Transformador especial para horno de arco eléctrico

El servicio de horno de arco eléctrico impone exigencias a un transformador que no se ven en el servicio de distribución estándar o de transformador de potencia. La corriente de carga cambia de circuito abierto a casi cortocircuito en cuestión de segundos, y el transformador especial para horno de arco eléctrico debe absorber impactos mecánicos repetidos mientras mantiene un voltaje de arco estable. Yulan Transformer produce transformadores para hornos desde 1999. La serie de hornos de arco cubre de 1000 kVA a 80 000 kVA, con voltajes primarios de 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV, 35 kV o 110 kV. La tensión y la corriente secundarias se adaptan al tipo de horno y al perfil de fusión. Las referencias de diseño incluyen la serie IEC 60076, GB/T 10229 y especificaciones de hornos específicas del proyecto.

Comportamiento de carga en el servicio de horno de arco

Durante la fase de fusión, el movimiento de la chatarra provoca frecuentes cortocircuitos en los electrodos. La corriente secundaria puede alcanzar de 2 a 3 veces el valor nominal durante intervalos cortos, y esto ocurre repetidamente durante todo el calentamiento. Por lo tanto, los devanados y las estructuras de sujeción están diseñados para soportar tensiones mecánicas a nivel de fatiga, no solo para un aumento de temperatura en estado estacionario.

El voltaje secundario es bajo, comúnmente entre 100 V y 800 V, mientras que la corriente secundaria puede exceder los 30 000 A en hornos más grandes. Esto da lugar a devanados multiconductores, cables de barras de cobre pesados ​​y grandes tableros de terminales en la pared del tanque. La impedancia de cortocircuito también es mayor que la de los transformadores ordinarios, normalmente entre un 6% y un 12%, para limitar los picos de corriente y estabilizar el arco. El valor exacto depende del proceso del horno y normalmente lo especifica el fabricante del horno o el diseñador eléctrico.

Configuraciones

Sin reactor en serie
Se utiliza cuando la capacidad de cortocircuito de la red es suficiente y el proceso del horno es estable. El sistema es más simple, ocupa menos espacio y tiene un menor costo de capital. La mayoría de los hornos pequeños y medianos utilizan esta disposición.

Con reactor en serie
Se conecta un reactor en el lado primario o secundario para limitar aún más la corriente de cortocircuito y mejorar la estabilidad del arco. Esto es común cuando la rejilla es débil o cuando el período de fusión temprana provoca frecuentes derrumbes de chatarra. El reactor puede integrarse en el tanque del transformador o suministrarse como una unidad separada. Los diseños integrados ahorran espacio, mientras que los reactores separados son más fáciles de mantener y reemplazar.

Calificaciones representativas

Las siguientes tablas se han extraído de registros de producción y no representan la gama completa. Los valores finales se confirman en las especificaciones de compra.

Transformadores de horno de arco con cambiador de tomas bajo carga de gran tamaño

Las primeras cinco posiciones de derivación en estas unidades proporcionan una salida de potencia constante y las posiciones restantes proporcionan una salida de corriente constante. Se utiliza energía constante durante la etapa inicial de fusión, mientras que la corriente constante es adecuada para el período de refinación.

Serie 6-10 kV sin reactor, modelos seleccionados

Serie 6-10 kV con reactor, modelos seleccionados

Serie de 20-35 kV, modelos seleccionados

La tensión primaria se puede diseñar para 60 kV o 110 kV bajo pedido. La impedancia y las dimensiones del contorno cambiarán en consecuencia.

Parámetros clave de diseño

Cambio de tomas bajo carga

La mayoría de los transformadores de hornos de arco utilizan un cambiador de tomas bajo carga para cubrir las diferentes necesidades de voltaje entre la fusión y el refinado. Son comunes entre trece y diecinueve grifos y algunos proyectos requieren más. El cambiador de tomas agrega volumen al tanque y requiere atención al flujo de aceite y a la disipación de calor durante la operación.

Selección de impedancia

La impedancia no es un valor estándar fijo. El fabricante del horno y el diseñador eléctrico determinan el rango objetivo basándose en la estabilidad del arco y los límites de corriente de cortocircuito. El fabricante del transformador ajusta la disposición del devanado y el control del flujo de fuga para cumplir con el valor especificado. Una impedancia alta limita los picos de corriente pero reduce la potencia efectiva del horno. Una impedancia baja hace lo contrario.

Enfriamiento

Las unidades pequeñas utilizan refrigeración por aceite natural o refrigeración por aire forzado. Las unidades grandes con alta densidad de pérdidas utilizan refrigeración forzada por aire y aceite o refrigeración forzada por agua y aceite. Los sistemas enfriados por agua requieren que la presión del aceite se mantenga por encima de la presión del agua en todo momento, por lo que cualquier fuga fluye del aceite al agua y no al revés.

Clientes potenciales secundarios

La corriente secundaria es extremadamente alta, por lo que la sección transversal de los cables, el espaciado y el soporte mecánico están especialmente diseñados. Algunas unidades grandes utilizan conexiones paralelas inversas de la misma fase, donde las corrientes de los conductores adyacentes fluyen en direcciones opuestas. Esto reduce los campos magnéticos externos y el calentamiento estructural.

Fabricación y pruebas

Los devanados se realizan con conductores transpuestos o múltiples conductores paralelos para mantener uniforme la distribución de la corriente. La unidad ensamblada de núcleo y bobina se seca en un sistema de vacío en fase de vapor de queroseno para eliminar la humedad y el gas. Los tanques y las piezas estructurales están granallados y recubiertos con pintura en polvo para entornos industriales.

Las pruebas de rutina incluyen resistencia de CC del devanado, relación de voltaje, resistencia de aislamiento, resistencia a la frecuencia industrial, sobretensión inducida, pérdida sin carga, pérdida con carga e impedancia de cortocircuito. Debido a las severas condiciones de operación, a menudo se requiere la verificación de la resistencia a cortocircuitos, ya sea como prueba de tipo o mediante informes de cálculo. Los cambiadores de tomas bajo carga se operan durante un ciclo completo antes del envío para confirmar la confiabilidad de la conmutación.

La empresa cuenta con las certificaciones ISO 9001:2015, ISO 14001 e ISO 45001. Los registros de prueba se archivan por número de serie y se pueden rastrear hasta lotes de materiales y pasos clave del proceso.

Preguntas frecuentes sobre selección y operación

¿Cuándo se necesita un reactor en serie?

Cuando la capacidad de cortocircuito de la red es limitada, o cuando la fusión temprana provoca frecuentes derrumbes de chatarra, un reactor ayuda a limitar los picos de corriente y estabilizar el arco. Si la rejilla es fuerte y el diseño del horno está maduro, se puede omitir el reactor. La decisión final proviene del estudio de cortocircuito.

¿Más posiciones de grifo significan un mejor rendimiento?

No necesariamente. Más tomas permiten un ajuste de voltaje más preciso en las etapas de fusión y refinación, pero también aumentan el costo del cambiador de tomas y el tamaño del tanque. La mayoría de los hornos funcionan bien con entre 13 y 19 grifos, y más de 25 es poco común.

¿Por qué la impedancia es mayor que en un transformador estándar?

El funcionamiento del horno de arco implica frecuentes cortocircuitos de electrodos. Una impedancia más alta limita la corriente máxima de cortocircuito y reduce la tensión mecánica en los devanados. Los transformadores ordinarios suelen tener una impedancia del 4% al 6%, mientras que las unidades de horno de arco normalmente están en el rango del 6% al 12%.

¿Por qué el voltaje secundario es tan bajo?

El arco en sí funciona a bajo voltaje, normalmente de decenas a unos pocos cientos de voltios. El secundario del transformador debe coincidir con ese voltaje. El alto consumo de potencia se manifiesta entonces como una corriente secundaria muy alta, razón por la cual el devanado y los cables del lado de la válvula son tan pesados.

¿Qué mantenimiento diario requiere un sistema de refrigeración forzada por agua y aceite?

La presión del aceite debe permanecer más alta que la presión del agua en todo momento. Cualquier fuga debe ser de aceite a agua y no al revés. La incrustación del enfriador se debe verificar según un cronograma basado en la calidad del agua. El sistema de enfriamiento debe comenzar antes de que se energice el transformador y continuar funcionando después del apagado hasta que bajen las temperaturas del devanado.

Experiencia en ingeniería y alcance de suministro

Yulan Transformer ha construido transformadores de horno para hornos de arco ordinarios, hornos de refinación de cuchara y hornos de arco sumergido. Las instalaciones de producción incluyen una capacidad de elevación de 80 toneladas, un sistema de secado al vacío en fase de vapor de queroseno de 400 kW, un sistema de prueba de impulso de 1200 kV y un transformador de prueba de frecuencia eléctrica libre de descarga parcial de 400 kV. Estos recursos respaldan el procesamiento de aislamiento y la verificación en fábrica de transformadores de horno de arco de hasta 110 kV.

Los proyectos dentro del rango de 1000 kVA a 80 000 kVA y voltajes primarios de 6 kV a 110 kV se pueden evaluar basándose en el diagrama unifilar y los datos del horno del cliente. Para esquemas, estimaciones de peso o cálculos de pérdidas, comuníquese con el departamento técnico de Yulan Transformer.