Transformador Especial para Forno Elétrico a Arco

O funcionamento do forno elétrico a arco impõe demandas a um transformador que não são vistas na distribuição padrão ou no serviço de transformador de potência. A corrente de carga oscila de circuito aberto para quase curto-circuito em segundos, e o transformador especial para forno elétrico a arco deve absorver choques mecânicos repetidos enquanto mantém a tensão do arco estável. A Yulan Transformer produz transformadores de forno desde 1999. A série de fornos a arco cobre de 1.000 kVA a 80.000 kVA, com tensões primárias de 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV, 35 kV ou 110 kV. A tensão e a corrente secundárias são adaptadas ao tipo de forno e ao perfil de fusão. As referências de projeto incluem a série IEC 60076, GB/T 10229 e especificações de forno específicas do projeto.

Comportamento de carga em serviço de forno a arco

Durante a fase de fusão, o movimento da sucata causa curtos-circuitos frequentes nos eletrodos. A corrente secundária pode atingir 2 a 3 vezes o valor nominal em intervalos curtos, e isso ocorre repetidamente durante o aquecimento. Os enrolamentos e as estruturas de fixação são, portanto, projetados para estresse mecânico em nível de fadiga, e não apenas para aumento de temperatura em estado estacionário.

A tensão secundária é baixa, geralmente entre 100 V e 800 V, enquanto a corrente secundária pode exceder 30.000 A em fornos maiores. Isso leva a enrolamentos multicondutores, cabos pesados ​​de barras de cobre e grandes placas de terminais na parede do tanque. A impedância de curto-circuito também é maior do que nos transformadores comuns, normalmente de 6% a 12%, para limitar os picos de corrente e estabilizar o arco. O valor exato depende do processo do forno e normalmente é especificado pelo construtor do forno ou projetista elétrico.

Configurações

Sem reator em série
Usado quando a capacidade de curto-circuito da rede é suficiente e o processo do forno é estável. O sistema é mais simples, com menor área ocupada e menor custo de capital. A maioria dos fornos pequenos e médios usa esse arranjo.

Com reator em série
Um reator é conectado no lado primário ou secundário para limitar ainda mais a corrente de curto-circuito e melhorar a estabilidade do arco. Isso é comum quando a grade é fraca ou quando o período de derretimento precoce causa desmoronamentos frequentes de sucata. O reator pode ser incorporado ao tanque do transformador ou fornecido como uma unidade separada. Projetos integrados economizam espaço, enquanto reatores separados são mais fáceis de manter e substituir.

Avaliações representativas

As tabelas a seguir foram extraídas de registros de produção e não representam a linha completa. Os valores finais são confirmados na especificação de compra.

Grandes transformadores de forno a arco com comutador de derivação em carga

As primeiras cinco posições de tap nessas unidades fornecem saída de potência constante e as posições restantes fornecem saída de corrente constante. A energia constante é usada durante o estágio inicial de fusão, enquanto a corrente constante é adequada para o período de refino.

Série 6-10 kV sem reator, modelos selecionados

Série 6-10 kV com reator, modelos selecionados

Série 20-35 kV, modelos selecionados

A tensão primária pode ser projetada para 60 kV ou 110 kV mediante solicitação. As dimensões de impedância e contorno serão alteradas de acordo.

Principais parâmetros de design

Troca de tap em carga

A maioria dos transformadores de forno a arco usa um comutador de derivação em carga para cobrir as diferentes necessidades de tensão entre a fusão e o refino. São comuns treze a dezenove torneiras e alguns projetos exigem mais. O comutador adiciona volume ao tanque e requer atenção ao fluxo de óleo e à dissipação de calor durante a operação.

Seleção de impedância

A impedância não é um valor padrão fixo. O construtor do forno e o projetista elétrico determinam a faixa alvo com base na estabilidade do arco e nos limites de corrente de curto-circuito. O fabricante do transformador ajusta a disposição dos enrolamentos e o controle do fluxo de fuga para atender ao valor especificado. Uma alta impedância limita os picos de corrente, mas reduz a potência efetiva do forno. Uma baixa impedância faz o oposto.

Resfriamento

Unidades pequenas utilizam resfriamento com óleo natural ou resfriamento com ar forçado. Unidades grandes com alta densidade de perdas usam resfriamento forçado de óleo e ar ou resfriamento forçado de óleo e água. Os sistemas refrigerados a água exigem que a pressão do óleo permaneça sempre acima da pressão da água, de modo que qualquer vazamento flua do óleo para a água, e não o contrário.

Leads secundários

A corrente secundária é extremamente alta, portanto a seção transversal do condutor, o espaçamento e o suporte mecânico são especialmente projetados. Algumas unidades grandes usam conexões paralelas inversas da mesma fase, onde as correntes adjacentes fluem em direções opostas. Isto reduz os campos magnéticos externos e o aquecimento estrutural.

Fabricação e testes

Os enrolamentos são feitos com condutores transpostos ou múltiplos condutores paralelos para manter a distribuição da corrente uniforme. O núcleo montado e a unidade de bobina são secos em um sistema de vácuo de fase de vapor de querosene para remover umidade e gás. Tanques e peças estruturais são jateados e revestidos com pó para ambientes industriais.

Os testes de rotina incluem resistência CC do enrolamento, relação de tensão, resistência de isolamento, resistência à frequência de energia, sobretensão induzida, perda sem carga, perda de carga e impedância de curto-circuito. Devido às condições severas de operação, a verificação da resistência a curto-circuito é frequentemente necessária, seja como um teste de tipo ou através de relatórios de cálculo. Os comutadores de derivação em carga são operados durante um ciclo completo antes do envio para confirmar a confiabilidade da comutação.

A empresa possui certificações ISO 9001:2015, ISO 14001 e ISO 45001. Os registros de testes são arquivados por número de série e podem ser rastreados até lotes de materiais e etapas principais do processo.

Perguntas frequentes sobre seleção e operação

Quando é necessário um reator em série?

Quando a capacidade de curto-circuito da rede é limitada, ou quando o derretimento precoce causa desmoronamentos frequentes de sucata, um reator ajuda a limitar os picos de corrente e a estabilizar o arco. Se a grade for forte e o projeto do forno estiver maduro, o reator poderá ser omitido. A decisão final vem do estudo de curto-circuito.

Mais posições de tap significam melhor desempenho?

Não necessariamente. Mais taps permitem um ajuste de tensão mais preciso nos estágios de fusão e refino, mas também aumentam o custo do comutador e o tamanho do tanque. A maioria dos fornos funciona bem com 13 a 19 torneiras, e mais de 25 é incomum.

Por que a impedância é maior do que em um transformador padrão?

A operação do forno a arco envolve curtos-circuitos frequentes nos eletrodos. Uma impedância mais alta limita o pico da corrente de curto-circuito e reduz o estresse mecânico nos enrolamentos. Os transformadores comuns geralmente têm impedância de 4% a 6%, enquanto as unidades de forno a arco normalmente estão na faixa de 6% a 12%.

Por que a tensão secundária é tão baixa?

O próprio arco opera em baixa tensão, normalmente de dezenas a algumas centenas de volts. O secundário do transformador deve corresponder a essa tensão. O requisito de alta potência aparece então como uma corrente secundária muito alta, razão pela qual o enrolamento e os cabos do lado da válvula são tão fortemente construídos.

Que manutenção diária um sistema de resfriamento forçado de óleo e água exige?

A pressão do óleo deve permanecer sempre superior à pressão da água. Qualquer vazamento deve ser de óleo para água, e não o contrário. A escala do refrigerador deve ser verificada de acordo com um cronograma baseado na qualidade da água. O sistema de resfriamento deve iniciar antes do transformador ser energizado e continuar funcionando após o desligamento até que a temperatura do enrolamento caia.

Experiência em engenharia e escopo de fornecimento

A Yulan Transformer construiu transformadores de forno para fornos de arco comuns, fornos de refino panela e fornos de arco submerso. As instalações de produção incluem uma capacidade de elevação de 80 toneladas, um sistema de secagem a vácuo em fase de vapor de querosene de 400 kW, um sistema de teste de impulso de 1.200 kV e um transformador de teste de frequência de energia sem descarga parcial de 400 kV. Esses recursos apoiam o processamento de isolamento e verificação de fábrica de transformadores de fornos a arco até a classe 110 kV.

Projetos na faixa de 1.000 kVA a 80.000 kVA e tensões primárias de 6 kV a 110 kV podem ser avaliados com base no diagrama unifilar do cliente e nos dados do forno. Para desenhos gerais, estimativas de peso ou cálculos de perdas, entre em contato com o departamento técnico da Yulan Transformer.