Transformadores de horno de arco eléctrico

Durante el proceso de fundición del horno de arco eléctrico (EAF), la impedancia dentro del horno fluctúa drásticamente, alternando cortocircuitos de electrodos e interrupciones del arco; en consecuencia, los picos de corriente experimentados por el transformador superan con creces los encontrados por los transformadores de potencia convencionales. Yulan Transformer fabrica transformadores para hornos de arco eléctrico desde 1999; su serie de transformadores EAF varía de 1000 kVA a 80 000 kVA y admite voltajes primarios de 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV, 35 kV y 110 kV, mientras que los voltajes secundarios se diseñan a medida en función de tipos de hornos y procesos de fundición específicos.

Características de las cargas del horno de arco eléctrico

Las condiciones de funcionamiento de los transformadores de horno de arco eléctrico (EAF) difieren significativamente de las de los transformadores de distribución o de potencia estándar. Durante la fase de fusión de la carga, la corriente fluctúa bruscamente; Las corrientes secundarias pueden alcanzar de dos a tres veces el valor nominal durante los cortocircuitos de los electrodos, eventos que, aunque breves, ocurren con frecuencia. Los devanados y los núcleos deben resistir estas fuerzas electromagnéticas repetitivas, y las estructuras de sujeción, así como los soportes de aislamiento, deben verificarse frente a estas condiciones.

Los voltajes secundarios son relativamente bajos (normalmente oscilan entre 100 V y 800 V), mientras que las corrientes secundarias pueden alcanzar decenas de miles de amperios. En consecuencia, los devanados de bajo voltaje (del lado de la válvula) utilizan múltiples conductores paralelos o conductores transpuestos, los cables de salida consisten en barras colectoras de cobre y los terminales de gran superficie están montados en la pared del tanque.

La impedancia de cortocircuito está diseñada para ser mayor que la de los transformadores estándar para limitar las corrientes de cortocircuito y estabilizar el arco. Los valores de impedancia suelen oscilar entre el 6% y el 12%, y se requieren valores aún más altos para algunos transformadores de horno de gran capacidad. Una impedancia excesiva reduce la entrada de energía al horno, mientras que una impedancia insuficiente dificulta la resistencia a las sobretensiones de cortocircuito; por lo tanto, el diseño debe adaptarse cuidadosamente al proceso de fundición específico.

Métodos de configuración comunes

Sin reactor en serie

Se utiliza en aplicaciones donde la red eléctrica tiene suficiente capacidad de cortocircuito y el horno presenta características de impedancia estables. Esta configuración ofrece un diseño de sistema simple, un tamaño de equipo compacto y menores costos de inversión. Es la opción estándar para la mayoría de los transformadores de hornos de arco eléctrico de capacidad pequeña a mediana.

Con reactor en serie

Se conecta un reactor en serie en el lado primario o secundario del transformador para limitar aún más la corriente de cortocircuito y mejorar la estabilidad del arco. El reactor ayuda a mitigar el impacto en la red eléctrica, particularmente cuando la red es débil o durante las etapas iniciales de operación cuando ocurren frecuentes colapsos de carga. El reactor puede integrarse dentro del tanque del transformador o instalarse como una unidad independiente. Un diseño integrado ahorra espacio pero es menos conveniente de mantener que una unidad externa.

Especificaciones típicas

Los siguientes datos se compilan a partir de registros de unidades producidas en lotes y no representan el rango completo de suministro. Los parámetros para proyectos específicos están sujetos al acuerdo técnico.

Transformador de horno de arco con cambio de tomas bajo carga de alta capacidad

Nota: Entre las etapas de regulación de voltaje, las primeras cinco etapas proporcionan una salida de potencia constante, mientras que las etapas posteriores proporcionan una salida de corriente constante. El rango de potencia constante se usa durante la fase de fusión inicial y el rango de corriente constante se usa durante la fase de refinamiento.

Modelos representativos de la serie 6-10 kV (sin reactores)

Modelos representativos de la serie de reactores de 6 a 10 kV

Modelos representativos de la serie 20-35 kV

Nota: El voltaje primario se puede diseñar como 60 kV o 110 kV según los requisitos del usuario; en tales casos, la impedancia de cortocircuito y las dimensiones externas se ajustarán en consecuencia.

Parámetros clave de diseño

Regulación de voltaje en carga

Los transformadores de horno de arco eléctrico (EAF) suelen estar equipados con cambiadores de tomas en carga (OLTC) para cubrir los diferentes requisitos de voltaje de las etapas de fusión y refinación. El rango de regulación suele abarcar de 13 a 19 pasos, aunque algunos proyectos requieren más. La regulación bajo carga requiere asignar espacio dentro del tanque del transformador para el cambiador de tomas y tener en cuenta el flujo de aceite y la disipación de calor durante las operaciones de conmutación.

Selección de impedancia de cortocircuito

Los valores de impedancia influyen directamente en la estabilidad del arco y la corriente máxima de cortocircuito. La alta impedancia ayuda a limitar las sobretensiones de cortocircuito pero reduce la potencia de entrada efectiva; la baja impedancia tiene el efecto contrario. Las especificaciones de impedancia generalmente las determinan conjuntamente el fabricante del horno y el equipo de diseño eléctrico, y el fabricante del transformador ajusta la disposición de los devanados y el control del flujo de fuga para cumplir con los valores objetivo.

Métodos de enfriamiento

Las unidades de pequeña capacidad generalmente utilizan autoenfriamiento sumergido en aceite o enfriamiento por aire. Debido a la alta densidad de pérdidas, las unidades de gran capacidad comúnmente emplean enfriamiento de aire forzado con aceite forzado (OFAF) o agua forzada con aceite forzado (OFWF). Los sistemas de refrigeración por agua deben garantizar que la presión del aceite permanezca más alta que la presión del agua en todo momento para evitar que entre agua en el aceite en caso de una fuga.

Terminales secundarias

Dadas las altas corrientes secundarias, la sección transversal, el espaciamiento y la estructura de soporte de las barras colectoras de cobre de salida requieren un diseño especializado. Algunas unidades de gran capacidad utilizan una configuración en fase paralela inversa, donde las barras colectoras adyacentes transportan corrientes en direcciones opuestas; esto reduce los campos magnéticos externos y el calentamiento en los componentes estructurales.

Fabricación y pruebas

Los devanados utilizan conductores transpuestos o múltiples conductores paralelos para garantizar una distribución uniforme de la corriente. Después del ensamblaje, la parte activa se seca al vacío en fase de vapor de queroseno para eliminar la humedad y los gases de los materiales aislantes. Los tanques y los componentes estructurales se someten a granallado para eliminar el óxido, seguido de un recubrimiento en polvo para cumplir con los estándares ambientales industriales.

Las pruebas de aceptación en fábrica incluyen mediciones de la resistencia CC del devanado, la relación de tensión, la resistencia de aislamiento, la tensión soportada de frecuencia industrial, la tensión soportada inducida, la pérdida sin carga, la pérdida con carga y la impedancia de cortocircuito. Dadas las condiciones operativas únicas de los transformadores EAF, también es necesaria la verificación del tipo mediante pruebas de cortocircuito repentino (o la provisión de informes de cálculo según los requisitos del usuario). Los cambiadores de tomas bajo carga se someten a pruebas de ciclo operativo antes del envío para verificar la confiabilidad de la conmutación. La empresa cuenta con las certificaciones ISO 9001:2015, ISO 14001 e ISO 45001; Los datos de las pruebas se archivan por número de serie, lo que garantiza la trazabilidad hasta los lotes de materia prima y los registros clave del proceso.

Preguntas frecuentes

P: ¿En qué circunstancias se requiere un reactor en serie?

Un reactor en serie ayuda a limitar las sobretensiones y estabilizar el arco cuando la capacidad de cortocircuito de la red eléctrica es relativamente baja o cuando los frecuentes colapsos del material durante las etapas iniciales de operación del horno causan corrientes de cortocircuito excesivas. Si la rejilla es lo suficientemente robusta y el diseño del horno está maduro, se puede omitir el reactor para simplificar el sistema. La decisión final la toma el equipo de diseño eléctrico basándose en cálculos de cortocircuito.

P: ¿Es mejor tener más pasos de regulación de voltaje en carga?

No necesariamente. Si bien más pasos permiten una regulación de voltaje más precisa y una mejor combinación con las diferentes etapas de fundición, también aumentan el costo del cambiador de tomas y el tamaño del tanque de aceite. Normalmente, entre 13 y 19 pasos satisfacen las necesidades de la mayoría de los hornos de arco eléctrico; Las configuraciones que superan los 25 pasos son raras.

P: ¿Por qué la impedancia de cortocircuito de un transformador de horno de arco eléctrico es mayor que la de un transformador estándar?

Los cortocircuitos de los electrodos ocurren con frecuencia durante el funcionamiento del horno de arco eléctrico; La alta impedancia limita la corriente máxima de cortocircuito y reduce el impacto en los devanados y la red eléctrica. Mientras que los transformadores estándar suelen tener una impedancia de cortocircuito del 4% al 6%, los transformadores de horno de arco suelen oscilar entre el 6% y el 12%, y algunos tipos de hornos especializados llegan incluso más alto.

P: ¿Por qué el voltaje secundario es tan bajo?

Los hornos de arco eléctrico generan calor a través de la resistencia del arco, y el voltaje del arco en sí es relativamente bajo, por lo general oscila entre unas pocas docenas y unos cientos de voltios. El voltaje secundario del transformador debe coincidir con el voltaje del arco; por lo tanto, el valor de diseño es mucho menor que el del lado primario. Por el contrario, la corriente secundaria es extremadamente alta debido a los requisitos de energía.

P: ¿Cuáles son los puntos clave para el mantenimiento diario del sistema de circulación forzada de aceite y enfriamiento de agua?

La presión del aceite siempre debe exceder la presión del agua para que cualquier fuga fluya del lado del aceite al lado del agua, evitando que el agua ingrese al aceite del transformador. Inspeccione periódicamente los enfriadores para detectar incrustaciones y programe la limpieza según la calidad del agua. El sistema de enfriamiento debe iniciarse antes que el transformador y continuar funcionando durante un período después de que se apague el transformador. Experiencia en ingeniería y alcance del suministro

Yulan Transformer tiene una amplia experiencia en el suministro en volumen de transformadores de hornos eléctricos, abarcando varios tipos de hornos, como hornos de arco eléctrico estándar, hornos de refinación de cuchara y hornos de arco sumergido. Nuestras instalaciones de fabricación cuentan con una capacidad de elevación de 80 toneladas, un sistema de secado al vacío en fase de vapor de queroseno de 400 kW, un equipo de prueba de impulso de 1200 kV y un transformador de prueba de frecuencia industrial libre de descarga parcial de 400 kV, lo que nos permite cumplir con los requisitos de fabricación y pruebas de aceptación en fábrica para transformadores de hornos de arco eléctrico con clasificación de 110 kV y menos.

Proporcionamos soluciones de diseño personalizadas basadas en diagramas de sistemas primarios y parámetros de hornos proporcionados por el cliente para proyectos con voltajes primarios que van de 6 kV a 110 kV y capacidades de 1000 kVA a 80 000 kVA. Comuníquese con el departamento técnico de Yulan Transformer para obtener esquemas, estimaciones de peso o cálculos de pérdidas para modelos específicos.