.10t炉，提高变压器使短网缩短、一天多出20t钢.XX钢厂1号炉将变压器移近电炉放在两个柱子的中心,缩短硬铜母线约2m，并缩短软电缆 改造后三个月每吨钢节约用电36kWh，XX砂轮厂将由一台3150kVA变压器供电的5台固定式碳化硅炉改成移动式炉缩短了短网。原来最远一台功率因数为0 7、现在均提高为0 85,三。XX钢厂50t炼钢电弧炉、XX重机厂40t炼钢电弧炉均采用1Crl8Ni9T磁性钢作支撑结构材料。采用石棉水泥块作硬母线夹衬材料 国内很多10t及以下电炉采用油浸木材作为低压母线横担及母线夹板，低压母线穿墙夹板一般采用石棉水泥板，有的工厂由于母线夹板采用铁螺栓因涡流发热而将母线木夹板燃烧 后改用铜螺栓才解决问题，四 XX重机厂100t电渣重熔炉低压母线离钢结构太近使钢结构发热.后用钢板制成水套来屏蔽降温 XX铁合金厂电炉母线的吊挂结构亦常产生发热现象.XX重机厂10t电炉变压器的三角形接线由于离变压器空载调压开关油箱太近使油箱发热 上部钢板鼓起.后将三角形接线改接远离油箱此现象才消失,因此应尽量避免在大电流母线附近有导磁性结构,钢结构支架等，XX钢厂50t炼钢电弧炉变压器室短网出墙处面墙3000mm、2500mm。顶板3000mm 2500mm不用导磁钢筋以防发热、五.在大电流附近的磁性材料中的能量损耗及发热温度计算参见有关文献或手册，第2、0、3条,电热装置的联锁一般可以分为下列三种类型、一 保证电炉辅助机械的安全操作和操作顺序正确性的联锁，由于电热装置的结构型式不同 传动方式不同.所采用的联锁关系亦不同、此条仅提出一般的原则上的规定,对炼钢电弧炉来说有炉盖旋转与炉盖提升的联锁。倾炉极限.炉盖提升和旋转极限.倾炉时电极上升到一定位置的联锁等、真空电炉与真空度的联锁 电渣炉的快慢速转动电动机之间的联锁，二，操作断路器之间以及操作断路器与电炉辅助机械之间的联锁、包括操作断路器与隔离开关的联锁，星.三角转换开关之间的联锁 空载电压切换装置与操作断路器的联锁和操作断路器与炉体传动机械的联锁等 三,电压在1000V以上的配电装置及带电体的保护门当电压切除时才允许打开的联锁。联锁以少而精为原则尽量不要过多设置、以免造成运行维护检修上的不便 第2。0 4条,本条规定对工作环境较恶劣的炼钢电弧炉和矿热炉更有必要.如X钢二厂炼钢电弧炉 XX钢厂三炼钢分厂炼钢电弧炉将仪表和控制电器装在炉前的控制屏上，受到钢液的喷溅.使多数表计失灵，同时炉前温度高达40.50。操作工人无法在屏前操作。XX钢厂三炼钢分厂将控制屏改变角度并加了一个铁皮棚、但不能彻底解决问题 又如X钢五厂的炼钢电弧炉炉体传动机械的控制器直接装在电炉旁 经常受到吊车吊挂钢锭的撞击而损坏 由于电炉车间的烟尘侵蚀使电炉的电度表 记录表计及自动控制系统中的元件失灵和特性恶化现象很多,所以电热装置的继电保护设备，测量仪表、控制电器及导线的装设应能便于进行操作,监视及维修，并应避免使其受辐射热，受潮，受电磁感应，受撞击及积聚灰尘 第2,0，5条一 三根直径为d的铜管，中心距为d、水平排列则其边相电抗为.从上述计算中可以看出同平面布置的平行三相导体中间相的电抗小 这造成炉内功率转移,使短网电抗小的电极电弧电压高而导致炉衬损蚀快,为了减少炉内功率转移提高炉衬寿命。多相短网的配置应尽量使各相阻抗相等,二.XX挖掘机厂5t电弧炉和XX机车厂10t电弧炉硬母线采用三角形排列使各相电抗尽量平衡。国外,美国、日本等,很多采用硬母线。水冷电缆和电极握持器上水冷铜管均为三角形排列的布置,这样可使电弧炉的三相不平衡率为最小、从上式中可以看出同相导体尽量分裂以减小电抗值,d值大、X值小、异相导体尽量靠近，a值小、X值小,这是短网配置的重要原则之一、XX钢厂50t电弧炉水冷电缆中间两根电缆束靠得很近而边相的三根电缆束固定得较远、用减小边相电抗加大中间相电抗的办法来使三相电抗平衡.四、若在设计中对短网不采取平衡措施.在运行中便导致炉内功率转移、炉衬寿命短.例如XX钢厂20t电弧炉炉内功率转移.炉衬耗蚀不均、中间相炉壁损蚀快 后采取加大中间电流运行才解决问题,原苏联80t电弧炉也曾在运行时发现中间电抗小、后来不得不将电流按 IA、IB.Ic，0.9 1.0 0，9运行来解决 五。为减少集肤效应 母线束应尽可能增加周边长 增加母线的高度与厚度之比,一般矩形母线厚度不超过10。12mm.并且宽度与厚度之比约为20。1,母线间距宜为10。20mm 为减少集肤效应大电流母线可采用铜管。例如截面与矩形铜母线200，10相同的φ80,62铜管其K1 1，047，而矩形铜母线200.10的K1.1.35 即有效电阻仅为矩形母线的0，775。六、为减小短网电抗，短网排列一般采取以下措施，1，在变压器只有三个出线端子时。使各相母线尽量靠近、2,当采用多根母线时 应尽可能将不同相母线敷设成对称排列 3 当大型电弧炉变压器低压出线较多时.可采用同相往返电流排列 4，在电极上接成三角形使同相往返电流靠近减小阻抗.国内40t电弧炉短网采用这种在电极上接成三角形的接线方式、5，高功率和超高功率电弧炉的短网则要全部三角形布置或如三款所述修正平面布置，第2 0，6条.见第2.0,2条说明，第2，0、7条.见第2 0。2条和第2。0,13条说明。第2，0，8条 炼钢电弧炉和矿热炉在工厂中或在电力系统中都是很大的电能用户,直接影响到工厂的功率因数和电力系统的经济运行.尤其是炼钢电弧炉熔化期具有很大的冲击性无功功率、对系统的电压波动和无功功率平衡极为不利 电炉容量愈大由于其短网电抗的增加功率因数愈低，高功率炼钢电弧炉和超高功率炼钢电弧炉由于其运行点往右.其功率因数较低,超高功率电弧炉的功率因数约为0。65,0，85 在电弧炉运行短路时,其功率因数仅为0，2、0.3,提高炼钢电弧炉的功率因数可采用并联电容器补偿,但电弧炉产生的高次谐波电流会损坏电容器.宜采取措施来防止.炼钢电弧炉和矿热炉的功率因数补偿装置一般装在附近供电的馈电变电所或配电所内 感应电炉的功率因数很低.无芯感应电炉都是在电炉近旁采用电容器补偿、第2 0 9条、电力电容器的容抗Xcn为.故当频率fn增加时、容抗Xcn成比例地减小、换句话说n次谐波的容抗为基波容抗的1.n、所以当系统中有高次谐波时电力电容器非常容易过负荷.甚至烧损。在电力网中并联电力电容器时容易使系统的电压和电流波形畸变加剧.高次谐波电流增加而发生电力设备烧损或噪声严重，在电容器接入前系统的n次谐波阻抗为Zcn.n次谐波电压为Vsno,若电容器Zcn接入后、其谐波电流为.一般系统Zsn为电抗性.故Zcn为电容性、投入后谐波电流便扩大，若针对n次谐波Zcn为电抗性便可防止这一情况的发生。为此与电容器串联一个合适的电抗使在n次谐波时这个组合Zcn为电抗性,则可防止在电容器接入后谐波电流的增大,例如在一般电力系统中5次谐波最严重.则当串联电抗器的感抗与电力电容器的容抗相等时、故采用4,的电抗器则成5次谐波的谐波滤波器。这是交流电力滤波器的基本原理.为了使电力电容器可靠地运行。与电抗器串联后Xnc为电抗性则可避免上述谐波电流放大 故在国内.国际上一般采用6 的电抗器为标准的电容器串联用电抗器，若系统中接有电弧炉，则产生大量的3次谐波，为使3次以上的谐波为电抗性、故一般采用13、的串联电抗器接成3次谐波电力滤波器。用于电力滤波器的电容器由于大量流入高次谐波电流、损耗发热增加、由于串联电抗器而使端子电压升高，所以在选择这类电容器的额定值时必须考虑运行时的过电压和过负荷问题、在电力系统中接用容量较大的电力电容器时。应避免产生系统高次谐波谐振 在下列方程中n为整数时.电容器将在n次谐波下谐振，第2 0,11条.电热装置有些电气部分是用水进行冷却的，例如炼钢电弧炉电极握持器上的导电铜管.水内冷母线,水冷软电缆、变压器油水冷却器，电磁搅拌的水冷定子绕组和感应电炉的水内冷感应线圈等，若水冷却系统发生故障.短时间内就会发生事故、因此需要随时对冷却系统工作状况进行监视，或装设报警及保护设备,使得在发生故障时能及时采取措施，必要时应分断电热装置的供电或用其他措施确保安全.第2,0，12条、自然界的水均有一定导电性能 当采用这些水来冷却导电体时。冷却系统的出水口对地就有一定的电位,当这些电位超过安全范围时就应采取降低电位的措施,如X钢五厂一车间5t电弧炉4000kVA水内冷变压器出线端的出水口接有1m长的塑料管。在塑料管出水端测得对地电压为40V。当将出水端加以接地措施后对地电压就消失 当水冷导电体与金属给排水管之间用绝缘管联接时，绝缘管的内径与长度应选择合适、使得每根绝缘管内的水保持一定的泄漏电流 以保证绝缘管与金属水管联接处的电位不超过允许值 一般允许泄漏电流为I.20mA 故当在已知水冷却导电体的对地电压。绝缘管内截面和冷却水电阻率时可按下式计算绝缘管的长度 l区。通常无反应,2区,通常无病理效应,3区、通常预期无器官损害，肌肉收缩和呼吸困难程度.可逆的心脏脉冲形成和传导干扰包括无心室纤维颤动的心房纤维性颤动和暂态心脏停跳随电流增加,时间增加而加剧 4区 除3区效应之外、心室纤维性颤动概率5 及以下，曲线C2。50。及以下。曲线C3，超过50。超过曲线C3，随着电流大小和时间而加剧 可能发生诸如心脏停跳，严重烧伤的病理生理效应，频率大于100Hz交流电流的效应 频率系数为该频率有关生理效应的门限电流与50 60Hz门限电流之比。注.感知,摆脱和心室纤维性颤动的频率系数不同，频率50Hz至1000Hz感知电流的频率系数从1、0增至2.1、频率1000Hz至10000Hz感知电流的频率系数从2、1增至12.频率50Hz至1000Hz摆脱电流的频率系数从1，0增至1 64。频率1000Hz至10000Hz摆脱电流的频率系数从1，64增至5,1、频率50Hz至1000Hz心室纤维性颤动的频率系数从1。0增至14，第2,0,13,2，0，15条一，电热装置很多都是单相的。几个千瓦的电阻炉，大至近万千瓦的石墨化炉.采用单相供电对电热装置本身工作没有影响.但对交流三相供电电源当单相容量较大时用单相供电影响到供电系统平衡问题。这种情况尤其在电网容量较小的情况下是不允许的，应根据具体情况进行计算确定。二.在三相供电网路中接用单相负荷不平衡产生下列情况、1。使发电机利用率下降,因三相发电机供电能力为、3UI,而单相负荷最大为UI，因而设备利用率为,单相不平衡负荷给其他三相负荷带来不平衡的三相电压，3，三相交流发电机负荷电流不平衡。其负序电流在转子回路及转子表面产生2倍周波数的电流使发电机电压波形恶化,转子本身尤其转子表面温度升高，同时产生2倍周波数的震动使发电机械震动增加 4，三相感应电动机当流经负序电流时 产生反转磁场、使出力力矩减少并严重发热。5.变压器的三相负荷不平衡不仅使负荷较大的一相线圈绝缘过热导致寿命缩短,而且还会由于磁路不平衡.大量漏磁流经箱壁使箱壁严重发热。三，不平衡允许标准、1，我国现行标准 电机基本技术要求。GB755 81 规定,对于交流电动机 电源电压为实际对称系统.对于交流发电机其所供电回路为实际对称，并在其附录名词术语中说明。在多相电压系统中 如电压的零序和负序分量均不超过正序分量的2,即称为实际对称的电压系统,由对称的电压系统所供电的回路中，如电流的负序分量和零序分量均不超过正序分量的5。即称为实际的对称回路.在该标准中规定了同步电机承受不平衡负载的能力 如表2所示。四、国内不少大型的单相电热装置是用单相供电的.例如XX炭素厂和201厂7500kVA石墨化炉 205厂8820kVA石墨化炉，工艺过程允许用直流加热 将单相负荷由三相交流整流后以直流供电，XX汽车厂有10多台3000kVA工频感应电炉在高压侧装有倒相装置 使在运行时均匀分接到三相上，这样最坏的情况下只出现一台单相负荷 经计算其负序电流仅0。85.投产后电网运行良好。五.当单相电热装置以单相供电。而电网条件不允许时应采取平衡措施以三相供电，国内一般增设平衡电抗和平衡电容来解决.平衡条件是功率因数为1B寸平衡装置的电抗及电容量为、由此可见采用三相供电需增加平衡电抗器和平衡电容器 使投资增加 操作复杂，因此在电网条件允许时可采用单相线电压供电。六。负序电流的测量可采用负序电流表.我国已于1984年开始生产负序电流表.第2.0,16条一,随着现代化的发展。晶闸管的广泛采用并大型化 炼钢电弧炉和电气铁道迅猛增加，这些电气设备的电压,电流具有非线性的特点,由于正弦电流畸变导致电网电压波形畸变。这种畸变波形危害电网中的电气设备，引起了高次谐波的问题.二、高次谐波的危害、较低次的高次谐波主要危害是使电力系统中的电气设备温度上升 设备容量降低 保护继电器、控制设备产生误动作,较高次的高次谐波电流使弱电回路，通讯回路产生杂音导致感应故障。1.电容器和电抗器 由于流入过大的高次谐波电流产生振动,噪声或过热烧损、2、变压器、由于高次谐波电流.屯压、铁损。铜损增加.以及由于高次谐波电流产生铁芯磁致伸缩而发生噪声，3 荧光灯，由于流入高次谐波电流过大 使提高功率因数用的电容器和扼流线圈过热烧损，4、感应电动机 铁损，铜损等电力损耗增加.以及按高次谐波电流发生固定数的振动力矩.因而引起转速的周期变动，5。音响设备.收音机,电视机。扩大机、杂音.图象闪烁以及由于高次谐波电压使二极管、三极管、电容器等元件损坏,寿命缩短。性能变坏，6、电子计算机,由于电源被扰乱而产生误动作,7、各种控制设备.整流器，由于控制信号产生偏移而误控制，8.计器用变量器，由于初相位有误差、δtanφ、φ为晶闸管相位控制等控制电流的相位冒角，影响使测定准确度恶化、9，积算电度表,由于流入高次谐波太大使电流线圈烧损和造成误差、10，用户设备集中控制装置,由于控制信号扰乱 使接受讯号设备失误不动作，11，继电器 由于高次谐波电流或电压使正定值超过或由于相位变化误动作或不动作 12，电力熔断器。由于高次谐波电流过大而误熔断,13，断路器 由于高次谐波电流过大而误动作,受高次谐波危害的电力设备中、电力电容器和其配套的电抗器为最多 约占受危害电力设备的70。电容诸如电缆，功率因数补偿设备,滤波回路等影响谐波频率的系统阻抗在不利的条件下,三，国内外高次谐波限值标准 在电力系统中.为了防止高次谐波的危害。国内外都制订了高次谐波的限值标准，特别是针对高压配电系统以电压正弦波畸变为基准尺度的较多 现将各国的高次谐波限值标准分别叙述如下,1,英国、英国电力局技术标准G5，3有关电压畸变率限值如表4所示,表11中所列谐波电流限值是50Hz额定电压200V至260V的单相设备。其各次谐波频率的基准阻抗等于 0.4 jn0。25.Ω,n为谐波次数、按表12所列谐波电压限值推导而得 五 电热装置产生的高次谐波。1.炼钢电弧炉，由于电弧的非线性特性，并由于废钢和电极端头的相对位置变化频繁 电弧电流变化剧烈，并时常发生短路或断弧，电弧电流不仅含有各次高次谐波.名次高次谐波的幅变化亦非常快、我们曾对国内0，5t至50t的炼钢电弧炉进行现场高次谐波测定,其结果与国外测定结果类似.一般具有下列特征。1.电流波形一次侧、二次侧均畸变严重、两者波形类似 2，一次侧电压波形近于正弦，二次侧电压波形畸变严重，3、熔化期比精炼期波形畸变严重,但精炼期波形畸变也不能忽视 瑞典ASEA公司发表的50t炼钢电弧炉高次谐波电流如表15所示。静止型无功功率补偿装置SVC中已装设高次谐波过滤装置后在不少场合还是一个高次谐波源、表18为一个实测例.国际电热学会UIEiO发表，此时,该次谐波相应的阻抗为零.理论上能完全吸收该次谐波，但实际上R不等于零。系统周波数变动.L值。C值由于温度或电流变动而特性变化故不可能完全过滤。防止系统谐振一般谐波过滤装置在特定的谐波次数设计成感抗性。以免造成系统谐振，国内外抑制炼钢电弧炉产生的高次谐波一般采用这种LC串联的谐波过滤装置。由于炼钢电弧炉3次谐波最严重、故采用X1.13.的3次谐波过滤装置最多.也有国家在大型电弧炉中采用几个谐波次数不同的谐波过滤装置和一个LR并联后再与C串联的高次谐波过滤装置，电力高次谐波过滤装置对工频起补偿无功功率提高功率因数的作用 对特定的n次谐波 起谐波过滤作用,此外国外目前已有能动型谐波过滤装置.ActiveFilter.国内亦在研制 能动型谐波过滤装置的原理是畸变波可以分解成正弦波分量和畸变波分量,根据畸变波的畸变分量能动地提供一大小相同，方向相反的波形、畸变波和能动型谐波过滤装置产生的波相加即成正弦波形.由于GTO晶闸管的出现并采用PWM，脉宽调制.控制方式使能动型谐波过滤装置在国外已成商品,其主要优点是设置一台能动型谐波过滤装置能过滤畸变波的各次谐波,很有发展前途、第2。0、17条，由于电炉变压器室内的电气设备比一般电气设备需更多 更经常的维修工作。为了维修工作需要,参考了国外的有关国家标准和国内的现实情况制定了这条规定。第2,0，18，2,0，20条，由于电热装置的电流频率种类多.并且电流数值大,所用导体规格也多 导体的绝缘支持、母线间的衬垫和夹紧固定的金属部件以及绝缘电阻和绝缘净距离等、过去缺乏这方面的规定，给设计带来不少困难。为此参考了国外有关国家标准和国内现实情况制定了这条规定