محول فرن القوس المغمور

يتم استخدام فرن القوس المغمور (SAF) - المعروف أيضًا باسم الفرن الكهربائي للصهر - لإنتاج السبائك الحديدية وكربيد الكالسيوم والسيليكون الصناعي ومنتجات مماثلة. يختلف محوله عن فرن القوس الكهربائي القياسي (EAF) من حيث خصائص الحمل: في SAF، يتم غمر الأقطاب الكهربائية في شحنة الفرن، ويتم توليد الحرارة بشكل أساسي من خلال مقاومة الشحنة نفسها، مع لعب تفريغ القوس دورًا ثانويًا. ونتيجة لذلك، فإن الحمل مستقر نسبيا، ولكن التيار الثانوي مرتفع للغاية ومعامل القدرة منخفض؛ وهذا يتطلب تصميمات محددة فيما يتعلق بنطاقات تنظيم الجهد والمقاومة.

تقوم شركة Yulan Transformer بتصنيع محولات أفران القوس المغمور بقدرات تتراوح من 1,000 كيلو فولت أمبير إلى 80,000 كيلو فولت أمبير. يمكن أن تستوعب الجهود الأولية 6 كيلو فولت، و10 كيلو فولت، و15 كيلو فولت، و22 كيلو فولت، و35 كيلو فولت، و110 كيلو فولت، بينما يتم تحديد الجهود الثانوية وعدد خطوات تنظيم الجهد بناءً على نوع الفرن والمادة المحددة التي يتم صهرها.

خصائص التحميل والتصميم

تيار عالي، جهد متوسط

يتراوح الجهد الثانوي لـ SAF عادةً من 100 فولت إلى 300 فولت - وهو أعلى من جهد فرن EAF ولكنه أقل من فرن كربيد الكالسيوم. يمكن أن تصل التيارات الثانوية إلى عشرات الآلاف من الأمبيرات؛ تستخدم اللفات موصلات متوازية متعددة أو موصلات منقولة، وتتكون أسلاك الإخراج من قضبان نحاسية متعددة الطبقات.

عامل الطاقة المنخفض

تؤدي الاختلافات في مقاومة شحنة الفرن إلى حمل حثي، حيث يقع عامل القدرة عادةً بين 0.7 و0.8. يجب أن يراعي تصميم المحولات متطلبات الطاقة التفاعلية، وتتضمن بعض المشاريع أجهزة تعويض على جانب النظام.

تحميل مستقر نسبيا

على عكس الزيادات العنيفة في دائرة القصر التي شوهدت في القوات المسلحة المصرية، تواجه القوات المسلحة السودانية تقلبات تيار أصغر؛ ومع ذلك، فإنها تعمل بحمولة كاملة لفترات طويلة، مما يؤدي إلى تراكم كبير للحرارة. يجب التحقق من اللفات والنوى لارتفاع درجة الحرارة في ظل ظروف التشغيل المستمرة ذات التيار العالي.

نطاق تنظيم الجهد الواسع

تتطلب مراحل الصهر المختلفة جهودًا مختلفة؛ يتضمن تغيير الصنبور عند التحميل (OLTC) عادةً من 13 إلى 27 خطوة، وتتطلب بعض أفران كربيد الكالسيوم الكبيرة أكثر من ذلك. يجب أن يكون مغير الصنبور قادرًا على التشغيل المتكرر وقدرة حمل تيار مستدامة.

المعلمات التقنية

النماذج التمثيلية والبيانات المرجعية

ملحوظة: يمكن تصميم الجهد الأساسي بين 6 كيلو فولت و110 كيلو فولت وفقًا لمتطلبات المستخدم، مع إجراء التعديلات المقابلة على المعاوقة والأبعاد الخارجية.

يسلط الضوء على التصميم

اللفات ويؤدي

يستخدم الملف الثانوي الموصلات المنقولة، مع تبديل الفروع المتوازية المتعددة في النهايات لضمان التوزيع الموحد للتيار. يتم استخدام قضبان التوصيل النحاسية متعددة الطبقات للمخارج، حيث تحمل قضبان التوصيل المجاورة التيار في اتجاهين متعاكسين لتقليل المجال المغناطيسي الخارجي. يتم تثبيت لوحات طرفية ذات مساحة كبيرة على الجدران الجانبية للخزان لتقليل مقاومة التلامس.

اختيار المعاوقة

تتميز محولات فرن القوس المغمور عادة بممانعة أعلى من محولات الطاقة التي لها نفس القدرة للحد من تيارات الدائرة القصيرة وتحسين ظروف تشغيل الفرن. يتم تحديد القيم المحددة من قبل الشركة المصنعة للفرن والمصممين الكهربائيين بناءً على سعة دائرة القصر في الشبكة وعملية الصهر. تقلل المعاوقة العالية من طاقة الإدخال الفعالة، بينما تزيد المعاوقة المنخفضة من تقلبات التيار؛ يجب تحديد قيمة متوازنة.

مغير الصنبور عند التحميل (OLTC)

تستخدم محولات فرن القوس المغمور ذات السعة الكبيرة بشكل حصري تقريبًا تنظيم الجهد عند الحمل. نظرا للتكرار العالي لعمليات تبديل الصنبور، يجب اختيار نموذج مناسب للتبديل المتكرر، ويجب تركيب نظام مستقل لترشيح الزيت. يستخدم بعض المستخدمين مزيجًا من التنظيم الخشن والدقيق لتقليل تآكل جهات اتصال مبدل الصنبور.

نظام التبريد

بسبب كثافة الفقد العالية، يتم استخدام تدوير الزيت القسري مع تبريد الماء أو تبريد الهواء بشكل شائع. في أنظمة تبريد الماء، يجب أن يتجاوز ضغط الزيت دائمًا ضغط الماء لمنع تسرب الماء إلى الزيت. يجب أن يأخذ اختيار المبرد في الاعتبار الخسائر التوافقية الإضافية بدلاً من الاعتماد فقط على الحسابات المستندة إلى التيار الجيبي لتردد الطاقة.

التوافقيات والخسائر الإضافية

تحتوي أحمال فرن القوس المغمور على توافقيات؛ ولذلك، يجب تضمين هوامش التصميم للمقاطع العرضية للموصل ودرع المكونات الهيكلية. يتم تركيب درع مغناطيسي أو كهربائي على جدران الخزان الداخلية لتقليل الخسائر الضالة وخطر ارتفاع درجة الحرارة المحلية.

التصنيع والتحقق

تقوم شركة Yulan Transformer بتصنيع محولات الأفران الكهربائية منذ عام 1999، وتقوم بتوريد محولات SAF لصناعات مثل السبائك الحديدية، وكربيد الكالسيوم، والسيليكون الصناعي. تم تجهيز الشركة بقدرة رفع تبلغ 80 طنًا، ونظام تجفيف فراغ بمرحلة بخار الكيروسين بقدرة 400 كيلو وات، ومعدات اختبار النبض بقدرة 1200 كيلو فولت، ومحول اختبار تردد الطاقة بدون تفريغ جزئي بقدرة 400 كيلو فولت. تتيح هذه المرافق معالجة العزل والتحقق من المصنع لمحولات SAF ذات الجهد 110 كيلو فولت أو أقل. قبل مغادرة المصنع، تخضع كل وحدة لسلسلة من الاختبارات، بما في ذلك مقاومة التيار المستمر للملف، ونسبة الجهد، ومقاومة العزل، وجهد تحمل تردد الطاقة، وجهد التحمل المستحث، وخسارة عدم التحميل، وفقدان الحمل، ومقاومة الدائرة القصيرة، واختبارات الدورة التشغيلية لمغير الصنبور عند التحميل. 

سؤال وجواب في الاختيار

س: هل يمكن تبادل محولات فرن القوس المغمور ومحولات فرن القوس الكهربائي (EAF)؟

بشكل عام، لا يمكن تبادلهما بشكل مباشر. تعتبر أحمال فرن القوس المغمور مستقرة نسبيًا، وتختلف خصائص تنظيم الممانعة والجهد الخاصة بها عن تلك الخاصة بأجهزة EAF. تم تصميم محولات EAF لتحمل صدمات الدائرة القصيرة المتكررة، في حين تم تصميم محولات فرن القوس المغمور للتشغيل المستمر للتيار العالي. تتطلب قابلية التبادل إعادة التحقق من المعاوقة وارتفاع درجة الحرارة والقوة الميكانيكية.

س: هل العدد الأعلى لخطوات تنظيم الجهد هو الأفضل دائمًا؟

ليس بالضرورة. يتيح العدد الأكبر من خطوات الجهد تنظيمًا أفضل للجهد وتوافقًا أفضل مع مراحل الصهر المختلفة؛ ومع ذلك، فإن هذا يستلزم تكاليف أعلى لمغير الصنبور وزيادة في الحجم الفعلي لخزان المحولات. عادةً ما تكون 19 خطوة كافية لأفران السبائك الحديدية، بينما قد تتطلب أفران كربيد الكالسيوم 27 خطوة أو أكثر. يتم تحديد التكوين النهائي وفقًا لمتطلبات عملية الفرن المحددة.

س: لماذا تتمتع محولات فرن القوس المغمور (SAF) بمقاومة أعلى من محولات الطاقة القياسية؟

يمكن أن تؤدي التقلبات في مقاومة شحن الفرن إلى حدوث زيادات في التيار؛ المعاوقة الأعلى تحد من ذروة التيارات وتثبت ظروف تشغيل الفرن. بالإضافة إلى ذلك، تقلل المعاوقة العالية من تيارات الدائرة القصيرة، وبالتالي حماية اللفات. في حين أن محولات الطاقة القياسية لديها عادة قيم مقاومة للدائرة القصيرة تتراوح بين 4% و6%، فإن محولات SAF تتراوح عادة من 6% إلى 15%.

س: ما هي مزايا اختيار الجهد الأساسي 110 كيلو فولت؟

بالنسبة لمحولات SAF ذات السعة الكبيرة، فإن الاتصال بجهد أولي أقل قد يؤدي إلى تيارات أولية عالية بشكل مفرط، مما يضع عبئًا لا داعي له على المفاتيح الكهربائية والكابلات. يعمل تصنيف 110 كيلو فولت على خفض التيار الأساسي وتقليل فقد الخطوط، مما يجعله مناسبًا للمشاريع ذات السعات التي تتجاوز 20,000 كيلو فولت أمبير. ومع ذلك، فإن هذا الاختيار يستلزم تكاليف عزل أعلى ومساحة أكبر، مما يتطلب تقييمًا شاملاً.

س: ما هي النقاط الأساسية للصيانة اليومية لنظام التبريد المائي؟

مراقبة فرق الضغط بين دوائر الزيت والماء بانتظام؛ يجب أن يظل ضغط الزيت أعلى من ضغط الماء. يؤدي تراكم الترسبات الكلسية في المبرد إلى إعاقة تبديد الحرارة، لذا يجب تحديد جداول التنظيف بناءً على جودة المياه. يجب تفعيل نظام التبريد قبل بدء تشغيل المحول ويجب أن يستمر في العمل لفترة بعد إيقاف تشغيل المحول.