Nedsænket lysbueovnstransformer

A submerged arc furnace (SAF) — also known as an electric furnace for smelting — is used to produce ferroalloys, calcium carbide, industrial silicon, and similar products. Its transformer differs from that of a standard electric arc furnace (EAF) in terms of load characteristics: in an SAF, the electrodes are submerged in the furnace charge, and heat is generated primarily through the resistance of the charge itself, with arc discharge playing a secondary role. Som følge heraf er belastningen relativt stabil, men alligevel er den sekundære strøm ekstremt høj, og effektfaktoren er lav; dette nødvendiggør specifikke designs med hensyn til spændingsreguleringsområder og impedans.

Yulan Transformer fremstiller submerged Arc Furnace Transformers med kapaciteter fra 1.000 kVA til 80.000 kVA. Primære spændinger kan rumme 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV, 35 kV og 110 kV, mens sekundære spændinger og antallet af spændingsreguleringstrin bestemmes ud fra ovntypen og det specifikke materiale, der smeltes.

Belastning og designegenskaber

Høj strøm, moderat spænding

Den sekundære spænding af en SAF varierer typisk fra 100 V til 300 V - højere end for en EAF, men lavere end for en calciumcarbidovn. Sekundære strømme kan nå titusindvis af ampere; viklinger anvender flere parallelle ledere eller transponerede ledere, og udgangsledninger består af flerlags kobbersamleskinner.

Lav effektfaktor

Variationer i ovnladningens modstand resulterer i en induktiv belastning, hvor effektfaktoren typisk falder mellem 0,7 og 0,8. Transformatordesign skal tage højde for krav til reaktiv effekt, og nogle projekter inkorporerer kompensationsenheder på systemsiden.

Relativt stabil belastning

I modsætning til de voldsomme kortslutningsstigninger, der ses i EAF'er, oplever SAF'er mindre strømudsving; dog fungerer de ved fuld belastning i længere perioder, hvilket fører til betydelig varmeakkumulering. Viklinger og kerner skal verificeres for temperaturstigning under kontinuerlige stærkstrømsdriftsforhold.

Bredt spændingsreguleringsområde

Forskellige smeltetrin kræver forskellige spændinger; On-load tap-changing (OLTC) involverer typisk 13 til 27 trin, hvor nogle store calciumcarbidovne kræver endnu mere. Tapkobleren skal være i stand til hyppig drift og vedvarende strømbærende kapacitet.

Tekniske parametre

Repræsentative modeller og referencedata

Bemærk: Den primære spænding kan designes mellem 6 kV og 110 kV i henhold til brugerkrav, med tilsvarende justeringer af impedans og ydre dimensioner.

Designhøjdepunkter

Vindinger og ledninger

Sekundærviklingen anvender transponerede ledere med transponering af flere parallelle grene i enderne for at sikre ensartet strømfordeling. Flerlags kobberskinner bruges til udføringerne, med tilstødende samleskinner, der fører strøm i modsatte retninger for at reducere det eksterne magnetfelt. Klemplader med stort område er installeret på tankens sidevægge for at minimere kontaktmodstanden.

Impedansvalg

Transformatorer med dykkede lysbueovne har typisk højere impedans end krafttransformatorer med samme kapacitet for at begrænse kortslutningsstrømme og forbedre ovnens driftsbetingelser. Specifikke værdier bestemmes af ovnproducenten og elektriske designere baseret på nettets kortslutningskapacitet og smelteprocessen. Høj impedans reducerer effektiv indgangseffekt, mens lav impedans øger strømudsving; der skal vælges en balanceret værdi.

On-Load Tap Changer (OLTC)

Transformatorer i dykkeovne med stor kapacitet anvender næsten udelukkende on-load spændingsregulering. På grund af den høje frekvens af trinkobleroperationer skal der vælges en model, der er egnet til hyppig skift, og et uafhængigt oliefiltreringssystem skal installeres. Nogle brugere anvender en kombination af grov- og finregulering for at reducere slid på trinkoblerkontakter.

Kølesystem

På grund af høj tabstæthed anvendes ofte tvungen oliecirkulation med vandkøling eller luftkøling. I vandkølingsanlæg skal olietrykket altid overstige vandtrykket for at forhindre, at vand lækker ind i olien. Kølervalg skal tage højde for yderligere harmoniske tab i stedet for udelukkende at stole på beregninger baseret på sinusformet strømfrekvens.

Overtoner og yderligere tab

Nedsænkede lysbueovnsbelastninger indeholder harmoniske; derfor skal der medtages designmarginer for ledertværsnit og konstruktionskomponentsafskærmning. Magnetisk eller elektrisk afskærmning er monteret på de indvendige tankvægge for at reducere herreløse tab og risikoen for lokal overophedning.

Fremstilling og verifikation

Yulan Transformer har fremstillet elektriske ovntransformatorer siden 1999, og har leveret SAF-transformere til industrier som ferrolegeringer, calciumcarbid og industriel silicium. Virksomheden er udstyret med en løftekapacitet på 80 tons, et 400 kW petroleumsdampfase-vakuumtørringssystem, 1200 kV impulstestudstyr og en 400 kV delvis afladningsfri effekt-frekvenstesttransformator. Disse faciliteter muliggør isoleringsbehandling og fabriksverifikation af SAF-transformere, der er klassificeret til 110kV og derunder. Inden den forlader fabrikken, gennemgår hver enhed en række tests, herunder viklings-DC-modstand, spændingsforhold, isolationsmodstand, effekt-frekvensmodstandsspænding, induceret modstandsspænding, tomgangstab, belastningstab, kortslutningsimpedans og driftscyklustest for on-load trinkobleren. 

Valg Q&A

Spørgsmål: Kan ovntransformatorer med dykket lysbue og transformere med elektrisk lysbueovn (EAF) ombyttes?

Generelt kan de ikke ombyttes direkte. Nedsænkede lysbueovnsbelastninger er relativt stabile, og deres impedans- og spændingsreguleringsegenskaber adskiller sig fra EAF's. EAF-transformere er designet til at modstå hyppige kortslutningsstød, hvorimod ovntransformatorer med dykket lysbue er designet til kontinuerlig højstrømsdrift. Udskiftelighed kræver genverifikation af impedans, temperaturstigning og mekanisk styrke.

Q: Er et højere antal spændingsreguleringstrin altid bedre?

Ikke nødvendigvis. Et højere antal spændingstrin giver mulighed for finere spændingsregulering og bedre matchning med forskellige smeltetrin; dette medfører dog højere omkostninger til trinkobleren og en forøgelse af transformatortankens fysiske størrelse. Typisk er 19 trin tilstrækkeligt til ferrolegeringsovne, hvorimod calciumcarbidovne kan kræve 27 eller flere trin. Den endelige konfiguration bestemmes af de specifikke krav til ovnprocessen.

Q: Hvorfor har submerged arc furnace (SAF) transformere højere impedans end standard krafttransformatorer?

Udsving i ovnens ladningsmodstand kan forårsage strømstød; højere impedans begrænser spidsstrømme og stabiliserer ovnens driftsforhold. Derudover reducerer høj impedans kortslutningsstrømme og beskytter derved viklingerne. Mens standardeffekttransformatorer typisk har kortslutningsimpedansværdier mellem 4 % og 6 %, varierer SAF-transformere normalt fra 6 % til 15 %.

Q: Hvad er fordelene ved at vælge en 110kV primær spænding?

For SAF-transformatorer med stor kapacitet vil tilslutning til en lavere primærspænding resultere i for høje primærstrømme, hvilket placerer en unødig belastning af koblingsudstyr og kabler. En 110 kV-klassificering sænker primærstrømmen og reducerer linjetab, hvilket gør den velegnet til projekter med kapaciteter på over 20.000 kVA. Dette valg medfører dog højere isoleringsomkostninger og et større fodaftryk, hvilket kræver en omfattende evaluering.

Q: Hvad er nøglepunkterne for den daglige vedligeholdelse af vandkølesystemet?

Overvåg regelmæssigt trykforskellen mellem olie- og vandkredsløbene; olietrykket skal forblive højere end vandtrykket. Kalkdannelse i køleren forringer varmeafgivelsen, så rengøringsplaner bør bestemmes baseret på vandkvaliteten. Kølesystemet skal aktiveres før transformatoren starter op og bør fortsætte med at fungere i en periode efter at transformeren er slukket.