Trasformatore speciale per forno elettrico ad arco

Il funzionamento dei forni elettrici ad arco impone al trasformatore esigenze che non si riscontrano nella distribuzione standard o nel servizio dei trasformatori di potenza. La corrente di carico passa da circuito aperto a quasi cortocircuito in pochi secondi e il trasformatore speciale per forno elettrico ad arco deve assorbire shock meccanici ripetuti mantenendo stabile la tensione dell'arco. Yulan Transformer produce trasformatori per forni dal 1999. La serie di forni ad arco copre da 1.000 kVA a 80.000 kVA, con tensioni primarie di 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV, 35 kV o 110 kV. La tensione e la corrente secondarie sono adattate al tipo di forno e al profilo di fusione. I riferimenti di progettazione includono la serie IEC 60076, GB/T 10229 e le specifiche del forno specifiche del progetto.

Comportamento del caricamento nel servizio del forno ad arco

Durante la fase di fusione, il movimento dei rottami provoca frequenti cortocircuiti degli elettrodi. La corrente secondaria può raggiungere da 2 a 3 volte il valore nominale per brevi intervalli e ciò si verifica ripetutamente durante il riscaldamento. Gli avvolgimenti e le strutture di bloccaggio sono quindi progettati per sollecitazioni meccaniche a livello di fatica, non solo per l'aumento della temperatura in condizioni stazionarie.

La tensione secondaria è bassa, comunemente tra 100 V e 800 V, mentre la corrente secondaria può superare i 30.000 A sui forni più grandi. Ciò porta ad avvolgimenti multiconduttori, pesanti barre di rame e grandi morsettiere sulla parete del serbatoio. Anche l'impedenza di cortocircuito è maggiore rispetto ai normali trasformatori, tipicamente dal 6% al 12%, per limitare i picchi di corrente e stabilizzare l'arco. Il valore esatto dipende dal processo del forno e normalmente viene specificato dal costruttore del forno o dal progettista elettrico.

Configurazioni

Senza reattore di serie
Utilizzato quando la capacità di cortocircuito della rete è sufficiente e il processo del forno è stabile. Il sistema è più semplice, con un ingombro ridotto e un costo di capitale inferiore. La maggior parte dei forni di piccole e medie dimensioni utilizza questa disposizione.

Con reattore in serie
Un reattore è collegato sul lato primario o secondario per limitare ulteriormente la corrente di cortocircuito e migliorare la stabilità dell'arco. Ciò è comune quando la griglia è debole o quando il periodo di fusione precoce provoca frequenti crolli dei rottami. Il reattore può essere integrato nel serbatoio del trasformatore o fornito come unità separata. I design integrati consentono di risparmiare spazio, mentre i reattori separati sono più facili da mantenere e sostituire.

Valutazioni rappresentative

Le seguenti tabelle sono estratte dai registri di produzione e non rappresentano la gamma completa. I valori finali sono confermati nelle specifiche di acquisto.

Trasformatori per forni ad arco con commutatori sotto carico di grandi dimensioni

Le prime cinque posizioni di presa in queste unità forniscono una potenza in uscita costante, mentre le restanti posizioni forniscono una potenza in uscita costante. Durante la fase di fusione iniziale viene utilizzata una potenza costante, mentre la corrente costante è adatta al periodo di raffinazione.

Serie 6-10 kV senza reattore, modelli selezionati

Serie 6-10 kV con reattore, modelli selezionati

Serie 20-35 kV, modelli selezionati

Su richiesta la tensione primaria può essere progettata per 60 kV o 110 kV. L'impedenza e le dimensioni del contorno cambieranno di conseguenza.

Parametri chiave di progettazione

Cambio del rubinetto sotto carico

La maggior parte dei trasformatori di forni ad arco utilizzano un commutatore sotto carico per coprire le diverse esigenze di tensione tra fusione e raffinazione. Sono comuni da tredici a diciannove tocchi e alcuni progetti ne richiedono di più. Il commutatore aggiunge volume al serbatoio e richiede attenzione al flusso dell'olio e alla dissipazione del calore durante il funzionamento.

Selezione dell'impedenza

L'impedenza non è un valore standard fisso. Il costruttore del forno e il progettista elettrico determinano l'intervallo target in base alla stabilità dell'arco e ai limiti della corrente di cortocircuito. Il produttore del trasformatore regola la disposizione degli avvolgimenti e il controllo del flusso di dispersione per soddisfare il valore specificato. Un'impedenza elevata limita i picchi di corrente ma riduce la potenza effettiva del forno. Una bassa impedenza fa il contrario.

Raffreddamento

Le piccole unità utilizzano il raffreddamento ad olio naturale o il raffreddamento ad aria forzata. Le unità di grandi dimensioni con elevata densità di perdite utilizzano il raffreddamento forzato dell'olio ad aria o il raffreddamento forzato dell'olio ad acqua. I sistemi raffreddati ad acqua richiedono che la pressione dell'olio rimanga sempre al di sopra della pressione dell'acqua, quindi qualsiasi perdita scorre dall'olio all'acqua anziché il contrario.

Lead secondari

La corrente secondaria è estremamente elevata, quindi la sezione trasversale dei conduttori, la spaziatura e il supporto meccanico sono progettati appositamente. Alcune unità di grandi dimensioni utilizzano connessioni parallele inverse con la stessa fase, in cui le correnti conduttori adiacenti scorrono in direzioni opposte. Ciò riduce i campi magnetici esterni e il riscaldamento strutturale.

Produzione e test

Gli avvolgimenti sono realizzati con conduttori trasposti o con più conduttori paralleli per mantenere uniforme la distribuzione della corrente. Il nucleo assemblato e l'unità bobina vengono essiccati in un sistema di vuoto in fase di vapore di cherosene per rimuovere umidità e gas. Serbatoi e parti strutturali vengono pallinati e verniciati a polvere per ambienti industriali.

I test di routine includono la resistenza CC dell'avvolgimento, il rapporto di tensione, la resistenza di isolamento, la resistenza alla frequenza di alimentazione, la sovratensione indotta, la perdita a vuoto, la perdita di carico e l'impedenza di cortocircuito. A causa delle severe condizioni operative, la verifica della tenuta al cortocircuito è spesso richiesta come prova di tipo o tramite relazioni di calcolo. I commutatori sotto carico vengono fatti funzionare per un ciclo completo prima della spedizione per confermare l'affidabilità della commutazione.

L'azienda possiede le certificazioni ISO 9001:2015, ISO 14001 e ISO 45001. I record dei test vengono archiviati per numero di serie e possono essere ricondotti ai lotti di materiale e alle fasi chiave del processo.

Domande frequenti sulla selezione e sul funzionamento

Quando è necessario un reattore in serie?

Quando la capacità di cortocircuito della rete è limitata, o quando la fusione precoce provoca frequenti crolli dei rottami, un reattore aiuta a limitare i picchi di corrente e a stabilizzare l’arco. Se la griglia è robusta e il design del forno è maturo, il reattore può essere omesso. La decisione finale viene dallo studio sul cortocircuito.

Più posizioni di tocco significano prestazioni migliori?

Non necessariamente. Un numero maggiore di prese consente una regolazione più precisa della tensione nelle fasi di fusione e raffinazione, ma aumenta anche il costo del commutatore e le dimensioni del serbatoio. La maggior parte dei forni funziona bene con 13-19 rubinetti e più di 25 non sono comuni.

Perché l'impedenza è maggiore rispetto a quella di un trasformatore standard?

Il funzionamento del forno ad arco comporta frequenti cortocircuiti degli elettrodi. Un'impedenza più elevata limita la corrente di cortocircuito di picco e riduce lo stress meccanico sugli avvolgimenti. I trasformatori ordinari solitamente hanno un'impedenza compresa tra il 4% e il 6%, mentre i forni ad arco sono normalmente compresi tra il 6% e il 12%.

Perché la tensione secondaria è così bassa?

L'arco stesso funziona a bassa tensione, tipicamente da decine a poche centinaia di volt. Il secondario del trasformatore deve corrispondere a quella tensione. L'elevato fabbisogno di potenza si traduce quindi in una corrente secondaria molto elevata, motivo per cui l'avvolgimento e i cavi lato valvola sono così pesanti.

Quale manutenzione giornaliera richiede un sistema di raffreddamento forzato dell'olio ad acqua?

La pressione dell'olio deve rimanere sempre superiore alla pressione dell'acqua. Qualsiasi perdita dovrebbe avvenire dall'olio all'acqua e non viceversa. Le incrostazioni del refrigeratore devono essere controllate secondo un programma basato sulla qualità dell'acqua. Il sistema di raffreddamento deve avviarsi prima che il trasformatore venga alimentato e continuare a funzionare dopo lo spegnimento fino a quando la temperatura dell'avvolgimento non scende.

Esperienza ingegneristica e ambito di fornitura

Yulan Transformer ha costruito trasformatori per forni ad arco ordinari, forni di raffinazione siviera e forni ad arco sommerso. Gli impianti di produzione includono una capacità di sollevamento di 80 tonnellate, un sistema di essiccazione sotto vuoto in fase di vapore di cherosene da 400 kW, un sistema di prova a impulso da 1.200 kV e un trasformatore di prova a frequenza di alimentazione senza scarica parziale da 400 kV. Queste risorse supportano il processo di isolamento e la verifica in fabbrica dei trasformatori per forni ad arco fino alla classe 110 kV.

Sulla base dello schema unifilare e dei dati del forno del cliente è possibile valutare progetti nel campo da 1.000 kVA a 80.000 kVA e tensioni primarie da 6 kV a 110 kV. Per disegni di assieme, stime di peso o calcoli di perdita, contattare l'ufficio tecnico di Yulan Transformer.