CN109661275A - 用于运行高压脉冲设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行高压脉冲设备(1)、优选用于借助高压放电使材料(2)碎化和/或弱化的设备(1)的方法，所述高压脉冲设备具有用于为高压脉冲提供能量的能量储存装置(3)和用于为能量储存装置(3)充电的充电装置(4)。根据本方法，借助设备(1)在常规的高压脉冲运行中产生一系列的高压脉冲，并且在此，能量储存装置(3)在每次高压脉冲时完全放电并且在充电间歇(LP)结束之后才通过借助充电装置(4)为下一次高压脉冲输送充电能量而重新充电。通过根据本发明的运行方法分别在两次相继连续的高压脉冲之间实现如下的时间窗，在该时间窗中，所述一个或者所述多个能量储存装置实际上完全排空并且不存在充电电压。由此可能的是，使能量储存装置(3)短路或者接地，而在此没有短路或者接地电流流动。

Description

用于运行高压脉冲设备的方法

技术领域

本发明涉及根据各独立权利要求的前序部分的用于运行高压脉冲设备、尤其是用于借助高压放电使材料碎化和/或弱化的高压脉冲设备的方法、用于执行该方法的设备以所述设备的应用。

背景技术

在例如被用于借助高压放电使材料电动力学式地碎化的高压脉冲设备的情况下，当可能有人靠近在运行中引导高压的部件时，出于安全原因必须使能量储存装置(大多为电容器)放电和短路或者接地。这尤其也涉及在这种设备上的定期的维护作业，例如定期更换电动力学式的碎化设备中的工作电极。

能量储存装置的短路或者接地典型地经由短路或者接地开关实现，该短路或者接地开关同时也使能量储存装置放电。为了使开关不会由于短期内相当高的电流而损坏，通过与开关串联地连接的电阻限制电流。

在两个开关触点靠近的情况下必然形成电弧。电弧的强度和持续时长与能量储存装置中的电压有关。出于绝缘的原因将能量储存装置浸入油中。如果短路或者接地开关同样处于油中，则在油中形成电弧。所述电弧使油燃烧。随着时间的推移，燃烧产物使油的绝缘特性恶化，这最终可能导致电绝缘失效。

为避免这种情况，短路或者接地开关的触点通常处于气体体积中，该气体体积又处于油中。但是，该方案只能够在直至约50kV的电压水平下采用，因为高于该电压时开关的结构尺寸以及串联的电阻的结构尺寸将过度增加，这不仅导致高昂的成本和要求极大量的绝缘油，而且也使得限定的、对于该电压范围优选的设备几何结构几乎无法实现。

发明内容

因此提出了如下任务，提供一种技术解决方案，其不具有前述的现有技术的缺点或者有助于至少部分地避免所述缺点。

该任务通过根据各独立权利要求的方法和设备解决。

根据所述独立权利要求，本发明的第一方面涉及一种用于运行高压脉冲设备的方法，优选高压脉冲设备用于借助高压放电使材料碎化和/或弱化。该设备具有一个或多个能量储存装置(以提供用于高压脉冲的能量)以及一个或多个充电装置以便为所述一个或多个能量储存装置充电。

在常规的高压脉冲运行中借助所述设备产生一系列高压脉冲。在此，所述一个或者多个能量储存装置在每次高压脉冲的情况下基本上完全放电并且仅在充电间歇结束后才通过借助所述一个或多个充电装置为下一次高压脉冲输送充电能量而重新充电。

通过根据本发明的运行方法，分别在两次相继的高压脉冲之间实现如下的时间窗，在该时间窗中，所述一个或者所述多个能量储存装置几乎完全排空并且不存在充电电压。

由此如根据本方法的一个优选的实施方式规定的那样可能的是，使所述一个或者所述多个能量储存装置在这种无电压的时间窗(充电间歇)中短路或者接地，而在此没有短路或者接地电流流动，以便使设备从常规的高压脉冲运行转换至非运行状态中，在该非运行状态中，高压脉冲设备的所述一个或多个能量储存装置放电并且通过短路或者接地防止意外充电。

以这种方式能够在所述一个或者所述多个能量储存装置短路或者接地的情况下完全地防止电弧的形成，这能够实现与此相关地几乎无磨损的设备的制造。相应地，如根据本方法的一个优选的实施方式规定的那样，也能够在使所述一个或者所述多个能量储存装置短路或者接地的情况下放弃使用短路或者接地电阻。

此外，通过根据本发明的运行方式可能的是，在远高于50kV的电压范围中也采用已证明可靠的和紧凑的设备方法。

有利地在所述一个或者所述多个能量储存装置短路或者接地之后不再借助所述一个或多个充电装置向所述一个或多个短路的和/或接地的能量储存装置输送充电能量。由此得到如下优点：不会出现所述一个或者所述多个充电装置接地或者短路的情况，以及相应的对所述一个或多个充电装置的负载和与此相关联的能量损失。

优选所述一个或者所述多个能量储存装置的短路或者接地借助短路或者接地开关实现。由此得到如下优点：所述短路或者接地能够以简单的方式自动化。此外，在此出于安全原因优选，对于每个能量储存装置，所述短路或者接地借助至少两个短路或者接地开关实现。

如果所述一个或多个短路或者接地开关的触点设置在油中(优选的是，有利地与所述一个或者所述多个能量储存装置共同处于一个共同的填充油的容器中)，则特别紧凑的设备成为可能。

此外优选的是，相应的短路或者接地开关的开关状态借助传感器和/或光学的开关状态显示装置进行监控。由此能够进一步改进安全性。

也有利的是，所述相应的短路或者接地开关在闭合状态中(即：当其使所述一个或者所述多个能量储存装置短路或者接地时)机械地锁定和/或闭锁。由此能够可靠地防止意外地解除短路或者接地。

有利地在根据本发明的方法的情况下在常规的高压脉冲运行中产生电压大于50kV的、优选大于100kV的高压脉冲，确切地说是优选具有大于1Hz的、还更优选的是大于5Hz的序列频率。

在这种类型的电压和序列频率的情况下，本发明的优点体现得特别明显。

本发明的第二方面涉及一种用于执行根据本发明的第一方面的方法的高压脉冲设备。

该设备包括用于为高压脉冲提供能量的一个或多个能量储存装置以及用于为所述一个或多个能量储存装置充电的一个或多个充电装置。

此外，该设备包括一个或多个短路或者接地开关，以用于通过短路或者接地防止所述一个或多个能量储存装置意外充电。

该设备也包括用于控制该设备的装置，借助这些装置能够这样控制所述设备，使其在常规的高压脉冲运行中产生一系列的高压脉冲，其中，所述一个或多个能量储存装置在每一次高压脉冲下基本上完全放电并且在充电间歇结束之后才通过借助所述一个或多个充电装置为下一次高压脉冲输送充电能量而重新充电。

根据本发明的设备能够实现常规的高压脉冲运行，在所述高压脉冲运行的情况下分别在两次相继的高压脉冲之间得到如下的时间窗，在该时间窗中，所述一个或多个能量储存装置几乎完全放电并且其上没有充电电压。

由此可能的是，使所述一个或者所述多个能量储存装置在这种无电压的时间窗(充电间歇)中短路或者接地并且所述设备因此(在此没有短路或者接地电流流动)从常规的高压脉冲运行转换至非运行状态中，在该非运行状态中，高压脉冲设备的所述一个或多个能量储存装置放电并且通过短路或者接地防止意外充电。

为此在所述设备的一个优选的实施方式中，用于控制所述设备的装置这样构造，使得根据停止命令所述设备通过闭合所述一个或多个短路或者接地开关能够在紧随停止命令之后的充电间歇中转换至非运行状态，在该非运行状态中，高压脉冲设备的所述一个或者所述多个能量储存装置放电以及短路或者接地并且由此防止意外充电。

相应地能够在所述一个或者所述多个能量储存装置短路或者接地的情况下完全防止电弧的形成，并且具有已在本发明的第一方面中提及的优点。

有利地，所述用于控制设备的装置在此这样构造，使得在所述一个或者所述多个能量储存装置短路或者接地之后不再借助所述一个或者所述多个充电装置向所述一个或多个短路的或者接地的能量储存装置输送充电能量。由此得到如下优点，不会出现所述一个或者所述多个充电装置短路或者接地的情况，以及对所述一个或者所述多个充电装置的相应的负载和与此相关联的能量损失。

此外，出于安全原因优选，所述设备对于每个能量储存装置具有至少两个短路或者接地开关，以使所述一个或者所述多个能量储存装置短路或者接地。

也优选的是，所述一个或多个短路或者接地开关的触点设置在油中，优选与所述一个或者所述多个能量储存装置共同处于一个共同的填充油的容器中。通过这种方式，特别紧凑的设备成为可能。

此外优选的是，所述用于控制设备的装置具有用于监控短路或者接地开关的开关状态的传感器和/或存在有光学的开关状态指示器，以可视化地监控短路或者接地开关的开关状态。由此能够进一步改进设备的安全性。

此外有利的是，设备具有如下装置，借助所述装置能够将相应的短路或者接地开关在闭合状态中(即：当其使所述一个或者所述多个能量储存装置短路或者接地时)机械地锁定和/或闭锁。由此能够可靠地防止意外地解除短路或者接地。

同样优选的是，设备的所述一个或多个短路或者接地开关在未受操纵的或者说无操纵能量的状态中是闭合的。由此能够进一步改进设备的安全性，因为设备的所述一个或者所述多个能量储存装置在用于短路或者接地开关的操纵能量(例如电流或者压缩空气)消失的情况下自动地短路或者接地。

有利地，根据本发明的高压脉冲设备这样构造，使得借助该高压脉冲设备在常规的高压脉冲运行中能够产生电压大于50kV的、优选大于100kV的高压脉冲，确切地说优选具有大于1Hz的、还更优选大于5Hz的序列频率。

在这种设备的情况下，本发明的优点体现得特别明显。

附图说明

本发明的另外的构造方案、优点和应用由从属权利要求中和由下面根据附图的说明中得出。在附图中：

图1示出根据本发明的、用于借助高压脉冲将材料碎化的第一高压脉冲设备的电路图；

图2示出图1中的设备的能量储存装置在常规的高压脉冲运行中的电压延伸走向；

图3示出根据本发明的、用于借助高压脉冲将材料碎化的第二高压脉冲设备的电路图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的、用于借助高压放电而电动力学式地将岩石材料2碎化的第一高压脉冲设备1的设备简图。

设备1包括以电容器3形式的用于为高压脉冲提供能量的能量储存装置、用于为电容器3充电的充电装置4、以火花隙8形式的输出开关以及高压电极9，该高压电极在充注有工艺流体(水)的工艺容器中与由工艺容器底部构成的并且接地的配对电极10间隔开间距地相对置。在该高压电极9和配对电极10之间(浸入工艺流体中地)设置待碎化的材料2，使得在所述设备的常规的高压脉冲运行中在这两个电极9、10之间产生的高压放电(符合要求的高压脉冲)穿过材料2发生，该材料作为可变化的负载电阻示出。

此外，设备1包括具有电压测量装置7的设备控制装置6和用于电容器3的接地开关5。

在常规的碎化运行(符合要求的高压脉冲运行)中，设备1在电极9、10之间穿过材料2产生一系列的高压放电。在此，电容器3在每次高压放电的情况下完全放电。

在常规的碎化运行中，电容器3的电压U在时间t上的延伸走向在图2中示出，确切地说示出了在两个充电周期上的延伸走向。在此，电压U在放电开始的时间点上约为100kV，并且每个充电周期(包括配属的充电间歇LP在内)持续约300ms。

设备控制装置6借助其电压测量装置7在相应的高压放电的情况下检测电容器3的电压U的击穿并且这样控制充电装置4，使得充电间歇(LP)紧随在相应的放电之后，在该充电间歇中，充电装置4不提供充电能量。在充电间歇(LP)结束之后才再次经由充电装置4为电容器3充电，由此使该电容器能够为下一次高压放电提供能量。

如果应当使设备1从常规的碎化运行转换至非运行状态(在该非运行状态中，电容器3放电并且通过短路或者接地防止意外充电)，则设备控制装置6根据停止命令在紧随停止命令之后的充电间歇(LP)中将接地开关5闭合并且这样过控制充电装置4，使其在能量储存装置3接地之后不再为能量储存装置3提供充电能量。

图3示出根据本发明的、用于借助高压脉冲将材料碎化的第二高压脉冲设备的电路简图，该第二高压脉冲设备与在图1中示出的设备的区别仅在于，其具有两个用于电容器3的接地开关5并且每个接地开关5的开关状态借助设备控制装置6的传感器11被监控。

虽然在本申请中描述了本发明的优选的实施方案，但是应当明确指出的是，本发明不局限于此并且也能够以其它方式在下面的权利要求书的范围内实施。

Claims (23)

1.用于运行高压脉冲设备(1)的方法，所述高压脉冲设备尤其是用于借助高压放电将材料(2)碎化和/或弱化，所述高压脉冲设备具有用于为高压脉冲提供能量的能量储存装置(3)和用于为能量储存装置(3)充电的充电装置(4)，其中，借助所述设备(1)在常规的高压脉冲运行中产生一系列的高压脉冲，并且在此所述能量储存装置(3)在每次高压脉冲的情况下完全放电并且仅在充电间歇(4)结束之后才通过借助充电装置(4)为下一次高压脉冲输送充电能量而重新充电。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述能量储存装置(3)在设备(1)从常规的高压脉冲运行转换至非运行状态中的情况下在充电间歇(LP)中短路和/或接地，在所述非运行状态中高压脉冲设备(1)的能量储存装置(3)放电并且防止意外充电。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述能量储存装置(3)短路和/或接地之后不再借助充电装置(4)向所述短路的和/或接地的能量储存装置(3)输送充电能量。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述能量储存装置(3)的短路和/或接地借助短路或接地开关(5)实现、尤其是借助至少两个短路或者接地开关实现。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述短路或者接地开关(5)的触点设置在油中，尤其是与能量储存装置(3)共同处于一个共同的填充油的容器中。

6.根据权利要求4至5中任一项所述的方法，其中，所述短路或者接地开关(5)的开关状态借助一个或多个传感器(11)被监控。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中，所述短路或者接地开关(5)的开关状态借助光学的开关状态指示器被监控。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的方法，其中，所述短路或者接地开关(5)机械地锁定和/或闭锁在闭合的状态中。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在常规的高压脉冲运行中产生电压大于50kV的、尤其是大于100kV的高压脉冲。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在常规的高压脉冲运行中产生具有大于1Hz的、尤其是大于5Hz的序列频率的高压脉冲。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述能量储存装置(3)的短路和/或接地在不使用短路或者接地电阻的情况下实现。

12.用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的高压脉冲设备(1)，所述高压脉冲设备包括：

a)用于为所述高压脉冲提供能量的能量储存装置(3)，

b)用于为所述能量储存装置(3)充电的充电装置(4)，

c)一个或多个短路或者接地开关(5)，以用于通过短路和/或接地防止所述能量储存装置(3)意外充电，和

d)用于控制设备(1)的装置(6、7)，其中，设备(1)能够借助所述用于控制设备(1)的装置(6、7)这样被控制，使得该设备在常规的高压脉冲运行中产生一系列的高压脉冲，并且在此所述能量储存装置(3)在每次高压脉冲下完全地放电并且仅在充电间歇(LP)结束之后才通过借助充电装置(4)为下一次高压脉冲输送充电能量而重新充电。

13.根据权利要求12所述的设备(1)，其中，所述用于控制设备(1)的装置(6、7)这样构造，使得所述设备(1)根据停止命令通过所述一个或多个短路或者接地开关(5)的闭合在紧随着停止命令的充电间歇(LP)中能够转换至非运行状态中，在所述非运行状态中高压脉冲设备(1)的能量储存装置(3)放电并且通过短路或者接地防止意外充电。

14.根据权利要求13所述的设备(1)，其中，所述用于控制设备(1)的装置(6、7)这样构造，使得在能量储存装置(3)短路和/或接地之后不再借助充电装置(4)为短路的和/或接地的能量储存装置(3)输送充电能量。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的设备(1)，其中，所述设备(1)具有至少两个短路或者接地开关。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的设备(1)，其中，所述一个或多个短路或者接地开关(5)的触点设置在油中，尤其是与能量储存装置(3)共同处于一个共同的填充油的容器中。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的设备(1)，其中，所述设备(1)具有一个或多个传感器(11)以监控所述一个或多个短路或者接地开关(5)的开关状态。

18.根据权利要求12至17中任一项所述的设备(1)，其中，所述设备(1)具有光学开关状态指示器，以可视化地监控所述一个或多个短路或者接地开关(5)的开关状态。

19.根据权利要求12至18中任一项所述的设备(1)，其中，所述设备(1)具有用于将所述一个或多个短路或者接地开关(5)机械地锁定和/或闭锁在闭合状态中的装置。

20.根据权利要求12至19中任一项所述的设备(1)，其中，所述一个或多个短路或者接地开关(5)在不受操纵的或者无操纵能量的状态中是闭合的。

21.根据权利要求12至20中任一项所述的设备(1)，其中，所述设备(1)这样构造，使得借助所述设备在常规的高压脉冲运行中能够产生电压大于50kV的、尤其是大于100kV的高压脉冲。

22.根据权利要求12至21中任一项所述的设备(1)，其中，所述设备(1)这样构造，使得借助所述设备在常规的高压脉冲运行中能够产生具有大于1Hz的、尤其是大于5Hz的序列频率的高压脉冲。

23.根据权利要求12至22中任一项所述的高压脉冲设备(1)的用于借助由所述设备(1)产生的高压脉冲使尤其是导电差的材料(2)或者复合材料、尤其是混凝土、岩石、矿石或者熔岩碎化的应用。