หม้อแปลงเตาอาร์กจมอยู่ใต้น้ำ

เตาอาร์กแบบจุ่ม (SAF) หรือที่รู้จักกันในชื่อเตาไฟฟ้าสำหรับการถลุง ใช้ในการผลิตโลหะผสมเฟอร์โรอัลลอย แคลเซียมคาร์ไบด์ ซิลิคอนอุตสาหกรรม และผลิตภัณฑ์ที่คล้ายกัน หม้อแปลงของมันแตกต่างจากเตาอาร์กไฟฟ้ามาตรฐาน (EAF) ในแง่ของลักษณะโหลด: ใน SAF อิเล็กโทรดจะจมอยู่ในประจุของเตาหลอม และความร้อนจะถูกสร้างขึ้นเป็นหลักผ่านความต้านทานของประจุเอง โดยมีการปล่อยส่วนโค้งที่มีบทบาทรอง ดังนั้นโหลดจึงค่อนข้างเสถียร แต่กระแสทุติยภูมิยังสูงมากและตัวประกอบกำลังต่ำ สิ่งนี้จำเป็นต้องมีการออกแบบเฉพาะเกี่ยวกับช่วงการควบคุมแรงดันไฟฟ้าและอิมพีแดนซ์

Yulan Transformer ผลิตหม้อแปลง Submerged Arc Furnace Transformer ที่มีความจุตั้งแต่ 1,000 kVA ถึง 80,000 kVA แรงดันไฟฟ้าหลักสามารถรองรับ 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV, 35 kV และ 110 kV ในขณะที่แรงดันไฟฟ้ารองและจำนวนขั้นตอนการควบคุมแรงดันไฟฟ้าจะพิจารณาจากประเภทของเตาเผาและวัสดุเฉพาะที่ถูกหลอม

ลักษณะการโหลดและการออกแบบ

กระแสไฟแรงสูง แรงดันปานกลาง

แรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิของ SAF โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 100 V ถึง 300 V ซึ่งสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าของ EAF แต่ต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าของเตาแคลเซียมคาร์ไบด์ กระแสทุติยภูมิสามารถเข้าถึงหลายหมื่นแอมแปร์ ขดลวดใช้ตัวนำแบบขนานหลายตัวหรือตัวนำแบบขนย้าย และสายเอาต์พุตประกอบด้วยบัสบาร์ทองแดงหลายชั้น

ปัจจัยพลังงานต่ำ

ความแปรผันของความต้านทานของประจุของเตาหลอมส่งผลให้เกิดโหลดแบบเหนี่ยวนำ โดยโดยทั่วไปแล้วตัวประกอบกำลังจะลดลงระหว่าง 0.7 ถึง 0.8 การออกแบบหม้อแปลงไฟฟ้าต้องคำนึงถึงความต้องการพลังงานรีแอกทีฟ และบางโครงการรวมอุปกรณ์ชดเชยไว้ที่ฝั่งระบบ

โหลดค่อนข้างเสถียร

ซึ่งแตกต่างจากไฟกระชากลัดวงจรที่รุนแรงที่พบใน EAF SAF พบกับความผันผวนของกระแสไฟน้อยกว่า อย่างไรก็ตามพวกมันทำงานเต็มพิกัดเป็นระยะเวลานาน ส่งผลให้เกิดการสะสมความร้อนอย่างมาก ขดลวดและแกนต้องได้รับการตรวจสอบอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นภายใต้สภาวะการทำงานที่มีกระแสไฟฟ้าสูงอย่างต่อเนื่อง

ช่วงการควบคุมแรงดันไฟฟ้ากว้าง

ขั้นตอนการถลุงที่แตกต่างกันต้องใช้แรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน การเปลี่ยนต๊าปขณะโหลด (OLTC) โดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับขั้นตอน 13 ถึง 27 ขั้นตอน โดยเตาเผาแคลเซียมคาร์ไบด์ขนาดใหญ่บางแห่งต้องใช้ขั้นตอนที่มากกว่านี้ เครื่องเปลี่ยนแทปต้องสามารถทำงานได้บ่อยครั้งและสามารถรองรับกระแสไฟฟ้าได้อย่างยั่งยืน

พารามิเตอร์ทางเทคนิค

โมเดลตัวแทนและข้อมูลอ้างอิง

หมายเหตุ: แรงดันไฟฟ้าหลักสามารถออกแบบได้ระหว่าง 6 kV ถึง 110 kV ตามความต้องการของผู้ใช้ โดยมีการปรับอิมพีแดนซ์และขนาดภายนอกให้สอดคล้องกัน

จุดเด่นของการออกแบบ

ขดลวดและสายไฟ

ขดลวดทุติยภูมิใช้ตัวนำแบบขนย้าย โดยมีการขนย้ายกิ่งขนานหลายกิ่งที่ปลายเพื่อให้แน่ใจว่ามีการกระจายกระแสสม่ำเสมอ บัสบาร์ทองแดงหลายชั้นใช้สำหรับตัวนำออก โดยมีบัสบาร์ที่อยู่ติดกันส่งกระแสในทิศทางตรงกันข้ามเพื่อลดสนามแม่เหล็กภายนอก แผงขั้วต่อพื้นที่ขนาดใหญ่ได้รับการติดตั้งไว้ที่แก้มถังเพื่อลดความต้านทานต่อการสัมผัส

การเลือกความต้านทาน

โดยทั่วไปแล้วหม้อแปลงเตาหลอมแบบจุ่มใต้น้ำจะมีความต้านทานสูงกว่าหม้อแปลงไฟฟ้าที่มีความจุเท่ากัน เพื่อจำกัดกระแสลัดวงจรและปรับปรุงสภาพการทำงานของเตาเผา ผู้ผลิตเตาเผาและผู้ออกแบบไฟฟ้าจะกำหนดค่าเฉพาะโดยพิจารณาจากความสามารถในการลัดวงจรของโครงข่ายและกระบวนการถลุง อิมพีแดนซ์สูงจะลดกำลังอินพุตที่มีประสิทธิภาพ ในขณะที่อิมพีแดนซ์ต่ำจะเพิ่มความผันผวนของกระแส ต้องเลือกค่าที่สมดุล

On-Load Tap Changer (OLTC)

หม้อแปลงเตาอาร์กแบบจุ่มขนาดใหญ่ที่มีความจุสูงเกือบจะใช้การควบคุมแรงดันไฟฟ้าขณะโหลดเท่านั้น เนื่องจากการทำงานของเครื่องเปลี่ยนแทปมีความถี่สูง จึงควรเลือกรุ่นที่เหมาะสมสำหรับการสลับบ่อยครั้ง และควรติดตั้งระบบกรองน้ำมันอิสระ ผู้ใช้บางรายใช้การควบคุมแบบหยาบและละเอียดร่วมกันเพื่อลดการสึกหรอของหน้าสัมผัสตัวเปลี่ยนต๊าป

ระบบทำความเย็น

เนื่องจากมีความหนาแน่นของการสูญเสียสูง จึงมักใช้การหมุนเวียนของน้ำมันแบบบังคับด้วยการระบายความร้อนด้วยน้ำหรือระบายความร้อนด้วยอากาศ ในระบบระบายความร้อนด้วยน้ำ แรงดันน้ำมันจะต้องสูงกว่าแรงดันน้ำเสมอเพื่อป้องกันไม่ให้น้ำรั่วเข้าไปในน้ำมัน การเลือกเครื่องทำความเย็นจะต้องคำนึงถึงการสูญเสียฮาร์มอนิกเพิ่มเติม แทนที่จะอาศัยการคำนวณโดยอาศัยกระแสไซน์ซอยด์ความถี่กำลัง-ความถี่เท่านั้น

ฮาร์มอนิกและการสูญเสียเพิ่มเติม

โหลดของเตาอาร์คที่จมอยู่ใต้น้ำมีฮาร์โมนิกส์ ดังนั้นจึงต้องรวมระยะขอบการออกแบบไว้สำหรับหน้าตัดของตัวนำและการป้องกันส่วนประกอบโครงสร้าง มีการติดตั้งแผ่นป้องกันแม่เหล็กหรือไฟฟ้าไว้บนผนังถังด้านในเพื่อลดการสูญเสียที่หลงเหลือและความเสี่ยงที่จะเกิดความร้อนสูงเกินไปในท้องถิ่น

การผลิตและการตรวจสอบ

Yulan Transformer ผลิตหม้อแปลงเตาหลอมไฟฟ้ามาตั้งแต่ปี 1999 โดยจัดหาหม้อแปลง SAF ให้กับอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น โลหะผสมเฟอร์โรอัลลอย แคลเซียมคาร์ไบด์ และซิลิคอนอุตสาหกรรม บริษัทมีความสามารถในการยก 80 ตัน ระบบทำแห้งสุญญากาศแบบเฟสไอน้ำมันก๊าด 400kW อุปกรณ์ทดสอบแรงกระตุ้น 1200kV และหม้อแปลงทดสอบความถี่พลังงานที่ไม่มีการคายประจุบางส่วน 400kV สิ่งอำนวยความสะดวกเหล่านี้ช่วยให้สามารถประมวลผลฉนวนและการตรวจสอบโรงงานของหม้อแปลง SAF ที่มีพิกัด 110kV และต่ำกว่า ก่อนออกจากโรงงาน ทุกยูนิตจะต้องผ่านการทดสอบหลายชุด รวมถึงความต้านทานกระแสตรงของขดลวด อัตราส่วนแรงดันไฟฟ้า ความต้านทานของฉนวน แรงดันไฟฟ้าที่ทนต่อความถี่ของกำลัง-ความถี่ แรงดันไฟฟ้าที่ทนต่อแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำ การสูญเสียขณะไม่มีโหลด การสูญเสียโหลด อิมพีแดนซ์ของการลัดวงจร และการทดสอบรอบการทำงานของเครื่องเปลี่ยนแทปออนโหลด 

การคัดเลือกถามตอบ

ถาม: หม้อแปลงเตาอาร์กจุ่มและหม้อแปลงไฟฟ้าอาร์ก (EAF) สามารถใช้แทนกันได้หรือไม่

โดยทั่วไปจะไม่สามารถแลกเปลี่ยนกันได้โดยตรง โหลดของเตาอาร์คที่จมอยู่ใต้น้ำค่อนข้างเสถียร และคุณลักษณะด้านอิมพีแดนซ์และการควบคุมแรงดันไฟฟ้าแตกต่างจากของ EAF หม้อแปลง EAF ได้รับการออกแบบมาเพื่อทนต่อแรงกระแทกจากการลัดวงจรบ่อยครั้ง ในขณะที่หม้อแปลงเตาหลอมแบบจุ่มใต้น้ำได้รับการออกแบบสำหรับการทำงานที่มีกระแสไฟฟ้าสูงอย่างต่อเนื่อง ความสามารถในการสับเปลี่ยนกันได้จำเป็นต้องมีการตรวจสอบอิมพีแดนซ์ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และความแข็งแรงทางกลอีกครั้ง

ถาม: ขั้นตอนการควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าจะดีกว่าเสมอไปหรือไม่

ไม่จำเป็น. สเต็ปแรงดันไฟฟ้าจำนวนมากขึ้นช่วยให้ควบคุมแรงดันไฟฟ้าได้ละเอียดยิ่งขึ้น และจับคู่กับขั้นตอนการถลุงต่างๆ ได้ดีขึ้น อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ส่งผลให้ต้นทุนที่สูงขึ้นสำหรับเครื่องเปลี่ยนแทปและการเพิ่มขนาดทางกายภาพของถังหม้อแปลง โดยทั่วไป 19 ขั้นตอนก็เพียงพอแล้วสำหรับเตาหลอมโลหะผสมเฟอร์โรอัลลอย ในขณะที่เตาหลอมแคลเซียมคาร์ไบด์อาจต้องใช้ 27 ขั้นตอนขึ้นไป การกำหนดค่าขั้นสุดท้ายถูกกำหนดโดยข้อกำหนดกระบวนการเตาเผาเฉพาะ

ถาม: เหตุใดหม้อแปลงเตาอาร์กแบบจุ่ม (SAF) จึงมีความต้านทานสูงกว่าหม้อแปลงไฟฟ้ามาตรฐาน

ความผันผวนของความต้านทานประจุของเตาหลอมอาจทำให้เกิดกระแสไฟกระชากได้ ความต้านทานที่สูงขึ้นจะจำกัดกระแสสูงสุดและทำให้สภาวะการทำงานของเตาเผามีความเสถียร นอกจากนี้ อิมพีแดนซ์สูงยังช่วยลดกระแสลัดวงจร จึงช่วยปกป้องขดลวด แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังมาตรฐานจะมีค่าความต้านทานไฟฟ้าลัดวงจรระหว่าง 4% ถึง 6% แต่หม้อแปลง SAF มักจะมีช่วงตั้งแต่ 6% ถึง 15%

ถาม: ข้อดีของการเลือกแรงดันไฟฟ้าหลัก 110kV คืออะไร

สำหรับหม้อแปลง SAF ความจุสูง การเชื่อมต่อกับแรงดันไฟฟ้าหลักที่ต่ำกว่าจะส่งผลให้กระแสหลักสูงเกินไป ทำให้เกิดภาระกับสวิตช์เกียร์และสายเคเบิลมากเกินไป อัตรา 110kV จะลดกระแสไฟหลักและลดการสูญเสียในสาย ทำให้เหมาะสำหรับโครงการที่มีความจุเกิน 20,000 kVA อย่างไรก็ตาม ตัวเลือกนี้ส่งผลให้ต้นทุนฉนวนสูงขึ้นและมีพื้นที่ใช้งานมากขึ้น ซึ่งต้องมีการประเมินที่ครอบคลุม

ถาม: อะไรคือประเด็นสำคัญในการบำรุงรักษาระบบระบายความร้อนด้วยน้ำในแต่ละวัน?

ตรวจสอบความแตกต่างของแรงดันระหว่างวงจรน้ำมันและน้ำเป็นประจำ แรงดันน้ำมันจะต้องสูงกว่าแรงดันน้ำ การสะสมของตะกรันในตัวทำความเย็นทำให้การกระจายความร้อนลดลง ดังนั้น ควรกำหนดตารางการทำความสะอาดตามคุณภาพน้ำ ต้องเปิดใช้งานระบบทำความเย็นก่อนที่หม้อแปลงจะเริ่มทำงานและควรทำงานต่อไปเป็นระยะเวลาหนึ่งหลังจากที่หม้อแปลงปิดตัวลง