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Les transformateurs pour fours à arc électrique (EAF) fournissent les courants extrêmement élevés et les tensions variables requis par les fours à arc électrique.

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Four à arc électrique (EAF)

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Le transformateur pour four à arc électrique (EAF) est un transformateur de puissance spécialisé, conçu pour fournir les courants extrêmement élevés et les tensions variables requis par les fours à arc électrique utilisés dans la sidérurgie et d’autres procédés métallurgiques. Par rapport aux transformateurs de puissance classiques, les transformateurs EAF sont conçus pour résister à des courts-circuits fréquents, à des contraintes électriques et mécaniques importantes, à la distorsion harmonique et à des fluctuations rapides de charge.

Principe de fonctionnement
Un transformateur EAF reçoit une alimentation haute tension provenant du réseau électrique public et l'abaisse à une tension relativement faible tout en fournissant un courant très élevé aux électrodes du four. Pendant le fonctionnement :
1. Une alimentation CA haute tension est fournie au transformateur.
2. Le transformateur réduit la tension au niveau requis par le four.
3. Le courant circule à travers les électrodes en graphite.
4. Un arc électrique se forme entre les électrodes et la charge métallique.
5. L’arc génère des températures dépassant les 3 000 °C, faisant fondre la ferraille ou d’autres métaux.
6. Le changeur de prises du transformateur ajuste la tension de sortie tout au long du processus de fusion afin d’optimiser le rendement et la stabilité de l’arc.

Composants principaux
Noyau magnétique
· Noyau en acier au silicium CRGO de haute qualité
· Construction en chevauchement par paliers pour réduire les pertes et le bruit
· Conçu pour résister à des forces électromagnétiques élevées

Enroulements
· Conducteurs en cuivre (les plus courants) ou en aluminium
· Résistance mécanique élevée pour résister aux forces de court-circuit
· Isolation renforcée pour supporter des contraintes électriques répétées

Système d’isolation
· Isolation papier-huile
· Matériaux d’isolation de classe thermique élevée
· Conception diélectrique renforcée pour les fluctuations de tension fréquentes

Système de refroidissement
Les méthodes de refroidissement courantes comprennent :
·ONAN – Huile, air naturel
·ONAF – Huile, air naturel forcé
·OFAF – Huile, air forcé
·OFWF – Huile, eau forcée
Les grands transformateurs de fours à arc électrique utilisent généralement un refroidissement OFAF ou OFWF pour gérer les charges thermiques élevées.

Changeur de prises
·Changeur de prises en charge à grande vitesse (OLTC)
·Nombreux paliers de tension (souvent 17 à 33 ou plus)
Permet une régulation continue de la tension sans interrompre le fonctionnement du four

Caractéristiques techniques types
·Puissance nominale : 5 MVA – 300 MVA
·Tension primaire : 33 kV – 220 kV
·Tension secondaire : 100 V – 1 500 V
·Courant secondaire : 10 kA – 200 kA+
·Fréquence : 50 Hz / 60 Hz
·Refroidissement : ONAN, ONAF, OFAF, OFWF
·Isolation : huile minérale ou fluide isolant biodégradable
·Changeur de prises : changeur de prises en charge (OLTC)
·Impédance : élevée, optimisée pour le fonctionnement des fours

Caractéristiques principales
·Capacité de courant extrêmement élevée
·Large plage de réglage de la tension de sortie
·Excellente résistance aux courts-circuits
·Capacité de surcharge élevée
·Faible variation d'impédance
·Conçu pour des opérations de commutation fréquentes
·Construction mécanique robuste
·Haute résistance thermique
·Résistant aux distorsions harmoniques et aux fluctuations de tension

Applications
·Production d'acier à l'aide de fours à arc électrique
·Fabrication d’acier inoxydable
·Production d’acier allié
·Production de ferroalliages
·Fusion du cuivre
·Fusion du nickel
·Fonderies
·Usines de traitement métallurgique

Avantages
·Assure un contrôle précis de la tension pour les différentes étapes de fusion
·Favorise une formation d’arc efficace et stable
·Fiabilité élevée dans des conditions de fonctionnement exigeantes
·Longue durée de vie avec un entretien adéquat
·Optimisé pour des cycles répétitifs à forte sollicitation
·Améliore l’efficacité énergétique et la productivité dans la sidérurgie

Défis
·Soumis à de fortes contraintes thermiques et mécaniques
·Subit fréquemment des surcharges et des courts-circuits
·Génère des harmoniques importantes pouvant nécessiter un filtrage
·Nécessitent un refroidissement avancé et une surveillance continue de leur état
·Coûts de fabrication et d’entretien plus élevés que ceux des transformateurs de puissance standard

Normes applicables
Les transformateurs pour fours à arc électrique (EAF) sont généralement conçus et testés conformément aux normes suivantes :
·CEI 60076 – Transformateurs de puissance
·CEI 60214 – Changeurs de prises en charge
·IEEE C57.16 – Exigences, terminologie et code d’essai pour les transformateurs de four de type sec et à huile
·IEEE C57.18.10 – Pratiques et exigences relatives aux transformateurs de four
Spécifications du client ou de l’aciérie pour un fonctionnement en conditions extrêmes

Installation type
Une installation de transformateur pour four à arc électrique comprend généralement :
·Un appareillage d’entrée haute tension
·Un transformateur de four
·Un changeur de prises en charge (OLTC)
·Une bobine d’arrêt (si nécessaire pour la limitation de courant)
·Des barres omnibus refroidies à l’eau ou à l’air
·Des connexions secondaires à courant élevé
·Électrodes en graphite
·Systèmes de protection, de surveillance et de commande
·Équipements de refroidissement à l’huile et systèmes de protection contre l’incendie

Résumé
Un transformateur pour four à arc électrique (EAF) est un transformateur à huile à usage intensif, spécialement conçu pour les industries sidérurgiques et métallurgiques. Sa capacité à fournir des courants très élevés à des tensions basses réglables, tout en résistant à des contraintes électriques, thermiques et mécaniques extrêmes, en fait un composant essentiel dans l’exploitation des fours à arc électrique modernes. Sa conception spécialisée garantit des performances fiables, une fusion efficace et une longue durée de vie dans l’un des environnements industriels les plus exigeants.