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Schaltungsanordnung zur selbstgesteuerten Speisung eines Elektrofilters
Die Sprühelektroden der Elektrofilter zur elektrischen Gasreinigung werden bekanntlich mit einer ho- hen Gleichspannunggegenüber den geerdeten Niederschlagselektroden betrieben, so dass sich zwischen den
Elektroden eine sogenannte Koronaentladung ausbilden kann. Dabei soll die Spannung möglichst in der Nähe der zum Durchschlagen der Gasstrecke zwischen Sprüh- und Niederschlagselektrode benötigten Durchschlagsspannung liegen, um einen möglichst hohen Entstaubungsgrad zu erzielen.
Diese Betriebsbedingungen haben zur Folge, dass bereits geringfügige Änderungen in der Gaszusammensetzung, der Gastemperatur- oder -feuchtigkeit, ferner das Auftreten von Staubbrücken oder mechanische Schwingungen des Sprühgitters genügen, um Lichtbögen zwischen den Elektroden des Elektrofilters hervorzurufen. Derartige Lichtbögen haben nicht nur infolge reduzierter Spannung und reduzierten Sprühstromes eine wesentliche Minderung des Entstaubungsgrades zur Folge, so lange sie bestehen bleiben, sondern sie müssen auch möglichst bald gelöscht werden, um nicht Schädigungen des Sprühgitters und dar elektrischen Anlage hervorzurufen.
Es ist seit langem bekannt, dass mit jedem Lichtbogen eine Steigerung der Stromstärke verbunden ist, und man versuchte daher durch die Anordnung von Relais im Primärstromkreis eine konstante Stromstärke in demselben künstlich aufrechtzuerhalten. Abgesehen davon, dass diese Relais infolge der dauernden Betätigung einem starken Verschleiss unterworfen waren, was ein öfteres Stillsetzen des Filters zu Reparaturzwecken zur Folge hatte, war es auch nicht möglich, jegliche Lichtbogenenstehung durch das Konstant- halten der Stromstärke allein zu verhindern. Vielmehr wurden weitere Relais erforderlich, welche bei der Entstehung von Lichtbögen den Strom unterbrechen und gegebenenfalls Strom oder Spannung vor dem Wiedereinschalten des Stromes hinunter regelten.
Abgesehen davon, dass auch diese Relais einem Verschleiss unterlagen und daher oft störanfällig wurden, benötigten die zu dieser Verstellung erforderlichen Verstel- motoren od. dgl. zu dieser Regeltätigkeit auch eine gewisse Zeit, während derer das Elektrofilter jeweils stromlos blieb, was letzten Endes ebenfalls eine Verminderung des Entstaubungsgrades der damit ausgestatteten Filter zur Folge hatte.
Aus der deutschen Auslegeschrift Nr. 1038 534 ist auch schon eine Einrichtung zur Stromversorgung von Elektrofiltern bekannt, bei welcher die einer raschen Abnützung unterworfenen Relais und beweglichen Kontakte vermieden sind. Diese bekannte Einrichtung weist einen im Primärkreis des Hochspannungstransformators angeordneten, stromsteuernden Hauptmagnetverstärker und einen aus dem Netz gespeisten, dessen Steuerstrom liefernden, einregulierbaren Steuerstromverstärker auf, dessen eine Steuerwicklung über eine Gleichrichter-Brückenschaltung mit den Arbeitswicklungen eines Hilfsmagnetverstärkers in Selbst-
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Steuerstromverstärkers bewirkt.
Beim Auftreten eines Durchschlages oder eines Kurzschlusses im Elektrofilter wird dabei der aufgeprägte Primärstrom zurückgesteuert und nach Erlöschen des Lichtbogens selbsttätig wieder auf seinen normalen Wert hinaufgeregelt. Diese Schaltanordnung hat jedoch den Nachteil, dass damit die Kurzschlussverhältnisse nicht eindeutig erfasst werden. Beispielsweise wird beim Auftreten eines Dauerkurzschlusses im Elektrofilter der Primärstrom durch den Hilfsmagnetverstärker über den Steuerstromverstärker zunächst abgeschaltet, nach Absinken des Stromes jedoch trotz Weiterbestehens des Kurzschlusses sogleich wieder hinaufgeregelt und sodann neuerlich zurückgesteuert usw.
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Die Erfindung hat sich nun die Beseitigung auch dieses Nachteiles zum Ziel gesetzt und besteht darin, dass in den Primärkreis des Hochspannungstransformators ein Spannungswandler und in den Sekundärkreis des Spannungswandlers eine Gleichrichterbrücke eingeschaltet ist, deren durch einen verstellbaren Widerstand regulierbarer Gleichstrom die Steuerwicklung des Hilfsmagnetverstärkers im Sinne einer ne- gativenSteuerdurchflutung durchfliesst, während im Nebenschluss zu dem vom Hochspannungs-Gleichrichter gelieferten Filterstrom ein Widerstand und ein Regelwiderstand geschaltet sind, so dass ein Teil des Filterstromes als regulierbarer Steuerstrom die Steuerwicklung des Hilfsmagnetverstärkers im Sinne einer
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ssen gesteuert, u. zw.
einerseits von der Spannung im Primärkreis und anderseits vom Strom im Sekundärkreis des Hochspannungstransformators, also vom Filterstrom selbst. Damit ist eine eindeutige Erfassung der Kurzschlussverhältnisse gegenüber dem Normalbetrieb gewährleistet. Im Betrieb der Schaltanordnung ergibt sich dadurch der Vorteil, dass beim Auftreten eines Lichtbogens der aufgeprägte Strom im Primärkreis des Hochspannungstransformators zunächst abgeschaltet, nach dem Erlöschen des Lichtbogens jedoch erst dann unverzüglich wieder auf seinen Normalwert hinaufgeregelt wird, wenn der Kurzschluss im Elektrofilter behoben ist.
Im Falle eines Dauerkurzschlusses im Filter wird der Hilfsmagnetverstärker nicht zu- rückgesteuertund bleibt geöffnet, wodurch auch der aufgeprägte Primärstrom des Hochspannungstransfor- matorsund damit der Filterstrom automatisch so lange ausgeschaltet bleibt, bis die Störung wieder behoben ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die verstellbaren Widerstände so einreguliert sein, dass im normalen Betrieb des Elektrofilters mit dem aufgeprägten Strom und der relativ hohen Primärspannung die aus-den Steuerströmen resultierende Durchflutung des Hilfsmagnetverstärkers diesen geschlossen hält, während das Absinken der Primärspannung des Hochspannungstransformators beim Auftreten eines Lichtbogens oder Kurzschlusses im Filter durch Abnahme des von der Primärspannung abgeleiteten Steuerstromes denHilfsmagnetverstärker öffnet, d. h. aussteuert. Die erfindungsgemässe Schaltanordnung kann somit auf einfache Weise den jeweiligen Anforderungen entsprechend beliebig eingestellt werden.
Eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung in schematischer Darstellung veranschaulicht die Zeichnung, u. zw. ist :
Fig. 1 ein stark vereinfachtes Schema der gesamten Filteranlage, Fig. 2 die Steuerkennlinie des Haupt-
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4Hilfsmagnetverstärkers.
In Fig. 1 ist das Elektrofilter 1, der dessen Hochspannung liefernde Hochspannungsstransformator 2 mit nachgeschaltetem Hochspannungsgleichrichter und der im Primärkreis des Hochspannungstransformators angeordnete Hauptmagnetverstärker 3 dargestellt.
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Spannung U gespeist.
Anden Steuereingang 4a desselben sind an sich bekannte, nicht eingezeichnete Einstellmittel für die Regelung des Steuerstromes i2 angeschlossen, während der Steuereingang 4b mit dem durch die strichpunktierte Linie angedeuteten Steuergerät 6 zur Wegschaltung auftretender Kurzschlüsse im Elektrofilter 1 in Wirkungsverbindung steht. Das wichtigste Organ dieses Steuergerätes 6 ist der Hilfsmagnetverstärker 7 in Selbstsättigungsschaltung, dessen Arbeitswicklungen Ta einerseits über Selbstsättigungsgleichrichter Mund eine gemeinsame Gleichrichterbrückenschaltung 15 mit dem Steuereingang 4b des Steuerstromverstärkers 4 und anderseits direkt mit dem Wechselstromnetz mit der Spannung UN verbunden sind.
Die eine Steuerwicklung 7b hängt ferner über einen einstellbaren Widerstand 11 an einer Gleichrich- terbrücke 10, die in den Sekundärkreis eines Transformators 9 eingeschlossen ist, dessen Primärseite mit der Primärseite des Hochspannungstransformators 2 in Verbindung steht. Die Teile 7b und 9 - 11 bilden
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Gleichrichterbrücke 15 und weiter mit dem Steuereingang 4b des Steuerstromverstärkers 4 in Verbindung steht.
Fig. 2 zeigt den Verlauf des Primärstromes 11 des Hauptverstärkers 3 in Abhängigkeit von der Primärspannung U-des Hochspannungstransformators 2. Der Steuerstrom il des Hauptverstärkers dient als Parameter. Man sieht daraus, dass für einen eingestellten Wert i des Steuerstromes der Wert des Stromes 11
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für eine Spannungsänderung von Us.. 0 bis zirka. 0,8 UN praktisch konstant bleibt.
Fig. 3 zeigt die Steuerkennlinie des Steuerstromverstärkers 4, dessen eigener Steuerstrom i2 über die schon erwähnten, nicht eingezeichneten Mittel entweder automatisch oder von Hand aus über den Steuereingang 4a gesteuert wird. Der von diesem Verstärker 4 gelieferte Steuerstrom i1 für den Hauptverstärker 3 sinkt beim Anwachsen des von den Arbeitswicklungen 7a an den Steuereingang 4b gelieferten Stromes i3 rasch ab und bleibt anschliessend praktisch gleich Null.
Schliesslich zeigt die Fig. 4 die Steuerkennlinie des Hilfsmagnetverstärkers 7, der über die Arbeitswicklungen 7a, wie oben bereits erwähnt, den Strom i3 an den Steuereingang 4b liefert.
Die Ströme i4 und durchfliessen die Steuerwicklungen 7b und 7c und beeinflussen die Grösse des Stromes 13'der ebenfalls im Punkte A praktisch gleich Null wird und bei Anwachsen des Stromes 14 diesen Wert konstant beibehält. Der Hilfsmagnetverstärker 7 erfüllt also die Funktion eines Schalters. Durch po- sitive Ruckführung der Ausgangsgrösse über den Widerstand 8 und über die Steuerwicklung 7d kann daher in bekannter Weise seine Kennlinie Fig. 4 so beeinflusst werden, dass sie zu Beginn der Aufsteuerung im Punkt A sehr steil verläuft.
Durch geeignete Wahl des Widerstandes 8 wird Bedacht darauf genommen, dass diese positive Rückführung nicht überkritisch wird, um zu vermeiden, dass zur Absteuerung eine grössere negative Steuerflutung als zur Aufsteuerung benötigt wird, da andernfalls die Absteuerung des Verstärkers nach Verschwinden des Kurzschlusses in Frage gestellt würde.
Die Wirkungsweise der vorstehend in ihren Einzelheiten beschriebenen Vorrichtung ist die folgende :
Wie aus Fig. 2 zu ersehen, bleibt der Primärstrom L des Hochspannungstransformators 2 in Abhängig- keit von dem dem Hauptverstärker 3 zugeführten SteuerstIom i1 gleich, mag sich auch die Primärspannung
U1 in den oben schon genannten Werten U-"0 bis zirka 0, 8 UN beliebig ändern. Mit andern Worten : Die Stromstärke ist dem Speisestromdes Elektrofilters aufgeprägt. Die neue Anordnung stellt daher eine Stromquelle zur Speisung des Filters mit aufgeprägtem Strom dar. Der aufgeprägte Strom kann durch Verändern des Steuerstromes i entweder von Hand oder automatisch geändert werden.
Die Spannung U1 hängt von der GleichspannungU2 ab.
Durch diese Vorrichtung wird die Bildung von Lichtbögen bereits weitgehend unterbunden.
Trotzdem ist aber die Entstehung von Lichtbögen nicht ausgeschlossen. Sobald nun ein solcher trotz-
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ihrerseits in den obengenannten Messkreisen gleichgerichtete Ströme i4 und i5 hervor, welche die Steuerwicklung 7b im negativen, die Steuerwicklung 7c im positiven Sinne durchfluten.
Durch die einstellbaren Widerstände 11 und 13 kann jeweils der Proportionalitätsfaktor dieser Ströme zu der Spannung U1 und der Stromstärke 12 eingestellt werden.
Aus der Grösse der negativen und positiven Durchflutung der Steuerwicklung 7b und 7c folgt nunmehr die Grösse und Richtung des in der Arbeitswicklung 7a fliessenden Stromes ieder über den Steuereinlass 4b dem Steuerstromverstärker 4 zugeleitet wird und dort den dem Hauptverstärker 3 zugeführten Steuerstrom il beeinflusst.
Wie aus der in Fig. 3 gezeigten Steuerkennlinie ersichtlich, genügt ein verhältnismässig kleiner Wert des Stromes zum den Steuerstrom il des Hauptverstärkers und damit auch den dem Filter aufgeprägten Speisestrom 11 praktisch auszuschalten. Da dieser Strom vom Hilfsmagnetverstärker 7 geliefert wird, erfüllt derselbe praktisch die Aufgabe eines elektrischen Schalters, der den Strom beim Auftreten eines Lichtbogens abschaltet und nach dessen Erlöschen den Strom wieder einschaltet.
Um diese weitere Aufgabe erfüllen zu können, werden die die Primärspannung U-. und den Filterstrom 12 überwachenden elektrischen Messkreise mittels der einstellbaren Widerstände 11 und 13 so aufeinander abgestimmt, dass im Normalbetrieb des Elektrofilters 1 die von der positiven Durchflutung i5 und der negativen Durchflutung i4 beeinflusste resultierende negative Durchflutung in der Nähe des aus der Fig. 4er- sichtlichen Punktes A liegt, diesen jedoch nie erreicht.
Tritt jedoch am Filter ein Kurzschluss auf, indem sich ein Lichtbogen bildet, so fällt die Primärspannung U.. in Abhängigkeit von der Sekundärspannung U2 ebenfalls zusammen, die negative Durch- flutung i der Steuerwicklung 7b wird verhältnisgleich kleiner und damit der Punkt A der Steuerlinie in Fig. 4 gegen den Punkt 0 zu überschritten, der Steuerstrom i3 wächst rasch an, worauf der Steuerstrom i für den Hauptmagnetverstärker 3, wie aus Fig. 3 ersichtlich, rasch absinkt und praktisch gleich Null wird.
Da in weiterer Folge mit der Abnahme des Steuerstromes il auch der dem Filter aufgeprägte Speisestrom il kleiner wird, erlischt der Lichtbogen, worauf nach Aufhören des Lichtbogens die Spannung U wieder hinaufschnellt, die negative Durchflutung i4 wieder anwächst, den Punkt A in Fig. 4 wieder nach links zu überschreitet, den Strom i3 des Hilfsverstärkers praktisch wieder ausschaltet und auch den Spei-
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sestrom 1 wieder auf die gewünschte Grösse ansteigen lässt.
Durch den dem Filter mit konstanter Grösse aufgeprägten Speisestrom 11 wird die Gefahr des Auftre- tens von Kurzschlüssen durch das Zünden von Lichtbögen im Elektrofilter vermindert.
Wird dennoch durch eine unvorhersehbare ausserordentliche Änderung der Betriebsverhältnisse ein Lichtbogen gezündet, so schaltet sich derselbe auf vollkommen elektrischem Wege und daher schnellstmöglich wieder automatisch ab, worauf das Filter wieder unverzüglich seine normale Funktion aufnimmt. Im Falle der Kurzschluss aber bestehen bleibt, beispielsweise durch die Bildung einer Staubbrücke oder durch Drahtbrüche, so bleibt das Filter ebenfalls vollkommen automatisch so lange ausgeschaltet, bis diese Störung, z. B. nach einer ebenfalls vollautomatisch ausgelösten Störanzeige, wieder behoben ist.
Durch die Vermeidung aller mechanischen Schaltelemente ist die erfindungsgemässe Vorrichtung we- sentlich betriebssicherer als bekannte. Ausserdem lässt sich der höchstmögliche Entstaubungsgrad erreichen, da die bei mechanischen Schaltelementen bisher erforderlichen Schaltzeiten fortfallen. Sie stellt somit eine wesentliche Verbesserung der bisher bekanntgewordenen Steuerschaltungen für Elektrofilter dar.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zur selbstgesteuerten Speisung eines Elektrofilters zur Gasreinigung mit aufgeprägtem Strom, mit einem im Primärkreis des Hochspannungstransformators angeordneten stromsteuernden Hauptmagnetverstärker und mit einem aus dem Netz gespeisten, dessen Steuerstrom liefernden, einregulierbaren Steuerstromverstärker, dessen eine Steuerwicklung über eine Gleichrichter-Brückenschaltung mit den Arbeitswicklungen eines Hilfsmagnetverstärkers in Selbstsättigungs-Schaltung derart verbunden ist, dass ein Aussteuern des Hilfsmagnetverstärkers ein Absteuern des Steuerstromvarstärkers bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass in den Primärkreis des Hochspannungstransformators (2) ein Spannungswandler (9) und in den Sekundärkreis des Spannungswandlers eine Gleichrichterbrücke (10) eingeschaltet ist,
deren durch einen verstellbaren Widerstand (11) regulierbarer Gleichstrom (i4) die Steuerwicklung (7b) des Hilfsmagnetverstärkers (7) im Sinne einer negativen Steuerdurchflutung durchfliesst, während im Nebenschluss zu dem vom Hochspannungs-Gleichrichter gelieferten Filterstrom ein Widerstand (12) und ein Regelwiderstand (13) geschaltet sind, so dass ein Teil des Filterstromes als regulierbarer Steuerstrom (i5) die Steuerwicklung (7c) des Hilfsmagnetverstärkers (7) im Sinne einer positiven Steuerdurchflutung durchfliesst.