Transformator z piecem łukowym zanurzonym

Piec z łukiem krytym (SAF) — znany również jako piec elektryczny do wytapiania — służy do produkcji żelazostopów, węglika wapnia, krzemu przemysłowego i podobnych produktów. Jego transformator różni się od transformatora stosowanego w standardowym elektrycznym piecu łukowym (EAF) pod względem charakterystyki obciążenia: w SAF elektrody są zanurzone we wsadzie pieca, a ciepło generowane jest przede wszystkim przez opór samego wsadu, przy czym wyładowanie łukowe odgrywa drugorzędną rolę. W rezultacie obciążenie jest stosunkowo stabilne, ale prąd wtórny jest wyjątkowo wysoki, a współczynnik mocy niski; wymaga to specjalnych projektów dotyczących zakresów regulacji napięcia i impedancji.

Yulan Transformer produkuje transformatory z piecem łukowym o mocy od 1000 kVA do 80 000 kVA. Napięcia pierwotne mogą wytrzymać 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV, 35 kV i 110 kV, natomiast napięcia wtórne i liczbę stopni regulacji napięcia określa się na podstawie typu pieca i konkretnego wytapianego materiału.

Charakterystyka obciążenia i projektu

Wysoki prąd, umiarkowane napięcie

Napięcie wtórne pieca SAF zwykle waha się od 100 V do 300 V — jest wyższe niż napięcie pieca EAF, ale niższe niż pieca z węglika wapnia. Prądy wtórne mogą osiągnąć dziesiątki tysięcy amperów; uzwojenia wykorzystują wiele równoległych przewodów lub przewodów transponowanych, a przewody wyjściowe składają się z wielowarstwowych miedzianych szyn zbiorczych.

Niski współczynnik mocy

Wahania rezystancji wsadu pieca powodują obciążenie indukcyjne, przy czym współczynnik mocy zwykle mieści się w zakresie od 0,7 do 0,8. Projekt transformatora musi uwzględniać wymagania dotyczące mocy biernej, a niektóre projekty uwzględniają urządzenia kompensacyjne po stronie systemu.

Stosunkowo stabilne obciążenie

W przeciwieństwie do gwałtownych przepięć zwarciowych obserwowanych w EAF, SAF doświadczają mniejszych wahań prądu; jednakże działają one przy pełnym obciążeniu przez dłuższy czas, co prowadzi do znacznej akumulacji ciepła. Uzwojenia i rdzenie należy sprawdzić pod kątem wzrostu temperatury w warunkach ciągłego, wysokoprądowego działania.

Szeroki zakres regulacji napięcia

Różne etapy wytapiania wymagają różnych napięć; Zmiana zaczepów pod obciążeniem (OLTC) zazwyczaj obejmuje od 13 do 27 etapów, a w przypadku niektórych dużych pieców z węglikiem wapnia potrzeba nawet więcej. Przełącznik zaczepów musi umożliwiać częste działanie i stałą obciążalność prądową.

Parametry techniczne

Reprezentatywne modele i dane referencyjne

Uwaga: Napięcie pierwotne można zaprojektować w zakresie od 6 kV do 110 kV zgodnie z wymaganiami użytkownika, z odpowiednim dostosowaniem impedancji i wymiarów zewnętrznych.

Najważniejsze cechy projektu

Uzwojenia i przewody

Uzwojenie wtórne wykorzystuje przełożone przewody z transpozycją wielu równoległych gałęzi na końcach, aby zapewnić równomierny rozkład prądu. Do wyprowadzeń zastosowano wielowarstwowe szyny miedziane, przy czym sąsiednie szyny zbiorcze przewodzą prąd w przeciwnych kierunkach, aby zmniejszyć zewnętrzne pole magnetyczne. Wielkopowierzchniowe listwy zaciskowe instalowane są na bocznych ścianach zbiornika, aby zminimalizować rezystancję styków.

Wybór impedancji

Transformatory piecowe z łukiem krytym charakteryzują się zazwyczaj wyższą impedancją niż transformatory mocy o tej samej mocy, aby ograniczyć prądy zwarciowe i poprawić warunki pracy pieca. Konkretne wartości są określane przez producenta pieca i projektantów instalacji elektrycznych na podstawie zdolności zwarciowej sieci i procesu wytapiania. Wysoka impedancja zmniejsza efektywną moc wejściową, podczas gdy niska impedancja zwiększa wahania prądu; należy wybrać wartość zrównoważoną.

Przełącznik zaczepów pod obciążeniem (OLTC)

Transformatory piecowe z łukiem krytym o dużej mocy wykorzystują prawie wyłącznie regulację napięcia pod obciążeniem. Biorąc pod uwagę dużą częstotliwość operacji przełącznika zaczepów, należy wybrać model odpowiedni do częstego przełączania i zainstalować niezależny system filtracji oleju. Niektórzy użytkownicy stosują kombinację regulacji zgrubnej i dokładnej, aby zmniejszyć zużycie styków przełącznika zaczepów.

Układ chłodzenia

Ze względu na dużą gęstość strat powszechnie stosuje się wymuszony obieg oleju z chłodzeniem wodą lub chłodzeniem powietrzem. W układach chłodzenia wodą ciśnienie oleju musi zawsze przekraczać ciśnienie wody, aby zapobiec przedostawaniu się wody do oleju. Wybór chłodnicy musi uwzględniać dodatkowe straty harmoniczne, a nie polegać wyłącznie na obliczeniach opartych na sinusoidalnym prądzie o częstotliwości sieciowej.

Harmoniczne i straty dodatkowe

Wsad pieca z łukiem krytym zawiera harmoniczne; dlatego należy uwzględnić marginesy projektowe dla przekrojów przewodów i ekranowania elementów konstrukcyjnych. Na wewnętrznych ściankach zbiornika instaluje się ekranowanie magnetyczne lub elektryczne, aby zmniejszyć straty błądzące i ryzyko lokalnego przegrzania.

Produkcja i weryfikacja

Yulan Transformer produkuje transformatory do pieców elektrycznych od 1999 roku, dostarczając transformatory SAF dla takich gałęzi przemysłu, jak żelazostopy, węglik wapnia i krzem przemysłowy. Firma wyposażona jest w podnośnik o udźwigu 80 ton, suszarkę próżniową w fazie lotnej nafty o mocy 400 kW, sprzęt do badania impulsów 1200 kV oraz transformator probierczy częstotliwości energetycznej 400 kV bez częściowego wyładowania. Urządzenia te umożliwiają obróbkę izolacji i weryfikację fabryczną transformatorów SAF o napięciu 110 kV i niższym. Przed opuszczeniem fabryki każde urządzenie przechodzi serię testów, w tym rezystancję uzwojenia prądu stałego, przekładnię napięciową, rezystancję izolacji, napięcie wytrzymywane o częstotliwości sieciowej, indukowane napięcie wytrzymywane, utratę obciążenia bez obciążenia, utratę obciążenia, impedancję zwarciową i testy cyklu operacyjnego przełącznika zaczepów pod obciążeniem. 

Pytania i odpowiedzi dotyczące wyboru

P: Czy transformatory z piecem łukowym i transformatory z piecem łukowym elektrycznym (EAF) można stosować zamiennie?

Generalnie nie można ich bezpośrednio zamieniać. Obciążenia pieców z łukiem krytym są stosunkowo stabilne, a ich impedancja i charakterystyka regulacji napięcia różnią się od charakterystyk EAF. Transformatory EAF są zaprojektowane tak, aby wytrzymywać częste udary zwarciowe, natomiast transformatory piecowe z łukiem krytym są przeznaczone do ciągłej pracy przy wysokim prądzie. Zamienność wymaga ponownej weryfikacji impedancji, wzrostu temperatury i wytrzymałości mechanicznej.

P: Czy większa liczba stopni regulacji napięcia jest zawsze lepsza?

Nie koniecznie. Większa liczba stopni napięcia pozwala na dokładniejszą regulację napięcia i lepsze dopasowanie do różnych etapów wytapiania; wiąże się to jednak z wyższymi kosztami przełącznika zaczepów i zwiększeniem fizycznych rozmiarów kadzi transformatora. Zwykle w przypadku pieców żelazostopowych wystarcza 19 stopni, podczas gdy piece z węglikiem wapnia mogą wymagać 27 lub więcej stopni. Ostateczna konfiguracja zależy od specyficznych wymagań procesu pieca.

P: Dlaczego transformatory z piecem łukowym (SAF) mają wyższą impedancję niż standardowe transformatory mocy?

Wahania rezystancji ładunku pieca mogą powodować skoki prądu; wyższa impedancja ogranicza prądy szczytowe i stabilizuje warunki pracy pieca. Dodatkowo wysoka impedancja zmniejsza prądy zwarciowe, chroniąc w ten sposób uzwojenia. Podczas gdy standardowe transformatory mocy mają zazwyczaj wartości impedancji zwarciowej od 4% do 6%, transformatory SAF zwykle wahają się od 6% do 15%.

P: Jakie są zalety wyboru napięcia pierwotnego 110 kV?

W przypadku transformatorów SAF o dużej pojemności podłączenie do niższego napięcia pierwotnego skutkowałoby zbyt wysokimi prądami pierwotnymi, powodując nadmierne obciążenie rozdzielnicy i okablowania. Wartość znamionowa 110 kV obniża prąd pierwotny i zmniejsza straty w linii, dzięki czemu nadaje się do projektów o mocy przekraczającej 20 000 kVA. Jednakże wybór ten pociąga za sobą wyższe koszty izolacji i większą powierzchnię, co wymaga kompleksowej oceny.

P: Jakie są kluczowe punkty codziennej konserwacji układu chłodzenia wodą?

Regularnie monitoruj różnicę ciśnień pomiędzy obiegiem oleju i wody; ciśnienie oleju musi pozostać wyższe niż ciśnienie wody. Kamień osadzający się w chłodnicy utrudnia odprowadzanie ciepła, dlatego harmonogram czyszczenia powinien być ustalany na podstawie jakości wody. Układ chłodzenia musi zostać uruchomiony przed uruchomieniem transformatora i powinien działać jeszcze przez pewien czas po wyłączeniu transformatora.