浸漬アーク炉変圧器

サブマージアーク炉 (SAF) は、製錬用の電気炉としても知られており、合金鉄、炭化カルシウム、工業用シリコン、および同様の製品の製造に使用されます。その変圧器は、負荷特性の点で標準的なアーク炉 (EAF) の変圧器とは異なります。SAF では、電極が炉の装入物に浸され、主に装入物自体の抵抗によって熱が発生し、アーク放電が二次的な役割を果たします。その結果、負荷は比較的安定していますが、二次電流は非常に高く、力率は低くなります。このため、電圧調整範囲とインピーダンスに関する特別な設計が必要になります。

Yulan Transformer は、1,000 kVA から 80,000 kVA の範囲の容量を持つ浸中アーク炉変圧器を製造しています。一次電圧は 6 kV、10 kV、15 kV、22 kV、35 kV、110 kV に対応できますが、二次電圧と電圧調整ステップの数は炉のタイプと製錬される特定の材料に基づいて決定されます。

荷重と設計特性

高電流、中電圧

SAF の二次電圧は通常 100 V ～ 300 V の範囲にあり、EAF の二次電圧よりは高くなりますが、炭化カルシウム炉の二次電圧よりは低くなります。二次電流は数万アンペアに達することがあります。巻線には複数の並列導体または転置導体が使用され、出力リード線は多層銅バスバーで構成されます。

低力率

炉の装入物の抵抗の変動により誘導負荷が発生し、力率は通常 0.7 ～ 0.8 の間に収まります。変圧器の設計では無効電力要件を考慮する必要があり、一部のプロジェクトではシステム側に補償デバイスが組み込まれています。

比較的安定した負荷

EAF で見られる激しい短絡サージとは異なり、SAF ではより小さな電流変動が発生します。ただし、長時間フル負荷で動作すると、かなりの熱が蓄積します。連続的な大電流動作条件下で、巻線とコアの温度上昇を検証する必要があります。

広い電圧レギュレーション範囲

製錬段階が異なれば、必要な電圧も異なります。負荷時タップ変更 (OLTC) には通常 13 ～ 27 のステップが必要ですが、一部の大型炭化カルシウム炉ではさらに多くのステップが必要です。タップ切換器は、頻繁な動作と持続的な通電能力が必要です。

技術的パラメータ

代表機種と参考データ

注: 一次電圧はユーザーの要件に応じて 6 kV ～ 110 kV の間で設計でき、それに応じてインピーダンスと外形寸法を調整できます。

デザインのハイライト

巻線とリード線

二次巻線は転置された導体を利用しており、均一な電流分布を確保するために端で複数の並列分岐を転置しています。リードアウトには多層銅バスバーが使用されており、隣接するバスバーは反対方向に電流を流し、外部磁場を低減します。接触抵抗を最小限に抑えるため、タンク側壁に大面積の端子台を設置しています。

インピーダンスの選択

サブマージアーク炉変圧器は通常、同じ容量の電源変圧器よりも高いインピーダンスを特徴としており、短絡電流を制限し、炉の動作条件を改善します。具体的な値は、系統短絡容量と製錬プロセスに基づいて、炉メーカーと電気設計者によって決定されます。高インピーダンスでは実効入力電力が減少し、低インピーダンスでは電流変動が増加します。バランスの取れた値を選択する必要があります。

負荷時タップチェンジャー (OLTC)

大容量サブマージアーク炉変圧器は、ほぼ独占的に負荷時電圧調整を採用しています。タップ切替操作の頻度が高いため、頻繁な切替に適した機種を選定し、独立した油濾過システムを設置する必要があります。一部のユーザーは、タップチェンジャ接点の磨耗を軽減するために、粗い調整と細かい調整を組み合わせて使用​​しています。

冷却システム

損失密度が高いため、水冷または空冷による強制オイル循環が一般的に使用されます。水冷システムでは、オイルへの水の漏れを防ぐために、油圧は常に水圧を超える必要があります。冷却器の選択では、電力周波数の正弦波電流に基づく計算のみに依存するのではなく、追加の高調波損失を考慮する必要があります。

高調波と追加損失

サブマージアーク炉の負荷には高調波が含まれています。したがって、導体の断面と構造コンポーネントのシールドに設計マージンを含める必要があります。磁気シールドまたは電気シールドがタンクの内壁に取り付けられ、漂遊損失と局所的な過熱のリスクが軽減されます。

製造と検証

Yulan Transformer は 1999 年以来電気炉変圧器を製造しており、合金鉄、炭化カルシウム、工業用シリコンなどの業界に SAF 変圧器を供給しています。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います。これらの設備により、定格 110kV 以下の SAF 変圧器の絶縁処理と工場検証が可能になります。工場出荷前に、すべてのユニットは、巻線直流抵抗、電圧比、絶縁抵抗、電源周波数耐電圧、誘導耐電圧、無負荷損失、負荷損失、短絡インピーダンス、負荷時タップ切換器の動作サイクル試験などの一連の試験を受けます。 

選定Q&A

Q: サブマージアーク炉変圧器と電気アーク炉 (EAF) 変圧器を交換できますか?

通常、これらを直接交換することはできません。サブマージアーク炉の負荷は比較的安定しており、そのインピーダンスと電圧調整特性は電炉の負荷とは異なります。 EAF 変圧器は頻繁な短絡衝撃に耐えるように設計されているのに対し、サブマージアーク炉変圧器は連続大電流動作用に設計されています。互換性については、インピーダンス、温度上昇、機械的強度の再検証が必要です。

Q: 電圧調整ステップの数は常に高い方が良いのですか?

必ずしもそうとは限りません。電圧ステップの数が多いほど、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。ただし、これにはタップ切換器のコストが高くなり、変圧器タンクの物理的なサイズが大きくなります。通常、合金鉄炉の場合は 19 ステップで十分ですが、炭化カルシウム炉の場合は 27 以上のステップが必要になる場合があります。最終的な構成は、特定の炉プロセス要件によって決まります。

Q: サブマージアーク炉 (SAF) 変圧器のインピーダンスが標準の電源変圧器よりも高いのはなぜですか?

炉の装入抵抗の変動により、電流サージが発生する可能性があります。インピーダンスが高いと、ピーク電流が制限され、炉の動作条件が安定します。さらに、高インピーダンスにより短絡電流が減少し、巻線が保護されます。標準的な電源トランスの短絡インピーダンス値は通常 4% ～ 6% ですが、SAF トランスの範囲は通常 6% ～ 15% です。

Q: 110kV 一次電圧を選択する利点は何ですか?

大容量 SAF 変圧器の場合、より低い一次電圧に接続すると、一次電流が過度に大きくなり、開閉装置やケーブル配線に過度の負担がかかります。 110kV 定格は一次電流を下げて線路損失を低減するため、20,000 kVA を超える容量のプロジェクトに適しています。ただし、この選択には断熱コストの上昇と設置面積の拡大が伴うため、総合的な評価が必要です。

Q：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？

油回路と水回路の間の圧力差を定期的に監視してください。油圧は水圧よりも高く保つ必要があります。冷却器内にスケールが蓄積すると放熱が阻害されるため、水質に応じて清掃スケジュールを決定する必要があります。冷却システムは変圧器が起動する前に作動する必要があり、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。