電気炉変圧器

電気アーク炉 (EAF) の製錬プロセス中、電極の短絡やアークの中断が交互に起こり、炉内のインピーダンスが大幅に変動します。したがって、変圧器が受ける電流サージは、従来の電源変圧器が受ける電流サージをはるかに超えています。 Yulan Transformer は 1999 年以来電気炉変圧器を製造しています。同社の EAF 変圧器シリーズの範囲は 1,000 kVA ～ 80,000 kVA で、一次電圧は 6 kV、10 kV、15 kV、22 kV、35 kV、110 kV に対応し、二次電圧は特定の炉の種類と製錬プロセスに基づいてカスタム設計されています。

電気炉負荷の特性

電気炉 (EAF) 変圧器の動作条件は、標準の配電変圧器や電力変圧器の動作条件とは大きく異なります。電荷溶解段階では、電流が急激に変動します。電極短絡時、二次電流は定格値の 2 ～ 3 倍に達することがあります。この現象は短時間ではありますが、頻繁に発生します。巻線とコアはこれらの繰り返しの電磁力に耐える必要があり、クランプ構造と絶縁サポートはこれらの条件に対して検証される必要があります。

二次電圧は比較的低く、通常は 100 V ～ 800 V の範囲ですが、二次電流は数万アンペアに達することがあります。その結果、低電圧 (バルブ側) 巻線には複数の平行導体または転置導体が使用され、出力リード線は銅バスバーで構成され、表面積の大きな端子がタンク壁に取り付けられます。

短絡電流を制限し、アークを安定させるために、短絡インピーダンスは標準変圧器よりも高くなるように設計されています。インピーダンス値は通常 6% ～ 12% の範囲ですが、一部の大容量炉用変圧器ではさらに高い値が必要です。インピーダンスが大きすぎると炉への電力入力が減少しますが、インピーダンスが不十分だと短絡サージに耐えることが困難になります。したがって、設計は特定の製錬プロセスに注意深く適合させる必要があります。

一般的な構成方法

直列リアクトルなし

電力網に十分な短絡容量があり、炉が安定したインピーダンス特性を示すアプリケーションに使用されます。この構成により、システム設計がシンプルになり、装置サイズがコンパクトになり、投資コストが削減されます。これは、ほとんどの中小規模から中容量の電気炉変圧器の標準的な選択肢です。

直列リアクトルあり

リアクトルは変圧器の一次側または二次側に直列に接続され、短絡電流をさらに制限し、アークの安定性を高めます。リアクトルは、特に送電網が弱い場合や、頻繁に充電の崩壊が起こる運転の初期段階において、送電網への影響を軽減するのに役立ちます。リアクトルは、変圧器タンク内に統合することも、スタンドアロン ユニットとして設置することもできます。統合された設計はスペースを節約しますが、外部ユニットに比べてメンテナンスが不便です。

代表的な仕様

以下のデータはバッチ生産ユニットの記録から編集されたものであり、完全な供給範囲を表すものではありません。特定のプロジェクトのパラメータは技術契約の対象となります。

高容量負荷時タップ切換アーク炉変圧器

注: 電圧調整ステージのうち、最初の 5 つのステージは定電力出力を提供し、後続のステージは定電流出力を提供します。定電力範囲は初期溶解段階で使用され、定電流範囲は精製段階で使用されます。

6～10kVシリーズの代表機種（リアクトルなし）

6～10kVリアクトルシリーズの代表機種

20～35kVシリーズの代表機種

注: 一次電圧は、ユーザーの要件に応じて 60 kV または 110 kV として設計できます。このような場合、短絡インピーダンスと外形寸法はそれに応じて調整されます。

主要な設計パラメータ

負荷時電圧レギュレーション

電気アーク炉 (EAF) 変圧器には通常、溶解および精製段階のさまざまな電圧要件に対応するために負荷時タップ切換器 (OLTC) が装備されています。規制範囲は通常 13 ～ 19 ステップですが、プロジェクトによってはさらに多くのステップが必要になります。負荷時調整では、変圧器タンク内にタップ切換器用のスペースを割り当て、スイッチング動作中の油の流れと熱放散を考慮する必要があります。

短絡インピーダンスの選択

インピーダンス値は、アークの安定性とピーク短絡電流に直接影響します。高インピーダンスは短絡サージを制限するのに役立ちますが、実効入力電力は減少します。インピーダンスが低いと逆効果になります。インピーダンス仕様は通常、炉メーカーと電気設計チームが共同で決定し、変圧器メーカーは目標値を満たすように巻線配置と漏れ磁束制御を調整します。

冷却方法

小容量ユニットは油入自冷または空冷が一般的です。損失密度が高いため、大容量ユニットでは通常、強制給油強制空冷 (OFAF) または強制給油強制水冷 (OFWF) 冷却が採用されています。水冷システムでは、漏れが発生した場合にオイル内に水が浸入するのを防ぐために、油圧が常に水圧よりも高い状態を維持する必要があります。

二次端子

二次電流が大きいため、出力銅バスバーの断面、間隔、支持構造には特殊な設計が必要です。一部の大容量ユニットでは、隣接するバスバーが逆方向に電流を流す同相逆並列構成を採用しています。これにより、外部磁場と構造コンポーネントの発熱が軽減されます。

製造と試験

巻線には、転置導体または複数の並列導体を使用して、均一な電流分布を確保します。組み立て後、アクティブ部分は灯油気相真空乾燥を受け、絶縁材料から水分とガスが除去されます。タンクと構造コンポーネントは、錆を除去するためにショットブラスト処理が施され、その後、工業環境基準を満たすために粉体塗装が行われます。

工場受入れ試験には、巻線の直流抵抗、電圧比、絶縁抵抗、電源周波耐電圧、誘導耐電圧、無負荷損失、負荷損失、短絡インピーダンスの測定が含まれます。 EAF 変圧器の独特な動作条件を考慮すると、突発短絡試験による型式検証、またはユーザーの要件に応じた計算レポートの提供も必要です。負荷時タップ切換器は出荷前に動作サイクルテストを受けて、スイッチングの信頼性を検証します。同社は ISO 9001:2015、ISO 14001、および ISO 45001 認証を取得しています。テストデータはシリアル番号ごとにアーカイブされ、原材料バッチや主要なプロセス記録までの追跡可能性が保証されます。

よくある質問

Q: 直列リアクトルはどのような状況で必要ですか?

直列リアクトルは、電力網の短絡容量が比較的低い場合、または炉の運転の初期段階で頻繁に材料が崩壊して過剰な短絡電流が発生する場合に、サージを制限し、アークを安定させるのに役立ちます。グリッドが十分に堅牢で、炉の設計が成熟している場合は、システムを簡素化するために反応器を省略できます。最終的な決定は、短絡計算に基づいて電気設計チームによって行われます。

Q: 負荷時電圧調整ステップを増やす方がよいでしょうか?

必ずしもそうとは限りません。ステップ数が増えると、より細かい電圧調整が可能になり、さまざまな製錬段階とのマッチングが向上しますが、タップ切換器のコストとオイルタンクのサイズも増加します。通常、13 ～ 19 のステップでほとんどの電気炉のニーズを満たします。 25 ステップを超える構成はまれです。

Q: 電気炉変圧器の短絡インピーダンスが標準変圧器よりも高いのはなぜですか?

電極の短絡は電気炉の運転中に頻繁に発生します。高インピーダンスにより、ピーク短絡電流が制限され、巻線と電力網への影響が軽減されます。標準的な変圧器の短絡インピーダンスは通常 4% ～ 6% ですが、アーク炉変圧器の範囲は通常 6% ～ 12% で、一部の特殊な炉タイプではさらに高くなります。

Q: 二次電圧が非常に低いのはなぜですか?

電気アーク炉はアーク抵抗によって熱を発生し、アーク電圧自体は比較的低く、通常は数十ボルトから数百ボルトの範囲です。変圧器の二次電圧はアーク電圧と一致する必要があります。したがって、設計値は一次側の設計値に比べて大幅に低くなります。逆に、二次電流は電力要件により非常に高くなります。

Q：強制油循環・水冷システムの日常メンテナンスのポイントは何ですか？

漏れがあれば油側から水側に流れ、変圧器油への水の侵入を防ぐために、油圧は常に水圧を超える必要があります。定期的にクーラーにスケールが付着していないか検査し、水質に基づいて清掃のスケジュールを立ててください。冷却システムは変圧器の前に起動し、変圧器が停止した後も一定期間動作し続ける必要があります。 エンジニアリングの経験と供給範囲

Yulan Transformer は、標準電気炉、取鍋精錬炉、浸漬アーク炉などのさまざまなタイプの炉をカバーする、電気炉用変圧器の大量供給の豊富な経験を持っています。当社の製造設備は、吊り上げ能力80トン、400kWの灯油気相真空乾燥装置、1200kVインパルス試験装置、400kV部分放電のない電源周波数試験用変圧器を備えており、定格110kV以下の電気炉用変圧器の製造および工場受入試験要件を満たすことができます。

当社は、一次電圧が 6 kV ～ 110 kV、容量が 1,000 kVA ～ 80,000 kVA のプロジェクト向けに、お客様が提供する一次システム図と炉パラメータに基づいてカスタマイズされた設計ソリューションを提供します。特定のモデルの外形図、重量見積り、損失計算については、Yulan 変圧器技術部門にお問い合わせください。