Ondergedompelde boogoventransformator

Een ondergedompelde boogoven (SAF) – ook bekend als een elektrische smeltoven – wordt gebruikt voor de productie van ferrolegeringen, calciumcarbide, industrieel silicium en soortgelijke producten. De transformator verschilt van die van een standaard vlamboogoven (EAF) wat betreft belastingskarakteristieken: bij een SAF worden de elektroden ondergedompeld in de ovenlading en wordt warmte voornamelijk gegenereerd door de weerstand van de lading zelf, waarbij boogontlading een ondergeschikte rol speelt. Bijgevolg is de belasting relatief stabiel, maar is de secundaire stroom extreem hoog en de arbeidsfactor laag; dit vereist specifieke ontwerpen met betrekking tot spanningsregelbereiken en impedantie.

Yulan Transformer produceert ondergedompelde boogoventransformatoren met capaciteiten variërend van 1.000 kVA tot 80.000 kVA. Primaire spanningen zijn geschikt voor 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV, 35 kV en 110 kV, terwijl secundaire spanningen en het aantal spanningsregelstappen worden bepaald op basis van het oventype en het specifieke materiaal dat wordt gesmolten.

Belastings- en ontwerpkenmerken

Hoge stroom, matige spanning

De secundaire spanning van een SAF varieert doorgaans van 100 V tot 300 V - hoger dan die van een EAF maar lager dan die van een calciumcarbideoven. Secundaire stromen kunnen tienduizenden ampère bereiken; wikkelingen maken gebruik van meerdere parallelle geleiders of getransponeerde geleiders, en uitgangskabels bestaan ​​uit meerlaagse koperen rails.

Lage vermogensfactor

Variaties in de weerstand van de ovenlading resulteren in een inductieve belasting, waarbij de arbeidsfactor doorgaans tussen 0,7 en 0,8 ligt. Het ontwerp van transformatoren moet rekening houden met de vereisten voor reactief vermogen, en sommige projecten bevatten compensatie-apparaten aan de systeemzijde.

Relatief stabiele belasting

In tegenstelling tot de gewelddadige kortsluitpieken die bij EAF's voorkomen, ervaren SAF's kleinere stroomschommelingen; ze werken echter gedurende langere perioden op volle belasting, wat leidt tot aanzienlijke warmteaccumulatie. Wikkelingen en kernen moeten worden gecontroleerd op temperatuurstijging onder continu hoge stroomomstandigheden.

Groot spanningsregelbereik

Verschillende smeltfasen vereisen verschillende spanningen; on-load tap-changing (OLTC) omvat doorgaans 13 tot 27 stappen, waarbij sommige grote calciumcarbide-ovens zelfs nog meer nodig hebben. De kraanwisselaar moet in staat zijn tot frequent gebruik en een duurzaam stroomvoerend vermogen.

Technische parameters

Representatieve modellen en referentiegegevens

Opmerking: De primaire spanning kan worden ontworpen tussen 6 kV en 110 kV, afhankelijk van de gebruikersvereisten, met overeenkomstige aanpassingen aan de impedantie en externe afmetingen.

Ontwerphoogtepunten

Wikkelingen en draden

De secundaire wikkeling maakt gebruik van getransponeerde geleiders, met transpositie van meerdere parallelle takken aan de uiteinden om een ​​uniforme stroomverdeling te garanderen. Voor de uitleidingen worden meerlaagse koperen rails gebruikt, waarbij aangrenzende rails de stroom in tegengestelde richtingen geleiden om het externe magnetische veld te verminderen. Op de zijwanden van de tank zijn grote klemmenborden geïnstalleerd om de contactweerstand te minimaliseren.

Impedantieselectie

Transformatoren voor ondergedompelde boogovens hebben doorgaans een hogere impedantie dan vermogenstransformatoren met dezelfde capaciteit om kortsluitstromen te beperken en de bedrijfsomstandigheden van de oven te verbeteren. Specifieke waarden worden bepaald door de ovenfabrikant en elektrische ontwerpers op basis van het kortsluitvermogen van het elektriciteitsnet en het smeltproces. Hoge impedantie vermindert het effectieve ingangsvermogen, terwijl lage impedantie de stroomschommelingen vergroot; er moet een evenwichtige waarde worden geselecteerd.

Tapwisselaar bij belasting (OLTC)

Transformatoren voor ondergedompelde boogovens met grote capaciteit maken bijna uitsluitend gebruik van spanningsregeling onder belasting. Gezien de hoge frequentie van kraanwisselaars moet een model worden geselecteerd dat geschikt is voor frequent schakelen en moet er een onafhankelijk oliefiltratiesysteem worden geïnstalleerd. Sommige gebruikers gebruiken een combinatie van grove en fijne regeling om slijtage aan de contacten van de tapwisselaar te verminderen.

Koelsysteem

Vanwege de hoge verliesdichtheid wordt vaak gebruik gemaakt van geforceerde oliecirculatie met waterkoeling of luchtkoeling. In waterkoelsystemen moet de oliedruk altijd hoger zijn dan de waterdruk om te voorkomen dat water in de olie lekt. De selectie van koelers moet rekening houden met extra harmonische verliezen in plaats van uitsluitend te vertrouwen op berekeningen op basis van sinusoïdale stroom op netfrequentie.

Harmonischen en extra verliezen

Belastingen van ondergedompelde boogovens bevatten harmonischen; daarom moeten ontwerpmarges worden opgenomen voor geleiderdoorsneden en afscherming van structurele componenten. Op de binnenwanden van de tank is magnetische of elektrische afscherming geïnstalleerd om zwerfverliezen en het risico op lokale oververhitting te verminderen.

Productie en verificatie

Yulan Transformer produceert sinds 1999 elektrische oventransformatoren en levert SAF-transformatoren aan industrieën zoals ferrolegeringen, calciumcarbide en industrieel silicium. Het bedrijf is uitgerust met een hefvermogen van 80 ton, een vacuümdroogsysteem in de kerosinedampfase van 400 kW, 1200 kV impulstestapparatuur en een 400 kV gedeeltelijk ontladingsvrije stroomfrequentietesttransformator. Deze faciliteiten maken de isolatieverwerking en fabrieksverificatie mogelijk van SAF-transformatoren met een vermogen van 110 kV en lager. Voordat elke eenheid de fabriek verlaat, ondergaat elke eenheid een reeks tests, waaronder de DC-weerstand van de wikkeling, de spanningsverhouding, de isolatieweerstand, de netfrequentie-houdspanning, de geïnduceerde houdspanning, nullastverlies, belastingsverlies, kortsluitimpedantie en operationele cyclustests voor de belaste tapwisselaar. 

Selectie vraag en antwoord

Vraag: Kunnen transformatoren voor ondergedompelde boogovens en transformatoren voor elektrische boogovens (EAF) worden uitgewisseld?

Over het algemeen kunnen ze niet rechtstreeks worden uitgewisseld. De belastingen van ovens met ondergedompelde boog zijn relatief stabiel en hun impedantie- en spanningsregelingskarakteristieken verschillen van die van EAF's. EAF-transformatoren zijn ontworpen om frequente kortsluitschokken te weerstaan, terwijl ondergedompelde boogoventransformatoren zijn ontworpen voor continu gebruik met hoge stroomsterkte. Uitwisselbaarheid vereist herverificatie van impedantie, temperatuurstijging en mechanische sterkte.

Vraag: Is een groter aantal stappen voor spanningsregeling altijd beter?

Niet noodzakelijkerwijs. Een groter aantal spanningsstappen zorgt voor een fijnere spanningsregeling en een betere afstemming met verschillende smeltfasen; Dit brengt echter hogere kosten met zich mee voor de kraanwisselaar en een grotere fysieke omvang van de transformatortank. Normaal gesproken zijn 19 stappen voldoende voor ovens van ferrolegeringen, terwijl calciumcarbideovens 27 of meer stappen nodig kunnen hebben. De uiteindelijke configuratie wordt bepaald door de specifieke vereisten van het ovenproces.

Vraag: Waarom hebben SAF-transformatoren (ondergedompelde boogovens) een hogere impedantie dan standaard vermogenstransformatoren?

Schommelingen in de laadweerstand van de oven kunnen stroompieken veroorzaken; hogere impedantie beperkt piekstromen en stabiliseert de bedrijfsomstandigheden van de oven. Bovendien vermindert de hoge impedantie de kortsluitstromen, waardoor de wikkelingen worden beschermd. Terwijl standaard vermogenstransformatoren doorgaans kortsluitimpedantiewaarden tussen 4% en 6% hebben, variëren SAF-transformatoren gewoonlijk van 6% tot 15%.

Vraag: Wat zijn de voordelen van het selecteren van een primaire spanning van 110 kV?

Voor SAF-transformatoren met een grote capaciteit zou aansluiting op een lagere primaire spanning resulteren in buitensporig hoge primaire stromen, wat een onnodige belasting zou vormen voor schakelapparatuur en bekabeling. Een nominale waarde van 110 kV verlaagt de primaire stroom en vermindert lijnverliezen, waardoor deze geschikt is voor projecten met een capaciteit van meer dan 20.000 kVA. Deze keuze brengt echter hogere isolatiekosten en een grotere voetafdruk met zich mee, waardoor een uitgebreide evaluatie nodig is.

Vraag: Wat zijn de belangrijkste punten voor het dagelijks onderhoud van het waterkoelsysteem?

Controleer regelmatig het drukverschil tussen de olie- en watercircuits; de oliedruk moet hoger blijven dan de waterdruk. Kalkaanslag in de koeler belemmert de warmteafvoer, dus schoonmaakschema's moeten worden bepaald op basis van de waterkwaliteit. Het koelsysteem moet worden geactiveerd voordat de transformator wordt opgestart en moet nog een tijdje blijven werken nadat de transformator is uitgeschakeld.