|
|
|
Receptoare cu arc electric
Din categoria receptoarelor a caror functionare principiala se bazeaza pe descarcarea in arc electric fac parte urmatoarele:
- echipamentele de sudare cu arc electric;
- cuptoarele electrice cu arc;
- lampile cu descarcari in gaze si / sau vapori metalici.
Caracteristica volt - amperica a descarcarii in arc fiind de panta negativa, fixarea punctului de functionare a oricarui tip de receptor bazat pe descarcarea in arc se face cu mijloace speciale, indeplinind functia de 'balast' electric. In ansamblu, circuitul electric al unui receptor cu arc electric are o caracteristica curent - tensiune neliniara.
1. Cuptoare cu arc electric
Cuptoarele cu arc electric constituie elementele cele mai reprezentative pentru aceasta familie de receptoare, datorita puterilor unitare mari, schemelor trifazate, complexe si a regimului de lucru, de durata. In elaborarea unei sarje de otel, intr-un cuptor cu arc electric, pe durata de (3 8) ore a sarjei se pot distinge urmatoarele perioade distincte din punct de vedere tehnologic si functional:
- perioada de topire;
- perioada de afanare;
- perioada de finisare.
Schema electrica de alimentare in MT a unui cuptor cu arc cuprinde:
- bobina de limitare a curentilor excesivi;
- transformatorul cuptorului, cu posibilitati de reglare a tensiunii;
- reteaua scurta, reprezentata de ansamblul conductelor electrice, care fac legatura intre bornele secundare ale transformatorului de putere si cuptorul cu arc.
Pe durata perioadei de topire, apar variatii importante de sarcina, produse de urmatoarele cauze:
- variatii permanente ale lungimii arcelor electrice, care se amorseaza aleator pe diferite proeminente ale incarcaturii. Disparitia prin topire treptata a acestor puncte de sprijin ale arcelor electrice, la intervale de (0,1 0,4) secunde, conduce la o continua deplasare a pozitiilor arcelor electrice si modificarea lungimilor acestora. Variatiile de curent rezulta de ordinul (0,4 0,5)In;
- surpari de material din incarcatura cuptorului, care conduc la scurtcircuite mono-, bi- sau chiar trifazate, acestea alternand cu intreruperi totale. Consecintele sunt variatii importante ale curentului, in domeniul (0 2)In;
- functionarea sistemului de reglare a pozitiei electrozilor, cu timpii de raspuns proprii pe fiecare faza a cuptorului, care la cresteri importante ale curentului ridica electrozii, iar la scaderi sau chiar intreruperi ii coboara;
- intreruperi voite ale functionarii pentru completarea incarcaturii, adaugarea electrozilor sau din alte considerente tehnologice.
Din analiza unor inregistrari la un cuptor cu arc electric s-a constatat ca forma de unda a curentului variaza in intervalul de topire chiar de la o semiperioada la alta, curentii fiind profund distorsionati si dezechilibrati. Perturbatiile curentilor sunt importante mai ales in primele minute ale ciclului de topire, cand electrozii sunt coborati spre incarcatura metalica. Pe masura ce se formeaza o baie de metal lichid, arcele electrice devin tot mai scurte si mai stabile, iar perturbatiile se reduc substantial.
Prin urmare, cuptoarele cu arc electric provoaca in timpul perioadei de topire socuri importante si aleatorii de putere activa si mai ales reactiva. Datorita caderilor de tensiune variabile pe portiunile de retea din amonte, aceste tipuri de receptoare produc in primul rand variatii rapide de tensiune (fluctuatii), cu consecintele cunoscute sub denumirea de flicker. Fluctuatiile de tensiune apar numai in perioada de topire, cu durate de (0,5 1,5)h, mai mari la cuptoarele de capacitati ridicate (zeci de tone).
Marimea fluctuatiilor de tensiune, in procente din valoarea nominala a tensiunii se poate estima cu relatia [14]
(4.9)
in care 
reprezinta
socul de putere reactiva, iar Ssc - puterea de
scurtcircuit in punctul de racord.
In scopul evitarii unor fluctuatii prea mari ale tensiunii si deci a fenomenului de flicker, este recomandabil ca impedanta retelei sa fie mica.
Pe langa fluctuatiile de tensiune, cuptoarele cu arc mai produc regim deformant si regim nesimetric, acesta din urma fiind datorat incarcarii mai accentuate a unei faze, denumita faza tare sau activa, in detrimentul fazei moi sau 'moarte'.
Din acest punct de vedere, sunt caracteristice urmatoarele aspecte:
- la inceputul perioadei de topire, in unda de curent si, in consecinta, si in cea de tensiune apare un spectru foarte larg de armonici, incluzand armonica a 3-a si in special a 5 -a, precum si dintre cele pare;
- cand regimul de functionare se stabilizeaza, armonicile de ordin par dispar din spectru, iar factorul de distorsiune a curentului se diminueaza. In ceea ce priveste regimul nesimetric, factorul de disimetrie (nesimetrie negativa) ajunge la circa 3%
Cuptoarele cu arc produc si spectre de frecvente interarmonice continui, dar care variaza aleator. Prin asigurarea unei impedante mici ale retelei de alimentare, emisia de armonici si interarmonici devine limitata. In practica, se considera ca, pentru un raport intre puterea de scurtcircuit si puterea cuptorului de peste 100, riscurile de poluare armonica sunt neglijabile.
In perioadele de afanare si finisare, arcele electrice ard stabil intre electrozi si baia de metal topit si nu se produc perturbatii in retea.
2. Echipamente de sudare cu arc electric
Probleme similare, dar la o scara mai redusa, apar ca urmare a utilizarii echipamentelor de sudare. Transformatoarele de sudare, ca sarcini neliniare, monofazate, atrag dupa sine si fenomene deformante si nesimetrice.
Transformatoarele de sudare functioneaza la un factor de putere redus cosj 0.6, producand armonici superioare intr-un spectru larg si aleatoriu.
Utilajele de sudare in c.c. au in compunerea lor redresoare, care pot fi necomandate sau comandate. Daca alimentarea se face prin transformatoare monofazate, ponderea maxima in spectrul curentului de alimentare revine armonicii de rang 3, celelalte cu rang N>7 putand fi neglijate [7].
Influenta utilajelor de sudare cu arc asupra retelei are un caracter local, dar datorita raspandirii cat si cresterii continue a numarului acestora, efectul cumulativ al unor astfel de receptoare poate fi important in anumite zone.
3. Lampi cu descarcari
Instalatiile de iluminat folosind lampi cu descarcari in gaze sau vapori metalici sunt, de asemenea, generatoare de regim deformant si nesimetrii, desigur la scara puterilor lor.
Procesul descarcarii fiind neliniar, in curba curentului, de obicei alternativ-simetrica, apar armonici importante de ordin impar. Armonica a treia, in special, poate atinge valori de peste 30% din valoarea curentului total pe faza, astfel incat la schemele cu 3 faze si conductor neutru, circulatia pe cel de al patrulea conductor o poate depasi pe cea a curentului de faza [12].
Ponderea armonicilor de curent depinde de tipul lampilor, prezenta capacitatilor de compensare a inductantei balasturilor, schema de conexiune s.a.
