Transformateur spécial pour four à arc électrique

Le service du four à arc électrique impose des exigences sur un transformateur qui ne sont pas vues dans le service standard de distribution ou de transformateur de puissance. Le courant de charge passe du circuit ouvert au quasi-court-circuit en quelques secondes, et le transformateur spécial pour four à arc électrique doit absorber les chocs mécaniques répétés tout en maintenant une tension d'arc stable. Yulan Transformer produit des transformateurs de four depuis 1999. La série de fours à arc couvre de 1 000 kVA à 80 000 kVA, avec des tensions primaires de 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV, 35 kV ou 110 kV. La tension et le courant secondaires sont adaptés au type de four et au profil de fusion. Les références de conception incluent la série CEI 60076, GB/T 10229 et les spécifications du four spécifiques au projet.

Comportement de charge dans le service de four à arc

Pendant la phase de fusion, le mouvement des déchets provoque de fréquents courts-circuits des électrodes. Le courant secondaire peut atteindre 2 à 3 fois la valeur nominale pendant de courts intervalles, et cela se produit de manière répétée tout au long de la chaleur. Les enroulements et les structures de serrage sont donc conçus pour résister aux contraintes mécaniques de fatigue, et non seulement à une augmentation de température en régime permanent.

La tension secondaire est faible, généralement comprise entre 100 V et 800 V, tandis que le courant secondaire peut dépasser 30 000 A sur les fours plus grands. Cela conduit à des enroulements multiconducteurs, à de lourdes barres de cuivre et à de grands borniers sur la paroi du réservoir. L'impédance de court-circuit est également plus élevée que dans les transformateurs ordinaires, généralement de 6 à 12 %, pour limiter les pics de courant et stabiliser l'arc. La valeur exacte dépend du processus du four et est normalement spécifiée par le constructeur du four ou le concepteur électrique.

Configurations

Sans réacteur série
Utilisé lorsque la capacité de court-circuit du réseau est suffisante et que le processus du four est stable. Le système est plus simple, avec un encombrement réduit et un coût d'investissement inférieur. La plupart des petits et moyens fours utilisent cette disposition.

Avec réacteur série
Un réacteur est connecté côté primaire ou secondaire pour limiter davantage le courant de court-circuit et améliorer la stabilité de l'arc. Ceci est courant lorsque la grille est faible ou lorsque la période de fonte précoce provoque de fréquents effondrements de ferraille. Le réacteur peut être intégré à la cuve du transformateur ou fourni comme une unité séparée. Les conceptions intégrées permettent de gagner de la place, tandis que les réacteurs séparés sont plus faciles à entretenir et à remplacer.

Notes représentatives

Les tableaux suivants sont extraits des enregistrements de production et ne représentent pas la gamme complète. Les valeurs finales sont confirmées dans les spécifications d'achat.

Grands transformateurs de four à arc avec changeur de prises en charge

Les cinq premières positions de prise de ces unités fournissent une puissance de sortie constante et les positions restantes fournissent une sortie de courant constante. Une puissance constante est utilisée au début de la phase de fusion, tandis qu’un courant constant convient à la période de raffinage.

Série 6-10 kV sans réacteur, modèles sélectionnés

Série 6-10 kV avec réacteur, modèles sélectionnés

Série 20-35 kV, modèles sélectionnés

La tension primaire peut être conçue pour 60 kV ou 110 kV sur demande. L'impédance et les dimensions du contour changeront en conséquence.

Paramètres de conception clés

Changement de prise en charge

La plupart des transformateurs de four à arc utilisent un changeur de prises en charge pour couvrir les différents besoins de tension entre la fusion et l'affinage. Treize à dix-neuf robinets sont courants et certains projets en nécessitent davantage. Le changeur de prises ajoute du volume au réservoir et nécessite une attention particulière au débit d'huile et à la dissipation de la chaleur pendant le fonctionnement.

Sélection d'impédance

L'impédance n'est pas une valeur standard fixe. Le constructeur du four et le concepteur électrique déterminent la plage cible en fonction de la stabilité de l'arc et des limites de courant de court-circuit. Le fabricant du transformateur ajuste la disposition des enroulements et le contrôle du flux de fuite pour atteindre la valeur spécifiée. Une impédance élevée limite les pics de courant mais réduit la puissance effective du four. Une faible impédance fait le contraire.

Refroidissement

Les petites unités utilisent un refroidissement à l'huile naturelle ou un refroidissement à air forcé. Les grandes unités avec une densité de perte élevée utilisent un refroidissement forcé par air d'huile ou un refroidissement forcé par eau d'huile. Les systèmes refroidis par eau nécessitent que la pression de l'huile reste supérieure à la pression de l'eau à tout moment, de sorte que toute fuite s'écoule de l'huile vers l'eau plutôt que l'inverse.

Pistes secondaires

Le courant secondaire est extrêmement élevé, c'est pourquoi la section transversale des câbles, l'espacement et le support mécanique sont spécialement conçus. Certaines grandes unités utilisent des connexions parallèles inverses de même phase, où les courants de câbles adjacents circulent dans des directions opposées. Cela réduit les champs magnétiques externes et l’échauffement structurel.

Fabrication et tests

Les enroulements sont réalisés avec des conducteurs transposés ou plusieurs conducteurs parallèles pour maintenir une répartition uniforme du courant. L'unité de noyau et de bobine assemblée est séchée dans un système sous vide en phase vapeur de kérosène pour éliminer l'humidité et les gaz. Les réservoirs et les pièces structurelles sont grenaillés et thermolaqués pour les environnements industriels.

Les tests de routine incluent la résistance CC des enroulements, le rapport de tension, la résistance d'isolement, la tenue à la fréquence industrielle, la surtension induite, la perte à vide, la perte de charge et l'impédance de court-circuit. En raison des conditions de fonctionnement sévères, la vérification de la tenue aux courts-circuits est souvent requise, soit sous forme d'essai de type, soit par le biais de rapports de calcul. Les changeurs de prises en charge sont exploités pendant un cycle complet avant expédition pour confirmer la fiabilité de la commutation.

L'entreprise est certifiée ISO 9001 :2015, ISO 14001 et ISO 45001. Les enregistrements de tests sont archivés par numéro de série et peuvent être retracés jusqu'aux lots de matériaux et aux étapes clés du processus.

FAQ sur la sélection et le fonctionnement

Quand un réacteur en série est-il nécessaire ?

Lorsque la capacité de court-circuit du réseau est limitée, ou lorsque une fusion précoce provoque de fréquents effondrements de ferraille, un réacteur permet de limiter les pointes de courant et de stabiliser l'arc. Si la grille est solide et la conception du four mature, le réacteur peut être omis. La décision finale vient de l'étude de court-circuit.

Est-ce que plus de positions de prises signifient de meilleures performances ?

Pas nécessairement. Un plus grand nombre de prises permettent un réglage plus précis de la tension au cours des étapes de fusion et de raffinage, mais ils augmentent également le coût du changeur de prise et la taille du réservoir. La plupart des fours fonctionnent bien avec 13 à 19 entailles, et plus de 25 est rare.

Pourquoi l'impédance est-elle plus élevée que dans un transformateur standard ?

Le fonctionnement du four à arc implique de fréquents courts-circuits d’électrodes. Une impédance plus élevée limite le courant de court-circuit maximal et réduit les contraintes mécaniques sur les enroulements. Les transformateurs ordinaires ont généralement une impédance de 4 à 6 %, tandis que les unités de four à arc se situent normalement entre 6 et 12 %.

Pourquoi la tension secondaire est-elle si faible ?

L'arc lui-même fonctionne à basse tension, généralement de quelques dizaines à quelques centaines de volts. Le secondaire du transformateur doit correspondre à cette tension. La demande de puissance élevée apparaît alors comme un courant secondaire très élevé, c'est pourquoi l'enroulement et les câbles côté vanne sont si lourds.

Quel entretien quotidien un système de refroidissement forcé par eau et huile nécessite-t-il ?

La pression de l'huile doit rester supérieure à la pression de l'eau à tout moment. Toute fuite doit se faire de l’huile vers l’eau, et non l’inverse. Le tartre du refroidisseur doit être vérifié selon un calendrier basé sur la qualité de l’eau. Le système de refroidissement doit démarrer avant la mise sous tension du transformateur et continuer à fonctionner après l'arrêt jusqu'à ce que la température des enroulements baisse.

Expérience en ingénierie et étendue de l’approvisionnement

Yulan Transformer a construit des transformateurs de four pour les fours à arc ordinaires, les fours de raffinage en poche et les fours à arc immergé. Les installations de production comprennent une capacité de levage de 80 tonnes, un système de séchage sous vide en phase vapeur de kérosène de 400 kW, un système de test d'impulsion de 1 200 kV et un transformateur de test de fréquence industrielle sans décharge partielle de 400 kV. Ces ressources prennent en charge le traitement de l'isolation et la vérification en usine des transformateurs de four à arc jusqu'à la classe 110 kV.

Les projets dans la gamme de 1 000 kVA à 80 000 kVA et les tensions primaires de 6 kV à 110 kV peuvent être évalués sur la base du schéma unifilaire et des données du four du client. Pour les dessins d'encombrement, les estimations de poids ou les calculs de pertes, contactez le service technique de Yulan Transformer.