Wpływ wahań napięcia na punkt pracy pieca łukowego

Transkrypt

1 OLCZYKOWSK Zbigniew 1 Wpływ wahań napięcia na punkt pracy pieca łukweg WSTĘP Piece łukwe naleŝą d grupy tzw. niespkjnych dbirników energii elektrycznej, które w wyniku zaburzeń w pracy łuku elektryczneg pdczas rztapiania złmu wykazują gwałtwne zmiany pbru mcy. Prądy pbierane przez piec charakteryzują się duŝymi zmianami wartści raz kształtu, wywłując w sieci zasilającej szybkzmienne wahania napięcia częstści zmian k w ciągu sekundy, pwdujące pwstawanie m.in. zjawiska migtania światła. Pszczególne azy wytpu stali w piecu łukwym przedstawine zstały na rys. 1. Przy ładwaniu złmu sklepienie pieca jest przesunięte pza kadź, elektrdy są pdniesine a łuki elektryczne przerwane. Następnie elektrdy są puszczane d zetknięcia z wsadem, p czym przy ich pdnszeniu pwstaje łuk elektryczny. W pczątkwym kresie wytpu rztpine kawałki złmu bsuwają się, występują gwałtwne zmiany długści i knduktywnści łuków, kmpenswane przez ciągłe ruchy elektrd. W eekcie prądy pbierane z sieci ulegają burzliwym zmianm, wywłując w sieci zasilającej wahania napięcia. Zaburzenia te stpniw słabną, nasilając się jednak pnwnie p załadwaniu ddatkwych kszy ze złmem. Rys. 1. Etapy rztapiania wsadu w piecu łukwym: a) pczątek rztapiania, b) puszczanie elektrdy i twrzenie się studni, c) pczątek pdnszenia elektrdy, d) zakńczenie rztapiania [4] W całym cyklu wytpu kres rztapiania jest najbardziej dkuczliwy dla innych dbirców energii zasilanych z tej samej sieci energetycznej. W dalszych azach prcesu wytpu następuje stabilizacja pracy pieca bejmująca kresy rainacji i dŝuŝlania. Gwałtwne wahania prądu pbieraneg przez piec wpływają równieŝ na niestabilna pracę sameg pieca. Zmianie ulega punkt pracy przez c wydłuŝa się czas wytpu zwiększając znacznie kszty związane z prcesem technlgicznym w piecu łukwym. W artykule dknan analizę wpływu wahań napięcia na stabilnść prcesu wytpu w urządzeniu łukwym. 1. CHARAKTERYSTYK MOCOWO - NAPĘCOWE RZĄDZENA ŁKOWEGO D wyznaczenia charakterystyk mcw-napięciwych urządzenia łukweg przyjęty zstał jednazwy układ zastępczy, któreg schemat przedstawiny zstał na rys niwersytet Technlgiczn-Humanistyczny im. Kazimierza Pułaskieg w Radmiu, Wydział Transprtu i Elektrtechniki; Radm; ul. Malczewskieg 29. Tel: , , z.lczykwski@uthrad.pl 4804

2 Z ~ Ł ~ Rys. 2. Jednazwy schemat zastępczy urządzenia łukweg; napięcie azwe zastępczeg źródła, Ł napięcie łuku, Z całkwita impedancja bwdu zasilająceg łuk, - wartść prądu pbieraneg przez urządzenie łukwe Jak wartść dniesienia przyjęte zstał napięcie sieci zasilającej =100%, c dpwiada napięciu na szynach stalwni przy przerwanym łuku. Zastępcza impedancja sieci zasilającej łuk Z zawiera parametry następujących elementów: sieć zasilająca stalwnię wraz z transrmatrem energetycznym, transrmatr piecwy, tr wielkprądwy składający się z części giętkiej, szynprzewdów i elektrd. Łuk dwzrwany zstał za pmcą idealneg źródła napięcia sinusidalneg Ł wartści amplitudy zaleŝnej d długści łuku. Prądu w bwdzie pdczas pracy przy kreślnej wartści Ł, wyznaczyć mŝna ze wzru: 2 2 Ł = Teretyczny prąd zwarcia eksplatacyjneg (zwarcie elektrd z wsadem) wynsi: t = Mc czynna, przy pminięciu strat w bwdzie zasilającym, będzie t mcą wydzielaną w łuku: P P Ł = zaś mc bierna: Ł Q = = (4) Przy stabilnej pracy pieca (stałym prądzie rztapiania) wynszącym 100% prądu znaminweg transrmatra piecweg prces wytpu dbywa się z największą wydajnścią. Cała mc czynna wykrzystywana jest d tpienia złmu. Dla pwyŝszych załŝeń, przy pracy z prądem znaminwym wartść napięcia łuku wyniesie: mc łuku elektryczneg : P Łn Łn Ł = n = raz mc bierna pbierana przez bwód zasilający : n Łn = 86,6025% = 86,603% 2 Qn = = 50,0% n (7) Prces technlgiczny w piecu łukwych charakteryzuje się jednak bardz gwałtwnymi zmianami pbieraneg prądu. Piec w pczątkwej azie wytpu pracuje d stanu jałweg (przerwa w bwdzie) d stanu zwarcia. Wartści prądu przy zwarciu eksplatacyjnym wyniesie zatem: t = = 200% (8) Prąd przy zwarciu elektrd z wsadem graniczny jest jedynie reaktancją bwdu zasilająceg łuk. Na rys. 3 przedstawin zmiany mcy czynnej P raz biernej Q w unkcji zmian napięcia zasilająceg w granicach =80-110% (napięcia znaminweg sieci n ), zaś w tabeli 1 zestawin (1) (2) (3) (5) (6) 4805

3 mce dpwiadające charakterystykm z rys. 3 (wyraŝne w prcentach). Obliczeń dknan dla prądu większeg 20% d prądu znaminweg urządzenia łukweg, przy którym zaleca się prwadzenie prcesu rztapiania [2]. Rys. 3. Zmiany mcy biernej i czynnej w unkcji zmian napięcia zasilająceg Tab. 1. Wartści mcy biernej i czynnej urządzenia łukweg przy zmianach napięcia zasilająceg Q P , ,5 66, , ,5 89, ,5 109, ,2 Z bliczeń mdelwych wynika, Ŝe zmiana napięcia zasilania urządzenia łukweg 10% pwduje spadek mcy grzejnej 20%. Przy ciągłych zmianach prądu pbieraneg przez piec (szczególnie w pczątkwej azie rztapiania złmu) bardz trudn jest uzyskać, w spsób szybki stabilną pracę pieca. Wykrzystanie urządzeń kmpensujących wahania napięcia pzwala znacznie graniczyć t niekrzystne zjawisk. 4806

4 2. ZMANY PARAMETRÓW JAKOŚC ENERG W SEC ZASLAJĄCEJ PEC ŁKOWY W celu kreślenia wpływu warunków zasilania na punkt pracy pieca łukweg dknan pmiarów parametrów jakści energii elektrycznej w sieciach zasilających urządzenia łukwe. Przeanalizwan wpływ mcy zwarciwej na wielkść wahań napięcia, a c za tym idzie stabilnść pracy pieca. Ze wzrstem mcy zwarciwej sieci maleje prprcjnalnie amplituda wahań napięcia. Przy stsunku mcy zwarciwej d mcy zwarcia eksplatacyjneg elektrd z wsadem wynszącym k. 80 stwierdzn niewielki wpływ pieca na sieć zasilającą [2,5]. Rys. 4. Zmiany napięcia zasilająceg i mcy czynnej pdczas wytpu w piecu łukwym Rys. 5. Zmiany napięcia zasilająceg i współczynnika migtania światła pdczas wytpu w piecu łukwym 4807

5 Na rys. 4 przedstawine zstały zmiany napięcia w sieci zasilająceg piec łukwy raz mcy pbieranej przez piec w czasie jedneg wytpu. Z uwagi na t, Ŝe w piecu dbywa się tylk rztapianie złmu, a dalszy prces w urządzeniach d pzapiecwej bróbki stali, generuje n przez większy czas wytpu bardz dynamiczne wahania napięcia (częstści wahań 6-10 zmian na sekundę). dbirców zasilanych ze wspólnej sieci wahania te wywłują zjawisk migtania światła generwane przez dbirniki świetleniwe. Przebieg zmian wskaźnika migtania światła zarejestrwany pdczas wytpu w piecu łukwym przedstawia rys. 5. Ograniczenie wahań napięcia pwstających w instalacjach zasilających urządzenia łukwe wymaga zastswania bardz ksztwnych instalacji kmpensujących. Na rys. 6 przedstawin przebiegi mcy czynnej i biernej pbieranej przez piec łukwy z zastswniem i przy braku kmpensatra SVC Light. Przedstawine przebiegi zarejestrwane zstały w stacji elektrenergetycznej zasilającej stalwnię Hagrts [1]. a) b) Rys. 4. Przebiegi mcy czynnej i biernej pbieranej przez piec łukwy; a) brak kmpensacji, b) kmpensacja SVC Light [1] Stsując kmpensatr SVC-light uzyskuje się wzrst k. 20 prcent mcy pieca, skracając tym samym czas wytpu. Wpływa na pprawę jakści energii elektrycznej w sieci zasilającej piec, zmniejszenie strat energii raz stabilnść pracy pieca [3]. WNOSK Zmniejszenie wpływu urządzeń łukwych na sieć zasilającą jest bardz isttnym zagadnieniem. Zarówn dbirniki małych mcy np. spawarki, jak i duŝych piece łukwe, przy małej mcy zwarciwej generują zakłócenia bardz trudne d kmpensacji. Wynika t z dynamicznych zmian prądu pbieraneg przez te urządzenia raz w przypadku pieców łukwych duŝych mcy jednstkwych, Dla pieców łukwych isttnym staje się graniczenie negatywneg wpływu sameg urządzenia na zmniejszenie mcy grzejnej, c przekłada się na czas i kszty wytpu. W reeracie przedstawin wpływ pzimu napięcia zasilająceg na mce pbierane przez piec rys. 3. W zaprpnwanym mdelu urządzenia łukweg uwzględnina zstała tylk amplituda zmian napięcia zasilająceg. Pminięt częstść wahań. W praktyce tylk szybkdziałające kmpensatry są w stanie graniczyć wahania napięcia generwane przez piec [3]. W praktyce, w trakcie wytpu prąd pieca krygwany jest za pmcą przełącznika zaczepów transrmatra. Pwduje t zmniejszenie wahań, lecz wydłuŝa czas wytpu. 4808

6 Streszczenie Piece łukwe naleŝą d grupy tzw. niespkjnych dbirników energii elektrycznej, które w wyniku zaburzeń w pracy łuku elektryczneg pdczas rztapiania złmu wykazują gwałtwne zmiany pbru mcy, zwłaszcza mcy biernej. Pwduje t, Ŝe wpływają ne niekrzystnie na pracę innych dbirników zasilanych ze wspólnej sieci. Szybkzmienne wahania napięcia generwane przez piec pwdują równieŝ zakłócenia w prcesie wytpu prwadznym w samym urządzeniu łukwym. W reeracie przeanalizwan wpływ zmian napięcia zasilająceg na zmiany mcy czynnej i biernej pbieranej przez piec. Przedstawin równieŝ wyniki pmiarów mcy pbieranych przez piec raz wybranych wskaźników jakści energii zarejestrwanych w czasie wytpu w urządzeniu łukwym. The eect vltage luctuatins n the wrk the electric arc urnace Abstract Electric arc urnaces are a grup trubled cnsumers electricity, which as a result disturbances wrk arc during melting scrap exhibit rapid changes in pwer cnsumptin, especially reactive pwer. The result is that they adversely aect the peratin ther lads ed rm a cmmn netwrk. Electrical ast vltage luctuatins generated by the urnace als cause intererence in the prcess melting kept in the unit arc. The paper examines the impact changes in the supply vltage changes active and reactive pwer drawn by the stve. t als presents the results measurements the pwer cnsumed by the urnace and selected pwer quality indices recrded during the melting the device arc. BBLOGRAFA 1. ABB tilities AB: The Hagrs SVC Light a Wrld First, Applicatin nte A E. 2. Hering M.: Pdstawy elektrtermii, WNT, Warszawa, Kzyra J., Olczykwski Z.: Zastswanie układu FACTS typu SVC Light d graniczania migtania światła wywływaneg pracą pieca łukweg. Prace Naukwe Plitechniki Radmskiej. Elektryka Nr 1. Radm, 2003r. 4. Kruczinin M.A., Sawicki A.: Piece i urządzenia łukwe. Mngraia Nr 74. Wydawnictw Plitechniki Częstchwskiej, Olczykwski Z.: Wpływ warunków zasilania stalwni na wahania napięcia generwane przez urządzenia łukwe, Czaspism Lgistyka, 2011 SBN