Підвищення електромагнітної сумісності та ефективності схем живлення дугових сталеплавильних печей у нелінійних несиметричних режимах

Автор(и)

  • Володимир Григорович Турковський Національний університет «Львівська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0003-1869-8139
  • Антон Антонович Маліновський Національний університет «Львівська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0001-9765-3494
  • Андрій Зіновійович Музичак Національний університет «Львівська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0002-6330-1076
  • Олександр Володимирович Турковський Національний університет «Львівська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0002-1402-1588

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.243143

Ключові слова:

дугова піч, модель дуги, коливання напруги, несинусоїдність, несиметрія, продуктивність печі

Анотація

Дугові сталеплавильні печі змінного струму є найпотужнішими установками серед приєднаних до електричних мереж, режим роботи яких є динамічним, несиметричним і нелінійним. Саме тому ці печі викликають увесь можливий спектр негативного впливу на якість електроенергії у мережі живлення, зокрема, коливання, несиметрію та несинусоїдність напруги.

Відомі пропозиції з покращення електромагнітної сумісності дугових електропечей переважно орієнтовані на усунення наслідків негативного їх впливу на мережі енергосистем.

Пропонований підхід та відповідне технічне вирішення скеровані на зниження рівня генерування негативного фактору й одночасно дозволяють знизити коливання, несиметрію і несинусоїдність напруги. Такий результат отриманий внаслідок того, що пропоноване рішення враховує особливості природного для дугових печей діапазону режимів. Оптимальним для таких споживачів є використання системи живлення сталого струму I=const у діапазоні режимів від експлуатаційного короткого замикання до максимального навантаження та системи U=const в усій іншій області режимів. Реалізація такої системи здійснюється на основі резонансного перетворювача "сталий струм – стала напруга".

Дослідженнями встановлено, що використання такої системи живлення у порівнянні з традиційною схемою дозволяє знизити несинусоїдність напруги у малопотужній мережі з 3,2 % до 2,1 % та коефіцієнт несиметрії з 3,66 до 1,35 %. Підтверджено також раніше опубліковані дані щодо суттєвого зниження коливань напруги.

Показано позитивний вплив такої системи на енергетичні показники роботи власне пічної установки, що проявляється у збільшенні потужності дуги на 12,5 %, а електричного ККД на 5,1 %. Це дозволяє підвищити продуктивність та ефективність дугових сталеплавильних печей

Біографії авторів

Володимир Григорович Турковський, Національний університет «Львівська політехніка»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електроенергетики та систем управління

Антон Антонович Маліновський, Національний університет «Львівська політехніка»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра електроенергетики та систем управління

Андрій Зіновійович Музичак, Національний університет «Львівська політехніка»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електроенергетики та систем управління

Олександр Володимирович Турковський, Національний університет «Львівська політехніка»

Провідний інженер

Кафедра електроенергетики та систем управління

Посилання

  1. Salor, O., Gultekin, B., Buhan, S., Boyrazoglu, B., Inan, T., Atalik, T. et. al. (2010). Electrical Power Quality of Iron and Steel Industry in Turkey. IEEE Transactions on Industry Applications, 46 (1), 60–80. doi: https://doi.org/10.1109/tia.2009.2036547
  2. Łukasik, Z., Olczykowski, Z. (2020). Estimating the Impact of Arc Furnaces on the Quality of Power in Supply Systems. Energies, 13 (6), 1462. doi: https://doi.org/10.3390/en13061462
  3. Deaconu, S. I., Popa, G. N., Tihomir, L. (2010). Comparative Study for EAF’s Reactive Energy Compensation Methods and Power Factor Improvement. WSEAS Transactions on Systems, 9 (9), 979–988. Available at: https://www.researchgate.net/publication/228399802_Comparative_study_for_EAF's_reactive_energy_compensation_methods_and_power_factor_improvement
  4. Pérez-Donsión, M., Jar Pereira, S., Soares Oliveira, F. T. (2019). Harmonics and Flicker in an Iron and Steel Industry with AC arc furnaces. Renewable Energy and Power Quality Journal, 17, 417–422. doi: https://doi.org/10.24084/repqj17.329
  5. Larsson, T., Poumarede, C. (1999). STATCOM, an efficient means for flicker mitigation. IEEE Power Engineering Society. 1999 Winter Meeting (Cat. No.99CH36233). doi: https://doi.org/10.1109/pesw.1999.747380
  6. Parniani, M., Mokhtari, H., Hejri, M. (2002). Effects of dynamic reactive compensation in arc furnace operation characteristics and its economic benefits. IEEE/PES Transmission and Distribution Conference and Exhibition. doi: https://doi.org/10.1109/tdc.2002.1177621
  7. Varetsky, Y., Konoval, V., Hanzelka, Z. (2020). A Method of Evaluating FACTS Device Impact on Voltage Flicker in the EAF Supply System. 2020 12th International Conference and Exhibition on Electrical Power Quality and Utilisation- (EPQU). doi: https://doi.org/10.1109/epqu50182.2020.9220317
  8. Paranchuk, Ya., Paranchuk, R. (2016). Neural network system for continuous voltage monitoring in electric arc furnace. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 2, 74–80. Available at: http://nv.nmu.org.ua/index.php/en/component/jdownloads/finish/60-02/8475-2016-02-paranchuk/0
  9. Ghiormez, L., Panoiu, M., Panoiu, C. (2013). Harmonics Analysis of the 3-Phase Electric Arc Furnace Using Models of the Electric Arc. AWERProcedia Information Technology & Computer Science, 3, 424–430.
  10. Garcia-Segura, R., Vázquez Castillo, J., Martell-Chavez, F., Longoria-Gandara, O., Ortegón Aguilar, J. (2017). Electric Arc Furnace Modeling with Artificial Neural Networks and Arc Length with Variable Voltage Gradient. Energies, 10 (9), 1424. doi: https://doi.org/10.3390/en10091424
  11. O’Neill-Carrillo, E., Heydt, G. T., Kostelich, E. J., Venkata, S. S., Sundaram, A. (1999). Nonlinear deterministic modeling of highly varying loads. IEEE Transactions on Power Delivery, 14 (2), 537–542. doi: https://doi.org/10.1109/61.754100
  12. Sidorets, V. N., Pentegov, I. V. (2013). Determinirovanniy haos v nelineynyh tsepyah s elektricheskoy dugoy. Kyiv: Mezhdunarodnaya assotsiatsiya «Svarka», 272. doi: https://doi.org/10.13140/RG.2.1.3777.4883
  13. Pentegov, I. V. (1976). Matematicheskaya model' stolba dinamicheskoy elektricheskoy dugi. Avtomaticheskaya svarka, 6, 8–12. Available at: https://www.researchgate.net/profile/Igor-Pentegov/publication/320710346_Mathematical_Model_of_a_Column_of_a_Dynamic_Electric_Arc_Matematiceskaa_model_stolba_dinamiceskoj_elektriceskoj_dugi/links/59f6f7700f7e9b553ebd4753/Mathematical-Model-of-a-Column-of-a-Dynamic-Electric-Arc-Matematiceskaa-model-stolba-dinamiceskoj-elektriceskoj-dugi.pdf
  14. Savitski, A., Hal'tof, M. (2016). Problemy opredeleniya parametrov matematicheskih modeley elektricheskih dug v tsepyah s istochnikami toka. Elektrichestvo, 1, 25–34.
  15. Fomin, A. V. (2009). Construction of imitating model arc the steel-smelting furnace. Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki, 3, 315–321.
  16. Golestani, S., Samet, H. (2016). Generalised Cassie–Mayr electric arc furnace models. IET Generation, Transmission & Distribution, 10 (13), 3364–3373. doi: https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2016.0405
  17. Kolagar, A. D., Pahlavani, M. R. A. (2021). Identification of Plasma Arc Model Parameters in an Electric Arc Furnace Plant via Measurement at the Secondary Side of the Transformer. Journal of The Institution of Engineers (India): Series B, 102 (5), 1079–1089. doi: https://doi.org/10.1007/s40031-021-00622-5
  18. Seker, M., Memmedov, A. (2017). An Experimental Approach for Understanding V-I Characteristic of Electric Arc Furnace Load. Elektronika Ir Elektrotechnika, 23 (3). doi: https://doi.org/10.5755/j01.eie.23.3.18328
  19. Nikolaev, A. A. (2017). Development of an improved method for selecting the power of a static var compensator for electric arc furnaces. Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University, 15 (3), 74–94. doi: https://doi.org/10.18503/1995-2732-2017-15-3-74-94
  20. Volkov, I. V. (1974). Sistemy neizmennogo toka na osnove induktivno-emkostnyh preobrazovateley. Kyiv: Naukova dumka, 216.
  21. Malinovskyi, A. A., Turkovskyi, V. H., Muzychak, A. Z., Turkovskyi, Y. V. (2019). Peculiarities of the reactive power flow in the arc furnace supply circuit with improved electromagnetic compatibility. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 2, 79–86. doi: https://doi.org/10.29202/nvngu/2019-2/10
  22. Turkovskyi, V., Malinovskyi, A., Muzychak, A., Turkovskyi, O. (2020). Using the constant current ‒ constant voltage converters to effectively reduce voltage fluctuations in the power supply systems for electric arc furnaces. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (8 (108)), 54–63. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.219439
  23. Turkovskiy, V. G., Zhovnir, Yu. M. (2001). Obosnovanie effektivnosti primeneniya ustanovki stabilizatsii rezhima dugovoy staleplavil'noy pechi peremennogo toka. Promyshlennya energetika, 5, 40–44.
  24. Kibzun, A. I., Goryainova, E. R., Naumov, A. V., Sirotin, A. N. (2002). Teoriya veroyatnostey i matematicheskaya statistika. Moscow: Fizmatgiz, 202.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-10-31

Як цитувати

Турковський, В. Г., Маліновський, А. А., Музичак, А. З., & Турковський, О. В. (2021). Підвищення електромагнітної сумісності та ефективності схем живлення дугових сталеплавильних печей у нелінійних несиметричних режимах. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(8 (113), 6–16. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.243143

Номер

Том 5 № 8 (113) (2021): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Volodymyr Turkovskyi, Anton Malinovskyi, Andrii Muzychak, Оlexandr Turkovskyi

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.