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I trasformatori per forni ad arco elettrico (EAF) forniscono le correnti estremamente elevate e le tensioni variabili richieste dai forni ad arco elettrico

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Forno elettrico ad arco (EAF)

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Il trasformatore per forni ad arco elettrico (EAF) è un trasformatore di potenza specializzato, progettato per fornire le correnti estremamente elevate e le tensioni variabili richieste dai forni ad arco elettrico utilizzati nella produzione dell’acciaio e in altri processi metallurgici. Rispetto ai trasformatori di potenza convenzionali, i trasformatori EAF sono costruiti per resistere a frequenti cortocircuiti, forti sollecitazioni elettriche e meccaniche, distorsioni armoniche e rapide fluttuazioni di carico.

Principio di funzionamento
Un trasformatore EAF riceve energia ad alta tensione dalla rete elettrica e la riduce a una tensione relativamente bassa, fornendo al contempo una corrente molto elevata agli elettrodi del forno. Durante il funzionamento:
1. Al trasformatore viene fornita energia in corrente alternata ad alta tensione.
2. Il trasformatore riduce la tensione al livello richiesto dal forno.
3. La corrente scorre attraverso gli elettrodi di grafite.
4. Si forma un arco elettrico tra gli elettrodi e la carica metallica.
5. L’arco genera temperature superiori a 3.000 °C, fondendo rottami di acciaio o altri metalli.
6. Il commutatore del trasformatore regola la tensione di uscita durante tutto il processo di fusione per ottimizzare l’efficienza e la stabilità dell’arco.

Componenti principali
Nucleo magnetico
·Nucleo in acciaio al silicio CRGO di alta qualità
·Struttura a sovrapposizione a gradini per minori perdite e rumore ridotto
·Progettato per resistere a elevate forze elettromagnetiche

Avvolgimenti
·Conduttori in rame (i più comuni) o in alluminio
·Elevata resistenza meccanica per resistere alle forze da cortocircuito
·Isolamento potenziato per sopportare sollecitazioni elettriche ripetute

Sistema di isolamento
·Isolamento in carta impregnata d’olio
·Materiali isolanti ad alta classe termica
·Progettazione dielettrica rinforzata per frequenti fluttuazioni di tensione

Sistema di raffreddamento
I metodi di raffreddamento tipici includono:
·ONAN – Olio, aria naturale
·ONAF – Olio, aria naturale forzata
·OFAF – Olio, aria forzata
·OFWF – Olio, acqua forzata
I grandi trasformatori per forni elettrici ad arco (EAF) utilizzano comunemente il raffreddamento OFAF o OFWF per gestire elevati carichi termici.

Commutatore di prese
·Commutatore di prese sotto carico ad alta velocità (OLTC)
·Numerosi livelli di tensione (spesso 17–33 o più)
Consente una regolazione continua della tensione senza interrompere il funzionamento del forno

Specifiche tecniche tipiche
·Potenza nominale: 5 MVA – 300 MVA
·Tensione primaria: 33 kV – 220 kV
·Tensione secondaria: 100 V – 1.500 V
·Corrente secondaria: 10 kA – 200 kA+
·Frequenza: 50 Hz / 60 Hz
·Raffreddamento: ONAN, ONAF, OFAF, OFWF
·Isolamento: olio minerale o fluido isolante biodegradabile
·Commutatore di prese: commutatore di prese sotto carico (OLTC)
·Impedenza: elevata, ottimizzata per il funzionamento del forno

Caratteristiche principali
·Capacità di corrente estremamente elevata
·Ampio intervallo di regolazione della tensione di uscita
·Eccellente resistenza ai cortocircuiti
·Elevata capacità di sovraccarico
·Bassa variazione di impedenza
·Progettato per frequenti operazioni di commutazione
·Struttura meccanica robusta
·Elevata resistenza termica
·Resistente alla distorsione armonica e alle fluttuazioni di tensione

Applicazioni
·Produzione di acciaio con forni ad arco elettrico
·Produzione di acciaio inossidabile
·Produzione di acciaio legato
·Produzione di ferroleghe
·Fusione del rame
·Fusione del nichel
·Fonderie
·Impianti di lavorazione metallurgica

Vantaggi
·Garantisce un controllo preciso della tensione nelle diverse fasi di fusione
·Favorisce una formazione efficiente e stabile dell’arco
·Elevata affidabilità in condizioni operative impegnative
·Lunga durata con una corretta manutenzione
·Ottimizzato per cicli ripetitivi e gravosi
·Migliora l’efficienza energetica e la produttività nella produzione dell’acciaio

Sfide
·Soggetto a forti sollecitazioni termiche e meccaniche
·È soggetto a frequenti sovraccarichi e cortocircuiti
·Genera armoniche significative che potrebbero richiedere un filtraggio
·Richiedono un sistema di raffreddamento avanzato e un monitoraggio continuo delle condizioni
·Costi di produzione e manutenzione più elevati rispetto ai trasformatori di potenza standard

Norme applicabili
I trasformatori per forni elettrici ad arco (EAF) sono tipicamente progettati e collaudati in conformità con:
·IEC 60076 – Trasformatori di potenza
·IEC 60214 – Commutatori di prese sotto carico
·IEEE C57.16 – Requisiti, terminologia e codice di prova per trasformatori per forni di tipo a secco e a bagno d’olio
·IEEE C57.18.10 – Pratiche e requisiti per i trasformatori per forni
Specifiche del cliente o dell’acciaieria per il funzionamento in condizioni gravose

Installazione tipica
Un’installazione di trasformatori per forni ad arco elettrico (EAF) comprende generalmente:
·Quadri di ingresso ad alta tensione
·Trasformatore per forni
·Commutatore di prese sotto carico (OLTC)
·Reattore (se richiesto per la limitazione di corrente)
·Barre collettrici raffreddate ad acqua o ad aria
·Collegamenti secondari ad alta corrente
·Elettrodi di grafite
·Sistemi di protezione, monitoraggio e controllo
·Apparecchiature di raffreddamento ad olio e sistemi antincendio

Sintesi
Un trasformatore per forno ad arco elettrico (EAF) è un trasformatore per impieghi gravosi, immerso in olio, progettato specificamente per l’industria siderurgica e metallurgica. La sua capacità di erogare correnti molto elevate a basse tensioni regolabili, resistendo al contempo a severe sollecitazioni elettriche, termiche e meccaniche, lo rende un componente fondamentale nel funzionamento dei moderni forni ad arco elettrico. Il suo design specializzato garantisce prestazioni affidabili, una fusione efficiente e una lunga durata operativa in uno degli ambienti industriali più esigenti.