Transformateurs de four à arc électrique

Pendant le processus de fusion au four à arc électrique (EAF), l'impédance à l'intérieur du four fluctue considérablement, avec une alternance de courts-circuits d'électrodes et d'interruptions d'arc ; par conséquent, les surintensités subies par le transformateur dépassent de loin celles rencontrées par les transformateurs de puissance conventionnels. Yulan Transformer fabrique des transformateurs pour fours à arc électrique depuis 1999 ; sa série de transformateurs EAF va de 1 000 kVA à 80 000 kVA, prenant en charge des tensions primaires de 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV, 35 kV et 110 kV, tandis que les tensions secondaires sont conçues sur mesure en fonction de types de fours et de processus de fusion spécifiques.

Caractéristiques des charges des fours à arc électrique

Les conditions de fonctionnement des transformateurs à four à arc électrique (EAF) diffèrent considérablement de celles des transformateurs de distribution ou de puissance standards. Pendant la phase de fusion des charges, le courant fluctue fortement ; les courants secondaires peuvent atteindre deux à trois fois la valeur nominale lors de courts-circuits d'électrodes – des événements qui, bien que brefs, se produisent fréquemment. Les enroulements et les noyaux doivent résister à ces forces électromagnétiques répétitives, et les structures de serrage ainsi que les supports d'isolation doivent être vérifiés par rapport à ces conditions.

Les tensions secondaires sont relativement faibles – allant généralement de 100 V à 800 V – alors que les courants secondaires peuvent atteindre des dizaines de milliers d'ampères. Par conséquent, les enroulements basse tension (côté vanne) utilisent plusieurs conducteurs parallèles ou conducteurs transposés, les câbles de sortie sont constitués de barres omnibus en cuivre et les bornes de grande surface sont montées sur la paroi du réservoir.

L'impédance de court-circuit est conçue pour être supérieure à celle des transformateurs standards afin de limiter les courants de court-circuit et de stabiliser l'arc. Les valeurs d'impédance varient généralement de 6 % à 12 %, des valeurs encore plus élevées étant requises pour certains transformateurs de four de grande capacité. Une impédance excessive réduit la puissance absorbée par le four, tandis qu'une impédance insuffisante rend difficile la résistance aux surtensions de court-circuit ; par conséquent, la conception doit être soigneusement adaptée au processus de fusion spécifique.

Méthodes de configuration courantes

Sans réacteur en série

Utilisé dans les applications où le réseau électrique a une capacité de court-circuit suffisante et où le four présente des caractéristiques d'impédance stables. Cette configuration offre une conception de système simple, une taille d'équipement compacte et des coûts d'investissement réduits. C'est le choix standard pour la plupart des transformateurs de four à arc électrique de petite et moyenne capacité.

Avec réacteur en série

Un réacteur est connecté en série du côté primaire ou secondaire du transformateur pour limiter davantage le courant de court-circuit et améliorer la stabilité de l'arc. Le réacteur contribue à atténuer l’impact sur le réseau électrique, en particulier lorsque le réseau est faible ou pendant les premières phases d’exploitation lorsque des effondrements de charge fréquents se produisent. Le réacteur peut être soit intégré dans la cuve du transformateur, soit installé comme unité autonome. Une conception intégrée permet d'économiser de l'espace mais est moins pratique à entretenir qu'une unité externe.

Spécifications typiques

Les données suivantes sont compilées à partir des enregistrements des unités produites par lots et ne représentent pas la gamme complète d'approvisionnement. Les paramètres pour des projets spécifiques sont soumis à l'accord technique.

Transformateur de four à arc à changement de prise en charge haute capacité

Remarque : parmi les étages de régulation de tension, les cinq premiers étages fournissent une puissance de sortie constante, tandis que les étages suivants fournissent une sortie de courant constant. La plage de puissance constante est utilisée pendant la phase de fusion initiale et la plage de courant constant est utilisée pendant la phase de raffinage.

Modèles représentatifs de la série 6-10 kV (sans réacteurs)

Modèles représentatifs de la série de réacteurs 6 à 10 kV

Modèles représentatifs de la série 20-35 kV

Remarque : La tension primaire peut être conçue comme 60 kV ou 110 kV selon les besoins de l'utilisateur ; dans de tels cas, l'impédance de court-circuit et les dimensions extérieures seront ajustées en conséquence.

Paramètres de conception clés

Régulation de tension en charge

Les transformateurs de four à arc électrique (EAF) sont généralement équipés de changeurs de prises en charge (OLTC) pour couvrir les différentes exigences de tension des étapes de fusion et d'affinage. La plage de régulation s'étend généralement de 13 à 19 étapes, bien que certains projets en nécessitent davantage. La régulation en charge nécessite d'allouer un espace dans la cuve du transformateur pour le changeur de prises et de tenir compte du débit d'huile et de la dissipation thermique pendant les opérations de commutation.

Sélection de l'impédance de court-circuit

Les valeurs d'impédance influencent directement la stabilité de l'arc et le courant de court-circuit maximal. Une impédance élevée permet de limiter les surtensions de court-circuit mais réduit la puissance d'entrée effective ; une faible impédance a l'effet inverse. Les spécifications d'impédance sont généralement déterminées conjointement par le fabricant du four et l'équipe de conception électrique, le fabricant du transformateur ajustant les dispositions d'enroulement et le contrôle du flux de fuite pour atteindre les valeurs cibles.

Méthodes de refroidissement

Les unités de petite capacité utilisent généralement un auto-refroidissement immergé dans l'huile ou un refroidissement par air. En raison de la densité de perte élevée, les unités de grande capacité utilisent généralement un refroidissement à air pulsé à huile forcée (OFAF) ou à eau forcée à huile forcée (OFWF). Les systèmes de refroidissement par eau doivent garantir que la pression de l’huile reste à tout moment supérieure à la pression de l’eau pour empêcher l’eau de pénétrer dans l’huile en cas de fuite.

Terminaux secondaires

Compte tenu des courants secondaires élevés, la section transversale, l’espacement et la structure de support des barres omnibus en cuivre de sortie nécessitent une conception spécialisée. Certaines unités de grande capacité utilisent une configuration parallèle inverse en phase, où les barres omnibus adjacentes transportent des courants dans des directions opposées ; cela réduit les champs magnétiques externes et l’échauffement des composants structurels.

Fabrication et tests

Les enroulements utilisent des conducteurs transposés ou plusieurs conducteurs parallèles pour assurer une distribution uniforme du courant. Après assemblage, la partie active subit un séchage sous vide en phase vapeur de kérosène pour éliminer l'humidité et les gaz des matériaux isolants. Les réservoirs et les composants structurels sont soumis à un grenaillage pour éliminer la rouille, suivi d'un revêtement en poudre pour répondre aux normes environnementales industrielles.

Les tests d'acceptation en usine comprennent des mesures de la résistance CC des enroulements, du rapport de tension, de la résistance d'isolement, de la tension de tenue à fréquence industrielle, de la tension de tenue induite, de la perte à vide, de la perte de charge et de l'impédance de court-circuit. Compte tenu des conditions de fonctionnement uniques des transformateurs EAF, une vérification de type via des essais de court-circuit soudain – ou la fourniture de rapports de calcul selon les exigences de l'utilisateur – est également nécessaire. Les changeurs de prises en charge sont soumis à des tests de cycle de fonctionnement avant expédition pour vérifier la fiabilité de la commutation. L'entreprise est titulaire des certifications ISO 9001 : 2015, ISO 14001 et ISO 45001 ; les données de test sont archivées par numéro de série, garantissant la traçabilité jusqu'aux lots de matières premières et aux enregistrements de processus clés.

FAQ

Q : Dans quelles circonstances un réacteur en série est-il nécessaire ?

Un réacteur en série permet de limiter les surtensions et de stabiliser l'arc lorsque la capacité de court-circuit du réseau électrique est relativement faible ou lorsque des effondrements fréquents de matériaux au cours des premières étapes de fonctionnement du four provoquent des courants de court-circuit excessifs. Si la grille est suffisamment robuste et la conception du four est mature, le réacteur peut être omis pour simplifier le système. La décision finale est prise par l'équipe de conception électrique sur la base de calculs de court-circuit.

Q : Est-il préférable d'avoir plus d'étapes de régulation de tension en charge ?

Pas nécessairement. Bien que davantage d'étapes permettent une régulation plus fine de la tension et une meilleure adaptation aux différentes étapes de fusion, elles augmentent également le coût du changeur de prises et la taille du réservoir d'huile. Généralement, 13 à 19 étapes répondent aux besoins de la plupart des fours à arc électrique ; les configurations dépassant 25 étapes sont rares.

Q : Pourquoi l'impédance de court-circuit d'un transformateur de four à arc électrique est-elle supérieure à celle d'un transformateur standard ?

Les courts-circuits des électrodes se produisent fréquemment pendant le fonctionnement du four à arc électrique ; la haute impédance limite le courant de court-circuit de pointe et réduit l'impact sur les enroulements et le réseau électrique. Alors que les transformateurs standards ont généralement une impédance de court-circuit de 4 % à 6 %, les transformateurs de four à arc varient généralement de 6 % à 12 %, certains types de fours spécialisés allant encore plus haut.

Q : Pourquoi la tension secondaire est-elle si faible ?

Les fours à arc électrique génèrent de la chaleur via la résistance de l'arc, et la tension de l'arc elle-même est relativement faible, allant généralement de quelques dizaines à quelques centaines de volts. La tension secondaire du transformateur doit correspondre à la tension de l'arc ; par conséquent, la valeur de conception est bien inférieure à celle du côté primaire. À l’inverse, le courant secondaire est extrêmement élevé en raison des besoins en énergie.

Q : Quels sont les points clés pour l’entretien quotidien du système de circulation forcée d’huile et de refroidissement par eau ?

La pression de l'huile doit toujours dépasser la pression de l'eau afin que toute fuite s'écoule du côté huile vers le côté eau, empêchant ainsi l'eau de pénétrer dans l'huile du transformateur. Inspectez régulièrement les refroidisseurs pour déceler le tartre et programmez le nettoyage en fonction de la qualité de l’eau. Le système de refroidissement doit être démarré avant le transformateur et continuer à fonctionner pendant un certain temps après l'arrêt du transformateur. Expérience en ingénierie et étendue de la fourniture

Yulan Transformer possède une vaste expérience dans la fourniture en volume de transformateurs de fours électriques, couvrant différents types de fours tels que les fours à arc électrique standard, les fours de raffinage en poche et les fours à arc immergé. Nos installations de fabrication disposent d'une capacité de levage de 80 tonnes, d'un système de séchage sous vide en phase vapeur de kérosène de 400 kW, d'un équipement de test d'impulsion de 1 200 kV et d'un transformateur de test à fréquence industrielle sans décharge partielle de 400 kV, ce qui nous permet de répondre aux exigences de fabrication et de test d'acceptation en usine pour les transformateurs de four à arc électrique évalués à 110 kV et moins.

Nous fournissons des solutions de conception personnalisées basées sur les schémas du système primaire et les paramètres du four fournis par le client pour des projets avec des tensions primaires allant de 6 kV à 110 kV et des capacités de 1 000 kVA à 80 000 kVA. Veuillez contacter le service technique de Yulan Transformer pour obtenir des dessins d'encombrement, des estimations de poids ou des calculs de perte pour des modèles spécifiques.