式中：U为变压器二次电压；
Uarc为电弧电压；
I为电极电流；
X为折合到变压器二次侧的系统总电抗；
R为折合到变压器二次侧的系统总电阻；
P为有功功率；
φ为相位角。
由式(5)町明显看出：对于同样的功率和功率因数，提高电抗就可以降低电极电流。
为了说明不同的系统总电抗对电弧炉操作的影响，表1给出了丹涅利公司3台同样容量(90MVA)、不同电抗器的电弧炉的运行实例。
实例A为典型的传统电弧炉设汁，而实例B则是设计成较高的电抗和低电流操作，电弧功率与实例A相同，其电极电流只有50kA，实例A为65kA。实例C则是完全按照高阻抗电弧炉设计的，其二次电压高达1100V，系统运行总电抗为8．2mΩ，电极电流为50kA，损失功率很小，只有2．．3MW，电效率非常高。短路电流小，只有93kA，短路电流倍数仅为1．86倍。其优点是对电网的冲击减小，使电弧更加稳定。
这3台炉子的负荷特性(有功功率、功率因数、电弧功率)分别如图2和图3所示。
2．2 带饱和电抗器的高阻抗电弧炉
饱和电抗器是一种在同时有恒定磁场与交变磁场作用下工作的电抗器。饱和电抗器的电抗因其恒定磁场的改变而发生变化的这一特性被广泛地应用于各种电力调整设备中。利用饱和电抗器的下坠特性来限制短路电流，在真空电弧炉上曾经有成功的应用范例，为了这个目的而使用的电抗器有时被称为电流补偿电抗器。
当高阻抗电弧炉正常工作时，主电路中的电流为额定值，此时饱和电抗器受到最大的磁化作用，它在特性曲线上的工作点如图4中的a点所示，饱和电抗器的电压降较小。当炉子一旦发生工作短路时，流经电抗器的交流电流增加了，而直流电流却保持不变，这时的工作点移到同一曲线上的}1点，由图4可看出，这时饱和电抗器的电压降很大，从而限制了短路电流。即饱和电抗器的磁化作用自动地随着主电路所要求的电压而改变。
带有饱和电抗器的高阻抗电弧炉主电路如图5所示。饱和电抗器是利用铁磁材料的非线性磁化曲线进行工作的。每相饱和电抗器可被视为具有两个绕组的单相变压器，其中NL线匝与负荷(电炉变压器)串联称作负荷绕组；另一个NC线匝与NL电气隔离，并通以直流电流(IDC)称作控制绕组。
饱和电抗器通过控制绕组的安匝数，调节铁芯的饱和度，只要负荷绕组的安匝数比控制绕组的低(相当于图4中的a点)，则负荷绕组产生的电压降很低，甚至可忽略不计。如果负荷电流ILMAX≥IDC*NC／NL，铁芯将会减小饱和度，而负荷电流的任何增量将产生大的磁通量变化，结果在负荷绕组中产生较大的电压降(相当于图4中的b点)。这就是产生下坠式伏安特性的理论依据。
通过改变控制电流IDC，就可能在由O至最大允许电流的范围内控制负荷电流。当负荷电流趋向于超过ILMAX时，饱和电抗器将产生较大的电压降，将电流限制在ILMAX值之内。通过选择控制电流，饱和电抗器即能以全电流控制模式或作为峰值限流器进行工作。
2．3 应用实例
意大利Ferriere Nord钢厂的80t DANARC交流电弧炉是采用饱和电抗器控制的高阻抗电弧炉。该电弧炉的主要数据如下：
炉壳直径 5300mm；
电极直径 600mm；
电极圆直径 1150mm；
电炉变压器 55MVA+20％；
最大有功功率 43MW；
最大次级电压 985V；
饱和电抗器容量 76MVA；
饱和电抗器励磁系统 0．4MVA。
3 电抗器的过电压保护措施
真空断路器的操作过电压是由于电路中存在着电感、电容等储能元件，在开关操作瞬间放出能量，在电路中产生电磁振荡而出现的过电压。在电感性负载电路中，真空断路器的分断操作会产生严重的高频振荡波形。曾测到过的最高值约为电源峰值的4．5倍。高阻抗电弧炉变压器原方串联一个很大的电抗器，其电感值非常大，因而产生的分断过电压非常高，已运行的高阻抗电弧炉现场也确实证明了这一点，因此，必须采取特别有效的过电压保护措施。
常用的过电压保护措施有阻容保护和避雷器保护。前者也有几种不同方案，但效果最好的方案如图7所示。
这种双路式RC过电压保护器的运行结果表明能够消除分断过电压振荡，R1C1主要保护相间过电压，R2C2主要保护对地过电压。对于用来吸收相间电路存储能量的R1C1值应选用O．1μF的电容器比较合适。根据《电机工程手册》第三篇高压开关设备所述，对于频繁进行投切操作的电弧炉变压器的真空断路器，过电压保护装置R1C1选C1=O.l～O．2uF，R1=100Ω。
组合式RC装置中的C2的接入是为了消除相对地的过电压，同时又能解决常规三组RC吸收装置中对地电流过大而烧毁电阻R1的缺陷。西安高压电器研究所与锦州电力电容器厂合作研制的组合式RC过电压保护器，已通过鉴定并批量生产，几年来凡使用陔装置的电路从未发生过过电压事故。
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