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Los transformadores para hornos de arco eléctrico (EAF) suministran las corrientes extremadamente altas y las tensiones variables que requieren estos hornos.

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Horno de arco eléctrico (EAF)

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El transformador para hornos de arco eléctrico (EAF) es un transformador de potencia especializado, diseñado para suministrar las corrientes extremadamente altas y las tensiones variables que requieren los hornos de arco eléctrico utilizados en la fabricación de acero y otros procesos metalúrgicos. En comparación con los transformadores de potencia convencionales, los transformadores para EAF están fabricados para soportar cortocircuitos frecuentes, fuertes tensiones eléctricas y mecánicas, distorsión armónica y rápidas fluctuaciones de carga.

Principio de funcionamiento
Un transformador para EAF recibe energía de alta tensión de la red eléctrica y la reduce a una tensión relativamente baja, al tiempo que suministra una corriente muy elevada a los electrodos del horno. Durante el funcionamiento:
1. Se suministra corriente alterna de alta tensión al transformador.
2. El transformador reduce la tensión al nivel requerido por el horno.
3. La corriente fluye a través de los electrodos de grafito.
4. Se forma un arco eléctrico entre los electrodos y la carga metálica.
5. El arco genera temperaturas que superan los 3.000 °C, fundiendo la chatarra de acero u otros metales.
6. El conmutador de tomas del transformador ajusta la tensión de salida a lo largo del proceso de fusión para optimizar la eficiencia y la estabilidad del arco.

Componentes principales
Núcleo magnético
·Núcleo de acero al silicio CRGO de alta calidad
·Construcción en escalones superpuestos para reducir las pérdidas y el ruido
·Diseñado para soportar altas fuerzas electromagnéticas

Bobinados
· Conductores de cobre (los más habituales) o de aluminio
· Alta resistencia mecánica para soportar las fuerzas de cortocircuito
· Aislamiento mejorado para soportar tensiones eléctricas repetidas

Sistema de aislamiento
· Aislamiento de papel impregnado en aceite
· Materiales aislantes de alta clase térmica
· Diseño dieléctrico reforzado para fluctuaciones frecuentes de tensión

Sistema de refrigeración
Entre los métodos de refrigeración habituales se incluyen:
·ONAN: aceite natural-aire natural
·ONAF: aceite natural-aire forzado
·OFAF: aceite-aire forzado-aire forzado
·OFWF: aceite-agua forzada-agua forzada
Los grandes transformadores de hornos de arco eléctrico suelen utilizar refrigeración OFAF u OFWF para soportar altas cargas térmicas.

Cambiador de tomas
·Cambiador de tomas en carga de alta velocidad (OLTC)
·Numerosos niveles de tensión (a menudo entre 17 y 33 o más)
Permite una regulación continua de la tensión sin interrumpir el funcionamiento del horno

Especificaciones técnicas típicas
·Potencia nominal: 5 MVA – 300 MVA
·Tensión primaria: 33 kV – 220 kV
·Tensión secundaria: 100 V – 1.500 V
·Corriente secundaria: 10 kA – 200 kA+
·Frecuencia: 50 Hz / 60 Hz
·Refrigeración: ONAN, ONAF, OFAF, OFWF
·Aislamiento: Aceite mineral o fluido aislante biodegradable
·Cambiador de tomas: Cambiador de tomas en carga (OLTC)
·Impedancia: Alta, optimizada para el funcionamiento de hornos

Características principales
·Capacidad de corriente extremadamente alta
·Amplio rango de ajuste de tensión de salida
·Excelente resistencia a los cortocircuitos
·Elevada capacidad de sobrecarga
·Baja variación de impedancia
·Diseñado para operaciones de conmutación frecuentes
·Construcción mecánica robusta
·Elevada resistencia térmica
·Resistente a la distorsión armónica y a las fluctuaciones de tensión

Aplicaciones
·Producción de acero mediante hornos de arco eléctrico
·Fabricación de acero inoxidable
·Producción de acero aleado
·Producción de ferroaleaciones
·Fundición de cobre
·Fundición de níquel
·Fundiciones
·Plantas de procesamiento metalúrgico

Ventajas
·Proporciona un control preciso de la tensión para las diferentes fases de fusión
·Favorece una formación de arco eficiente y estable
·Alta fiabilidad en condiciones de funcionamiento exigentes
·Larga vida útil con un mantenimiento adecuado
·Optimizado para ciclos repetitivos de trabajo intensivo
·Mejora la eficiencia energética y la productividad en la fabricación de acero

Retos
·Sometido a fuertes tensiones térmicas y mecánicas
·Sufre sobrecargas y cortocircuitos frecuentes
·Genera armónicos significativos que pueden requerir filtrado
·Requieren una refrigeración avanzada y una supervisión continua de su estado
·Costes de fabricación y mantenimiento más elevados que los de los transformadores de potencia estándar

Normas aplicables
Los transformadores para hornos de arco eléctrico (EAF) suelen diseñarse y someterse a ensayo de conformidad con:
·IEC 60076 – Transformadores de potencia
·IEC 60214 – Cambiadores de tomas en carga
·IEEE C57.16 – Requisitos, terminología y código de ensayo para transformadores de horno de tipo seco y sumergidos en aceite
·IEEE C57.18.10 – Prácticas y requisitos para transformadores de horno
Especificaciones del cliente o de la acería para funcionamiento en condiciones de servicio extremo

Instalación típica
Una instalación de transformador para horno de arco eléctrico (EAF) suele incluir:
·Aparamenta de entrada de alta tensión
·Transformador de horno
·Cambiador de tomas en carga (OLTC)
·Reactor (si es necesario para la limitación de corriente)
·Barras colectoras refrigeradas por agua o aire
·Conexiones secundarias de alta corriente
·Electrodos de grafito
·Sistemas de protección, supervisión y control
·Equipos de refrigeración por aceite y sistemas de protección contra incendios

Resumen
Un transformador para horno de arco eléctrico (EAF) es un transformador de alta resistencia, sumergido en aceite, diseñado específicamente para las industrias siderúrgica y metalúrgica. Su capacidad para suministrar corrientes muy elevadas a tensiones bajas ajustables, al tiempo que soporta severas tensiones eléctricas, térmicas y mecánicas, lo convierte en un componente fundamental en el funcionamiento de los hornos de arco eléctrico modernos. Su diseño especializado garantiza un rendimiento fiable, una fusión eficiente y una larga vida útil en uno de los entornos industriales más exigentes.