アーク炉用変圧器

アーク炉の運転は、電力変圧器にとって最も要求の厳しい任務の 1 つです。負荷は開回路からボルト故障に近い状態まで数秒以内に変化し、このサイクルは 1 回のヒート中に何度も繰り返されます。このサービス用に構築された変圧器は、信頼性を損なうことなく、極端な電流ピーク、強力な電磁力、および頻繁なタップ変更に対処する必要があります。 Yulan Transformer は、1000 kVA ～ 80,000 kVA のアーク炉用電力変圧器を供給しており、一次電圧オプションは 6 kV、10 kV、15 kV、22 kV、35 kV、110 kV です。設計作業は、IEC 60076、GB/T 10229、および炉メーカーの特定の要件に従います。

設計を形作る動作条件

ほとんどの時間定格負荷付近で動作する配電変圧器とは異なり、アーク炉変圧器はその寿命の多くを過渡状態で費やします。融解段階は特に深刻です。スクラップが予期せず移動し、電極が充電物に触れ、二次電流が短期間に定格値の 2 倍を超える可能性があります。これらのイベントは従来の意味では故障ではありませんが、変圧器はその耐用年数全体にわたって繰り返しこれらのイベントに耐える必要があります。

二次側は、炉のサイズとプロセスに応じて通常 100 V ～ 800 V の低電圧で動作しますが、二次電流は数万アンペアに達することがあります。この組み合わせには、太い導体の断面、平行な巻線分岐、および堅牢なリード支持構造が必要です。短絡インピーダンスも標準の変圧器よりも高く設定されており、多くの場合 6% ～ 12% の範囲で、電流ピークを制限し、アークを安定に保ちます。

過酷な使用に耐える設計アプローチ

アーク炉の電力変圧器は、性能と耐用年数に影響を与えるいくつかの重要な決定に基づいて構築されています。

巻線配置

二次巻線は通常、電流密度を管理しやすい状態に保つために複数の並列経路に分割されます。転置導体は定格が大きい場合に一般的であり、電流が平行な素線間で均等に分割されるように巻線の端が注意深く配置されています。不均一な電流共有によりホットスポットが発生し、絶縁寿命が短くなります。

インピーダンス制御

インピーダンス値は固定テーブルから選択されません。これは、アークの安定性と短絡応力を制限する必要性のバランスをとる炉の電気的研究から来ています。インピーダンスが高くなると、電流のピークは減少しますが、アークに供給される電力も低下します。変圧器メーカーは、狭い許容範囲内で指定された値を満たすように巻線の形状と漏れ磁束経路を調整します。

直列リアクトルオプション

一部の設備には、変圧器タンク内または別個のユニットとして直列リアクトルが含まれています。これは、グリッドが弱い場合、または初期の溶解段階でスクラップの陥没が頻繁に発生する場合に、より一般的です。内蔵リアクトルはスペースを節約しますが、別個のリアクトルは検査と交換が容易です。決定はサイトのレイアウトとメンテナンスの考え方によって異なります。

タップチェンジャーの任務

ほとんどのアーク炉変圧器は負荷時のタップ変更を使用します。溶解と精錬の間で炉の電圧を調整する必要があるため、タップ切換器は電源変圧器よりもはるかに頻繁に動作します。一般的には 13 ～ 19 のポジションがあり、タップ チェンジャは負荷がかかった状態での頻繁な動作に耐えるように定格されている必要があります。一部のプロジェクトでは、接点寿命を長くするために、セレクター スイッチとダイバーター スイッチの配置を個別に指定しています。

冷却システムの選択

小型および中型ユニットでは、天然油空冷自然冷却または強制空冷を使用する場合があります。損失密度が高い大型炉では、多くの場合、強制油水冷却が必要になります。水冷システムでは厳密な圧力制御が必要です。漏れが油から水に移るのではなく、その逆にならないように、油圧は常に水の圧力を超える必要があります。

仕様の概要

以下の表は、アーク炉変圧器シリーズのパラメータの一般的な範囲を示しています。正確な値は、各プロジェクトの設計段階で確立されます。

選択のためのエンジニアリングノート

二次電圧範囲

二次電圧範囲は、炉のプロセスと溶解プロファイルによって決まります。固定値ではありません。変圧器の設計者は炉建設業者と協力して、最も低いタップが精錬中に十分なアーク電力を供給し、最も高いタップがメルトダウン中に電極に過度のストレスを与えないようにします。

機械的ブレース

短絡力が繰り返されると、巻線が動き、絶縁体が摩耗します。クランプ構造は、絶縁体を過度に圧縮することなく巻線をしっかりと保持する必要があります。一部の設計では、変圧器の寿命にわたってクランプ力を維持するために、プレストレスを与えたタイロッドとバネ仕掛けの圧力プレートを使用しています。

高調波と力率の考慮事項

アーク炉の負荷は非線形であり、高調波を生成します。トランス自体はこれらの高調波を除去しませんが、巻線の設計には追加の損失に対処するための追加の熱マージンを含めることができます。力率補正は通常、炉バスまたは変電所レベルで個別に処理されます。

保護スキーム

アーク炉変圧器には、通常の動作過渡現象と実際の故障を区別できる保護が必要です。過電流リレーは、電極短絡時のトリップを避けるために十分な遅延を持って設定する必要があります。差動保護は一般的ですが、炉の頻繁な電流変動に合わせて調整する必要があります。

生産と品質の検証

Yulan Transformer は、制御された製造条件の下でアーク炉変圧器を製造しています。コアのラミネートは自動装置で切断および積層されます。巻線は、必要に応じて導体を転置して巻かれ、組み立て後に灯油気相真空システムで乾燥されます。タンクと外部のスチール部品はショットブラスト処理され、粉体塗装で仕上げられており、産業環境での耐久性を備えています。

すべてのユニットは、巻線抵抗、電圧比、絶縁抵抗、電源周波数耐性、誘導過電圧、無負荷損失、負荷損失、短絡インピーダンスなどの定期的なテストを受けます。厳しい運用義務があるため、多くの顧客は短絡耐量の計算や型式試験の検証も要求します。タップチェンジャーは出荷前に完全なシーケンスを経て動作し、確実なスイッチングを確認します。

同社は ISO 9001:2015、ISO 14001、および ISO 45001 認証を取得しています。テスト記録はシリアル番号ごとにアーカイブされ、トレーサビリティのために材料バッチおよび製造記録にリンクされます。

炉オペレーターからの質問

二次電圧範囲はどのように設定されますか?

炉ビルダーは、溶解と精製に必要な電圧曲線を提供します。次に、変圧器の設計者は、アーク電力が各段階のプロセス要件に一致するようにタップ位置を選択します。設計承認後に電圧範囲を変更するには、通常、巻線の配置をやり直す必要があります。

アーク炉変圧器の予想耐用年数はどれくらいですか?

適切なメンテナンスと設計制限内での運用により、多くのユニットは 20 ～ 30 年間使用し続けます。実際の寿命は、1 日あたりの炉の運転回数、タップ切り替えの義務、および冷却システムのメンテナンスの質によって異なります。絶縁劣化は、頻繁な熱サイクルや機械的振動によって加速されます。

アーク炉変圧器は取鍋精錬に使用できますか?

多くの場合、そのとおりですが、義務は異なります。取鍋精錬炉は、より低い出力とより短いサイクルで動作するため、熱的および機械的ストレスはそれほど深刻ではありません。溶解炉用の変圧器は取鍋精錬用としては大きすぎる場合がありますが、電圧範囲とインピーダンスが適切であれば使用可能です。その逆が常に真実であるとは限りません。

炉の運転中に大きな騒音が発生する原因は何ですか?

溶解中の大きなハム音は、高電流と、その結果として巻線やリード線に生じる電磁力によって発生します。二次電流がピークに達すると、ノイズレベルが最も高くなります。適切なクランプとリードのサポートにより振動は軽減されますが、アーク炉の稼働には多少の騒音がつきものです。

オイルはどのくらいの頻度でテストする必要がありますか?

溶存ガス分析のため、少なくとも年に 1 回は石油サンプルを採取する必要があります。負荷の高いサービスでは、特に変圧器が繰り返し短絡を起こした場合や、冷却システムに漏れの兆候が見られた場合には、より頻繁にサンプリングすることが正当化される場合があります。可燃性ガスの増加傾向は、絶縁応力が発生していることを示しているため、調査する必要があります。

製造能力

生産設備は110kVクラスまでのアーク炉変圧器の製造に対応しています。利用可能なリソースには、80 トンの吊り上げ能力、400 kW の灯油気相真空乾燥システム、1,200 kV インパルス試験システム、および 400 kV 部分放電のない電源周波数試験変圧器が含まれます。これらの機能により、同社は大型のコアとコイルのアセンブリを処理し、高電圧炉での作業に必要な誘電試験を実行できるようになります。

特定のプロジェクトに対して、技術部門は顧客の単線図と炉データに基づいて予備設計を提供できます。これには、推定寸法、重量、損失計算、およびタップ電圧スケジュールが含まれます。詳細については、Yulan Transformer にお問い合わせください。