Spezialtransformator für Lichtbogenöfen

Der Einsatz von Elektrolichtbogenöfen stellt Anforderungen an einen Transformator, die bei Standardverteilungs- oder Leistungstransformatordiensten nicht anzutreffen sind. Der Laststrom schwankt innerhalb von Sekunden von einem offenen Stromkreis zu einem nahezu Kurzschluss, und der Spezialtransformator für Lichtbogenöfen muss wiederholte mechanische Stöße absorbieren und gleichzeitig eine stabile Lichtbogenspannung aufrechterhalten. Yulan Transformer produziert seit 1999 Ofentransformatoren. Die Lichtbogenofenserie umfasst 1000 kVA bis 80.000 kVA mit Primärspannungen von 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV, 35 kV oder 110 kV. Sekundärspannung und -strom werden an den Ofentyp und das Schmelzprofil angepasst. Zu den Designreferenzen gehören die IEC 60076-Reihe, GB/T 10229 und projektspezifische Ofenspezifikationen.

Lastverhalten im Lichtbogenofenbetrieb

Während der Einschmelzphase führt die Bewegung des Schrotts häufig zu Elektrodenkurzschlüssen. Der Sekundärstrom kann für kurze Zeiträume das 2- bis 3-fache des Nennwerts erreichen, was während der Hitze immer wieder auftritt. Wicklungen und Klemmstrukturen sind daher für mechanische Beanspruchung auf Ermüdungsniveau ausgelegt und nicht nur für einen stationären Temperaturanstieg.

Die Sekundärspannung ist niedrig und liegt üblicherweise zwischen 100 V und 800 V, während der Sekundärstrom bei größeren Öfen 30.000 A überschreiten kann. Dies führt zu Mehrleiterwicklungen, schweren Kupferschienenleitungen und großen Klemmbrettern an der Tankwand. Auch die Kurzschlussimpedanz ist höher als bei gewöhnlichen Transformatoren, typischerweise 6 % bis 12 %, um Stromspitzen zu begrenzen und den Lichtbogen zu stabilisieren. Der genaue Wert hängt vom Ofenprozess ab und wird normalerweise vom Ofenbauer oder Elektroplaner vorgegeben.

Konfigurationen

Ohne Vorschaltdrossel
Wird verwendet, wenn die Netzkurzschlusskapazität ausreichend ist und der Ofenprozess stabil ist. Das System ist einfacher, hat einen geringeren Platzbedarf und geringere Kapitalkosten. Die meisten kleinen und mittleren Öfen verwenden diese Anordnung.

Mit Reihenreaktor
Auf der Primär- oder Sekundärseite ist eine Drossel angeschlossen, um den Kurzschlussstrom weiter zu begrenzen und die Lichtbogenstabilität zu verbessern. Dies ist häufig der Fall, wenn das Netz schwach ist oder die frühe Schmelzperiode häufig zum Einsturz des Schrotts führt. Der Reaktor kann in den Transformatorkessel eingebaut oder als separate Einheit geliefert werden. Integrierte Designs sparen Platz, während separate Reaktoren einfacher zu warten und auszutauschen sind.

Repräsentative Bewertungen

Die folgenden Tabellen stammen aus Produktionsaufzeichnungen und stellen nicht das vollständige Sortiment dar. Die endgültigen Werte werden in der Kaufspezifikation bestätigt.

Große Laststufenschalter-Lichtbogenofentransformatoren

Die ersten fünf Stufenpositionen in diesen Einheiten sorgen für eine konstante Leistungsabgabe und die übrigen Stellungen für eine konstante Stromabgabe. Während der frühen Schmelzphase wird eine konstante Leistung verwendet, während für die Läuterungsphase ein konstanter Strom verwendet wird.

6-10 kV-Serie ohne Drossel, ausgewählte Modelle

6-10 kV-Serie mit Drossel, ausgewählte Modelle

20-35 kV-Serie, ausgewählte Modelle

Die Primärspannung kann auf Anfrage für 60 kV oder 110 kV ausgelegt werden. Impedanz und Umrissabmessungen ändern sich entsprechend.

Wichtige Designparameter

Stufenschaltung unter Last

Die meisten Lichtbogenofentransformatoren verwenden einen Laststufenschalter, um den unterschiedlichen Spannungsbedarf zwischen Schmelzen und Raffinieren abzudecken. Üblich sind 13 bis 19 Anzapfungen, bei manchen Projekten sind mehr erforderlich. Der Stufenschalter erhöht das Volumen des Tanks und erfordert die Beachtung des Ölflusses und der Wärmeableitung während des Betriebs.

Impedance selection

Die Impedanz ist kein fester Standardwert. Der Ofenbauer und der Elektroplaner legen den Zielbereich anhand der Lichtbogenstabilität und der Kurzschlussstromgrenzen fest. Der Transformatorhersteller passt die Wicklungsanordnung und die Streuflusssteuerung an, um den angegebenen Wert einzuhalten. Eine hohe Impedanz begrenzt Stromspitzen, reduziert aber die effektive Ofenleistung. Eine niedrige Impedanz bewirkt das Gegenteil.

Kühlung

Kleine Einheiten verwenden natürliche Ölkühlung oder Zwangsluftkühlung. Große Einheiten mit hoher Verlustdichte verwenden eine Öl-Luft-Zwangskühlung oder eine Öl-Wasser-Zwangskühlung. Bei wassergekühlten Systemen muss der Öldruck jederzeit über dem Wasserdruck bleiben, sodass Leckagen vom Öl zum Wasser und nicht umgekehrt übertragen werden.

Sekundäre Hinweise

Der Sekundärstrom ist extrem hoch, daher sind Leitungsquerschnitt, Abstand und mechanische Halterung speziell ausgelegt. Einige große Einheiten verwenden invers parallele Gleichphasenverbindungen, bei denen benachbarte Leitungsströme in entgegengesetzte Richtungen fließen. Dadurch werden äußere Magnetfelder und Strukturerwärmung reduziert.

Herstellung und Prüfung

Um eine gleichmäßige Stromverteilung zu gewährleisten, werden Wicklungen aus vertauschten Leitern oder mehreren parallelen Leitern hergestellt. Die zusammengebaute Kern- und Spuleneinheit wird in einem Kerosin-Dampfphasen-Vakuumsystem getrocknet, um Feuchtigkeit und Gas zu entfernen. Für den industriellen Einsatz werden Tanks und Strukturteile kugelgestrahlt und pulverbeschichtet.

Zu den Routinetests gehören der Gleichstromwiderstand der Wicklung, das Spannungsverhältnis, der Isolationswiderstand, die Spannungsfestigkeit, die induzierte Überspannung, der Leerlaufverlust, der Lastverlust und die Kurzschlussimpedanz. Aufgrund der harten Betriebsbedingungen ist häufig eine Überprüfung der Kurzschlussfestigkeit erforderlich, entweder als Typprüfung oder anhand von Berechnungsberichten. Laststufenschalter werden vor der Auslieferung einen vollständigen Zyklus lang betrieben, um die Schaltzuverlässigkeit zu gewährleisten.

Das Unternehmen verfügt über die Zertifizierungen ISO 9001:2015, ISO 14001 und ISO 45001. Prüfprotokolle werden nach Seriennummer archiviert und können auf Materialchargen und wichtige Prozessschritte zurückgeführt werden.

FAQ zur Auswahl und Bedienung

Wann wird ein Reihenreaktor benötigt?

Wenn die Kurzschlusskapazität des Netzes begrenzt ist oder wenn frühes Schmelzen häufig zum Einsturz von Schrott führt, hilft ein Reaktor dabei, Stromspitzen zu begrenzen und den Lichtbogen zu stabilisieren. Wenn das Gitter stabil und die Ofenkonstruktion ausgereift ist, kann der Reaktor weggelassen werden. Die endgültige Entscheidung ergibt sich aus der Kurzschlussstudie.

Bedeuten mehr Hahnpositionen eine bessere Leistung?

Nicht unbedingt. Mehr Abgriffe ermöglichen eine feinere Spannungseinstellung in den Schmelz- und Raffinierungsstufen, erhöhen aber auch die Kosten des Stufenschalters und die Tankgröße. Die meisten Öfen funktionieren gut mit 13 bis 19 Hähnen, mehr als 25 sind selten.

Warum ist die Impedanz höher als bei einem Standardtransformator?

Beim Betrieb eines Lichtbogenofens kommt es häufig zu Elektrodenkurzschlüssen. Eine höhere Impedanz begrenzt den Spitzenkurzschlussstrom und reduziert die mechanische Belastung der Wicklungen. Gewöhnliche Transformatoren haben normalerweise eine Impedanz von 4 % bis 6 %, während Lichtbogenofeneinheiten normalerweise im Bereich von 6 % bis 12 % liegen.

Warum ist die Sekundärspannung so niedrig?

Der Lichtbogen selbst arbeitet mit niedriger Spannung, typischerweise zwischen zehn und einigen hundert Volt. Die Sekundärseite des Transformators muss dieser Spannung entsprechen. Der hohe Leistungsbedarf stellt sich dann als sehr hoher Sekundärstrom dar, weshalb die verteilerseitigen Wicklungen und Leitungen so schwer gebaut sind.

Welche tägliche Wartung erfordert ein Zwangsöl-Wasser-Kühlsystem?

Der Öldruck muss jederzeit höher als der Wasserdruck bleiben. Jedes Leck sollte vom Öl zum Wasser führen, nicht umgekehrt. Die Verkalkung des Kühlers sollte anhand eines Zeitplans basierend auf der Wasserqualität überprüft werden. Das Kühlsystem muss starten, bevor der Transformator mit Strom versorgt wird, und nach dem Abschalten weiterlaufen, bis die Wicklungstemperaturen sinken.

Ingenieurserfahrung und Lieferumfang

Yulan Transformer hat Ofentransformatoren für gewöhnliche Lichtbogenöfen, Pfannen-Raffinierungsöfen und Unterpulveröfen gebaut. Zu den Produktionsanlagen gehören eine Hebekapazität von 80 Tonnen, ein 400-kW-Kerosin-Dampfphasen-Vakuumtrocknungssystem, ein 1.200-kV-Impulsprüfsystem und ein teilentladungsfreier 400-kV-Netzfrequenzprüftransformator. Diese Ressourcen unterstützen die Isolationsverarbeitung und Werksüberprüfung von Lichtbogenofentransformatoren bis zur 110-kV-Klasse.

Projekte im Bereich von 1.000 kVA bis 80.000 kVA und Primärspannungen von 6 kV bis 110 kV können auf Basis des Single-Line-Diagramms und der Ofendaten des Kunden bewertet werden. Für Umrisszeichnungen, Gewichtsschätzungen oder Verlustberechnungen wenden Sie sich bitte an die technische Abteilung von Yulan Transformer.