Trasformatori per forni elettrici ad arco

Durante il processo di fusione del forno elettrico ad arco (EAF), l'impedenza all'interno del forno fluttua drasticamente, con cortocircuiti degli elettrodi alternati e interruzioni dell'arco; di conseguenza, i picchi di corrente subiti dal trasformatore superano di gran lunga quelli riscontrati dai trasformatori di potenza convenzionali. Yulan Transformer produce trasformatori per forni elettrici ad arco dal 1999; la sua serie di trasformatori EAF varia da 1.000 kVA a 80.000 kVA, supportando tensioni primarie di 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV, 35 kV e 110 kV, mentre le tensioni secondarie sono progettate su misura in base a specifici tipi di forni e processi di fusione.

Caratteristiche dei carichi del forno elettrico ad arco

Le condizioni operative dei trasformatori per forni elettrici ad arco (EAF) differiscono in modo significativo da quelle dei trasformatori di distribuzione o di potenza standard. Durante la fase di fusione della carica, la corrente oscilla bruscamente; le correnti secondarie possono raggiungere da due a tre volte il valore nominale durante i cortocircuiti degli elettrodi, eventi che, sebbene brevi, si verificano frequentemente. Gli avvolgimenti e i nuclei devono resistere a queste forze elettromagnetiche ripetitive e le strutture di bloccaggio e i supporti isolanti devono essere verificati rispetto a queste condizioni.

Le tensioni secondarie sono relativamente basse – in genere vanno da 100 V a 800 V – mentre le correnti secondarie possono raggiungere decine di migliaia di ampere. Di conseguenza, gli avvolgimenti a bassa tensione (lato valvola) utilizzano più conduttori paralleli o conduttori trasposti, i conduttori di uscita sono costituiti da sbarre di rame e i terminali ad ampia superficie sono montati sulla parete del serbatoio.

L'impedenza di cortocircuito è progettata per essere superiore a quella dei trasformatori standard per limitare le correnti di cortocircuito e stabilizzare l'arco. I valori di impedenza variano tipicamente dal 6% al 12%, con valori ancora più elevati richiesti per alcuni trasformatori di forni di grande capacità. Un'impedenza eccessiva riduce la potenza assorbita dal forno, mentre un'impedenza insufficiente rende difficile resistere ai picchi di cortocircuito; pertanto, il progetto deve essere attentamente adattato allo specifico processo di fusione.

Metodi di configurazione comuni

Senza reattore in serie

Utilizzato in applicazioni in cui la rete elettrica ha una capacità di cortocircuito sufficiente e il forno presenta caratteristiche di impedenza stabili. Questa configurazione offre un design semplice del sistema, dimensioni compatte dell'apparecchiatura e costi di investimento inferiori. È la scelta standard per la maggior parte dei trasformatori per forni elettrici ad arco di piccola e media capacità.

Con reattore in serie

Un reattore è collegato in serie sul lato primario o secondario del trasformatore per limitare ulteriormente la corrente di cortocircuito e migliorare la stabilità dell'arco. Il reattore aiuta a mitigare l’impatto sulla rete elettrica, in particolare quando la rete è debole o durante le fasi iniziali del funzionamento quando si verificano frequenti crolli della carica. Il reattore può essere integrato nel serbatoio del trasformatore o installato come unità autonoma. Un design integrato consente di risparmiare spazio ma è meno conveniente da mantenere rispetto a un'unità esterna.

Specifiche tipiche

I seguenti dati sono ricavati dai registri delle unità prodotte in lotti e non rappresentano la gamma completa di fornitura. I parametri per progetti specifici sono soggetti all'accordo tecnico.

Trasformatore per forno ad arco con commutazione sotto carico ad alta capacità

Nota: tra gli stadi di regolazione della tensione, i primi cinque stadi forniscono una potenza in uscita costante, mentre gli stadi successivi forniscono un'uscita di corrente costante. L'intervallo di potenza costante viene utilizzato durante la fase di fusione iniziale, mentre l'intervallo di corrente costante viene utilizzato durante la fase di raffinazione.

Modelli rappresentativi della serie 6-10 kV (senza reattori)

Modelli rappresentativi della serie di reattori da 6–10 kV

Modelli rappresentativi della serie 20–35 kV

Nota: la tensione primaria può essere progettata come 60 kV o 110 kV in base alle esigenze dell'utente; in tali casi l'impedenza di cortocircuito e le dimensioni esterne verranno adeguate di conseguenza.

Parametri chiave di progettazione

Regolazione della tensione di carico

I trasformatori dei forni elettrici ad arco (EAF) sono generalmente dotati di commutatori sotto carico (OLTC) per coprire i diversi requisiti di tensione delle fasi di fusione e raffinazione. L'intervallo di regolazione varia solitamente da 13 a 19 passaggi, sebbene alcuni progetti ne richiedano di più. La regolazione sotto carico richiede l'allocazione dello spazio all'interno del serbatoio del trasformatore per il commutatore e la considerazione del flusso dell'olio e della dissipazione del calore durante le operazioni di commutazione.

Selezione dell'impedenza di cortocircuito

I valori di impedenza influenzano direttamente la stabilità dell'arco e la corrente di picco di cortocircuito. L'alta impedenza aiuta a limitare i picchi di cortocircuito ma riduce la potenza di ingresso effettiva; una bassa impedenza ha l'effetto opposto. Le specifiche di impedenza vengono generalmente determinate congiuntamente dal produttore del forno e dal team di progettazione elettrica, mentre il produttore del trasformatore regola la disposizione degli avvolgimenti e il controllo del flusso di dispersione per soddisfare i valori target.

Metodi di raffreddamento

Le unità di piccola capacità utilizzano generalmente l'autoraffreddamento a bagno d'olio o il raffreddamento ad aria. A causa dell'elevata densità di perdite, le unità di grande capacità utilizzano comunemente il raffreddamento ad olio forzato ad aria forzata (OFAF) o ad olio forzato ad acqua forzata (OFWF). I sistemi di raffreddamento ad acqua devono garantire che la pressione dell'olio rimanga sempre superiore alla pressione dell'acqua per evitare che l'acqua penetri nell'olio in caso di perdita.

Terminali secondari

Date le elevate correnti secondarie, la sezione trasversale, la spaziatura e la struttura di supporto delle sbarre collettrici in rame di uscita richiedono una progettazione specializzata. Alcune unità di grande capacità utilizzano una configurazione a parallelo inverso in fase, dove le sbarre adiacenti trasportano correnti in direzioni opposte; ciò riduce i campi magnetici esterni e il riscaldamento nei componenti strutturali.

Produzione e test

Gli avvolgimenti utilizzano conduttori trasposti o più conduttori paralleli per garantire una distribuzione uniforme della corrente. Dopo l'assemblaggio, la parte attiva viene sottoposta ad essiccazione sotto vuoto in fase di vapore di cherosene per rimuovere umidità e gas dai materiali isolanti. I serbatoi e i componenti strutturali vengono sottoposti a pallinatura per la rimozione della ruggine, seguita da verniciatura a polvere per soddisfare gli standard ambientali industriali.

I test di accettazione in fabbrica includono misurazioni della resistenza CC dell'avvolgimento, del rapporto di tensione, della resistenza di isolamento, della tensione di tenuta alla frequenza industriale, della tensione di tenuta indotta, della perdita a vuoto, della perdita di carico e dell'impedenza di cortocircuito. Date le condizioni operative uniche dei trasformatori EAF, è necessaria anche la verifica del tipo tramite test di cortocircuito improvviso o la fornitura di rapporti di calcolo in base ai requisiti dell'utente. I commutatori sotto carico vengono sottoposti a test del ciclo operativo prima della spedizione per verificare l'affidabilità della commutazione. L'azienda possiede le certificazioni ISO 9001:2015, ISO 14001 e ISO 45001; i dati dei test vengono archiviati per numero di serie, garantendo la tracciabilità dei lotti di materie prime e dei record chiave del processo.

Domande frequenti

D: In quali circostanze è necessario un reattore in serie?

Un reattore in serie aiuta a limitare le sovratensioni e a stabilizzare l'arco quando la capacità di cortocircuito della rete elettrica è relativamente bassa o quando frequenti collassi del materiale durante le fasi iniziali del funzionamento del forno causano correnti di cortocircuito eccessive. Se la griglia è sufficientemente robusta e il design del forno è maturo, il reattore può essere omesso per semplificare il sistema. La decisione finale viene presa dal team di progettazione elettrica sulla base dei calcoli di cortocircuito.

D: È meglio avere più passaggi di regolazione della tensione sotto carico?

Non necessariamente. Sebbene più passaggi consentano una regolazione più precisa della tensione e un migliore abbinamento con le diverse fasi di fusione, aumentano anche il costo del commutatore e le dimensioni del serbatoio dell'olio. Tipicamente, da 13 a 19 gradini soddisfano le esigenze della maggior parte dei forni elettrici ad arco; le configurazioni che superano i 25 passaggi sono rare.

D: Perché l'impedenza di cortocircuito di un trasformatore per forno elettrico ad arco è superiore a quella di un trasformatore standard?

I cortocircuiti degli elettrodi si verificano frequentemente durante il funzionamento del forno elettrico ad arco; l'elevata impedenza limita la corrente di cortocircuito di picco e riduce l'impatto sugli avvolgimenti e sulla rete elettrica. Mentre i trasformatori standard hanno tipicamente un'impedenza di cortocircuito compresa tra il 4% e il 6%, i trasformatori per forni ad arco variano solitamente dal 6% al 12%, con alcuni tipi di forni specializzati che vanno anche oltre.

D: Perché la tensione secondaria è così bassa?

I forni elettrici ad arco generano calore tramite la resistenza dell'arco e la tensione dell'arco stesso è relativamente bassa, di solito compresa tra poche decine e poche centinaia di volt. La tensione secondaria del trasformatore deve corrispondere alla tensione dell'arco; pertanto, il valore di progetto è di gran lunga inferiore a quello del lato primario. Al contrario, la corrente secondaria è estremamente elevata a causa dei requisiti di potenza.

D: Quali sono i punti chiave per la manutenzione quotidiana del sistema di circolazione forzata dell'olio e di raffreddamento dell'acqua?

La pressione dell'olio deve sempre superare la pressione dell'acqua in modo che eventuali perdite scorrano dal lato dell'olio al lato dell'acqua, impedendo all'acqua di entrare nell'olio del trasformatore. Ispezionare regolarmente i refrigeratori per verificare la presenza di incrostazioni e programmare la pulizia in base alla qualità dell'acqua. Il sistema di raffreddamento deve essere avviato prima del trasformatore e continuare a funzionare per un periodo dopo lo spegnimento del trasformatore. Esperienza ingegneristica e ambito della fornitura

Yulan Transformer ha una vasta esperienza nella fornitura in grandi quantità di trasformatori per forni elettrici, coprendo vari tipi di forni come forni elettrici ad arco standard, forni di raffinazione siviera e forni ad arco sommerso. I nostri impianti di produzione sono dotati di una capacità di sollevamento di 80 tonnellate, un sistema di essiccazione sotto vuoto in fase di vapore di cherosene da 400 kW, apparecchiature per prove a impulso da 1200 kV e un trasformatore di prova a frequenza industriale senza scarica parziale da 400 kV, che ci consentono di soddisfare i requisiti di produzione e di test di accettazione in fabbrica per trasformatori di forni elettrici ad arco classificati a 110 kV e inferiori.

Forniamo soluzioni di progettazione personalizzate basate sugli schemi del sistema primario forniti dal cliente e sui parametri del forno per progetti con tensioni primarie che vanno da 6 kV a 110 kV e capacità da 1.000 kVA a 80.000 kVA. Si prega di contattare l'ufficio tecnico di Yulan Transformer per disegni di assieme, stime di peso o calcoli di perdita per modelli specifici.