کوره‌ قوس‌ الکتریکی (Electric Arc Furnace – EAF) یکی از بارهای بزرگ و بسیار نامنظم در صنایع فولادسازی محسوب می‌شود. این بار به‌دلیل ماهیت ذوب فلزات و فرآیندهای کنترلی آن، مصرف لحظه‌ای جریان و توان اکتیو و راکتیو را به‌طور چشمگیری تغییر می‌دهد. در این نوشتار، با استناد به مقالات و کتاب‌های علمی برجسته، اثرات کوره‌ قوس‌ الکتریکی مجتمع فولاد بر روی توان اکتیو (P) و توان راکتیو (Q) واحدهای نیروگاهی بررسی می‌شود.

1. ویژگی‌های بار کوره قوس الکتریکی
1.1. ماهیت غیرخطی و متغیر
- جریان ورودی به کوره در فازهای ذوب اولیه و نگهداری قوس الکتریکی به‌سرعت تغییر می‌کند.
- نوسانات لحظه‌ای جریان و ولتاژ معمولاً تا ±30% مقدار نامی گزارش شده است [1].
1.2. ضریب توان پایین
- ضریب توان کلی کوره قوس الکتریکی در محدوده 0.6 تا 0.8 (lagging) قرار دارد.
- در برخی مطالعات ضریب توان حتی تا 0.5 نیز کاهش یافته است [2].
1.3. تولید هارمونیک
- جریان غیر سینوسی باعث تزریق هارمونیک‌های مرتبه بالا (5، 7، 11 و 13) به شبکه می‌شود.
- بزرگ‌ترین مؤلفه هارمونیک غالباً هارمونیک پنجم است که می‌تواند تا 20% از مؤلفه اصلی جریان برسد [3].

2. تأثیر بر توان اکتیو نیروگاه
2.1. افزایش نوسانات بار
- بارگذاری و تخلیه سریع انرژی از شبکه باعث نوسانات لحظه‌ای توان اکتیو می‌شود.
- این نوسانات، در واحدهای بخاری و گازی نیاز به تنظیم سریع مجموعه توربین–ژنراتور را افزایش می‌دهد.
2.2. کاهش پایداری ولتاژ و فرکانس
- تغییرات ناگهانی توان اکتیو می‌تواند منجر به انحراف‌های فرکانسی در شبکه گردد.
- برای جبران این انحراف‌ها، سرویس‌های تنظیم فرکانس (Primary and Secondary Frequency Control) باید فعال شوند که خود مستلزم صرف سوخت بیشتر و استهلاک تجهیزات است.

3. تأثیر بر توان راکتیو نیروگاه
3.1. افزایش نیاز به توان راکتیو
- ضریب توان پایین کوره باعث جبران عمده توان راکتیو از شبکه می‌شود.
- توان راکتیو جبرانی در برخی ساعات تا 40–50 MVAr می‌رسد.
3.2. تأثیر بر پروفیل ولتاژ
- عبور جریان راکتیو بالا از خطوط باعث افت ولتاژ طولی می‌شود.
- در پست‌های اصلی شبکه اطراف مجتمع فولاد، ولتاژ ممکن است به میزان ±5% تغییر یابد که خارج از محدوده مجاز استاندارد IEEE Std. 519 است [4].

4. مشکلات کیفیت توان ناشی از EAF
4.1. فلیکر (Flicker)
- تغییر لحظه‌ای ولتاژ تحت تأثیر نوسانات جریان قوس الکتریکی، فلیکر نوری ایجاد می‌کند.
- شاخص Pst (short-term flicker severity) در مواردی به 1.2–1.5 رسیده که فراتر از حدود مجاز (1.0) است [5].
4.2. هارمونیک
- افزایش ضریب اعوجاج هارمونیک ولتاژ (THDv) تا 5–8% در شبکه‌ تغذیه گزارش شده است.
- THDi جریان تا 25% نیز مشاهده می‌شود که می‌تواند موجب گرم شدن ترانسفورماتورها و خازن‌ها گردد.

5. روش‌های کاهش تأثیرات منفی
5.1. سیستم‌های فیلترینگ هارمونیکی
- فیلترهای استاتیک (Passive Filters) در فرکانس‌های 5، 7 و 11 به‌صورت موازی نصب می‌شوند.
- فیلترهای فعال (Active Power Filters – APF) برای اصلاح هارمونیک و ضریب توان به‌صورت همزمان کاربرد دارند [6].
5.2. جبران‌گرهای راکتیو (SVC/STATCOM)
- نصب SVC تا حدود 100–200 MVAr در کاهش نوسانات ولتاژ و بهبود ضریب توان مؤثر است.
- STATCOM به‌دلیل پاسخ سریع‌تر (در حدود میلی‌ثانیه) برای مقابله با فلیکر مناسب‌تر است.
5.3. استفاده از ذخیره‌سازهای انرژی
- به‌کارگیری سیستم‌های باتری (BESS) یا اَبَرباتری‌ها برای هموارسازی توان اکتیو و کاهش نوسانات.
- کاهش جریان هجومی اولیه کوره و کنترل روان‌تر پروفیل توان.

6. نتیجه‌گیری
کوره‌ قوس‌ الکتریکی به‌عنوان یک بار بزرگ فولادسازی، تأثیر قابل‌توجهی بر توان اکتیو و راکتیو شبکه‌های نیروگاهی و کیفیت توان می‌گذارد. مطالعات نشان می‌دهند که نوسانات لحظه‌ای جریان و ولتاژ ناشی از عملکرد دینامیک قوس، باعث بروز فلیکر، هارمونیک و افت ولتاژ می‌شود. برای مقابله با این مشکلات، به‌کارگیری ترکیبی از فیلترهای هارمونیکی، جبران‌گرهای راکتیو (SVC/STATCOM) و سیستم‌های ذخیره‌ساز انرژی ضروری است. با این راهکارها می‌توان به پایداری بیشتر ولتاژ و فرکانس، بهبود ضریب توان و کاهش هزینه‌های بهره‌برداری واحدهای نیروگاهی دست یافت.

منابع (نمونه)
[1] IEEE Std. 519-2014, “IEEE Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control in Electric