MXPA97004256A - Procedimiento para la estabilizacion de una red de corriente alterna contra variaciones de la cargareactiva e instalacion de compensacion de la potencia reactiva - Google Patents

Abstract

Los hornos de arco eléctrico de corriente continua (8) producen en su funcionamiento basculaciones de carga reactiva indeseables, que se compensan sin una reactancia especial de compensación por medio de un regulador de potencia reactiva (23). Para permitir un funcionamiento para fundir del horno del arco eléctrico (8) conectado a redes de corriente alterna (1) débiles, el horno de arco eléctrico (8) de corriente continua se hace funcionar con cuando menos 2 electrodos o cátodos (7, 7') de fundido. Cada regulador de corriente (14, 14') estáun disco para el control con rectificadoresde continua (5, 5') dondeúnicamente un segundo regulador de corriente (14') estáen unión activa por el lado de entrada con el regulador (23) de potencia reactiva. Cada cátodo (7, 7') es controlado en lo que se refiere a su distancia (d) de un fundido (11) por medio de una instalación de ajuste de electrodos (21, 21') y de un sendo regulador de electrodos (18, 18'). Unicamente el regulador de electrodos (18') estápor el lado de entrada en unión activa con el regulador de potencia reactiva (23). Con esto tiene lugar una regulación de la potencia reactiva conúnicamente una cuerda o tira de electrodos (S2).

Description

PROCEDIMIENTO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE UNA RED DE CORRIENTE ALTERNA CONTRA VARIACIONES DE LA CARGA REACTIVA E INSTALACIÓN DE COMPENSACIÓN DE LA POTENCIA REACTIVA CAMPO DE LA INVENCIÓN En la invención se parte de un procedimiento para la estabilización de una instalación de alimentación de corriente o de una red de corriente alterna contra variaciones de la carga reactiva de cuando menos una carga eléctrica con carga reactiva variable de acuerdo a la idea principal de la reivindicación 1, y de un dispositivo de compensación de la carga" reactiva de acuerdo a la idea principal de la reivindicación 1, ESTADO DE LA TÉCNICA Con la idea principal de la reivindicación 1, y de la 3, se relaciona la presente invención con el estado de la técnica que es conocido por el escrito EP 0 707, 369 Al. Allí se dan un procedimiento para la estabilización de una red de corriente alterna contra las variaciones de la carga reactiva y se presenta un dispositivo de compensación de carga reactiva, en donde como reactancia de compensación siempre se utiliza una bobina de autoinducción siempre existente, que se alimenta por un rectificador en un horno de arco eléctrico. El rectificador o los rectificadores se regulan por medio de un regulador de corriente que por el lado de entrada y\o por el lado de salida está en comunicación activa con la salida de un regulador de carga REF: 24867 reactiva. En el funcionamiento de horno de arco eléctrico se presentan ocasionadas por el proceso fuertes variaciones de la carga reactiva, que ocasionan en el campo de frecuencia de 2 Hz- 20 Hz en la red de corriente alterna alimentante apariciones de manchas ópticas. Su fuerza depende de la carga de corto circuito de la red de corriente alterna y de la carga conectada. Por el escrito de patente EP 0 639 880 A2 se conoce un procedimiento para la estabilización de una red de corriente alterna con respecto a las oscilaciones de carga reactiva en donde se regula la carga reactiva por medio de una bobina de autoinducción controlada especialmente por un tiristor en dependencia de la corriente conjunta del aparato (horno de arco eléctrico y filtro) . Esto exige elementos constructivos adicionales caros para la regulación de la carga reactiva. En el escrito de patente EP 0 498 239 Al se describe un procedimiento para la regulación por electrodos dé un horno de arco eléctrico de corriente continúa y un dispositivo regulador de electrodos, en los cuales la señal de salida del regulador de corriente, como en la presente invención, se conduce a través de un filtro de paso de banda de un conjunto a la entrada de un regulador de electrodos. Aqui puede proveerse una señal de magnitud de guía de un regulador de electrodos por medio de un dador de función en dependencia de una intensidad de corriente nominal para diferentes factores activos. La longitud del arco eléctrico se ajusta de tal modo independientemente de la variación de voltaje que se alcanza la corriente buscada con un control predado en el rectificador y con esto siempre está a disposición una zona de regulación suficiente. La invención como se define en las reivindicaciones 1 y 3 resuelve el problema de crear un procedimiento para la estabilización de una red de corriente alterna contra las oscilaciones o cambio de la carga reactiva y un dispositivo de compensación de la potencia reactiva del tipo antes mencionado pero ya con mejoras que permitan el funcionamiento de una carga eléctrica o de un horno de arco eléctrico con redes débiles de corriente alterna. Otras modalidades ventajosas de la presente invención se definen en las reivindicaciones dependientes. una ventaja de la presente invención consiste en que se reduce la magnitud de la carga reactiva en sus variaciones. Si se hacen funcionar varios hornos de arco eléctrico en el mismo riel de voltaje promedio, se ha mostrado que las apariciones ondulantes se vuelven más pequeñas en proporción a la potencia conectada que con la misma potencia de un aparato único. Este efecto se utiliza ventajosamente en un horno de arco eléctrico de corriente continua con varios electrodos donde las cuerdas de suministro siempre están en funcionamiento simultáneamente. Por lo menos una cuerda de electrodos se regula de manera hasta ahora conocida, por ejemplo, manteniendo un punto de trabajo, en tanto que cuando menos otra tira o cuerda de electrodos se utiliza para la regulación rápida de la carga reactiva. Un circuito de regulación coordinado extra cuida de que se mantenga en punto de trabajo para el fundido del material que se va a fundir. La función de los electrodos disponibles con sus cuerdas directoras de corriente puede cada vez intercambiarse. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención se describe a continuación por medio de un ejemplo de realización. Muestra: LA FIGURA l un horno de arco eléctrico de corriente continua con dos electrodos con sendos reguladores de corriente, un regulador de electrodos correspondiente y un regulador común de la carga reactiva; LA FIGURA 2 un diagrama de línea característica para las señales de magnitud de guia del regulador de electrodos en dependencia de los valores nominales de la corriente para diferentes factores activos; LA FIGURA 3 un diagrama de línea característica para la determinación de la carga reactiva nominal de un horno de arco eléctrico de corriente continua y para el ángulo de encendido nominal y la intensidad de corriente nominal de horno de arco eléctrico de corriente continua o para determinar la intensidad de la corriente nominal en dependencia de la carga reactiva y del ángulo de encendido. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En las figuras las oartes iauales se indican con cifras de referencia iguales. Por sencillez los valores físicos y sus señales coordinadas se representan de igual manera. La figura 1 muestra dos grupos o cuerdas de electrodos de elementos constructivos construidos esencialmente de igual manera (SI, S2) que tienen dos electrodos o cátodos 7, 7' de un horno de arco eléctrico de corriente continua 8. Las magnitudes físicas de las dos filas o cuerdas de electrodos (SI, S2) se diferencian por los índices 1 o 2, los elementos por las cifras sin apostrofe en la fila de electrodos (Si) o con cifras y apostrofe en la fila de electrodos (S2) para evitar repeticiones a continuación solo de describirá en lo esencial la fila de electrodos (SI). Un trasformador de horno (2) con varias etapas de conmutación está conectado por una parte a una red de corriente alterna trifásica 910 con una tensión alterna de 22kv y por otra parte a la entrada de voltaje alterno de un rectificador de corriente 950. El lado de tensión continua del rectificador 5 está por medio de una bobina de auto inducción 6 conectado con un electrodo de fundido o cátodo 7 del horno de arco de arco de corriente continua 8. un contra electrodo un ánodo dispuesto en la zona del horno de arco eléctrico 12 está unido con el polo del rectificador de continua 5 (no representado ). Entre el extremo inferior del cátodo y la superficie de un fundido o un baño de fundido 11 arde un arco eléctrico 10. Con (d) se señala una distancia entre el cátodo 7 y la superficie del baño de fundido 11. Por medio de un transformador (3) en el conducto de corriente alterna hacia el rectificador 5, se detecta una señal de valor de corriente actual (i 1 actual o en alemán ist) y se conduce a una entrada negante de un amplificador aditivo 13. A una entrada del factor no negante de ese aditivo 13 con el factor 0.5 se conduce desde un potenciómetro no representado una señal de valor nominal de corriente (i nominal o en alemán solí). El lado de salida del aditivo 13 está unido con un regulador de corriente 14 con una característica proporcional -integral, al cual se le proporciona una señal de suma 0.5. i nominal-i -actual. El lado de salida proporociona al regulador de corriente 14 una señal de magnitud de ajuste del rectificador ( alfa - actual) corrrespondiendo a un ángulo de encendido, un variador de impulso de encendido 15 que controla por el lado de salida al rectificador 5. la señal de magnitud de ajuste del rectificador ( alfa 1 actual) está por medio de un miembro amortiguante o un filtro de paso de banda 16 para el ajuste de señales, vigilancia del valor limite y filtrado de las frecuencias indeseables, está unido con una entrada no negante de un aditivo 17, cuya entrada no negante se conduce una señal (alfa l nominal) de magnitud de guía de regulador de electrodo predada desde un generador de función 25, correspondiendo a un valor de ángulo de encendido en el margen de 10-65°, preferentemente en el margen de 25-35°. Por el lado exterior está el aditivo 17 unido con un regulador de electrodos 18 que tiene una característica proporcional, el cual por el lado exterior por medio de un amplificador de válvula 19 actúa sobre una válvula 20 de un dispositivo de ajuste electrónico 21. El dispositivo de ajuste de electrodos 21, por ejemplo una bomba hidráulica con un mecanismo de ajuste y un regulador de la velocidad de los electrodos. Está acoplado con el cátodo y permite un ajuste elevado, actuando como un miembro de retardo de 1er grado. La regulación de los electrodos trabaja aproximadamente 10 veces mas lentamente que la regulación de corriente, el ajuste elevado del cátodo 7 se realiza de tal modo, que el rectificador 5 trabaje en promedio con un control de por ejemplo 25°, independientemente del voltaje secundario del transformador de horno 2 y del valor de corriente nominal establecido (i 1 nominal). Las frecuencias filtradas por el filtro de paso de banda abarcan frecuencias en el margen de 0. 5 Hz - 20 Hz. Con la regulación de un control constante en el rectificador 5 se consigue un factor de potencia promedio constante en la red de corriente alterna alimentante l. La potencia de un punto de trabajo se determina de manera muy sencilla con la selección de una etapa de voltaje del transformador del horno 2 y el predado de la intensidad de la corriente continúa. si se quiere recorrer con una etapa de voltaje o tensión del transformador de horno 2 diferentes puntos de trabajo o una potencia variable, entonces se predetermina convenientemente el valor nominal de corriente. En corriente reducida, sin embargo, con siempre un control uniforme en el rectificador 5, se obtienen es claro potencias pequeñas. Debido a la poca pérdida de voltaje en la red de corriente alterna (l) se vuelve el arco eléctrico (10) mas largo. Pero el proceso del horno exige en potencias pequeñas también arcos eléctricos pequeños (10). Para conseguir esto se debe predar en una variación del valor nominal de corriente simultáneamente una variación del valor nominal de corriente para el control del rectificador 5. Para este fin se provee un dador de función (9), el cual en vez de la señal de magnitud de ajuste del rectificador (9) (alfa 1 actual) da en dependencia del valor nominal la señal de magnitud de guía del regulador de electrodo (alfa nominal), como se indica por rayas en la Fig. 1. Con esto es también posible, el aumentar la zona de potencia. La Figura 2 muestra por medio del dador de función (9) las funciones realizadas, correspondiendo las curvas (K1-K6), las cuales representan la señal de magnitud de guía del regulador de electrodo (alfa nominal) en grados eléctricos en dependencia del valor nominal de corriente (i nominal) en ka para diferentes factores activos de eos fi ( 0.75- 1.00) como parámetros En la ordenada se pone adicionalmente la potencia activa (P) en MW. la coincidencia en números con la señal de magnitud de guia del regulador de electrodo (alfa nominal) es únicamente una casualidad. El ejemplo representado en relación con la Figura 2 se refiere a un aparato con una potencia activa (P) de 60 MW en una corriente continúa de 100 kA y una potencia de compensación o reactiva de 30 MVar. El aparato está puesto de tal modo, que con 100 kA y un control del rectificador 5 con una señal de magnitud de ajuste de rectificador (alfa actual) de 35° en la red de corriente alterna 1 alimentante se produce un factor activo eos fi =0. 9, correspondiendo a un punto de trabajo (A), una línea de unión que se representa punteada (A-B) muestra la limitación para un control rectificador mínimo. igualmente pueden las curvas kl y k6 para eos fi - 0.75 y 1.0 considerarse como limitaciones. Una curva C corresponde a un control del rectificador 5 en donde se obtiene un potencia reactiva de la red de corriente alterna l según el punto de trabajo (A) ; ella es por lo tanto una línea limite para la potencia reactiva máxima de la red. la función alfa (nominal )= f(i nominal) debe también quedar en la zona limitada y preferentemente corresponderá la curva (K3) para eos fi = 0. 9. Si se mantiene el control de alfa nominal= 35° y la corriente sucesivamente se disminuye de 100 kA a 60 kA, entonces vendriase de una curva de potencia activa (P3) de una potencia de 60MW a una potencia de 38MW con un eos fi= aproximadamente a l. Esto es aproximadamente el 60% de la potencia de la potencia máxima. si se da alfa nominal (i nominal), donde por ejemplo, todos los puntos de trabajo se recorren con eos fi =0.9 de acuerdo con la curva (k30, entonces se necesita con 50 kA un ángulo de control (alfa nominal) de 65° y se consigue una potencia efectiva (P) de 15MW de acuerdo con una curva de potencia efectiva (P2), con esto todavía 255 de la potencia máxima. Otra curva de potencia máxima (Pl) vale para eos fi?= 0.95. La FIG. 3 muestra por medio de los generadores de función o dadores de función (25) y (25') funciones realizadas, donde en la ordenada se presenta la potencia efectiva (P) en MW y en el eje de las abscisas la potencia reactiva (Q) en MVar. A la derecha hacia afuera y arriba están en el diagrama los valores para eos fi de 0.2-0.95 en un corte de arco circular alrededor del punto cero de los valores de la corriente (i) en kA de 20 kA- 120 kA y afuera en los valores del arco circular 120 kA para el ángulo de encendido (alfa) en grados eléctricos de 15-75° al final de las curvas, que conducen en dirección del centro de coordenadas. por ejemplo para un punto de trabajo (D) será la potencia efectiva (P) 93 MW, la potencia reactiva (Q) 84 MVar, la corriente continúa (i) 110 kA y el ángulo de encendido (alfa) 35°. Si se da al generador de función (25) por el lado de entrada por el personal de servicio o por un control coordinado que no se representa una potencia efectiva nominal deseada (P nominal) y un valor deseado de corriente (i nominal), ver la Fig 1, entonces pone a disposición el generador de función (25) por el lado de salida los valores correspondientes a la Fig 3 para la potencia reactiva nominal (Q nominal) y para el valor de ángulo de encendido nominal (alfa 1 nominal). El valor para la potencia reactiva nominal ( Q nominal) se conduce un regulador de potencia reactiva (23) y el valor para el valor nominal del ángulo de encendido (alfa 1 nominal) al generador de función (25') y a las entradas del sumador (17) y (17') como valores nominales para el regulador de electrodos (18) y (18') de las cuerdas de electrodos (SI) Y (S2). Las entradas no negantes de un sumador (22) son alimentadas por las potencias reactivas captadas por detectores de potencia reactivo no representados y señaladas por ( Ql, Q2) de las cuerdas de electrodos SI, S2 y una entrada negante de una potencia reactiva de compensación (Q4) de un condesador conectado a la red de corriente alterna o de un banco condensador (4). la señal de suma del sumador (22) se proporciona a la entrada del regulador de potencia reactiva (23), por el lado de salida una magnitud de ajuste (Qr) a una entrada no negante de un sumador (24). A otra entrada no negante del sumador (24) se conduce el valor de la potencia reactiva (Q 2) por el lado de salida está unido con una entrada del generador de función (25'), que genera el mismo sistema de función que el generador de función (25) por el lado de salida en valor nominal de corriente (i 2 nominal) a la entrada de un sumador (13') asi como dado el caso a la entrada del dador de función (9'), el cual genera la misma función que el dador de función (9). Su señal de salida es el valor nominal del ángulo de encendido (alfa nominal), que en vez del valor nominal del ángulo de encendido (alfa 1 nominal) de la salida del generador de función (25) se proporciona a una entrada no negante de un sumador (17'). Al generador de función (25') se puede por el lado de entrada en vez del valor nominal de ángulo de encendido (alfa 1 nominal) proporcionarse el valor nominal de corriente (i nominal) multiplicado por 0. 5 a través de un amplificador sumador (26) con una entrada de factor 0.05. El generador de función (25') proporciona entonces por el lado de salida, un valor nominal de ángulo de encendido (alfa 2 nominal) el cual se conduce al sumador (17') en vez del valor nominal del ángulo de encendido (alfa l nominal) a una entrada no negante. Es importante, que la potencia reactiva conjunta del aparato se mantenga constante, para impedir la aparición de flamazos. Con potencia reactiva de compensación constante (Q4), se quiere decir que la suma Qx + Q2 debe ser constante. En la cuerda de electrodos (SI) se regular según los puntos de trabajo de una tensión continúa nominal y un valor nominal de corriente predado (i 1 nominal). La potencia reactiva resultante (Ql) es obtenida. Dependiente del punto de trabajo y de la proporción conocida de la red de corriente alterna (1) se predetermina una potencia reactiva nominal (Q nominal) a través del generador de función (25) y se obtiene la potencia reactiva deseada (Q2) de la cuerda de electrodos (S2). por los parámetros de la instalación conocidos pueden calcularse las magnitudes de control: valor nominal del ángulo de encendido alfa 2 nominal=alfa 1 nominal y la distancia (d) entre el cátodo (7) y el baño de fundido (11), que son necesarios para producir la potencia reactiva deseada (Q nominal). Aquí se produce el punto de trabajo deseado del valor nominal de la corriente ( i nominal) como segundo valor de apoyo, para reducir el influjo al proceso de la cuerda de electrodos (S2), se obtiene la potencia reactiva real (Q2) y conducirlo al regulador de electrodo (18') para la corrección. Aqui se utilizan las inducciones de la cuerda de electrodos (S2) para compensación de la potencia reactiva. Ambos cátodos (7 ) y (7 ' ) funden en el funcionamiento de fundido la chatarra, no representada, en el horno de arco eléctrico de corriente continúa (8) y producen así una potencia reactiva determinada Ql + Q2. En el cátodo (7) se rompe la chatarra y acorta de repente el arco eléctrico (10). La regulación de corriente mantiene a la corriente continua ( i l real o actual) constante y varia la señal de magnitud establecida (alfa 1 real) correspondiente. En este momento ya puede calcularse la variación de potencia reactiva resultante. Basándose en el punto de trabajo actual en el cátodo ( 7 ' ) se puede calcular, cual nuevo punto de trabajo debe aquí establecerse, para generar una variación de potencia reactiva de sentido contrario de modo que la suma de la potencia reactiva permanezca constante. Se comprende por si mismo, que el horno de arco eléctrico de corriente continúa (8) también puede funcionar con más de 2 cátodos (7, 7'). Cuando menos una cuerda de electrodos (SI, S2) se utiliza para la compensación de la potencia reactiva.

LISTA DE REFERENCIA I red de corriente alterna 2, 2 ' transformadores del horno 3 , 3 ' transformador de corriente 4 condensador, banco condensador 5, 5' rectificador de continúa 6, 6 ' bobinas de autoinducción 7, 7 ' electrodos cátodos 8 horno de arco eléctrico, C. C. carga 9, 9' dador de función 10, 10' arcos eléctricos II fundido, baño de fundido 12, 12' electrodos ánodos 13, 26 amplificador sumador 14, 14' regulador de corriente 15, 15' inversor impulso encendido 16, 16' filtro de paso de banda 13', 17', 22, 24 sumador 18, 18' regulador de eléctricos 19, 19' amplificador de válvula 20, 20' válvula 21, 21' instalaciones de ajuste de electrodo 23 regulador potencia reactiva 25, 25' generadores de función A-D puntos de trabajo d distancia de electrodo 7 o 7 ' a la superficie de fundido l i corriente continúa i-1 y i-2 act. valores actuales de corriente de SI o S2, intensidades de corriente i nom. valor corriente nominal de la suma de SI y S2, intensidades de corriente nominal i l-i2 valores de corriente nominal SI o S2 kl-K6 curvas P potencia efectiva P nom. potencia efectiva nominal de la suma de SI y S2 P1-P3 curvas de potencia efectiva Q potencia reactiva Q* magnitud de ajuste de 23 Q nom. potencia reactiva nominal de la suma de si y S2 valor nominal de la potencia reactiva Qi Q2 potencia reactiva de SI o S2 Q, potencia reactiva compensadora de 4 si, S2 cuerda de electrodos 7 o 7' alfa ángulo de encendido alfa 1 y alfa 2 actuales valores del ángulo de encendido actual, señales de magnitud de ajuste del rectificador para 5 o 5' alfa nom. valores nominales del ángulo de encendido en grados eléctricos regulador de electrodos-señales de magnitud de guía eos fi factor activo Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención. Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes:

Claims (4)

1. REIVINDICACIONES 1. - Procedimiento para la estabilización de una red de corriente alterna contra las oscilaciones de la carga reactiva de cuando menos una carga eléctrica con carga reactiva variable, a) donde una intensidad de corriente por esa carga se regula por medio de un regulador de corriente en un circuito regulador de corriente, el cual contiene esa carga como tramo de regulación, por cuando menos un rectificador de corriente ajustándola a un valor nominal de corriente* predado; b) donde una potencia reactiva de esa carga por medio de un regulador de potencia reactiva, en un circuito regulador de potencia reactiva, que contiene esa carga como tramo de regulación, se regula a un valor nominal predado de potencia reactiva, procedimiento caracterizado porgue c) la intensidad de corriente se regula por esa carga a través de cuando menos un circuito regulador de corriente, el cual contiene esa carga como tramo de regulación, a un valor nominal de corriente predado; d)cuando menos un primer circuito regulador de corriente se regula independientemente de la potencia reactiva de esa carga, y e) cuando menos un segundo circuito regulador de corriente se regula dependientemente de la potencia reactiva de esa carga.
2. 2. -Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, donde esa carga es un horno de arco eléctrico de corriente continua, caracterizado porque se regula la distancia de un electrodo movible del horno de arco eléctrico de corriente continua a la superficie de un baño de fundido de ese horno de arco eléctrico de corriente continua en dependencia de la señal de salida del regulador de la potencia reactiva.
3. 3. -Instalación de compensación de potencia reactiva a) con cuando menos una carga eléctrica con una carga reactiva variable; b) la cual a través de cuando menos un primer rectificador de corriente está en unión activa con una red de corriente alterna que alimenta a la carga; c) con un regulador de corriente que por el lado de salida está en comunicación de control con un primer rectificador de corriente; d) con un regulador de potencia reactiva, que por el lado de salida está en unión de control con una instalación de compensación de la potencia reactiva que abarca al rectificador de corriente ¡ instalación caracterizada porque e) cuando menos dos tramos de regulación de corriente, que son regulados cada uno por un sendo regulador de corriente, contienen la carga como miembro de ajuste, f) cuando menos un primer regulador de corriente no está en unión activa con el regulador de potencia reactiva;y g) cuando menos un segundo regulador de corriente por el lado de entrada está en comunicación activa con el regulador de la potencia reactiva.
4. 4. - Instalación de compensación de la potencia reactiva de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porgue; a) la carga es un horno de arco eléctrico de corriente continua con cuando menos dos electrodos movibles; b) para cada electrodo movible se ha provisto un dispositivo de ajuste de electrodo separado; c) el cual por el lado de entrada está en unión de control con cada uno de los reguladores de electrodo; y d) cuando menos un regulador de electrodo por el lado de entrada está en unión activa con el regulador de la potencia reactiva.