Transformatoren für Lichtbogenöfen

Während des Schmelzprozesses im Elektrolichtbogenofen (EAF) schwankt die Impedanz im Ofen drastisch, wobei es abwechselnd zu Elektrodenkurzschlüssen und Lichtbogenunterbrechungen kommt. Folglich übertreffen die Stromstöße, denen der Transformator ausgesetzt ist, die bei herkömmlichen Leistungstransformatoren auftretenden Stromstößen bei weitem. Yulan Transformer stellt seit 1999 Lichtbogenofentransformatoren her; Seine EAF-Transformatorserie reicht von 1.000 kVA bis 80.000 kVA und unterstützt Primärspannungen von 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV, 35 kV und 110 kV, während Sekundärspannungen individuell auf der Grundlage spezifischer Ofentypen und Schmelzprozesse entwickelt werden.

Eigenschaften von Lichtbogenofenlasten

Die Betriebsbedingungen von Lichtbogenofentransformatoren (EAF) unterscheiden sich erheblich von denen von Standardverteilungs- oder Leistungstransformatoren. Während der Ladungsschmelzphase schwankt der Strom stark; Sekundärströme können bei Elektrodenkurzschlüssen das Zwei- bis Dreifache des Nennwerts erreichen – Ereignisse, die zwar kurzzeitig, aber häufig auftreten. Wicklungen und Kerne müssen diesen sich wiederholenden elektromagnetischen Kräften standhalten, und Klemmstrukturen sowie Isolationshalterungen müssen anhand dieser Bedingungen überprüft werden.

Sekundärspannungen sind relativ niedrig – sie liegen typischerweise zwischen 100 V und 800 V –, wohingegen Sekundärströme Zehntausende Ampere erreichen können. Die Niederspannungswicklungen (Ventilseite) bestehen daher aus mehreren parallelen oder verkreuzten Leitern, die Ausgangsleitungen bestehen aus Kupferschienen und großflächige Anschlüsse sind an der Tankwand angebracht.

Die Kurzschlussimpedanz ist höher als bei Standardtransformatoren ausgelegt, um Kurzschlussströme zu begrenzen und den Lichtbogen zu stabilisieren. Die Impedanzwerte liegen typischerweise zwischen 6 % und 12 %, wobei für einige Ofentransformatoren mit großer Kapazität sogar noch höhere Werte erforderlich sind. Eine zu hohe Impedanz reduziert die Leistungsaufnahme des Ofens, während eine unzureichende Impedanz es schwierig macht, Kurzschlussstößen standzuhalten. Daher muss das Design sorgfältig auf den jeweiligen Schmelzprozess abgestimmt werden.

Gängige Konfigurationsmethoden

Ohne Serienreaktor

Wird in Anwendungen eingesetzt, bei denen das Stromnetz über eine ausreichende Kurzschlusskapazität verfügt und der Ofen stabile Impedanzeigenschaften aufweist. Diese Konfiguration bietet ein einfaches Systemdesign, eine kompakte Gerätegröße und geringere Investitionskosten. Es ist die Standardwahl für die meisten Lichtbogenofentransformatoren kleiner bis mittlerer Leistung.

Mit Serienreaktor

Eine Drossel ist entweder auf der Primär- oder Sekundärseite des Transformators in Reihe geschaltet, um den Kurzschlussstrom weiter zu begrenzen und die Lichtbogenstabilität zu verbessern. Der Reaktor trägt dazu bei, die Auswirkungen auf das Stromnetz zu mildern, insbesondere wenn das Netz schwach ist oder in der Anfangsphase des Betriebs, wenn es zu häufigen Ladungszusammenbrüchen kommt. Der Reaktor kann entweder in den Transformatorkessel integriert oder als eigenständige Einheit installiert werden. Ein integriertes Design spart Platz, ist jedoch weniger wartungsfreundlich als eine externe Einheit.

Typische Spezifikationen

Die folgenden Daten stammen aus Aufzeichnungen von Serieneinheiten und stellen nicht das vollständige Lieferprogramm dar. Parameter für bestimmte Projekte unterliegen der technischen Vereinbarung.

Hochleistungs-Lichtbogenofentransformator mit Laststufenschaltung

Hinweis: Unter den Spannungsregelungsstufen liefern die ersten fünf Stufen eine konstante Leistungsabgabe, während die nachfolgenden Stufen eine konstante Stromabgabe liefern. Der Konstantleistungsbereich wird während der anfänglichen Schmelzphase und der Konstantstrombereich während der Läuterungsphase verwendet.

Repräsentative Modelle der 6–10 kV-Serie (ohne Drosseln)

Repräsentative Modelle der 6–10-kV-Reaktorserie

Repräsentative Modelle der 20–35 kV-Serie

Hinweis: Die Primärspannung kann je nach Anwenderwunsch auf 60 kV oder 110 kV ausgelegt werden; In solchen Fällen werden die Kurzschlussimpedanz und die Außenabmessungen entsprechend angepasst.

Wichtige Designparameter

Regelung der Lastspannung

Transformatoren für Lichtbogenöfen (EAF) sind typischerweise mit Laststufenschaltern (OLTCs) ausgestattet, um den unterschiedlichen Spannungsanforderungen der Schmelz- und Raffinierungsstufen gerecht zu werden. Der Regelbereich umfasst in der Regel 13 bis 19 Schritte, einige Projekte erfordern jedoch auch mehr. Die Regelung unter Last erfordert die Bereitstellung von Platz im Transformatorkessel für den Stufenschalter sowie die Berücksichtigung des Ölflusses und der Wärmeableitung während der Schaltvorgänge.

Auswahl der Kurzschlussimpedanz

Impedanzwerte haben direkten Einfluss auf die Lichtbogenstabilität und den Spitzenkurzschlussstrom. Eine hohe Impedanz hilft, Kurzschlussstöße zu begrenzen, reduziert aber die effektive Eingangsleistung; Eine niedrige Impedanz hat den gegenteiligen Effekt. Impedanzspezifikationen werden in der Regel gemeinsam vom Ofenhersteller und dem Elektrokonstruktionsteam festgelegt, wobei der Transformatorhersteller die Wicklungsanordnungen und die Streuflusssteuerung anpasst, um die Zielwerte zu erreichen.

Kühlmethoden

Geräte mit geringer Kapazität nutzen im Allgemeinen eine Öl-Selbstkühlung oder Luftkühlung. Aufgrund der hohen Verlustdichte verwenden Geräte mit großer Kapazität üblicherweise eine Zwangsöl-Luftkühlung (OFAF) oder eine Zwangsöl-Wasserkühlung (OFWF). Wasserkühlungssysteme müssen sicherstellen, dass der Öldruck jederzeit höher als der Wasserdruck bleibt, um zu verhindern, dass im Falle einer Leckage Wasser in das Öl eindringt.

Sekundärterminals

Angesichts der hohen Sekundärströme erfordern Querschnitt, Abstand und Tragstruktur der Ausgangs-Kupfer-Sammelschienen eine spezielle Konstruktion. Einige Einheiten mit großer Kapazität verwenden eine phasengleiche, umgekehrt parallele Konfiguration, bei der benachbarte Sammelschienen Ströme in entgegengesetzte Richtungen führen. Dies reduziert äußere Magnetfelder und Erwärmung in Strukturbauteilen.

Herstellung und Prüfung

Wicklungen nutzen vertauschte Leiter oder mehrere parallele Leiter, um eine gleichmäßige Stromverteilung zu gewährleisten. Nach der Montage wird das aktive Teil einer Vakuumtrocknung in der Kerosindampfphase unterzogen, um Feuchtigkeit und Gase aus den Isoliermaterialien zu entfernen. Tanks und Strukturbauteile werden zur Rostentfernung kugelgestrahlt und anschließend pulverbeschichtet, um den industriellen Umweltstandards zu entsprechen.

Werksabnahmetests umfassen Messungen des Gleichstromwiderstands der Wicklung, des Spannungsverhältnisses, des Isolationswiderstands, der Netzfrequenz-Stehspannung, der induzierten Stehspannung, des Leerlaufverlusts, des Lastverlusts und der Kurzschlussimpedanz. Angesichts der besonderen Betriebsbedingungen von EAF-Transformatoren ist auch eine Typüberprüfung durch plötzliche Kurzschlusstests – oder die Bereitstellung von Berechnungsberichten je nach Benutzeranforderungen – erforderlich. Laststufenschalter werden vor der Auslieferung einem Betriebszyklustest unterzogen, um die Schaltzuverlässigkeit zu überprüfen. Das Unternehmen verfügt über die Zertifizierungen ISO 9001:2015, ISO 14001 und ISO 45001; Die Testdaten werden anhand der Seriennummer archiviert, wodurch die Rückverfolgbarkeit bis zu den Rohmaterialchargen und wichtigen Prozessaufzeichnungen gewährleistet ist.

FAQ

F: Unter welchen Umständen ist ein Reihenreaktor erforderlich?

Eine Reihendrossel trägt dazu bei, Überspannungen zu begrenzen und den Lichtbogen zu stabilisieren, wenn die Kurzschlusskapazität des Stromnetzes relativ gering ist oder wenn häufige Materialzusammenbrüche in der Anfangsphase des Ofenbetriebs zu übermäßigen Kurzschlussströmen führen. Wenn das Gitter ausreichend robust und das Ofendesign ausgereift ist, kann der Reaktor weggelassen werden, um das System zu vereinfachen. Die endgültige Entscheidung trifft das Elektrokonstruktionsteam auf Basis von Kurzschlussberechnungen.

F: Ist es besser, mehr Stufen zur Spannungsregelung unter Last zu haben?

Nicht unbedingt. Während mehr Stufen eine feinere Spannungsregelung und eine bessere Anpassung an unterschiedliche Schmelzstufen ermöglichen, erhöhen sie auch die Kosten des Stufenschalters und die Größe des Öltanks. Typischerweise decken 13 bis 19 Stufen den Bedarf der meisten Elektrolichtbogenöfen; Konfigurationen mit mehr als 25 Schritten sind selten.

F: Warum ist die Kurzschlussimpedanz eines Lichtbogenofentransformators höher als die eines Standardtransformators?

Beim Betrieb eines Lichtbogenofens kommt es häufig zu Elektrodenkurzschlüssen; Eine hohe Impedanz begrenzt den Spitzenkurzschlussstrom und reduziert die Auswirkungen auf die Wicklungen und das Stromnetz. Während Standardtransformatoren typischerweise eine Kurzschlussimpedanz von 4 % bis 6 % haben, liegt die Impedanz von Lichtbogenofentransformatoren normalerweise zwischen 6 % und 12 %, wobei einige spezielle Ofentypen sogar noch höher liegen.

F: Warum ist die Sekundärspannung so niedrig?

Lichtbogenöfen erzeugen Wärme über den Lichtbogenwiderstand, und die Lichtbogenspannung selbst ist relativ niedrig – sie liegt normalerweise zwischen einigen Dutzend und einigen Hundert Volt. Die Sekundärspannung des Transformators muss mit der Lichtbogenspannung übereinstimmen; Daher ist der Designwert weitaus niedriger als der der Primärseite. Umgekehrt ist der Sekundärstrom aufgrund des Leistungsbedarfs extrem hoch.

F: Was sind die wichtigsten Punkte für die tägliche Wartung des Zwangsölumlauf- und Wasserkühlsystems?

Der Öldruck muss immer den Wasserdruck übersteigen, damit eventuelle Leckagen von der Ölseite zur Wasserseite fließen und so verhindert wird, dass Wasser in das Transformatoröl eindringt. Überprüfen Sie die Kühler regelmäßig auf Ablagerungen und planen Sie die Reinigung entsprechend der Wasserqualität. Das Kühlsystem muss vor dem Transformator gestartet werden und nach dem Abschalten des Transformators noch eine Zeit lang weiterlaufen. Ingenieurserfahrung und Lieferumfang

Yulan Transformer verfügt über umfangreiche Erfahrung in der Massenlieferung von Elektroofentransformatoren und deckt verschiedene Ofentypen ab, wie z. B. Standard-Lichtbogenöfen, Pfannen-Raffinierungsöfen und Unterpulveröfen. Unsere Produktionsanlagen verfügen über eine Hebekapazität von 80 Tonnen, ein 400-kW-Kerosin-Dampfphasen-Vakuumtrocknungssystem, 1200-kV-Impulsprüfgeräte und einen teilentladungsfreien 400-kV-Netzfrequenz-Prüftransformator, sodass wir die Anforderungen an die Herstellung und Werksabnahmeprüfung für Lichtbogenofentransformatoren mit Nennspannungen von 110 kV und darunter erfüllen können.

Wir bieten maßgeschneiderte Designlösungen basierend auf vom Kunden bereitgestellten Primärsystemdiagrammen und Ofenparametern für Projekte mit Primärspannungen von 6 kV bis 110 kV und Kapazitäten von 1.000 kVA bis 80.000 kVA. Für Umrisszeichnungen, Gewichtsschätzungen oder Verlustberechnungen für bestimmte Modelle wenden Sie sich bitte an die technische Abteilung von Yulan Transformer.