Niederspannungswicklungen für Ofentransformatoren

Niedrige Spannungen unter 1,5 kV, Ströme im Bereich von einigen zehn Kiloampere. Die parallele Scheibenkonstruktion bewältigt die extreme Stromdichte mit kontrollierter Isolierung zwischen den Scheiben und direkter Ölkühlung.

LV-FT

Entwurfsbegründung

Niederspannungswicklungen für Ofentransformatoren arbeiten unter den anspruchsvollsten Strombedingungen in der industriellen Transformatorentechnik: Spannungen unter 1,5 kV kombiniert mit Strömen im Bereich von einigen zehn Kiloampere. Aufgrund dieser extremen Stromdichte sind herkömmliche Wendel- oder Lagenwicklungskonstruktionen ungeeignet – der für den Nennstrom erforderliche Leiterquerschnitt kann nicht in einer einzigen Wendellage untergebracht werden, ohne die mechanische Stabilität und die thermische Leistung der Wicklung zu beeinträchtigen.

Die für diese Anwendung gewählte Lösung besteht darin, die Spule als einen Satz von Scheiben mit einer begrenzten Anzahl von Windungen herzustellen , die axial angeordnet und parallel geschaltet sind. Durch die Parallelschaltung mehrerer Scheiben wird der Gesamtstrom auf den Scheibenstapel verteilt, wodurch der Strom pro Scheibe auf ein überschaubares Maß reduziert wird, während die axiale Anordnung die mechanische Steifigkeit der Wicklung gegenüber den sehr hohen radialen und axialen elektromagnetischen Kräften bewahrt, die während des Ofenbetriebs erzeugt werden – einschließlich der für den Betrieb eines Lichtbogenofens charakteristischen zyklischen Kurzschlussbedingungen.

Die Scheiben sind durch spezielle Abstandshalter voneinander getrennt, die gleichzeitig für mechanischen Halt sorgen, den Isolationsabstand zwischen den Scheiben definieren und Ölkanäle für die direkte Kühlung der Leiteroberfläche jeder Scheibe bilden.

Wichtige technische Merkmale

Extreme Stromaufnahme

Die parallele Scheibenkonstruktion verteilt Dutzende von Kiloampere über den axialen Scheibenstapel, wodurch die Stromdichte innerhalb der thermischen Grenzen gehalten wird, ohne dass unpraktisch große individuelle Leiterquerschnitte erforderlich sind.

Robustheit des Ofens im Einsatz

Die Scheibengeometrie bietet die mechanische Steifigkeit, die erforderlich ist, um den zyklischen radialen und axialen elektromagnetischen Kräften standzuhalten, die während des EAF- und LF-Betriebs erzeugt werden, einschließlich der wiederholten Kurzschlussereignisse, die den Betriebszyklen des Lichtbogenofens eigen sind.

Parallele Scheibenarchitektur

Eine begrenzte Anzahl von Windungen pro Scheibe minimiert die Leiterlänge pro parallelem Pfad, reduziert die Widerstandsverluste und vereinfacht die Verbindungsgeometrie zwischen den Scheiben – entscheidend für den Stromausgleich im parallelen Stapel.

Dedizierte Abstandshalter-Kühlung

Abstandshalter zwischen den Scheiben sorgen für einen Isolationsabstand zwischen den Scheiben und schaffen direkte Ölkühlkanäle, die eine effektive Wärmeabfuhr von der Leiteroberfläche jeder Scheibe bei kontinuierlichem Hochstrombetrieb gewährleisten.

Technische Anmerkung

Stromausgleich in parallelen Scheiben – Eine gleichmäßige Stromverteilung zwischen parallelen Scheiben wird durch sorgfältige Beachtung der Symmetrie der Verbindungen zwischen den Scheiben (Leitungen und Stromschienen) und, falls erforderlich, durch Versetzen der parallelen Pfade über die Wicklungshöhe erreicht. Impedanzasymmetrien zwischen parallelen Pfaden – selbst auf der Ebene von wenigen Mikroohm – erzeugen zirkulierende Ströme, die einzelne Scheiben überlasten und die Gesamteffizienz der Wicklung verringern. Der Designprozess von C.E.M. beinhaltet eine explizite Überprüfung der Parallelpfadbalance als Standardschritt für alle Niederspannungswicklungen von Öfen.

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