一种基于漏电安全的电炉短网冷却水系统设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于漏电安全的电炉短网冷却水系统的设计方法，该方法包括：根据电炉变压器低压出线的三角形接线方式的特点，绘制出短网冷却水系统及人体的电阻示意图，在进行一系列电阻变换后，计算出施加于人体的电位差及流经人体的泄露电流值，从而确定冷却水系统是否具有漏电安全性。本申请通过预设冷却水系统的参数，绘制出短网冷却水系统及人体触摸集水池示意图中各部位的电阻，计算出施加于人体的电位差及流经人体的泄露电流，以确定预设冷却水系统对于人体是否电气安全的。

A design method of electric furnace short network cooling water system based on leakage safety

The invention discloses a design method of short network cooling water system of electric furnace based on leakage safety. The method includes: according to the characteristics of triangle connection mode of low-voltage outgoing line of electric furnace transformer, draw the resistance diagram of short network cooling water system and human body, after a series of resistance transformation, calculate the potential difference applied to human body and the leakage current flowing through human body, and To determine whether the cooling water system has leakage safety. Through the preset parameters of the cooling water system, the application draws the resistance of each part in the schematic diagram of the short network cooling water system and the human touch pool, calculates the potential difference applied to the human body and the leakage current flowing through the human body, so as to determine whether the preset cooling water system is safe for the human body.

【技术实现步骤摘要】
一种基于漏电安全的电炉短网冷却水系统设计方法
本专利技术属于电气设计及安装
，具体涉及一种基于漏电安全的电炉短网冷却水系统设计方法。
技术介绍
矿用电炉通过短网将变压器低压出线端与电炉的电极连接，由于流经短网的电流非常大(20kA以上)，因此短网上产生的热量也是非常惊人的。设计中我们一般会选用铜管作为短网，除了考虑到经济性外，便于冷却也是一个重要的因素。常用的铜管短网冷却方法是直接将自来水或脱盐水通过加压泵打入短网，并回收于一个集水池中，再通过换热器或其他散热方式将短网的热量带走。铜管短网是裸铜导体，在与冷却水直接接触时，由于冷却水中有一定量的电解质，因此，将会在冷却水的引入/引出管(绝缘橡胶管)内产生一定的泄漏电流。当泄露电流足够大时，如果人体触摸到冷却水或集水池，可能造成触电危险。因此，在进行冷却水系统设计时，冷却水系统的漏电计算是非常必要的。通常三相变压器的低压出线端是三角形接线的，无中性线输出，因此，许多设计人员认为这样的接线是安全的，往往不进行冷却水系统泄露电流的计算。实际上，共用的集水池使得不同相之间具有了电气连接，电流是通过这种方式实现泄露的。当人体触摸到冷却水或集水池时，必然要承受一定的泄露电流及电压。泄漏电流的大小主要取决于冷却水系统的电阻，电阻与电阻率及水管的截面积和长度有关。我们需要设计一个电阻足够大的冷却水系统，使得即便人体直接触摸集水池，在人体上的分压及漏电流也不会对人体造成危害。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新的设计方法，可以实现当人体直接接触集水池时，作用于人体上的电位差及泄露电流，对人体来讲是电气安全的。本专利技术采取的技术方案是：一种基于漏电安全的电炉短网冷却水系统设计方法，包括以下步骤：S1：绘制短网冷却系统及人体触摸集水池的示意图，并标注各部位电阻符号；S2：根据S1示意图，绘制以A、B相为例的等效电路图，并标注各部位电阻符号；S3：对S2绘制的等效电路图进行电阻转化计算；S4：计算作用于人体上的电位差及泄露电流；S5：将S4计算的结果与安全电压及安全电流进行比较，当满足要求时结束计算；当不满足要求时，修正S2中水管参数，重复S2以后各步，直到满足要求为止。优选的，S1中，各部位电阻符号为：A相进水管等效电阻为R1a，A相短网等效电阻为R2a，A相回水管等效电阻为R3a；B相进水管等效电阻为R1b，B相短网等效电阻为R2b，B相回水管等效电阻为R3b；水池内冷却水等效电阻为Rc，水池金属壁等效电阻为Rb，人体等效电阻为Rr。优选的，S2中，等效电路中，输入电压为A相和B相的电压差Uab，负载为串联的Ra、Rbcr、Rb，其中：Ra＝R1a//(R2a+R3a)_Rb＝R1b//(R2b+R3b)Rbcr＝Rb//Rc//Rr。优选的，S4中，人体上的电位差Ur和泄露电流Ir分别通过下式获得：Ur＝Uab*Rbcr/(Ra+Rb+Rbcr)；Ir＝Ibcr-Ibc＝Uab/(Ra+Rb+Rbcr)-Ur/Rbc；其中，Rbc＝Rb//Rc。优选的，S5中，通过增大水管电阻修正水管参数。本专利技术的有益效果是：通过预设冷却水系统的参数，绘制出短网冷却水系统及人体触摸集水池示意图中各部位的电阻，计算出施加于人体的电位差及流经人体的泄露电流，以确定预设冷却水系统对于人体是否电气安全的。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明图1是短网冷却系统示意图(以A相为例)图2是基于图1的等效电路图(以A、B两相为例)图3是在图2的基础上的电阻转化图图4是在图3的基础上的电阻转化图附图标记如下：Ua-短网A相电位；Ub-短网B相电位；Uab-短网A、B相间电位差；R1a-A相进水管等效电阻；R2a-A相短网等效电阻；R3a-A相回水管等效电阻；R1b-B相进水管等效电阻；R2b-B相短网等效电阻；R3b-B相回水管等效电阻；Rc-水池内冷却水等效电阻；Rb-水池金属池壁等效电阻；Rr-人体等效电阻；Ir-流过人体的电流；Ur-施加在人体上的电压。具体实施方式一、下面结合附图和具体实例对本专利技术进行详细说明。S1.图1以A相为例，绘制短网冷却系统及人体触摸集水池的示意图，并标注各部位电阻符号：冷却水进水管内水的等效电阻为R1a，短网的等效电阻为R2a，冷却水回水管内水的等效电阻为R3a，金属集水池池壁的等效电阻为Rb，集水池内水的等效电阻为Rc，人体等效电阻为Rr。S2.图2是基于图一绘制出等效的电路图。由于三相矿用电炉变压器的接线组别为Y,d11型，无论A相还是B/C相与大地之间均无直接的电的联系(忽略电容电流)，图2以A、B相为例。图2增加了B相短网及冷却水系统的等效电阻：假设冷却水进水管内水的等效电阻为R1b，短网的等效电阻为R2b，冷却水回水管内水的等效电阻为R3b。我们接下来的主要目的是通过等效电路的转化，计算出人体等效电阻Rr两端的电位差Ur及流过它的电流Ir。S3.图3和图4是将图2的电路图的等效电路，计算各电阻的等效电阻：3.1冷却水的等效电阻：ρ水.L/S其中：ρ水为冷却水电阻率(ohm.mm2/m)，可以通过水务公司发布的数据中得到。一般来讲一级自来水为10000，二级为1000，三级为200，计算时可根据实际需要选用。L为水管的有效长度(m)，不含插入集水池的部分。S为水管内腔截面积(mm2)，若D为管内径，则S＝3.14×(D/2)23.2Lc为水池内冷却水的有效深度(m)，Vc为水池内冷却水的有效体积(m3)，冷却水的等效面积(m2)Sc＝Vc/Lc，水池内冷却水的等效电阻(ohm)Rc＝ρ水.Lc/Sc。3.3通过管状短网外径D2及内径D2，，计算出短网的实际截面积(mm2)S＝3.14×(D2/2)2-3.14×(D2，/2)2，短网有效长度(m)L，铜质短网的电阻率ρ铜取0.017593。根据以上数据分别计算出A相及B相短网等效电阻(ohm)R2＝ρ铜.L/S。3.4正方形铁质集水池池壁高(m)Lb，池壁周长(m)Lb’(可自3.2条计算得出)，壁厚(mm)Lb”，池壁等效截面积(mm2)Sb≈1000×Lb’×Lb”，池壁等效电阻率ρ铁取0.0978，池壁等效电阻Rb＝ρ铁.Lb/Sb。3.5基于GB/T13870.1中400V接触电压数据，人体综合电阻(ohm)Rr取700。S4.电流及电压计算4.1根据电炉参数，查出短网A/B相间最大电压(V)Uab4.2等效回路电阻进行如下转化：Ra＝Rb＝(R2a+R3a)//R1aRbc＝Rc//RbRbcr＝Rc//Rb//本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于漏电安全的电炉短网冷却水系统设计方法，其特征在于包括以下步骤：/nS1：绘制短网冷却系统及人体触摸集水池的示意图，并标注各部位电阻符号；/nS2：根据S1示意图，绘制以A、B相为例的等效电路图，并标注各部位电阻符号；/nS3：对S2绘制的等效电路图进行电阻转化计算；/nS4：计算作用于人体上的电位差及泄露电流；/nS5：将S4计算的结果与安全电压及安全电流进行比较，当满足要求时结束计算；当不满足要求时，修正S2中水管参数，重复S2以后各步，直到满足要求为止。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于漏电安全的电炉短网冷却水系统设计方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：绘制短网冷却系统及人体触摸集水池的示意图，并标注各部位电阻符号；
S2：根据S1示意图，绘制以A、B相为例的等效电路图，并标注各部位电阻符号；
S3：对S2绘制的等效电路图进行电阻转化计算；
S4：计算作用于人体上的电位差及泄露电流；
S5：将S4计算的结果与安全电压及安全电流进行比较，当满足要求时结束计算；当不满足要求时，修正S2中水管参数，重复S2以后各步，直到满足要求为止。


2.根据权利要求1所述的一种基于漏电安全的电炉短网冷却水系统设计方法，其特征在于S1中，各部位电阻符号为：
A相进水管等效电阻为R1a，A相短网等效电阻为R2a，A相回水管等效电阻为R3a；
B相进水管等效电阻为R1b，B相短网等效电阻为R2b，B相回水管等效电阻为R3b；
水池内冷却水等效电阻为Rc，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李英伟，余晨，王建军，
申请(专利权)人：中石化南京工程有限公司，中石化炼化工程集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32