Come migliorare l'efficienza del trasformatore rettificatore? Consigli chiave

Misure di ottimizzazione per l'efficienza del sistema rettificatore

I sistemi rettificatori coinvolgono molte e diverse attrezzature, pertanto molti fattori influiscono sulla loro efficienza. Pertanto, un approccio complessivo è essenziale durante la progettazione.

• Aumentare la tensione di trasmissione per i carichi rettificatori
  Le installazioni rettificatrici sono sistemi di conversione AC/DC ad alta potenza che richiedono una quantità sostanziale di energia. Le perdite di trasmissione influiscono direttamente sull'efficienza del rettificatore. Aumentare opportunamente la tensione di trasmissione riduce le perdite in linea e migliora l'efficienza della rettifica. In generale, per impianti che producono meno di 60.000 tonnellate di soda caustica all'anno, si consiglia una trasmissione a 10 kV (evitando 6 kV). Per impianti superiori a 60.000 tonnellate/anno, dovrebbe essere utilizzata la trasmissione a 35 kV. Per impianti che superano le 120.000 tonnellate/anno, è necessaria una trasmissione a 110 kV o a tensioni superiori.

• Utilizzare trasformatori rettificatori con abbassamento diretto
  Analogamente ai principi di trasmissione, la tensione primaria (di rete) del trasformatore rettificatore dovrebbe corrispondere alla tensione di trasmissione. Un abbassamento diretto più elevato significa una corrente minore nell'avvolgimento ad alta tensione, con conseguente riduzione delle perdite termiche e aumento dell'efficienza del trasformatore. Ove possibile, utilizzare tensioni di trasmissione più elevate e trasformatori rettificatori con abbassamento diretto.

• Minimizzare l'intervallo di regolazione dei tap del trasformatore rettificatore
  L'intervallo di regolazione dei tap influenza significativamente l'efficienza del trasformatore; un intervallo più piccolo produce un'efficienza maggiore. Non è consigliabile aumentare ciecamente l'intervallo (ad esempio, al 30%-105%) per facilitare la messa in servizio graduale. Dopo il raggiungimento della piena produzione, i trasformatori operano tipicamente tra l'80% e il 100%, lasciando gli avvolgimenti di tap aggiuntivi a causare perdite permanenti. Un intervallo di 70%-105% è adeguato. Combinando la commutazione stella-triangolo ad alta tensione e la regolazione di tensione mediante tiristori, l'intervallo può essere ulteriormente ridotto a 80%-100%, migliorando notevolmente l'efficienza.

• Utilizzare trasformatori rettificatori auto-raffreddati a immersione in olio
  L'utilizzo di trasformatori auto-raffreddati a immersione in olio risparmia l'energia elettrica consumata dai ventilatori. Anche se i produttori spesso progettano trasformatori di grande capacità con raffreddamento forzato a olio-aria, i radiatori di raffreddamento possono semplicemente essere ingranditi. Unitamente all'installazione all'aperto per migliorare la dissipazione del calore, l'operazione del trasformatore rimane affidabile senza raffreddamento forzato.

• Adottare un'installazione "integrata planare" per l'attrezzatura rettificatrice
  L'installazione del trasformatore rettificatore, del quadro rettificatore e dell'elettrolizzatore in modo "integrato planare" minimizza la lunghezza delle busbar AC/DC, riducendo le perdite resistive e migliorando l'efficienza del sistema. Specificatamente, posizionare tutte e tre le unità sullo stesso livello e il più vicino possibile, formando un'unità compatta. Collegare l'uscita laterale del trasformatore al quadro rettificatore con busbar inferiori a 1,2 metri di lunghezza, e collegare l'uscita inferiore del quadro direttamente all'elettrolizzatore tramite busbar sotterranei.

• Evitare connessioni flessibili per l'installazione delle busbar
  La disposizione "integrata planare" comporta connessioni brevi tra il trasformatore e il quadro, nonché tra gli interruttori a coltello DC, minimizzando l'espansione termica. Connessioni rigide sono sufficienti, garantendo la sicurezza ed eliminando le perdite associate alle connessioni flessibili e ai loro giunti aggiuntivi, migliorando così l'efficienza.

• Utilizzare una densità di corrente più bassa per le busbar
  La densità di corrente economica per le busbar AC/DC è di 1,2–1,5 A/mm². Selezionare una densità più bassa (1,2 A/mm², o anche 1,0 A/mm²) ottimizza il risparmio energetico.

• Utilizzare busbar con un rapporto altezza/larghezza superiore a 12
  Le busbar con un rapporto altezza/larghezza superiore a 12 hanno una superficie maggiore per la dissipazione del calore, risultando in temperature operative inferiori, migliore conduttività, perdite resistive minori e maggiore efficienza unitaria.

• Applicare vaselina alle giunzioni di compressione delle busbar
  Assicurare un'area di contatto adeguata alle giunzioni delle busbar (mantenendo la densità di corrente inferiore a 0,1 A/mm²), e mantenere una superficie piatta e liscia. Applicare vaselina per prevenire l'ossidazione del rame e il contatto povero, che aumentano la perdita di potenza. Non utilizzare grasso conduttivo, poiché la sua base oleosa evapora a temperature elevate, causando l'indurimento del composto semimetallurgico e la perdita di conduttività, portando a un ulteriore riscaldamento.

• Selezionare appropriate armadi rettificatori a diodi silicio
  Gli armadi rettificatori a diodi silicio sono 3–4% più efficienti degli armadi a tiristori. Quando più armadi rettificatori operano in parallelo, l'inserimento di un armadio a diodi silicio può ulteriormente ridurre il consumo e migliorare l'efficienza.

• Utilizzare armadi rettificatori con dispositivi ad alta corrente
  L'uso di 2–3 dispositivi ad alta corrente per braccio di ponte migliora la distribuzione della corrente, riduce le perdite di potenza dei dispositivi e aumenta l'efficienza della rettifica.

• Adottare armadi di controllo rettificatori a controllo numerico (NC)
  Il controllo NC consente una triggerizzazione più precisa del rettificatore, un'onda d'onda continua minore e una stabilità maggiore della corrente continua. Ciò beneficia l'operazione dell'elettrolizzatore e migliora l'efficienza dell'elettrolisi.

• Operare i tiristori in modalità di conduzione completa
  Durante l'operazione, mantenere l'angolo di accensione del tiristore inferiore a 10° per mantenere una conduzione quasi completa. Questo minimizza le perdite interne del rettificatore a tiristori e massimizza la sua efficienza.

• Ridurre l'angolo di margine dell'armadio rettificatore a tiristori
  L'angolo di margine (angolo di sovrapposizione) è strettamente correlato al fattore di potenza naturale del sistema rettificatore. Un angolo di margine più piccolo risulta in un fattore di potenza più elevato (soprattutto quando l'angolo di accensione α è piccolo). Durante la messa in servizio, minimizzare l'angolo di margine, assicurando un'operazione affidabile. Un α piccolo mantiene i tiristori vicini alla conduzione completa.

• Utilizzare due o più trasformatori rettificatori in parallelo
  Per carichi DC ad alta potenza, utilizzare due o più trasformatori rettificatori in parallelo. Questo riduce la reattività equivalente e la corrente circolante durante il trasferimento del trasformatore, diminuendo le perdite totali e migliorando l'efficienza.

• Utilizzare interruttori a coltello DC con correnti nominali superiori
  Gli interruttori a coltello DC generano un calore significativo sotto carico completo. La scelta di un interruttore con una corrente nominale di un grado superiore fornisce risparmi energetici. Ad esempio, utilizzare un interruttore da 31.500 A per un carico da 25.000 A, o un interruttore da 40.000 A per un carico da 30.000 A.

• Utilizzare sensori di corrente DC ad alta efficienza energetica
  Alcuni sensori di corrente DC di grandi dimensioni richiedono un alimentazione AC per il confronto a flusso zero, consumando energia aggiuntiva. I sensori Hall sono preferibili; essi emettono direttamente un segnale DC da 0 a 1 V allo strumento di visualizzazione senza consumare energia aggiuntiva.

• Progettare per la rettifica multi-fase
  Quando possibile, utilizzare la rettifica multi-fase. Utilizzare la rettifica a 6 impulsi (ponte trifase o doppia stella inversa con reattore di bilanciamento, entrambi in parallelo inverso in fase) su singoli trasformatori. Per due o più trasformatori, utilizzare la rettifica equivalente a 12 o 18 impulsi. Questo sopprime efficacemente gli armonici di ordine inferiore, migliorando l'efficienza del rettificatore.