आर्क भट्टी ट्रांसफॉर्मर को समझना: ईएफ और डीसी आर्क स्टील मेल्टिंग लोड के लिए इनका निर्दिष्टीकरण कैसे करें

पिछली वसंत में, दक्षिण पूर्व एशिया की एक पिघलाने की दुकान की इंजीनियरिंग टीम ने हमें एक भट्टी ट्रांसफॉर्मर का नामपट्टिका भेजा: 60 एमवीए, 33 केवी प्राथमिक, 650 वी द्वितीयक, 8% प्रतिबाधा, और 23 स्थितियों वाली टैप टेबल। उनका प्रश्न सीधा-सा था — क्या हम दूसरी पिघलाने की दुकान के लिए उसी मशीन का निर्माण कर सकते हैं? नामपट्टिका पैकेज के सबसे कम उपयोगी पृष्ठ के रूप में सामने आई। जो चीज़ किसी वितरण सूची के किसी भी उत्पाद से एक आर्क भट्टी ट्रांसफॉर्मर को अलग करती है, वह नामपट्टिका पर बिल्कुल भी छपी नहीं होती। वह उसके नीचे बैठा कर्तव्य है।

इस्पात विद्युत मार्ग पर बढ़ रहा है, और यह गति संख्याओं में दिखाई देती है। वर्ल्डस्टील के प्रकाशन वर्ल्ड स्टील इन फिगर्स 2025 में वैश्विक कच्चे इस्पात के उत्पादन में विद्युत भट्टी के आउटपुट को 2024 में वैश्विक कच्चे इस्पात का 29.1% बताया गया है। क्षेत्रीय विभाजन खरीदारों के लिए महत्वपूर्ण है: मध्य पूर्व में विद्युत मार्ग पहले ही कच्चे इस्पात का 95.4%हिस्सा है, मिस्र और सऊदी अरब 100% पर हैं, और संयुक्त राज्य अमेरिका 71.8% पर है। उनमें से प्रत्येक टन को धातु बनने से पहले एक इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस ट्रांसफॉर्मर द्वारा पिघलाया जाता है। आईईए लौह एवं इस्पात क्षेत्र पृष्ठ ऊर्जा के पक्ष से वही स्थानांतरण ट्रैक करता है।

 

एक आर्क फर्नेस ट्रांसफॉर्मर एक बड़े वितरण ट्रांसफॉर्मर क्यों नहीं होता है

एक वितरण ट्रांसफॉर्मर को भार वहन करने और दोष के समय जीवित रहने के लिए बनाया जाता है। एक फर्नेस ट्रांसफॉर्मर एक दोष के अंदर ही जीवित रहने के लिए बनाया जाता है। आर्क एक नियंत्रित लघु-परिपथ है: यह प्रत्येक गरमी के दौरान दर्जनों बार बुझता है और पुनः जलता है, स्क्रैप कॉलम ढह जाता है और इलेक्ट्रोड्स को लघु-परिपथित कर देता है, और बोर-इन वह धारा खींचता है जिसे कोई वितरण इकाई केवल दोष की स्थिति में देखती है। एक पिघलने की दुकान में यह घटना कोई असामान्यता नहीं है। यह ऑपरेटिंग स्थिति है, और यह प्रत्येक अभियान के दौरान हज़ारों बार घटित होती है।

तापीय प्रोफ़ाइल भी इतना ही भिन्न है। एक गरमी ३५ से ६० मिनट तक चलती है और शक्ति का उतार-चढ़ाव लगभग २०% से लेकर पूर्ण टैप तक सेकंडों के अंतराल पर होता है, इसलिए वाइंडिंग के गर्म-बिंदु तापमान में भी यही उतार-चढ़ाव होता है। आईईसी ६००७६-७, तेल-आधारित शक्ति ट्रांसफॉर्मरों के लिए लोडिंग गाइड, इस कार्य को सामान्य सेवा के एक विविधता के रूप में नहीं, बल्कि अपने स्वयं के लोडिंग मामले के रूप में मानता है।

पैरामीटर	वितरण / मानक शक्ति ट्रांसफॉर्मर	आर्क भट्टी ट्रांसफॉर्मर
द्वितीयक वोल्टेज	निश्चित डिज़ाइन वोल्टेज, ±2 × 2.5% टैप	चौड़ी विंडो, लगभग 300–1,100 वोल्ट, 15–25 स्थितियों पर
द्वितीयक धारा	आमतौर पर 3 केए के नीचे	बसबार पर 20–100 केए
द्वितीयक लघु परिपथ	एक डिज़ाइन घटना, एक बार सिद्ध	सामान्य संचालन, प्रत्येक अभियान में हज़ारों बार
प्रतिशत प्रतिबाधा	4–6%	6–12%, दोष-धारा और आर्क-स्थायित्व सीमाओं द्वारा निर्धारित
टैप चेंजर	बाहर-परिपथ, या कम-कार्य-चक्र ओएलटीसी	उच्च-कार्य-चक्र ओएलटीसी, दस हज़ारों संचालन
शीतलन	ओएनएएन या ओएनएएफ	ओएफएएफ या ओएफडब्ल्यूएफ, अक्सर अतिरिक्त तेल पंपों के साथ

 

 

वे संख्याएँ जो वास्तव में विनिर्देशन का निर्णय करती हैं

पाँच मान वास्तविक कार्य करते हैं: एमवीए, प्राथमिक वोल्टेज, द्वितीयक वोल्टेज विंडो, द्वितीयक धारा, प्रतिबाधा (या कुल परिपथ प्रतिघात), और ताप उत्थान जिसके साथ शीतलन वर्ग भी जुड़ा होता है।

टैप टेबल भट्टी आपूर्तिकर्ता से आती है, ट्रांसफॉर्मर आपूर्तिकर्ता से नहीं, और यह गलन वक्र को संकेतित करती है। बोर-इन कम वोल्टेज और उच्च धारा पर होता है क्योंकि इलेक्ट्रोड्स कचरे में दबे होते हैं और आर्क प्रभावी रूप से छोटा होता है। जैसे-जैसे आर्क स्थिर होता है, ऑपरेटर लंबे, उच्च-वोल्टेज आर्क की ओर बढ़ता है जिसमें बेहतर ऊष्मीय दक्षता होती है। 600 वी द्वितीयक पर 5 वी का कदम तुच्छ लग सकता है — वोल्टेज का 1% से कम — फिर भी यह बसबार पर कई सौ एम्पियर द्वितीयक धारा के बराबर है, और ट्रांसफॉर्मर को उस वक्र के प्रत्येक बिंदु को निर्दिष्ट एमवीए पर प्रदान करना होता है।

प्रतिबाधा वह स्थान है जहाँ उद्धरण सबसे अधिक भिन्न होते हैं। एक भट्टी इकाई को सामान्यतः ६% से १२% के बीच निर्दिष्ट किया जाता है, जो वितरण ट्रांसफॉर्मर से अधिक है, क्योंकि द्वितीयक दोष अक्सर होते हैं और वाइंडिंग वह पहली चीज़ है जो उन्हें सीमित करनी होती है। लेकिन प्रतिशत प्रतिबाधा केवल परिपथ में ट्रांसफॉर्मर का हिस्सा है। भट्टी डिज़ाइनर कुल परिपथ प्रतिघात — ट्रांसफॉर्मर के साथ-साथ बसबार, लचीली केबल, इलेक्ट्रोड आर्म और इलेक्ट्रोड — के साथ काम करता है, क्योंकि यह कुल मान आर्क स्थिरता और भट्टी के शक्ति गुणांक को निर्धारित करता है। ट्रांसफॉर्मर के ऑर्डर के बाद बसबार रन को बदल देने से आप भट्टी के संचालन बिंदु को बदल देते हैं।

 

लघु-परिपथ का कार्य वास्तविक डिज़ाइन चालक है

यह वह गणित है जो यह निर्धारित करती है कि मशीन को कितनी भारी बनाना है। ८% प्रतिबाधा पर द्वितीयक पर बोल्टेड दोष लगभग द्वितीयक धारा के अंकित मान का १२.५ गुना खींचता है। एक ४० kA इकाई पर यह बसबार पर ५०० kA है। विद्युतचुंबकीय बल धारा के वर्ग के अनुक्रमानुपाती होते हैं, अतः वही दोष लगभग नाममात्र के यांत्रिक भार का १५० गुना वाइंडिंग, उसके स्पेसर्स और उसके लीड्स पर।

वितरण ट्रांसफार्मर का परीक्षण सामान्यतः एक बार लघु-परिपथ के प्रति इसकी सहनशीलता को सिद्ध करने के लिए किया जाता है। फर्नेस ट्रांसफार्मर को अपने नियमित कार्य के रूप में ऐसे लघु-परिपथ को सहन करना होता है, अतः यांत्रिक डिज़ाइन ही प्रमुख कार्य बन जाता है: वाइंडिंग स्टैक के पूरे क्षेत्र में समान क्लैम्पिंग दबाव, पूर्व-तनावित स्पेसर्स, कठोरता प्राप्त ताँबा, सहायक टैप लीड्स, तथा एक कोर फ्रेम जो असममित दोष के अक्षीय बल के अधीन विस्थापित न हो। आईईसी ६००७६-५ लघु-परिपथ सहनशीलता आवश्यकता निर्धारित करता है तथा आईईईई सी५७.१२.९० परीक्षण प्रक्रिया को परिभाषित करता है। जब कोई आपूर्तिकर्ता डिज़ाइन आधार और परीक्षण अभिलेख दोनों प्रदर्शित नहीं कर सकता है, तो उसका प्रतिबाध मान अकेला आपको इकाई के जीवनकाल के बारे में बहुत कम जानकारी देता है।

हमारी अपनी डिज़ाइन समीक्षाओं में, पुनर्कार्य को ट्रिगर करने वाला दस्तावेज़ शायद ही कभी प्रतिबाधा आंकड़ा होता है। यह तो द्वितीयक संयोजन आरेख है — 40 केए या उससे अधिक धारा लैमिनेटेड बसबार या जल-शीतित केबल के माध्यम से, और उस आरेख पर निर्णीत समर्थन अंतराल ही आघात के दौरान वाइंडिंग टर्मिनल्स पर बलों को रोकता है।

 

गलनशाला में शीतलन और टैप चेंजर का कार्य

शीतलन को सबसे खराब घंटे के लिए निर्दिष्ट किया जाता है, औसत घंटे के लिए नहीं। भट्टी इकाइयों पर ओएफएएफ, अतिरिक्त तेल पंपों और तेल-प्रवाह संकेतकों के साथ, सामान्य अभ्यास है, और बड़ी रेटिंग्स के लिए ओएफडब्ल्यूएफ की ओर जाया जाता है। शीर्ष-तेल तापमान चाप से कुछ मिनट पीछे रहता है, जिसी कारण भट्टी विनिर्देशों में आमतौर पर वाइंडिंग में फाइबर-ऑप्टिक हॉट-स्पॉट प्रोब्स को जोड़ा जाता है।

टैप चेंजर उपयोगिता के अभ्यास से भिन्न दुनिया में रहता है। कोई ऑपरेटर एकल गरमी के दौरान पाँच से पंद्रह बार टैप को स्थानांतरित कर सकता है, और दो-शिफ्ट वाली मेल्ट शॉप प्रतिदिन आठ से बारह गरमियाँ चलाती है — वार्षिक रूप से १०,००० से ३०,००० संचालन सामान्य हैं। इसलिए, भट्टी इकाइयों को उच्च-उपयोग वाले, आमतौर पर वैक्यूम-प्रकार के डायवर्टर स्विच के साथ निर्दिष्ट किया जाता है, और रखरखाव की योजना कैलेंडर नहीं, बल्कि संचालन काउंटर द्वारा निर्धारित की जाती है। आईईसी ६०२१४-१ वह मानक है जिसके अनुसार इस हार्डवेयर का निर्माण और परीक्षण किया जाता है।

टैप चेंजर के यांत्रिक घिसावट के कारक वे ही हैं जिन्हें हमने ओएलटीसी और ऑफ-सर्किट टैप चेंजर्स के हमारे मार्गदर्शिका में वर्णित किया है , लेकिन एक अंतर के साथ: मेल्ट शॉप में घड़ी लगभग दस गुना तेज़ चलती है, और जो डायवर्टर स्विच कभी निरीक्षित नहीं किया जाता, वह एक नियोजित अवरोध का इंतज़ार कर रहा है।

 

 

हार्मोनिक्स, फ्लिकर, और वह जो ट्रांसफॉर्मर ठीक नहीं कर सकता

चाप एक गैर-रैखिक, लगातार बदलता हुआ भार है। यह दूसरे, तीसरे, पाँचवें और सातवें क्रम के साथ-साथ अंतर-हार्मोनिक्स के माध्यम से हार्मोनिक्स को जोड़ता है, और यह बसबार वोल्टेज को आवृत्तियों पर मॉड्यूलेट करता है जिन्हें आँखें झिलमिलाहट के रूप में पढ़ती हैं। ट्रांसफॉर्मर का डिज़ाइन सीमा पर सहायता करता है — एक डेल्टा वाइंडिंग ट्रिपलेन हार्मोनिक्स को रोकती है और फ्लक्स-घनत्व की अतिरिक्त क्षमता अतिरिक्त हानि और शोर को नियंत्रण में रखती है — लेकिन कोई भी ट्रांसफॉर्मर विनिर्देश झिलमिलाहट को दूर नहीं करता है। यह कार्य भट्टी की बसबार पर एक एसवीसी या स्टैटकॉम का है, और ट्रांसफॉर्मर के ऑर्डर के पहले, कमीशनिंग के बाद नहीं, एक बिजली गुणवत्ता अध्ययन का है।

डीसी चाप भट्टियाँ समस्या को हटाने के बजाय उसे स्थानांतरित कर देती हैं। चाप को एक थाइरिस्टर रेक्टिफायर के माध्यम से आपूर्ति की जाती है, जो एक तेल में डूबा हुआ ट्रांसफार्मर रेक्टिफायर ट्रांसफॉर्मर के रूप में निर्मित होता है, इसलिए हार्मोनिक स्पेक्ट्रम वह विशिष्ट ६-पल्स या १२-पल्स पैटर्न बन जाता है जिसके आसपास फ़िल्टर को डिज़ाइन किया गया है। इसके बाद ट्रांसफॉर्मर को एक परिभाषित हार्मोनिक धारा स्पेक्ट्रम के आधार पर विनिर्दिष्ट किया जाता है, न कि झिलमिलाहट के एक आवरण के आधार पर।

 

फर्नेस ट्रांसफॉर्मर के कारखाने से बाहर जाने से पहले हम क्या सत्यापित करते हैं

रायन इलेक्ट्रिक 2007 से ट्रांसफॉर्मर का निर्माण कर रही है, जो 120,000 वर्ग मीटर के कारखाने से किया जाता है, जिसमें 180 से अधिक उत्पादन और परीक्षण उपकरणों के सेट तथा 37 पेटेंट हैं, और हम 2023 से इटन के संयुक्त उद्यम भागीदार हैं। फर्नेस-श्रेणी की इकाइयाँ इंजीनियरिंग द्वारा बनाई गई हैं तेल में डूबा हुआ ट्रांसफार्मर ऐसे डिज़ाइन जो ग्राहक की टैप टेबल के अनुसार बनाए गए हैं, न कि कैटलॉग रेटिंग के अनुसार, जिसी कारण हमारे इंजीनियर मूल्य उद्धृत करने से पहले फर्नेस विक्रेता के दस्तावेज़ समूह की माँग करते हैं।

परीक्षण क्रम सामान्य सूची से आगे तक चलता है: प्रत्येक टैप स्थिति पर टर्न्स अनुपात का मापन, प्रत्येक फ़ेज़ के लिए वाइंडिंग प्रतिरोध, विद्युत रोधन प्रतिरोध और ध्रुवीकरण सूचकांक, आरोपित और प्रेरित वोल्टेज सहनशीलता, आंशिक डिस्चार्ज मापन, केवल नाममात्र नहीं बल्कि प्रत्येक टैप पर प्रतिबाधा का मापन, और तेल परीक्षण जिसमें भंगुरता वोल्टेज, नमी और घुलित गैस का विश्लेषण शामिल है। जहाँ विनिर्देशन ऐसी आवश्यकता रखता है, ताप वृद्धि को नियामक टैप पर प्रदर्शित किया जाता है, जिसमें कोर और वाइंडिंग के तापमान का अभिलेखन किया जाता है, केवल शीर्ष-तेल के तापमान में वृद्धि का नहीं। संयुक्त राज्य अमेरिका और कनाडा के लिए निर्धारित परियोजनाओं के लिए, UL और CSA प्रमाणन को हमारे स्वयं के गुणवत्ता विभाग द्वारा नहीं, बल्कि किसी तृतीय-पक्ष निरीक्षक के माध्यम से लागू किया जाता है, और प्रयोगशाला का कार्य CNAS प्रमाणन के अधीन होता है।

भट्टी के संबंध में हमारे द्वारा देखी जाने वाली सबसे आम समस्या वास्तव में कोई रेटिंग नहीं है। यह एक टैप टेबल है जो इलेक्ट्रोड नियंत्रण प्रणाली के साथ मेल नहीं खाती है, और यह गर्म चालू करने तक अदृश्य रहती है — जब भट्टी निष्क्रिय खड़ी होती है और समयसूची पहले से ही कड़ी होती है।

 

आर्क भट्टी ट्रांसफॉर्मर का विनिर्देशन: आरएफक्यू जाँच सूची

इन वस्तुओं को अनुरोध में शामिल करें और तकनीकी तुलना एक निष्पक्ष प्रतियोगिता बन जाती है:

• प्राथमिक वोल्टेज, प्रणाली आवृत्ति (५० या ६० हर्ट्ज़) और प्रत्येक टैप स्थिति पर एमवीए

• भट्टी विक्रेता की टैप टेबल: प्रत्येक स्थिति पर वोल्टेज और धारा

• इलेक्ट्रोड व्यास, आर्क वोल्टेज सीमा और द्वितीयक परिपथ की व्यवस्था

• प्रतिबाधा लक्ष्य, या भट्टी डिज़ाइनर द्वारा लक्षित कुल परिपथ प्रतिघात

• भट्टी ब्रेकर पर अधिकतम संभावित दोष धारा

• गलन शॉप में वातावरणीय तापमान और ऊँचाई — गल्फ क्षेत्र और दक्षिण पूर्व एशिया के कुछ भागों में ४५ °से से ५० °से सामान्य है

• शीतलन वर्ग (ONAN, OFAF या OFWF) और यह कि क्या अतिरिक्त तेल पंपों की आवश्यकता है

• टैप चेंजर का प्रकार और प्रति वर्ष अपेक्षित संचालनों की संख्या

• चक्रीय रेटिंग: प्रति हीट आरएमएस धारा और प्रति दिन हीट्स की संख्या

• आवश्यक परीक्षण — ऊष्मा परीक्षण, आंशिक डिस्चार्ज, लघु-परिपथ साक्ष्य, टैप क्रम परीक्षण

• इंटरफ़ेस ड्राइंग्स: उच्च वोल्टेज बुशिंग या केबल बॉक्स, निम्न वोल्टेज बसबार बॉक्स का अभिविन्यास, मार्शलिंग बॉक्स की स्थिति, केबल प्रवेश दिशा

• अनुपालन आधार: आईईसी 60076 श्रृंखला या आईईईई सी57, और गंतव्य बाज़ार द्वारा आवश्यक कोई भी प्रमाणन

एक खरीद नोट अन्य सभी की तुलना में अधिक महत्वपूर्ण है। फर्नेस ट्रांसफॉर्मर एक इंजीनियर्ड यूनिट है, अतः यह फर्नेस शेल और इलेक्ट्रोड नियंत्रण प्रणाली के साथ महत्वपूर्ण पथ पर स्थित होता है। टैप टेबल को शुरू में ही तय करने में कोई लागत नहीं आती; लेकिन गलनशाला की तारीख तय हो जाने के बाद वाइंडिंग को त्वरित करना वह स्थिति है जहाँ ट्रांसफॉर्मर के नेतृत्व समय आयोजन देरी में बदल जाते हैं, और सुरक्षा के दायरे को एक सुरक्षा विनिर्देश के विरुद्ध निपटाना मार्शलिंग बॉक्स के निर्माण के बाद करने की तुलना में सस्ता होता है।

हमें भट्टी विक्रेता की टैप टेबल, इलेक्ट्रोड का व्यास और वातावरण की स्थितियाँ भेजें, और हमारे इंजीनियर आपको एक सुझाव देंगे — प्रतिबाधा, टैप रेंज, शीतलन वर्ग और प्रत्येक छोर पर हानि का आंकड़ा — साथ ही उन टैप स्थितियों के बारे में भी बताएँगे जिन पर तापमान वृद्धि और प्रतिबाधा की गारंटी दी जाएगी। यह चर्चा अधिकतम एक सप्ताह में पूरी हो जाती है, और यह एक ठंडी पड़ी भट्टी की तुलना में काफी कम लागत वाली होती है। आर्क भट्टी ट्रांसफॉर्मर यह लेख रायन इलेक्ट्रिक (जियांगसू रायन इलेक्ट्रिक कंपनी लिमिटेड) की इंजीनियरिंग टीम द्वारा लिखा गया है, जो 2007 में स्थापित एक ट्रांसफॉर्मर निर्माता है और 2023 से ईटन की संयुक्त उद्यम साझेदार है। हमारे इंजीनियर उत्तर अमेरिका, दक्षिण पूर्व एशिया, मध्य पूर्व और अफ्रीका में UL-, CSA- और IEEE-अनुपालन वाली परियोजनाओं का समर्थन करते हैं, और हमारी परीक्षण प्रयोगशाला CNAS प्रमाणन के तहत संचालित होती है। भट्टी ट्रांसफॉर्मर के चयन, टैप टेबल की समीक्षा या कोटेशन के लिए, कृपया हमारे इंजीनियरिंग डेस्क से संपर्क करें।

लेखक के बारे में: यह लेख रायन इलेक्ट्रिक (जियांगसू रायन इलेक्ट्रिक कंपनी लिमिटेड) की इंजीनियरिंग टीम द्वारा लिखा गया है, जो 2007 में स्थापित एक ट्रांसफॉर्मर निर्माता है और 2023 से ईटन की संयुक्त उद्यम साझेदार है। हमारे इंजीनियर उत्तर अमेरिका, दक्षिण पूर्व एशिया, मध्य पूर्व और अफ्रीका में UL-, CSA- और IEEE-अनुपालन वाली परियोजनाओं का समर्थन करते हैं, और हमारी परीक्षण प्रयोगशाला CNAS प्रमाणन के तहत संचालित होती है। भट्टी ट्रांसफॉर्मर के चयन, टैप टेबल की समीक्षा या कोटेशन के लिए, कृपया हमारे इंजीनियरिंग डेस्क से संपर्क करें।