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電弧爐分類和工作原理？

1、電弧爐分類和工作原理

電弧爐是利用電弧能來冶煉金屬的一種電爐。工業上應用的電弧爐可分為三類：第一類是直接加熱式，電弧發生在專用電極棒和被熔煉的爐料之間，爐料直接受到電弧熱。主要用于煉鋼，其次也用于熔煉鐵、銅、耐火材料、精煉鋼液等。

第二類是間接加熱式，電弧發生在兩根專用電極棒之間，爐料受到電弧的輻射熱，用于熔煉銅、銅合金等。這種爐子噪聲大，熔煉質量差，已逐漸被其它爐類所取代。

第三類稱為礦熱爐，是以高電阻率的礦石為原料，在工作過程中電極的下部一般是埋在爐料里面的。其加熱原理是：既利用電流通過爐料時，爐料電阻產生的熱量，同時也利用了電極和爐料間的電弧產生的熱量。所以又稱為電弧電阻爐。

2、電弧爐的組成設備

1.爐用變壓器

電弧煉鋼用變壓器應能按冶煉要求單獨進行電壓電流的調節，并能承受工作短路電流的沖擊。

電爐變壓器額定電壓的選擇要考慮許多因素。若一次側電壓取高些，則系統電抗小，短路容量大，可減少閃變，但須增加配電裝置費用。若二次電壓高些，則功率因素較高，電效率較高，但電弧長，爐墻損耗快，綜合效率變低。

一般電爐變壓器二次側均為低電壓（幾十至幾百伏），大電流（幾千至幾萬安）。為保證各個熔煉階段對電功率的不同需要，變壓器二次電壓要能在50%~70%的范圍內調整，因此都設計成多級可調形式。調整方法有變換、有載調壓分接開關等。變壓器容量小于10MVA者，可進行無載切換；容量在10MVA以上者，一般應是有載調壓方式。也有三相分別設置分接頭裝置，各相分別進行調整，可以保障爐內三相熱能平衡。

與普通電力變壓器相比，電爐專用變壓器有以下特點：a.有較大的過負荷能力；b.有較高的機械強度；c.有較大的短路阻抗；d.有幾個二次電壓等級；e.有較大的變壓比；f.二次電壓低而電流大。

電爐變壓器和電弧爐的容量比一般為0.4~1.2MVA/t。電弧爐的電流控制，是由電弧爐變壓器高壓側繞組分接頭的切換和電極的升降來達到的。

電抗器

為了穩定電弧和限制短路電流，需要約等于變壓器容量35%的電抗容量，串入變壓器主回路中。大型電弧爐變壓器，本身具有滿足需要的電抗值，不需外加電抗器；而小于10MVA的變壓器，電抗不滿足要求，需在一次側外加電抗器。電抗器的結構特點是：既使通過短路電流，鐵芯也不發生磁飽和。

電抗器可裝在電爐變壓器的內部，稱為內附式；也可做成裝在變壓器外部的獨立電抗器，稱為外附式。電爐變壓器一般要串聯電抗器，使得變壓器短路阻抗和電抗器電抗之和達到0.33~0.5標準值（以電爐變壓器額定容量為基準）。

容量小于10MVA的電爐變壓器，有時在其高壓側裝有串聯電抗器，以降低短路電流和穩定電弧。對于較大容量的電爐變壓器，它本身的漏電抗已足夠大，不需再串聯電抗器。

高壓斷路器

煉鋼電弧爐對高壓斷路器的要求是：斷流容量大；允許頻繁動作；便于維修和使用壽命長。電弧電阻爐負載平穩，連續運行，常用多油或少油式高壓斷路器，煉鋼電弧爐斷路器經常跳閘，多選用六氟化硫斷路器、電磁式空氣斷路器、真空斷路器等。

2、電弧爐對電能質量的影響

電弧爐的冶煉過程分兩個階段，即熔化期和精煉期。在熔化期，相當多的爐內填料尚未熔化而呈塊狀固體，電弧阻抗不穩定。有時因電極都插入熔化金屬中而在電極間形成金屬性短路，并且依靠電爐變壓器和所串電抗器的的總電抗來限制短路電流，使之不超過電爐變壓器額定電流的2~3倍。不穩定的短路狀態使得熔化期電流的波形變化極快，實際上每半個工頻周期的波形都不相同。

在熔化初期以及熔化的不穩定階段，電流波形不規律，故諧波含量大，主要是第2、3、4、5、6、7次諧波電流。據西北電研院實測，第2、3、5次諧波電流含有率常達5%~6%及以上，嚴重時可達20%以上。但當某一次諧波電流達到很大值時，其他次諧波電流一般會是較小值。

電弧爐電極間電壓的典型值在100~600V范圍，其中電極壓降約為40伏，電弧壓降約為12V/cm、電弧越長壓降越大。在熔化期電弧爐的電壓變化大，最高和最低電壓可相差2~5倍。由于電弧爐負荷的隨機性變化和非線性特征，尤其在熔化期產生隨機變化的諧波電流，除了離散頻譜外、還含有連續頻譜分量。含偶次諧波，表明電弧電流的正、負半周期不對稱；含連續頻譜和間諧波，表明電弧電流的變化帶有非周期的隨機性。

在熔化期三相不平衡電流含有較大的負序分量。當一相熄弧另兩相短路時，電流的基波負序分量與諧波的等值負序電流可達正序的50%~70%。這將引起公共供電點的電壓不平衡，對電機的安全運行影響較大，尤其對大電機的影響更為嚴重。

實際上電弧爐最重要的影響還不是諧波問題，而是電壓波動和閃變。大型電弧爐會引起對電網的劇烈擾動，有的大型爐的有功負荷波動，能夠激起鄰近的大型汽輪發電機的扭轉振蕩和電力系統間聯絡線上的低頻振蕩。此類沖擊性負荷會引起電網電壓波動。頻率在6~12HZ范圍內的電壓波動，即使只有1%，其引起的白熾燈照明的閃光，已足以使人感到不舒服，甚至有的人會感到難以忍受。尤其是電弧爐在接入短路容量相對較小的電網時，它所引起的電壓波動（有時還包括頻率波動）和三相電壓不平衡，會危害連接在其公共供電點的其他用戶的正常用電

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