XA、C =0.0628LIn ×10 ³ Ω
公式（2）
²²
XB=0.0628LIn
× 10 ³Ω
公式（3）
公式（2）、（3）只适用于图 4、图 5 中正三角 形和等腰三角形的电抗计算。
AB AC
XA=0.0628LIn
×10 ³Ω
BC
公式（4）
AB BC
XB=0.0628LIn
×10 ³Ω
AC
公式（5）
明了导电横臂，从此电弧炉和钢包炉的短网系统，由 过去的高电抗一下子迈入到了低电抗时代！ 1. 导电横臂在高电压和高功率因数下冶炼时，会产
生振动吗？ 导电横臂具有的矩形刚性结构，在除了满足电弧
冶炼时的强度要求外，复合在外表的铜板构成的矩形 导体，造就了其自几何均距，比组合横臂中水冷铜管 的自几何均距大了 3 倍多的奇迹。这也是导电横臂低 电抗特性的根本原因所在！
其实在没有亲眼见到，三相导电横臂水平布置的 电弧炉冶炼结果前，我也是绝对不会相信的！
上世纪九十年代初，我去山东莱钢，实测导电横 臂改造后的短网系统数据。记得一进炼钢车间，就看 到了八台 15 吨电弧炉一字排开，其中四台是经过改 造后的三相导电横臂水平布置电弧炉，其余是老旧的 三相水冷铜管平面布置的组合横臂电弧炉。
浅谈电弧炉的节能技术
去年是中国制造和生产大型水平连续加料高阻抗 电弧炉，数量最多的一年，也是大部分制造商和炼钢 用户，认为水平连续加料高阻抗电弧炉能够节能省电， 达成共识最多的一年。到今天已经快两年了，那么水 平连续加料的高阻抗电弧炉和普通的水平连续加料电 弧炉那个节能省电？我们不妨从理论和实践做一下分 析： 一． 国外高阻抗电弧炉是在什么样的运行条件下发
表 8 是 50000KVA 普通电弧炉变压器, 第 1 档电 压由 615V 提高到 680V 的铭牌。
需要指出的是，水平连续加料电弧炉变压器，恒 电流档位的功率因数 COSΦ,应控制在 0.81～0.82。
四 电弧炉的短网系统
大型电弧炉、钢包炉的短网系统是由柔性补偿器、 水冷铜管、水冷电缆、导电横臂、石墨电极组成。特 别是在导电横臂设计完成，炉中心距电弧炉变压器墙 距离确定之后，能否在仅有的空间内，设计出阻抗值 低、三相电抗不平衡度系数低、既节能省电又能延长 炉龄、指标先进的短网系统，是对设计者智慧的一种 考验。
表 7 是 50000KVA 普通电弧炉变压器二次电压， 由 615V 提高至 680V 时的二次电气参数计算表。
从表 7 中看到第 1 档的电弧电压与表 6 中的 G 型 炉，第 3 档串抗 40%的电弧电压相差不大，相对电抗 X%和短路倍数 A 也在合理范围内。
至于闪烁、谐波和对供电网干扰的一点变化，应 交给专业的 SVC、SVG 公司进行解决。
电弧炉在高电压、高功率因数下运行时，由于矩 形钢横臂是处在三相交流电的交变磁场中，矩形钢横 臂在交变磁场的作用下，会产生感应电流和感应电动 力，在感应电动力的相互作用下，钢横臂之间的机械 振动，经连接装置传导给了三相电极立柱，当三相电 极机构的振动频率与其固有频率一致时，便产生了共 振。
为了解决电弧炉在高电压、高功率因数下运行时 产生的共振，意大利达涅利公司（Danieli）,在上世
纪的 1985 年，发明了在电弧炉变压器一次侧串联扼 流圈（电抗器）的技术，实现了高电压、低电流、低 功率因数的电弧炉冶炼工艺。简称“高阻抗电弧炉技 术”。
图 3 中，L－可调电抗器 U L－可调电抗器电压 T－电弧炉变压器 U ₁－电弧炉变压器一次侧电压
U ₂－电弧炉变压器二次侧电压 K₁/K₂－电弧炉变 压器一、二次变比
注：表 1、表 2 均为一次侧不串电抗器的普通电弧炉 短网系统各部件电抗占比百分数表
表 1 是有组合横臂的电弧炉（简称 A 型炉）短 网系统，各部件电抗平均值所占电抗的百分比。
表 2 是有导电横臂的电弧炉（简称 B 型炉）短 网系统，各部件电抗平均值所占电抗的百分比。
从表 1、表 2 的比较看，B 型炉的水冷电缆，比 有 A 型炉水冷电缆的电抗占比大。
√₂
COSΦ = 1 − ( )²
₂
公式（1）
式中 U ₂－变压器二次电压 I ₂－变压器二 次电流 X－短网总电抗=X 变+X 短
我国自从使用了有导电横臂的电弧炉（一次侧不 串电抗器）和钢包炉，到现在二十多年过去了，在此 期间从未听说过，因为功率因数高而导致的横臂振动、 电极频繁折断、接头破裂的事故。其原因是：导电横 臂的独特构造！
高阻抗电弧炉，由于电弧炉变压器和电抗器在高 压侧是串联关系，所以电弧炉变压器的输出功率及二 次电压，都会随着电抗器接入的大小而改变。
高阻抗电弧炉总结： 1 高电压、低电流、低功率因数； 2 电抗器接入的大小，会使电弧炉变压器的输出功 率和二次电压，出现相应的降低。
二 导电横臂的优势 在上世纪的八十年代末、九十年代初。西方人发
1. 短网系统在设计、制造、安装完成后，三相电 抗不平衡度系数就已经确定。用改变电极升降机构 的控制方式,去改善三相电抗不平衡度系数，既不 科学也不现实。
2. 水平连续加料电弧炉和偏心底电弧炉，变压器 侧水冷电缆标高的确定：以边相电极升降机构行程 一半为基准，测出水冷电缆导电面台节的标高，就 是变压器侧边相水冷电缆的标高；
自此我已确认三相导电横臂水平布置，边相不会 出现功率转移。这也许就是一个新技术的出现，不但 改变了人们对一些传统理念的认知，同时也在提高生 产率！
从 2007 年开始，西安桃园冶金设备工程有限公 司，先后设计制造了三相导电横臂水平布置的钢包炉 近 30 多台，钢包炉容量从 30t 到 120t，同样也未出 现过边相功率转移的现象。
结论：无论是 A 型炉还是 B 型炉，水冷电缆在短 网系统所占比例都是最大的，在设计短网系统时，应 尽量缩短水冷电缆的长度，增大水冷电缆组合时的自 几何均距。
2. 三相导电横臂水平布置的电弧炉、钢包炉，边 相会产生功率转移吗？
回答是肯定不会转移！
年轻的同行朋友肯定不会相信，因为专业书和教 科书都在讲，三相横臂的水平布置会产生功率转移， 并有公式进行论证。
明的？
图 1 所示的老式横臂是用水冷铜管、支撑件、绝 缘组件、矩形钢横臂和电极把持器组成，这里简称组 合横臂。
在上世纪九十年代初，几乎所有的发达国家，电 弧炉和钢包炉上都在使用这种组合横臂，为了使短网 系统的三相电抗平衡系数≤5％及避免三相水冷铜管 水平布置，带来功率转移的弊端，各国工程师绞尽脑 汁，创造和发明了各种三相水冷铜管的布置形式，见 图 2。
目前根据我在现场调试和一些炼钢公司反馈的情 况看，G 型炉在进行废钢冶炼穿井时，基本上不用变 压器的 1、2 挡电压，主要担心高电压会击穿水冷炉
盖，一般会选择 3 挡电压，串 40%的电抗进行冶炼操 作。
为了便于分析，我们用表 5 中的 4 档电压与表 6 中带抗 40%的 4 档电压进行比较：
1. 短网系统总的相对电抗 X%=√3I₂X 短/U₂, 是为了
稳定电弧，限制短路电流的重要参数，在熔化期，其
值不得小于 30%。短路倍数 A=1/X%。
比较表 5 和表 6，P 型炉的相对电抗 X%，短路倍 数 A 均小于 G 型炉。
2. 电效率：两种炉基本一样。
3. 二次电压：前 3 档电压，G 型炉的实际电压高于 P 型炉 19%左右；恒电流档，G 型炉的实际电压高于 P 型炉 13%左右。
4. 功率因数 COSΦ，G 型炉均高于 P 型炉。
5. 二次电流：前 3 档电压下的电流值，P 型炉大于 G 型炉 23%以上；恒电流档，P 型炉只大于 G 型炉 13%。
对于水平连续加料电弧炉来讲：从第二炉开始， 炉中就需预留 20～30%钢水，自动加料机构在进料时， 速度相对较慢，废钢在钢水面上漂浮时间很短，很快 便沉入钢水中。此时利于低电压、大电流、较低的功 率因数，进行短弧的熔池冶炼既能省电，也加快了熔 化速度。
比较表 5 和表 6 的恒电流档位的二次电流值，P 型炉比 G 型炉电流大 7698A,电弧直径大 8%。早在二 十年前，国外就有研究结论，50KA 的电弧等离子体
喷射流的最高速度约 3.5Km/s。在低电压和短弧条件 下，等离子体喷射流产生的动能就大，钢水的升温速 度也高。这也是钢包炉选择低电压、大电流原因所在。
目前高阻抗水平连续加料电弧炉，由于在设计时 过多考虑了第一炉的熔化率，而忽略了该炉型，需长 期进行熔池短弧冶炼的现实要求，在变压器参数的选 择和节电上，显得有点不理想。
前面提到高阻抗电弧炉的发明，是为了克服老式 组合横臂，在高电压、高功率因数冶炼时，引起的共 振。而导电横臂则具有机械结构强度高，能满足高电 压、高功率因数的冶炼工艺要求且无振动的优势。现 在无论电弧炉、钢包炉均在使用导电横臂，我们为什 么不能在普通电弧炉变压器基础上，提高二次电压， 甩掉电抗器，满足长弧冶炼工艺要求呢？
AC BC
XC=0.0628LIn
×10 ³Ω
AB
公式（6）
公式（4）、（5）、（5）除图 5 中三相水平布 置外，其余三角形布置的电抗计算均适用。
式中g为导体的自几何均距，L 为导体长度，单
位为米。
图 5 中的不等边三角形电缆布置，常见于双工位 电弧炉和钢包炉中。
在短网系统设计、计算时，由于水冷电缆电抗所 占系统电抗比例最大，等腰三角形的布置，虽能缩短 水冷电缆的长度。而要降低三相电抗，则需增大各相 组合电缆的自几何均距，但其三相电抗不平衡度系数 仍是系统中最大的。
陕西正兴炉业有限公司是生产炼钢电弧炉、钢包 炉和非金属冶炼电弧炉的专业公司，该公司的很多非 金属冶炼电弧炉，三相导电横臂也是水平布置的，同 样也未出现过边相功率转移的现象。
导电横臂优势总结：
1) 机械结构强度高，冶炼运行无振动；
2) 电抗小，节能省电；
3) 三相导电横臂水平布置，边相无功率转移；
4) 能满足高电压、高功率因数的炼钢冶炼工艺要求。