Энергосбережение в Украине рассматривается на самом высоком уровне. Стоимость электроэнергии изменяется в зависимости от условий рынка, соответственно меняются и затраты на производство продукции, в которых доля расходов на электроэнергию составляет до 60%. Энергосбережение сегодня — одна из важнейших проблем для предприятий, стремящихся к прибыльной и эффективной работе. Развитие металлургии идет по пути с развитием электрических печей. Дуговые сталеплавильные печи являются потребителями большого объема электроэнергии.
         Поэтому вопросы экономии электроэнергии в сталеплавильном производстве актуальны для практики.
         Особенностью работы дуговой сталеплавильной печи является то, что показатели электропотребления зависят от того, как ведется плавка.
         В настоящее время устанавливается предельное значение электропотребления, превышение которого не допускается. Вместе с тем процесс электропотребления в период расплавления является случайным. Поэтому вполне возможны колебания электропотребления в процессе плавки и между плавками. В связи с этим актуальным с научной точки зрения является определение допустимых диапазонных изменений электропотребления, что и является целью работы.

         Результаты работы могут быть использованы на электросталеплавильных заводах.

          Дуговая сталеплавильная печь работает, как правило, круглосуточно с остановками на ремонт и профилактический осмотр. Цикличность работы определяется чередованием плавок с отключением печи для слива металла, заправки и загрузки. Большая единичная мощность печных агрегатов определяет большие расходы электрической энергии, поэтому перед энергетической службой промышленных предприятий и технологами стоит задачи выбора рационального режима работы печи, обеспечивающего с одной стороны высокую производительность, а с другой – минимальный расход электроэнергии.
         Поскольку лучшие значения этих показателей зачастую не совпадают, установление оптимальных условий эксплуатации печи основывается на анализе Производительность печи и расход электроэнергии зависит от мощности дуг, потерь электроэнергии и связана с рабочим током.
         В зависимости от силы тока в печи различают следующие режимы работы:
         а)      режим холостого хода (дуги не горят, I=0);
         б)      Нормальный режим (I=I _н );
         в)      Режим эксплуатационного короткого замыкания (I=I_к).
         Наиболее полную картину изменения режима работы печи можно получить при рассмотрении электрических и рабочих характеристик [1].
         •      Электрические характеристики.
          Режим работы ДСП в пределах выбранной ступени напряжения трансформатора регулируется в основном по току. Зависимость параметров режима подведенной Р и полезной Р_п мощности, коэффициента мощности соsφ; и КПД η_э от тока I₂ называют электрическими характеристиками. Для выбора рационального режима работы печи необходимо знать электрические характеристики на каждой ступени напряжения трансформатора (их можно построить по данным аналитического и графического расчета).
         •      Рабочие характеристики.
         Для правильного выбора режима работа ДСП знание электрических характеристик не достаточно, дуговая печь как технологический агрегат характеризуется, прежде всего, удельным расходом электроэнергии и производительностью.
         Поэтому выбор рационального режима работы ДСП ведут по рабочим характеристикам, представляющим собой электрические и технологические характеристики (рис. 1). В нижней части (рис. 1) приведены электрические характеристики и независимые от тока (в первом приближении) тепловые потери печи ΔР_т, в верхней – технологические: удельный расход электроэнергии а, кВт•ч/т; часовая производительность печи g, т/ч; время расплавления 1 т стали t_р, т/ч и полный КПД η.
         Aнализ рабочих характеристик показывает:

Рисунок 1 — Рабочие характеристики ДСП

1)      Возможные пределы режимов работы печи уже, чем электрические, очевидно, печь может работать лишь тогда, когда её активная мощность Р не меньше, чем сумма её тепловых и электрических потерь (Р≥ΔРэ +ΔРт), что соответствует токам Iа и Iв на рис.1;          2)      Кривая удельного расхода электроэнергии а имеет минимум при токе Id, которому соответствует и максимальное значение полного КПД печи η; следовательно, ток Id определяет оптимальный энергетический режим;          3)      Кривая производительности печи g достигает максимума при токе Iс, который соответствует максимуму мощности дуг (Рп). Этому же току соответствует наименьшее удельное время расплавления tр; следовательно, Iс определяет режим максимальной производительности;          4)      Оптимальный энергетический режим и режим максимальной производительности не совпадают.

         Итак, если предприятие работает в условиях дефицита электроэнергии, то решающим фактором является оптимальный энергетический режим, характеризуемый током I_d. Если же главная задача состоит в том, чтобы выплавлять максимум металла, то определяющим является режим максимальной производительности I_с.
         Значение тока I_опт, при котором себестоимость расплавления металла минимальна, лежит между значениями токов I_d и I_с.
         Таким образом, рабочие характеристики ДСП позволяют проанализировать её работу, определить оптимальный режим и сделать выводы о правильности эксплуатации применяемого для её питания электрического оборудования.

          Система лимитирования была разработана на одном из заводов кандидатом технических наук Лютым А. П..
          В этой системе контролируются параметры режима активной и реактивной мощности (Р и Q), коэффициент мощности соsφ, расход активной и реактивной электроэнергии (W_a и W_р). Система прогнозирует, в процессе плавки, вероятность превышение заданного лимита. В случае если норма превышается, плавка останавливается. После выяснения причин перерасхода электроэнергии дается разрешение на продолжение плавки. Если превышение лимита произошло по вине сварщика, то он наказывается, если по объективным причинам (некачественная шихта) сварщик не наказывается.
          Недостатком этой системы является то, что устанавливаются только максимальное значение величины, так как процесс электропотребления в период расплавления является случайным. Поэтому вполне возможны колебания электропотребления в процессе плавки и между плавками.

          В процессе электропотребления неизбежны стационарные колебания электропотребления, которые вполне допустимы, но вместе с тем, могут возникать и не стационарные колебания как большую, так и в меньшую сторону. Например, повышение расхода электроэнергии может быть вызвано недопустимым интенсификацией режима плавления. С целью уменьшения времени плавки такое «повышение» производительности недопустимо, так как достигается за счет перерасхода электроэнергии и износа оборудования.
          В литературе описаны два метода:
         1.      Метод симметрирования для выделения стационарных компонент режимов производства и расходов энергоносителей (Дмитриев О.М., Лютый А. П)[3].
          Этот метод позволяет симметрировать большой выпуск продукции и малый расход энергоносителей на все возможные области изменения параметров режима.
         2.      Метод коррекции незакономерных отклонений от стационарного режима потребления энергоносителей (Лютова А. П., Дмитриева О.М.)[4]. Этот метод заключается в симметрировании фактического, т.е. статистического распределения. При этом большие значения выпуска продукции считаются закономерными и сохраняются, а малые - получаются симметричным отображением больших значений относительно среднего.
          Поскольку процессы выпуска продукции и расхода электроэнергии взаимосвязаны, в дальнейшем принят метод коррекции незакономерных отклонений от стационарного режима потребления энергоносителей Лютова А. П. и Дмитриева О.М.

          Задачи анализа и регулирования процессами потребления энергоносителей (электроэнергии W) на предприятиях должны решаться в рамках математической модели, которые отвечают режиму стабильной продуктивности. Условием стационарности процесса выпуска продукции V и энергопотреблением является независимость этих графиков (средних значений, дисперсий и др.) от времени t. Вследствии случайных факторов параметры режима колеблются около своих средних значений V_с, W_с. Эти колебания следует считать закономерными, если они не нарушают стационарность.
          На действующих предприятиях есть и незакономерное отклонение, которое обусловлено замедлением и нарушением технологического процесса. Для оценивания недовыпуска продукции и перерасхода энергоносителей с экспериментальных графиков изменение по времени параметров режима следует выделить их стационарные компоненты и на основании стационарной модели выполнить коррекцию графиков и установить допустимые диапазоны изменения параметров.
          Начальным для коррекции являются графики изменение по времени параметров режима (t). Они определяются за время технологической операции, смену, сутки, месяц. Чем больше время, тем меньше диапазон закономерных отклонений. Для расчета коррекции также необходимо знать значения выпуска продукции (желательно суточные), потребленную электроэнергию и удельный расход , например за месяц с N – днями, статистические средние значения и стандарты _с, _с, _V, _W. Для дальнейшего анализа лучше всего значения  (t) расположить в порядке возрастания i=1,2,…,N. Параметры режима измеряются в относительных единицах, где принято за единицу наибольшее значение величин   и   .
          Первым шагом к коррекции является определение статистической функции распределения F( )=i / N (рис.2 график 1). Симметрирование необходимо выполнять относительно точки М пересечению горизонтали 0,5 с графиком функции распределения. Абсцисса точки М является средним значением V_с гипотетической модели стационарного режима.

Рисунок 2 — Симметрирование статистической функции распределения выпуска продукции

V_c = _(N+1)/2,     (1)

V_c = (1/2) • (  _N/2 +  _N/2+1),     (2)

V_c = 2 _N/2+1 +  _N/2+2 ,     (3)

_i = 2V_c - _{N - i+1},      (4),

,      (5).

β_V=(_M – V_c)/σ_V,     (7)