Merülő ívkemence transzformátor

A merülőíves ívkemencét (SAF) – más néven olvasztási elektromos kemencét – vasötvözetek, kalcium-karbid, ipari szilícium és hasonló termékek előállítására használnak. Transzformátora terhelési jellemzőiben különbözik a hagyományos elektromos ívkemencétől (EAF): az SAF-ben az elektródák a kemence töltetébe merülnek, és a hő elsősorban magának a töltésnek az ellenállásán keresztül keletkezik, az ívkisülés másodlagos szerepet játszik. Következésképpen a terhelés viszonylag stabil, ugyanakkor a szekunder áram rendkívül nagy, és a teljesítménytényező alacsony; ez speciális tervezést tesz szükségessé a feszültségszabályozási tartományok és impedancia tekintetében.

A Yulan Transformer 1000 kVA és 80 000 kVA közötti kapacitású merülőíves kemence transzformátorokat gyárt. A primer feszültségek 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV, 35 kV és 110 kV befogadására alkalmasak, míg a szekunder feszültségek és a feszültségszabályozási lépések száma a kemence típusától és az olvasztandó anyagtól függ.

Terhelési és tervezési jellemzők

Nagy áramerősség, közepes feszültség

Az SAF szekunder feszültsége általában 100 V és 300 V között van – magasabb, mint az EAF, de alacsonyabb, mint a kalcium-karbid kemencé. A szekunder áramok elérhetik a több tízezer ampert; a tekercsek több párhuzamos vezetőt vagy transzponált vezetőt használnak, a kimeneti vezetékek pedig többrétegű rézsínekből állnak.

Alacsony teljesítménytényező

A kemencetöltet ellenállásának változása induktív terhelést eredményez, amelynek teljesítménytényezője jellemzően 0,7 és 0,8 közé esik. A transzformátor tervezésénél figyelembe kell venni a meddőteljesítmény követelményeit, és egyes projektek kompenzációs eszközöket tartalmaznak a rendszer oldalán.

Viszonylag stabil terhelés

Az EAF-eknél tapasztalható heves rövidzárlati túlfeszültségekkel ellentétben az SAF-ek kisebb áramingadozásokat tapasztalnak; azonban hosszabb ideig teljes terheléssel működnek, ami jelentős hőfelhalmozódáshoz vezet. A tekercseket és a magokat ellenőrizni kell a hőmérséklet emelkedésére folyamatos nagyáramú üzemi körülmények között.

Széles feszültségszabályozási tartomány

A különböző olvasztási fokozatok eltérő feszültséget igényelnek; A terhelés alatti fokozatváltás (OLTC) általában 13-27 lépésből áll, néhány nagy kalcium-karbid kemencénél ennél is többre van szükség. A fokozatkapcsolónak képesnek kell lennie a gyakori működésre és a tartós áramátviteli kapacitásra.

Műszaki paraméterek

Reprezentatív modellek és referenciaadatok

Megjegyzés: A primer feszültség 6 kV és 110 kV között tervezhető a felhasználói igényeknek megfelelően, az impedancia és a külső méretek megfelelő beállításával.

Tervezési kiemelések

Tekercsek és vezetékek

A szekunder tekercs transzponált vezetőket használ, a végein több párhuzamos ág transzponálása biztosítja az egyenletes áramelosztást. A kivezetésekhez többrétegű réz gyűjtősíneket használnak, amelyek mellett a szomszédos gyűjtősínek ellentétes irányú áramot vezetnek a külső mágneses tér csökkentése érdekében. A nagy felületű sorkapocstáblák a tartály oldalfalaira vannak felszerelve az érintkezési ellenállás minimalizálása érdekében.

Impedancia kiválasztása

A merülőíves kemence transzformátorok általában nagyobb impedanciával rendelkeznek, mint az azonos kapacitású teljesítménytranszformátorok, hogy korlátozzák a rövidzárlati áramokat és javítsák a kemence működési feltételeit. A fajlagos értékeket a kemence gyártója és a villamos tervezők határozzák meg a hálózat rövidzárlati kapacitása és az olvasztási folyamat alapján. A nagy impedancia csökkenti a tényleges bemeneti teljesítményt, míg az alacsony impedancia növeli az áramingadozásokat; kiegyensúlyozott értéket kell választani.

Terhelés alatti csapkapcsoló (OLTC)

A nagy kapacitású búváríves kemence transzformátorok szinte kizárólag terhelés alatti feszültségszabályozást alkalmaznak. Tekintettel a fokozatkapcsoló működésének nagy gyakoriságára, a gyakori kapcsolásra alkalmas modellt kell választani, és önálló olajszűrő rendszert kell beépíteni. Egyes felhasználók durva és finom szabályozás kombinációját alkalmazzák a fokozatkapcsoló érintkezőinek kopásának csökkentése érdekében.

Hűtőrendszer

A nagy veszteségsűrűség miatt gyakran alkalmazzák a vízhűtéssel vagy léghűtéssel járó kényszerített olajkeringtetést. A vízhűtéses rendszerekben az olajnyomásnak mindig meg kell haladnia a víznyomást, nehogy víz szivárogjon az olajba. A hűtő kiválasztásakor figyelembe kell venni a további harmonikus veszteségeket, ahelyett, hogy kizárólag a teljesítmény-frekvenciás szinuszos áramon alapuló számításokra hagyatkozna.

Harmonikusok és további veszteségek

A merülőíves kemence terhelései harmonikusokat tartalmaznak; ezért a vezeték-keresztmetszeteknél és a szerkezeti elemek árnyékolásánál tervezési határokat kell beépíteni. Mágneses vagy elektromos árnyékolás van felszerelve a tartály belső falaira a szórt veszteségek és a helyi túlmelegedés kockázatának csökkentése érdekében.

Gyártás és ellenőrzés

A Yulan Transformer 1999 óta gyárt elektromos kemencetranszformátorokat, és SAF transzformátorokat szállít olyan iparágak számára, mint a vasötvözetek, kalcium-karbid és ipari szilícium. A cég 80 tonnás emelőképességgel, 400 kW-os kerozin gőzfázisú vákuumszárító rendszerrel, 1200 kV-os impulzusvizsgáló berendezéssel, valamint 400 kV-os részleges kisülésmentes teljesítmény-frekvencia vizsgáló transzformátorral rendelkezik. Ezek a létesítmények lehetővé teszik a 110 kV és az alatti névleges SAF transzformátorok szigetelés feldolgozását és gyári ellenőrzését. A gyár elhagyása előtt minden egységen tesztsorozatot kell végezni, beleértve a tekercs egyenáram-ellenállását, a feszültségviszonyt, a szigetelési ellenállást, a teljesítmény-frekvencia ellenállási feszültséget, az indukált ellenállási feszültséget, az üresjárati veszteséget, a terhelési veszteséget, a rövidzárlati impedanciát és a terhelés alatti fokozatkapcsoló működési ciklusának vizsgálatát. 

Választási kérdések és válaszok

K: Felcserélhetők a merülőíves kemence transzformátorok és az elektromos ívkemencés (EAF) transzformátorok?

Általában nem cserélhetők fel közvetlenül. A merülőíves kemence terhelései viszonylag stabilak, impedancia és feszültségszabályozási jellemzőik eltérnek az EAF-ekétől. Az EAF transzformátorokat úgy tervezték, hogy ellenálljanak a gyakori rövidzárlati ütéseknek, míg a merülőíves kemencetranszformátorokat folyamatos nagyáramú működésre tervezték. A felcserélhetőség megköveteli az impedancia, a hőmérséklet-emelkedés és a mechanikai szilárdság újbóli ellenőrzését.

K: Mindig jobb a nagyobb számú feszültségszabályozási lépés?

Nem feltétlenül. A nagyobb számú feszültséglépés lehetővé teszi a finomabb feszültségszabályozást és a különböző olvasztási fokozatokhoz való jobb illeszkedést; ez azonban magasabb költségekkel jár a fokozatkapcsoló számára és a transzformátor tartályának fizikai méretének növekedésével. Általában 19 lépés elegendő a vasötvözet kemencékhez, míg a kalcium-karbid kemencékhez 27 vagy több lépés szükséges. A végső konfigurációt a kemence speciális eljárási követelményei határozzák meg.

K: Miért nagyobb a merülő ívkemencés (SAF) transzformátorok impedanciája, mint a szabványos teljesítménytranszformátorok?

A kemence töltésellenállásának ingadozása áramlökéseket okozhat; a nagyobb impedancia korlátozza a csúcsáramokat és stabilizálja a kemence működési feltételeit. Ezenkívül a nagy impedancia csökkenti a rövidzárlati áramokat, ezáltal védi a tekercseket. Míg a szabványos teljesítménytranszformátorok rövidzárlati impedanciája általában 4% és 6% közötti, addig a SAF transzformátoroké általában 6% és 15% között van.

K: Milyen előnyei vannak a 110 kV-os primer feszültség kiválasztásának?

A nagy kapacitású SAF transzformátorok esetében az alacsonyabb primer feszültséghez való csatlakoztatás túlzottan magas primer áramot eredményezne, ami indokolatlan terhet róna a kapcsolóberendezésekre és a kábelezésre. A 110 kV-os névleges feszültség csökkenti a primer áramot és csökkenti a vezetékes veszteségeket, így alkalmassá teszi a 20 000 kVA-t meghaladó teljesítményű projektekhez. Ez a választás azonban magasabb szigetelési költségekkel és nagyobb helyigénnyel jár, ami átfogó értékelést igényel.

K: Melyek a vízhűtő rendszer napi karbantartásának kulcsfontosságú pontjai?

Rendszeresen ellenőrizze az olaj- és vízkör közötti nyomáskülönbséget; az olajnyomásnak magasabbnak kell maradnia, mint a víznyomás. A hűtőben felhalmozódó vízkő rontja a hőleadást, ezért a tisztítási ütemtervet a víz minősége alapján kell meghatározni. A hűtőrendszert a transzformátor bekapcsolása előtt aktiválni kell, és a transzformátor leállása után is működnie kell egy ideig.