Transformador de forno a arco submerso

Um forno de arco submerso (SAF) – também conhecido como forno elétrico para fundição – é usado para produzir ferroligas, carboneto de cálcio, silício industrial e produtos similares. Seu transformador difere daquele de um forno elétrico a arco padrão (EAF) em termos de características de carga: em um SAF, os eletrodos ficam submersos na carga do forno e o calor é gerado principalmente através da resistência da própria carga, com a descarga do arco desempenhando um papel secundário. Consequentemente, a carga é relativamente estável, mas a corrente secundária é extremamente elevada e o factor de potência é baixo; isso requer projetos específicos em relação às faixas de regulação de tensão e impedância.

A Yulan Transformer fabrica transformadores para fornos de arco submerso com capacidades que variam de 1.000 kVA a 80.000 kVA. As tensões primárias podem acomodar 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV, 35 kV e 110 kV, enquanto as tensões secundárias e o número de etapas de regulação de tensão são determinados com base no tipo de forno e no material específico que está sendo fundido.

Características de carga e projeto

Alta Corrente, Tensão Moderada

A tensão secundária de um SAF normalmente varia de 100 V a 300 V – superior à de um EAF, mas inferior à de um forno de carboneto de cálcio. As correntes secundárias podem atingir dezenas de milhares de amperes; os enrolamentos utilizam vários condutores paralelos ou condutores transpostos, e os cabos de saída consistem em barramentos de cobre multicamadas.

Baixo fator de potência

Variações na resistência da carga do forno resultam em uma carga indutiva, com o fator de potência normalmente caindo entre 0,7 e 0,8. O projeto do transformador deve levar em conta os requisitos de potência reativa e alguns projetos incorporam dispositivos de compensação no lado do sistema.

Carga relativamente estável

Ao contrário dos violentos surtos de curto-circuito observados nos EAFs, os SAFs sofrem flutuações de corrente menores; no entanto, eles operam em plena carga por longos períodos, levando a um acúmulo significativo de calor. Os enrolamentos e núcleos devem ser verificados quanto ao aumento de temperatura sob condições operacionais contínuas de alta corrente.

Ampla faixa de regulação de tensão

Diferentes estágios de fundição requerem tensões diferentes; a comutação de derivação em carga (OLTC) normalmente envolve de 13 a 27 etapas, com alguns grandes fornos de carboneto de cálcio exigindo ainda mais. O comutador de derivação deve ser capaz de operação frequente e capacidade de transporte de corrente sustentada.

Parâmetros Técnicos

Modelos representativos e dados de referência

Nota: A tensão primária pode ser projetada entre 6 kV e 110 kV de acordo com a necessidade do usuário, com os correspondentes ajustes de impedância e dimensões externas.

Destaques do projeto

Enrolamentos e Cabos

O enrolamento secundário utiliza condutores transpostos, com transposição de múltiplos ramos paralelos nas extremidades para garantir distribuição uniforme de corrente. Barramentos de cobre multicamadas são usados ​​para as saídas, com barramentos adjacentes transportando corrente em direções opostas para reduzir o campo magnético externo. Placas terminais de grandes áreas são instaladas nas paredes laterais do tanque para minimizar a resistência de contato.

Seleção de impedância

Os transformadores de fornos de arco submerso normalmente apresentam impedância mais alta do que os transformadores de potência da mesma capacidade para limitar as correntes de curto-circuito e melhorar as condições de operação do forno. Valores específicos são determinados pelo fabricante do forno e pelos projetistas elétricos com base na capacidade de curto-circuito da rede e no processo de fundição. A alta impedância reduz a potência de entrada efetiva, enquanto a baixa impedância aumenta as flutuações de corrente; um valor balanceado deve ser selecionado.

Comutador de derivação em carga (OLTC)

Os transformadores de fornos de arco submerso de grande capacidade empregam quase exclusivamente regulação de tensão em carga. Dada a alta frequência de operações do comutador, um modelo adequado para manobras frequentes deve ser selecionado e um sistema independente de filtragem de óleo deve ser instalado. Alguns usuários empregam uma combinação de regulagem grosseira e fina para reduzir o desgaste nos contatos do comutador de derivação.

Sistema de resfriamento

Devido à alta densidade de perdas, a circulação forçada de óleo com resfriamento a água ou a ar é comumente usada. Em sistemas de refrigeração a água, a pressão do óleo deve sempre exceder a pressão da água para evitar vazamento de água no óleo. A seleção do resfriador deve levar em conta perdas harmônicas adicionais, em vez de depender apenas de cálculos baseados na corrente senoidal de frequência de potência.

Harmônicos e perdas adicionais

As cargas do forno de arco submerso contêm harmônicos; portanto, margens de projeto devem ser incluídas para seções transversais de condutores e blindagem de componentes estruturais. A blindagem magnética ou elétrica é instalada nas paredes internas do tanque para reduzir perdas parasitas e o risco de superaquecimento local.

Fabricação e Verificação

A Yulan Transformer fabrica transformadores para fornos elétricos desde 1999, fornecendo transformadores SAF para indústrias como ferroligas, carboneto de cálcio e silício industrial. A empresa está equipada com uma capacidade de elevação de 80 toneladas, um sistema de secagem a vácuo de fase de vapor de querosene de 400kW, equipamento de teste de impulso de 1200kV e um transformador de teste de frequência de potência sem descarga parcial de 400kV. Estas instalações permitem o processamento de isolamento e verificação de fábrica de transformadores SAF classificados em 110kV e abaixo. Antes de sair da fábrica, cada unidade passa por uma série de testes, incluindo resistência CC do enrolamento, relação de tensão, resistência de isolamento, tensão suportável à frequência industrial, tensão suportável induzida, perda sem carga, perda de carga, impedância de curto-circuito e testes de ciclo operacional para o comutador de derivação em carga. 

Perguntas e respostas sobre seleção

P: Os transformadores de forno de arco submerso e os transformadores de forno de arco elétrico (EAF) podem ser trocados?

Geralmente, eles não podem ser trocados diretamente. As cargas dos fornos de arco submerso são relativamente estáveis ​​e suas características de impedância e regulação de tensão diferem daquelas dos EAFs. Os transformadores EAF são projetados para suportar choques frequentes de curto-circuito, enquanto os transformadores de fornos de arco submerso são projetados para operação contínua de alta corrente. A intercambialidade requer reverificação de impedância, aumento de temperatura e resistência mecânica.

P: Um número maior de etapas de regulação de tensão é sempre melhor?

Não necessariamente. Um número maior de etapas de tensão permite uma regulação de tensão mais precisa e uma melhor correspondência com vários estágios de fundição; entretanto, isso acarreta custos mais elevados para o comutador de derivação e um aumento no tamanho físico do tanque do transformador. Normalmente, 19 etapas são suficientes para fornos de ferroliga, enquanto fornos de carboneto de cálcio podem exigir 27 ou mais etapas. A configuração final é determinada pelos requisitos específicos do processo do forno.

P: Por que os transformadores de forno de arco submerso (SAF) têm impedância mais alta do que os transformadores de potência padrão?

Flutuações na resistência de carga do forno podem causar picos de corrente; impedância mais alta limita as correntes de pico e estabiliza as condições de operação do forno. Além disso, a alta impedância reduz as correntes de curto-circuito, protegendo assim os enrolamentos. Embora os transformadores de potência padrão normalmente tenham valores de impedância de curto-circuito entre 4% e 6%, os transformadores SAF geralmente variam de 6% a 15%.

P: Quais são as vantagens de selecionar uma tensão primária de 110kV?

Para transformadores SAF de grande capacidade, a conexão a uma tensão primária mais baixa resultaria em correntes primárias excessivamente altas, sobrecarregando indevidamente o equipamento de manobra e o cabeamento. Uma classificação de 110kV reduz a corrente primária e reduz as perdas na linha, tornando-a adequada para projetos com capacidades superiores a 20.000 kVA. No entanto, esta escolha implica custos de isolamento mais elevados e uma maior área ocupada, exigindo uma avaliação abrangente.

P: Quais são os pontos-chave para a manutenção diária do sistema de refrigeração líquida?

Monitorar regularmente o diferencial de pressão entre os circuitos de óleo e água; a pressão do óleo deve permanecer superior à pressão da água. O acúmulo de incrustações no refrigerador prejudica a dissipação de calor, portanto, os cronogramas de limpeza devem ser determinados com base na qualidade da água. O sistema de resfriamento deve ser ativado antes da partida do transformador e deve continuar operando por um período após o desligamento do transformador.