CZ204194A3 - Short-circuiting system for bridging at least one electrolytic cell and method of bridging - Google Patents

Description

Vynález se týká zkratcvacího systému pro přemostění alespoň jednoho elektrolyzérů ve množství Ar.ono polární ch nebo -bipo- lárních elektrolyzérů v obvodu pro elektrolýzu sestávajícím z napájecího zdroje obsahujícího vedení elektrického proudu, tyristcrový usměrňovač nebo ekvivalentní přístroje a transformátor pro přivádění proudu do elektrolyzérů a řídicí obvod, připojený k řídicí jednotce připojené k synchronizačnímu a měřicímu obvodu a skokový spínací prostředek se spínačem pro přemostění elektrclyzéru. Vynález se dále týká způsobu přemostění v

alespoň jednoho elektrolyzérů ve množství monopolárních nebo bipclárních elektrolyzérů v obvodu pro elektrolýzu použitím zkratovacího systému definovaného výše.

Dosavadní stav techniky

Jak je dobře známo, elektrochemické cechy obsahují množství elektrolyzérů\ z nichž každý sestává z množství základních článků sestavených do tak zvaného filtračního tlakového uspořádání, přičemž základní články jsou spojeny elektricky bud do serie (bipolární elektrolyzéry) nebo paralelně (monopolární elektrolyzéry). Elektrolyzéry jsou obvykle napájeny proudem až do 500 kA a maximálním napětím 10 V ve případě monopolárních elektrolyzérů a proudy až do 20 kA a maximálním napětím 300 V ve případě bipolárních elektrolyzérů.

Při normálních provozních podmínkách má-li být některý elektrolyzér podroben údržbě musí být proud elektrolýzy přiváděný do celého cechu přerušen pro umožnění údržby nebo výměny elektrolyzérů, který má být podroben údržbě.

Prodloužené přerušení proudu do celého cechu (obvodu pro elektrolýzu) způsobuje nejen výrobní ztrátu, avšak také možná poškození vnitřních součástí elektrolyzérů vlivem značných skoků teploty a tisku. Současně s prodlouženými přerušením proudu by také mohla být poškozena pomocná příslušenství cechu, jako kompresory. K vyloučení takového problému vyžaduje vypnutí a opětné zapnutí značný čas, nebot proud má být vypnut a opět zapnut po malých krocích. To má za následek další výrobní ztrátu.

V obvyklých zařízeních je tento problém odstraněn skokovým spínacím prostředkem, který způsobuje přemostění elektrolýzám určeného k údržbě v elektrickém obvodu obsahujícím množství elektrolyzérů. Pro zamezení přerušení procesu elektrolýzy v ostat nich elektrolyzérech se přemostění (vypnutí) a opětné zapojení elektrolyzéru po provedení údržby provede pod proudem.

Elektrolyzéř určený k údržbě může být přemostěn použitím měděných sběrných tyčí, které jsou připojeny ke svorkám elektrolýzám. Je-li proud protékající soustavou krajně vysoký, zahrnuje operace připojení sběrných tyčí některá nebezpečí.

Pro překonání tohoto problému jsou zkratovací sběrné tyče opatřeny stacionárními dotyky jakož i pohyblivými dotyky uspořádanými kluzně nad stacionárními dotyky, což umožňuje úplnou a bezpečnou operaci. Pohyblivé dotyky poskytují další výhody ve srovnání s pouhými stacionárními dotyky, to znamená stabilitu za přítomnosti vibrací, úplné pohlcení tepelných roztažení a sériový odpor jednoho dotyku. Tisk dotyku je zajištěn vhodnými pružinami, jáďnou pro každý pohyblivý dotyk. Toto uspořádání sběrných tyčí, stacionárních a pohyblivých dotyků, je vytvořeno příslušenstvím známým v technickém oboru jako skokové spínače.

Nicméně vlivem vysokého provozního proudu mohou během zkratování i na pohyblivých dotykách vznikat elektrické oblouky.

Tento problém je překonán vhodnými dotyky chránícími proti vzniku oblouku časově přesunutým uzavíráním a otevíráním vzhledem ke hlavním, stacionárním i pohyblivým dotykům pro zamezení vzniku oblouků na nich.

Pro spínače pracující s proudy až do 20 kA a s napětími až do 300 V se přídavně k dotykům chránícím proti vzniku oblouku ještě používají tavné pojistky.

Tyto skokové spínače, ačkoliv jsou dostatečně rozšířené, vyžadují značnou údržbu. Dotyky chránící proti vzniku oblouku musí být vyměňovány obvykle vždy po deseti vypínacích a spínacích úkonech a tavná pojistka po každém úkonu. Výměna dotyků chránících proti vzniku oblouku a tavných pojistek je nejen značně nákladná, avšak vyžaduje také činnost specializovaného údržbářského personálu. Nebezpečí vzniku oblouku u dotyků stejně není výše uvedeným řešením úplně vyloučeno* Elektrický proud

-3je ve skutečnosti často snížen před provedením zkratování.

Kromě toho zanedbání výměny tavné pojistky může způsobit závažné nebezpečí během následujícího zkratování.

Hlavním úkolem předloženého vynálezu je odstranit nevýhody dosavadního stavu techniky vytvořením zkratovacího systému vhodného pro monopolární i bipolární elekťrolyzéry, který by umožňoval odpojení á následující zapojení elektrolyzérů naprosto bezpečným způsobem bez přerušení procesu elektrolýzy. Dalším úkolem předloženého vynálezu je vytvořit zkratovací systém, který by vylučoval potřebu technické pomocí a vyžadoval menší objem údržby než skokové spínače dosavadního stavu techniky. Dalším úkolem předloženého vynálezu je vytvořit vysoce spolehlivý zkratovací systém zjednodušené konstrukce a s nižšími náklady ve srovnání se skokovými spínači podle dosavadního stavu techniky. Dalším úkolem předloženého vynálezu je-vytvořit zkratovací systém, který by umožnil použití levných skokových spínačů nebo v případě nákladných skokových spínačů by umožnil neomezené prodloužení životnosti dotyků.

Podstata vynálezu

Vynález řeší úkoly tím, že vytváří zkratovací systém pro přemostění alespoň jednoho elektrolyzéru ve množství monopolárňích nebo bipolárních elektrolyzérů v obvodu pro elektrolýzu sestávajícím z napájecího zdroje obsahujícího vedení elektrického proudu, tyristorový usměrňovač nebo ekvivalentní přístroje a transformátor pro přivádění proudu do elektrolyzérů a řídicí obvod j připojený k řídicí jednotce připojené k synchronizačnímu a měřicímu obvodu a skokový spínací prostředek se spínačem pro přemostění elektrolyzéru, jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje volicí prostředek uzpůsobený pro vyslání spouštěcího signálu do řídicího obvodu a do součtového hradla připojeného k řídicí jednotce, povelový obvod připojený k součtovému hradlu a ke skokovému spínacímu prostředku pro přerušení elektrického proudu vedeného do obvodu pro elektrolýzu alespoň po dobu postačující k umožnění zkratování zmíněného elektrolyzéru a omezovači spínač pro nové spuštění elektrického proudu, přičemž přerušení elektrického proudu neovlivňuje provozní podmínky množství monopolárních nebo bipolárních elektrolyzérů.

Podle výhodného provedení předloženého vynálezu samočinná

-4řídicí jednotka proudu je dále připojena ke měřicímu a zpětnovazebnímu obvodu, který je připojen ke transformátoru proudu v

zapojenému mezi napájecím transformátorem a usměrňovačem.

Vynález dále vytváří způsob přemostění alespoň jednoho elektrolyzéru ve množství monopolárních nebo bipolárních elektrolyzérů v obvodu pro elektrolýzu použitím zkratovacího systému definovaného výše, jehož podstata spočívá v tom, že zahrnuje

a) zapnutí voliče pro dosažení podmínky nulového proudu zastavením spouštěcích impulzů ze řídicího obvodu do tyristorů a vyslání signálu do součtového hradla,

b) řízení podmínky nulového proudu transformátoru proudu a měřicím a zpětnovazebním obvodem,

c) vyslání signálu nulového proudu řídicím obvodem do součtového hradla a spouštěcího signálu do povelového obvodu,

d) sepnutí spínače povelovým obvodem pro přemostění elektrolyzéru,

e) zjištění polohy spínače omezovacím spínačem a £

f) opětné spuštěni spouštěcích impulzů tyristorů s malým zpožděním omezovacím spínačem.

Podle výhodného provedení předloženého vynálezu malé zpoždění je v rozsahu od 200 do 1000 milisekund.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je znázorněn na jediném obrázku výkresů, který představuje blokové schéma zkratovacího systému podle předloženého vynálezu.

Přiklad provedeni vynálezu . ..

Jediný obrázek výkresů představuje blokové schéma zkratovacího systému 1 podle vynálezu, který zahrnuje vedení 2 elektríckého proudu tro jféžóvé napá jecí^- sžt ěK' vědění' 2*“je přěs'vysokonapětový spínač 4 připojen sítový transformátor 2» jehož primární vinutí je zapojeno do hvězdy a sekundární vinutí je zapojeno do trojúhelníka. K sekundárnímu vinutí sítového transformátoru 2 připojen usměrňovač 2» zejména osazený tyristory.

Usměrňovač 2 j^e zapojen do Graetzova můstku a je ve zjednodušení vyznačen tyristory 6 a 7. Každý tyristor 6 a 7 je opatřen ochrannou tavnou pojistkou 8a popřípadě 8b. Transformátor 2 a usměrňovač 2 tvoří měnič střídavého proudu na stejnosměrný proud. Výstup usměrňovače 2» to znamená svorky tyristorů 6 a 7 nepřipojené k sítovému transformátoru 2» j^s°u připojeny

-5k obvodu pro elektrolýzu, který obsahuje elektrolyzéry 10a až lOd zapojené v sérii. Ke svorkám obvodu £ P^ro elektrolýzu jsou připojeny dva odpojovače 11a a 11b pro izolování obvodu £ P^ro elektrolýzu od napájecích prostředků zahrnujících vedení 2, sítový transformátor 3. a usměrňovač £.

Řídicí elektrody' tyristorů 6 a 7 jsow připo jeny k řídicímu- — obvodu 12, který vyvíjí zapínací impulzy pro tyristory 6 a 7« Řídicí obvod 12 přijímá sled zapínacích impulzů pro tyristory 6 a 7 ze samočinné řídicí jednotky 13 proudu. Řídící jednotka 13 proudu je dále připojena k synchronizačnímu a měřicímu obvodu 16, který zajištuje vysílání synchronizačního signálu pro zapínání tyristorů & a £ do řídicí jednotky 13 proudu. Synchronizační a měřicí obvod 16 odvozuje synchronizační signál z vedení 2 elektrického proudu, ke kterému je připojen. Synchronizační a měřicí obvod 16 dále řídí minimální napětí dodávané vedením 2 elektricckého proudu za účelem vypnutí usměrňovače £ když primární napětí; klesne pod předem určenou úroveň. _x

Řídicí jednotka 13 proudu je dále připojena ke měřicímu a zpětnovazebnímu obvodu 15, který přijímá vstupní signál ze transformátoru 14 proudu zapojeného mezi sítovým transformátorem £ a usměrňovačem £. Měřicí a zpětnovazební obvod 15 zjištuje proud dodávaný usměrňovačem £. Řídicí jednotka 13 je připojena ke vlastnímu napájecímu obvodu 17«

Samočinná řídicí jednotka 13 je dále opatřena potenciometrera 24 pro řízení bodu nastavení proudu.

Systém podle předloženého vynálezu také obsahuje volič 22, který umožňuje spuštění zkratovací operace. Volič 22 vyšle spouštěcí signál do řídicího obvodu 12 a do součtového hradla 23, na jehož vstup se také přivádí signál nulového proudu usměrňovače £ ze samočinné řídicí jednotky 13.. Výstupní signál ze součtového hradla 23 je vysílán do povelového obvodu 20. Skokový spínací prostředek 18 opatřený spínačem 19 je připojen ke svorkám elektrolyzéru 10c určeného k odpojení. Spínač 19 a povelový obvod 20 jsou připojeny k omezovacímu spínači 21, který zjištuje přesnou polohu spínače 19 a způsobuje, že řídicí obvod 12 vyšle spínací impuls do tyristorů 6 a £ v závislosti na poloze spínače 1£.

Činnost zkratovacího systému podle předloženého vynálezu probíhá způsobem, který bude nyní popsán.

-6Během normálního provozu zařízení pro elektrolýzu protéká vedením 2 elektrického proudu primární třífázový proud o napětí řádově 11 kV a kmitočtu 50 Hz. Vysokonapětový spínač 4 sítového transformátoru 2 3^e sepnut a primární napětí se transforν' muje na výstupní napětí, které se vede na svorky usměrňovače 2, to znamená na svorky tyristorů 6 a 7. Spouštění tyristorů 6 a 7 je řízeno řídicím obvodem 12, který je řízen řídicí jednotkou proudu. Řídicí jednotka 13 proudu přijímá signál nastavení bodu potenciometrem 24 mající kladnou polaritu a signál zpětné v

vazby, který je závislý na protékajícím proudu zjistovaném transformátorem 14 proudu. Rozdíl mezi těmito dvěma signály řídí tyristory 6 a 7 přes řídicí obvod 12 a řídicí jednotku 13 proudu. Řídicí obvod 12 je synchronizován primárním napětím vedení 2 přes synchronizační a měřicí obvod 16 řídicí jednotkou 13. Spouštění tyristorů 6 a 7 se tudíž provádí ve fázi se sítovým transformátorem 2·

Signál ze synchronizačního a měřicího obvodu 16 se užívá ke měření primárního napětí a řízení minimálního napětí a fáze na primární straně sítového transformátoru 2· Jestliže toto napětí klesne na 80% jmenovité hodnoty nebo má nesprávný sled, usměrňovač 2 ^se vypne z důvodů ochrany.

Má-li být jeden z elektrolyzérů přemostěn, operátor nastaví sled zapnutím voliče 22. který vyšle spouštěcí signál do řídicího obvodu 12 a do součtového hradla 23* Ro příjmu tohoto signálu jsou zastaveny spouštěcí impulsy vysílané ze řídicího obvodu 12 tyristorům 6 a 7*

Když tyristory 6 a 7 přestanou být vodivými, proud klesne na nulu. Podmínka nulového proudu je zjištěna transformátorem proudu a měřicím'á zpětnovazebním 'obvodem 15* Měřicí a zpětnovazební obvod 12 vyšle signál nulového proudu přes řídicí jednotku 13 do součtového hradla 23. Signál nulového proudu a spouštěcí signál přiváděný z voliče 22 aktivují součtové hradle 23, které ovládá povelový obvod 20.

Povelový obvod 20 způsobí sepnutí spínače 19 skokového spínacího prostředku 18 připojeného k elektrolyzérů, který má být odstaven. Omezovači spínač 21 zjistí polohu spínače 19 a zjistí, zdali skokový spínací prostředek 18 je sepnut. Když je teto zjištění provedeno, omezovači spínač 21 vyšle s malým zpožděním signál obnovení zapínacích impulsů do řídicího obvodu I2

-7Tímto způsobem je napájení obvodu pro elektrolýzu elektrickým proudem přerušeno pouze na velmi krátkou dobu, typicky 200 až 1000 milisekund, aby nebyly ovlivněny provozní podmínky procesu elektrolýzy. Je zřejmé, že doba přerušení proudu závisí na spínací době spínače 19. S rychlým spínačem může být doba přerušení proudu velmi snížena. Dále je signál pro obnovení spínacích impulsů vyslán s malým zpožděním, aby se zamezilo jakékoli nebezpečí, že přivádění elektrického proudu do obvodu 9 pro elektrolýzu bude obnoveno před sepnutím spínače 19»

Stejným způsobem může být skokový spínací prostředek IS rozpojen pro opětné zapojení opraveného elektrolyzéru do obvodu £ pro elektrolýzu. Volič 22 vyšle spouštěcí signál do řídicího obvodu 12 a do součtového hradla 23» Spouštěcí impulsy tyristorů 6- a 7 jsou zastaveny a podmínka nulového proudu dodávaného usměrňovačem je ověřena prostřednictvím transformátoru 14 proudu a měřicího a zpětnovazebního obvodu 15» Součtové hradlo 23 aktivuje povelový obvod 20, který rozpojí spínač 19. Omezo- : vací spínač 21 zjistí, zdali spínač 19 již dokončil vypínací operaci, načež vyšle, přednostně s malým předem určeným zpožděním, signál obnovení spouštěcích impulsů tyristorů 6 a do řídicího obvodu 12.

Výše uvedený popis je zamýšlen jako jeden příklad výhodného provedení předloženého vynálezu. Je zřejmé, že je možné provést řadu obměn tvarů, rozměrů i použitých materiálů, aniž by se vybočilo z rámce myšlenky vynálezu.

Claims (4)

1. Zkratovací systém pro přemostění alespoň jednoho elektrolyzéru ve množství monopolárních nebo bipolárních elektrolyzérů v obvodu pro elektrolýzu sestávajícím z napájecího zdroje obsahujícího vedení elektrického proudu, tyristcrový usměrňovač nebo ekvivalentní přístroje a transformátor.pro přivádění proudu do elektrolyzérů a řídicí obvod připojený k řídicí jednotce připojené k synchronizačnímu a měřicímu obvodu a skokový spínací prostředek se spínačem pro přemostění elektrolyzérů, vyznačující se tím, že obsahuje volicí prostředek (22) uzpůsobený pro vyslání spouštěcího signálu do řídicího obvodu (12) a do součtového hradla 2(23) připojeného k řídicí jednotce (13), povelový obvod (20) připojený k součtovému hradlu (23) a ke skokovému spínacímu prostředku (18) pro přerušení elektrického proudu vedeného do obvodu pro elektrolýzu alespoň po dobu postačující k umožnění zkratování zmíněného elektrolýzám (10c) a omezovači spínač (21) pro nové spuštění elektrického proudu, přičemž přerušení elektrického proudu neovlivňuje provozní podmínky množství monopolárních nebo bipolárních elektrolyzérů.

2. Zkratovací systém pcdle nároku 1, vyznačující se tím, že samočinná řídicí jednotka (13) proudu je dále připojena ke měřicímu a zpětnovazebnímu obvodu (15), který je připojen ke transformátoru (14) proudu zapojenému mezi napájecím transformátorem (3) a usměrňovačem (5).

3. Způsob přemostění alespoň jednoho elektrolyzérů ve množství monopolárních nebo bipolárních elektrolyzérů v obvodu pro elektrolýzu použitím zkratovacího systému podle nároků 1 a 2, vyzna. čující se tím, že.zahrnuje - - ...... ..................... ....

a.) zapnutí voliče (22) pro dosažení podmínky nulového proudu ζ zastavením spouštěcích impulzů ze řídicího obvodu (12) do tyristorů (6) a (7) a vyslání signálu do součtového hradla (23),^a

M řízení podmínky nulového proudu transformátorem (14) proudu a měřicím a zpětnovazebním obvodem (15),

o) vyslání signálu nulového proudu řídicím obvodem (13) do součtového hradla (23) a spouštěcího signálu do povelového obvodu (20), dj sepnutí spínače (19) povelovým obvodem (20) pro přemostění elektrolyzérů (10c), ¢/} zjištění polohy spínače (19) omezovacím spínačem (21) a

7) opětné spuštění spouštěcích impulzů tyristcrů (6) a (7) s malým, zpožděním omezovacím spínačem (21).

4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že malé zpoždění je v rozsahu od 200 do 1000 milisekund. . . - . ..