DE1588192A1 - Switching arrangement for reporting and eliminating short circuits on electrolytic cells - Google Patents
Switching arrangement for reporting and eliminating short circuits on electrolytic cellsInfo
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Description
LE VIRKU S E N -ieyerwerk Patcot-AbteUuag Mr/rhLE VIRKU S E N -ieyerwerk Patcot Abbey Mr / rh
Schaltanordnung ziir Meldung und Beseitigung von KurzschlüssenSwitching arrangement for reporting and eliminating short circuits
an Elektrolysezellenon electrolysis cells
Die Erfindung richtet sich auf eine Schaltanordnung zur Heidung und automatischen Beseitigung von Kurzschlüssen an Elektrolysezellen, insbesondere Chlorelektrolysezellen, wobei die Änderung der Zellenspannung bei entstehendem und verschwindendem Kurzschluß ausgenutzt wird.The invention is directed to a switching arrangement for the prevention and automatic elimination of short circuits Electrolysis cells, in particular chlorine electrolysis cells, the change in cell voltage as it arises and as it disappears Short circuit is exploited.
Bei der Chlorherstellung in Elektrolysezellen, z.B. die nach dem Amalgamverfahren arbeiten, hängt die Ausbeute, bezogen auf den Einsatz an elektrischer Energie, wesentlich vom Abstand zwischen den Graphit- bzw. Metallanoden und der Quecksilberkathode ab. Ist man also aus wirtschaftlichen Gründen bestrebt, diesen Abstand gering zu halten, so erhöht sich zwangsläufig die J Anzahl der auftretenden Kurzschlüsse durch Eintauchen einzelner Anoden in den Quecksilberspiegel. Solche Kurzschlüsse führen zu örtlicher Überhitzung und müssen deshalb jeweils kurzfristig beseitigt werden.When producing chlorine in electrolysis cells, e.g. that work according to the amalgam process, the yield depends on the individual on the use of electrical energy, essentially the distance between the graphite or metal anodes and the mercury cathode away. So if one strives for economic reasons to keep this distance small, the J inevitably increases Number of short circuits that occur as a result of individual anodes being immersed in the mercury level. Such short circuits lead to local overheating and must therefore be eliminated at short notice.
In der belgischen Patentschrift Nr. 642.974 wird vorgeschlagen, die sehr rasche Spannungsänderung an der in Betrieb befindlichen Elektrolysezelle, die in jeweils entgegengesetzter Richtung beimIn Belgian patent specification No. 642.974 it is proposed that the very rapid voltage change on the one in operation Electrolytic cell, which in each case in the opposite direction
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Entstehen und Verschwinden eines Kurzschlusses auftritt, sichtbar zu machen und den Spannungssprung als Hilfsmerkmal zur optimalen Einstellung der Anoden zu verwenden. Weiterhin wird vorgeschlagen, die Spannungsänderung mit einer Anordnung zu beobachten, die aus einem Kondensator und einem galvanometrischen Relais in Reihenschaltung besteht. Für den Zweck der Meldung und Beseitigung von Kurzschlüssen weist diese Anordnung verschiedene Nachteile auf. Beispielsweise können bestimmte Betriebsvorgänge, wie schnelle Lastenderungen oder dergleichen, irreführend Kurzschlußmeldungen auslösen. Auch werden Galvanonietersysteme von den in der Nähe der Elektrolysezellen vorhandenen starken magnetischen Feldern beeinflußt. Sie müssen daher entweder aufwendig abgeschirmt oder ausreichend entfernt von den Zellen untergebracht werden. Das je nach Anlagengröße zum Teil hohe Spannungspotential der Elektrolysezellen gegen Ende wird dadurch leicht in andere Anlagenteile verschleppt, wozu besondere Sicherheitsvorkehrungen erforderlich sind. Plötzlich eintretende Spannungserhöhungen sind kein sicheres Zeichen dafür, daß anschließend in der betreffenden Zelle kein Kurzschluß mehr besteht. Berühren z.B. in der gleichen Zelle kurz nacheinander zwei oder mehrere Anodenstäbe die Quecksilberoberfläche, so tritt die Spannungserhöhung beim Hochstellen der Anodengruppe bereits auf, sobald nur eine der Anoden aus dem Quecksilber austaucht. Würde man zu diesem Zeitpunkt das Hochstellen beenden, so könnten durch nicht erkannte weitere Kurzschlüsse ernste Schaden und Betriebsstörungen hervorgerufen werden.Occurrence and disappearance of a short circuit occurs, to make visible and the voltage jump as an auxiliary feature to the optimal Setting the anodes to use. It is also proposed to observe the voltage change with an arrangement which consists of a capacitor and a galvanometric relay connected in series. For the purpose of reporting and Eliminating short circuits, this arrangement has several disadvantages. For example, certain operational processes, such as rapid load changes or the like, misleading short-circuit messages trigger. Electroplating systems are also used by the strong magnetic ones that are present in the vicinity of the electrolytic cells Fields affected. They must therefore either be shielded in a complex manner or housed at a sufficient distance from the cells will. The voltage potential of the electrolysis cells towards the end, which is sometimes high, depending on the size of the system, is therefore easy dragged to other parts of the system, for which special safety precautions are required. Sudden increases in voltage are not a sure sign that in the cell in question no longer has a short circuit. For example, touch two or more in the same cell in quick succession If the anode rods the mercury surface, the voltage increase occurs when the anode group is raised, as soon as only one of the anodes from which mercury emerges. If you ended the superscript at this point, you could not recognize further short circuits caused serious damage and malfunctions will.
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Es wurde nun gefunden, daß sich diese Nachteile erfindungsgemäß durch die Erfassung der Zellenspannungsänderung mit einer monostabilen oder bistabilen elektronischen Schaltung beheben lassen.It has now been found that these disadvantages can be overcome according to the invention can be remedied by detecting the change in cell voltage with a monostable or bistable electronic circuit.
Nach einer besonderen Ausfuhrungsform der Schaltanordnung wird die Zellenspannung von der elektronischen Melde- und Steuereinrichtung durch Zwischenschalten eine's Gleichstromtransformators galvanisch getrennt. Vorzugsweise wird der elektronischen Schaltung die Differenzspannung zwischen der Zellenspannung und einer Referenzspannung zugeführt, wobei als Referenzspannung der Mittelwert der Spannungen aller im gleichen Stromkreis liegenden Elektrolysezellen dient. Ale besonders geeignet erwiesen hat sich According to a special embodiment of the switching arrangement the cell voltage from the electronic signaling and control device by interposing a direct current transformer galvanically isolated. Preferably the electronic circuit the difference voltage between the cell voltage and a reference voltage is supplied, with the mean value as the reference voltage the voltages of all the electrolysis cells in the same circuit are used. Ale has proven particularly suitable
1.1.
eine Schaltanordnung, bei der die Sekundärseiten aller Gleichst rom trans forma tor en, welche den im gleichen Stromkreis liegenden Elektrolysezellen zugeordnet sind, einpolig (z.B. minus-sei tig) an einen gemeinsamen Bezugspunkt geführt sind, während die jeweils am anderen Pol (z.B. plus-seitig) abgegriffenen Zellenspannungen über Widerstände mit jeweils gleichem, ausreichend hohen und eng tolerierten Widerstandswert an einen gemeinsamen Sternpunkt geführt sind, dessen Spannung gegenüber dem Bezugspunkt den Mittelwert darstellt, und daß dieser Mittelwert über einen elektronischen Impedanzwandler als Referenzwert den einzelnen Melde- und Steuerschaltungen zugeführt wird. Vorzugsweise wird mittels geeigneter Schaltglieder, z.B. Relaiskontakte, der Beitrag solcher Eleklirolysezellen, für die eine Kurzschlußmeldung vorliegt, aus der Mittelwertbildung herausgenommen. Nach einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung wird die Kurzschlußmeldunga switching arrangement in which the secondary sides of all resemble which are rom transformative tor en assigned to the electrolytic cells lying in the same circuit, single-pole (eg minus-sei tig) are guided on a common reference point, while each of the other pole (for example plus- side) tapped cell voltages are led via resistors with the same, sufficiently high and closely tolerated resistance value to a common star point, the voltage of which represents the mean value compared to the reference point, and that this mean value is fed to the individual signaling and control circuits via an electronic impedance converter as a reference value . The contribution of those electrolysis cells for which a short-circuit message is present is preferably taken out of the mean value formation by means of suitable switching elements, for example relay contacts. According to a further particular embodiment of the invention, the short-circuit message
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bei kleinerer Differenz zwischen Zellenspannung und Referenzspannung (Ut, - U„ ca. 0,5 Volt) durch die zeitliche Änderung der Spannungsdifferenz ausgelöst, bei größerer, im Normalbetrieb auftretender Differenz (UR - U2 ca. 0,5 Volt) jedoch durch Ansprechen auf den Absolutwert der Spannungsdifferenz betriebssicher aufrechterhalten. In Weiterführung der Erfindung steuert die monostabile oder bistabile elektronische Schaltung eine fernsteuerbare Vorrichtung zur Verstellung von Elektroden oder Elektrodengruppen beim Entstehen eines Kurzschlusses derart, daß die den Kurzschluß verursachende Elektrode um einen rorgebbaren Längenbetrag oder während einer vorgebbaren Laufzeit des Verstellantriebs von der Quecksilberoberfläche abgehoben wird.with a smaller difference between cell voltage and reference voltage (Ut, - U "approx. 0.5 volts) triggered by the change in the voltage difference over time, but with a larger difference (U R - U 2 approx. 0.5 volts) occurring during normal operation Maintain response to the absolute value of the voltage difference in a reliable manner. In a further development of the invention , the monostable or bistable electronic circuit controls a remotely controllable device for adjusting electrodes or groups of electrodes in the event of a short circuit in such a way that the electrode causing the short circuit is lifted from the mercury surface by a length that can be set or during a predeterminable running time of the adjustment drive.
Zwischen den hintereinandergeschalteten Elektrolysezellen 1 wird jeweils möglichst an der gleichen Stelle der Stromschienen das Spannungspotential abgenommen und über Sicherungen 2 dem handelsüblichen Gleichspannungstransformator 3 zugeführt. Dieser ermöglicht eine sichere Trennung der nachfolgenden Schalt- und Steuereinrichtungen vom Potential des Elektrolysestromkreises. Die minusseitigen Anschlüsse der Transformator-Sekundärseite sind mit der Samne!schiene 4 verbunden, während der plusseitige Anschluß jeweils über-den Kondensator 5 mit dem Steuereingang einer monostabil oder auch bistabil arbeitenden elektronischen Schaltstufe 6 verbunden ist. Die monostabil ausgeführte Schaltstufe 6 wird durch eine rasche Spannungsabsenkung vom Ruhezustand in den Irbeitszustand umgesteuert. Sie kippt dann nach einer vorgebbaren Zeit selbsttätig in den Ruhestand zurück - unabhängig davon, ob der Kurzschluß noch besteht oder nicht. Die bistabil arbeitendeBetween the electrolysis cells 1 connected in series, the busbars are each as far as possible at the same point Taken from the voltage potential and fed to the commercially available DC voltage transformer 3 via fuses 2. This enables a safe separation of the downstream switching and control devices from the potential of the electrolysis circuit. the Minus-side connections of the transformer secondary side are with the Samne! rail 4 connected, while the plus-side connection each via the capacitor 5 with the control input of a monostable or bistable electronic switching stage 6 is connected. The monostable executed switching stage 6 is through a rapid voltage drop from the idle state to the working state reversed. It then automatically tips back into retirement after a specified period of time - regardless of whether the short circuit still exists or not. The bistable one
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Schaltstufe verharrt demgegenüber nach der kurzschlußbedingten Zellenspannungsabsenkung solange in der Arbeitsstellung, bis sie durch den mit einem Verschwinden des Kurzschlusses verbundenen raschen Spannungsanstieg in die Ruhelage zurückgesteuert wird. Gleichstromtransformator und elektronische Schaltstufe sind gegen magnetische Gleichfelder unempfindlich, so daß der Einbauort in dieser Hinsicht freizügig gewährt werden kann. An die elektronische Schaltstufe 6 sind die Signaleinheit 7 und später zu beschreib bende Steuerstufe 8 für die Anodenverstelleinrichtung 9 angeschlossen. Die Signaleinheit 7 ist so eingerichtet, daß die Signalgabe unabhängig von der Dauer des Eingangsimpulses bis zur Quittierung durch das Anlagenpersonal aufrechterhalten bleibt.Switching stage, on the other hand, remains in the working position after the short-circuit-induced cell voltage drop until it is controlled back into the rest position by the rapid voltage increase associated with the disappearance of the short circuit. DC transformer and electronic switching stage are insensitive to magnetic DC fields, so that the installation location in this respect can be freely granted. The signal unit 7 and later are to be described on the electronic switching stage 6 Bende control stage 8 for the anode adjustment device 9 connected. The signal unit 7 is set up so that the signaling regardless of the duration of the input pulse up to Acknowledgment by the system personnel is retained.
Um die Anordnung unempfindlich zu machen gegen betriebsbedingte rasche Änderungen der Zellenspannung, wie sie z.B. während eines Lastwechsels auftreten können, wird an den Eingang Jeder Schaltstufe 6 nicht die jeweilige Zellenspannung,sondern die Differenz zwischen der Zellenspannung und einer an Sammelschiene 10 liegenden Referenzspannung gelegt. Diese Referenzspannung ist der Span-* nungsmittelwert aller im gleichen Stromkreis liegenden Elektrolysezellen 1 und ändert sich daher mit der Anlagenbelastung wie die Einzelspannungen, so daß auch bei raschen Laständerungen keine zum falschen Ansprechen einer Melde- und Steuereinrichtung ausreichende Spannungsdifferenz auftritt.In order to make the arrangement insensitive to operationally-related rapid changes in the cell voltage, such as those during a Load changes can occur, the input of each switching stage 6 is not the respective cell voltage, but the difference between the cell voltage and one on busbar 10 Reference voltage applied. This reference voltage is the span * Average value of all electrolysis cells in the same circuit 1 and therefore changes with the system load like the individual voltages, so that even with rapid load changes there is no sufficient voltage difference for a signaling and control device to respond incorrectly.
Zur Mittelwertbildung werden die einzelnen Zellenspannungen über den von der Schaltstufe 6 gesteuerten Öffnungskontakt 11 und einen eng tolerierten Hochohmwiderstand 12 von z.B. 10 Ohm an dieThe individual cell voltages are used to calculate the mean value the opening contact 11 controlled by the switching stage 6 and one closely tolerated high resistance 12 of e.g. 10 ohms to the
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Sammelschiene 13 geführt. Von dort wird der Mittelwert über einen Impedanzwandler 15 mit der Übersetzung 1 : 1 der Sammelschiene 10 zugeführt.Busbar 13 out. From there the mean is about a Impedance converter 15 is supplied to busbar 10 with a ratio of 1: 1.
Sobald eine Schaltstufe 6 infolge eines Kurzschlusses in Arbeitsstellung gesteuert wird, öffnet sich der Kontakt 11, und die Spannung der gestörten Zelle wird aus der Mittelwertbildung herausgenommen. Dies ist besonders wichtig für den Pail, daß eine Elektolysezelle aus betrieblichen Gründen durch Überbrücken der Stromzuführungen stromlos gemacht wird. Damit in solch einem Fall die Schaltstufe 6 nicht in die Ruhestellung zurückspringen kann, wird der Kondensator 5 durch eine Siliziumdiode H tiberbrückt. Sobald die betreffende Zeilenspannung um mehr als etwa 0,5 Volt niedriger ist als die Referenzspannung, wird die Diode leitend und verhütet dadurch ein Zurückfallen der Schaltstufe in den Ruhestand.As soon as a switching stage 6 is in the working position as a result of a short circuit is controlled, the contact 11 opens, and the voltage of the disturbed cell is removed from the averaging. This is especially important for the Pail that has an electrolytic cell is de-energized for operational reasons by bridging the power supply lines. So in such a case the Switching stage 6 cannot jump back into the rest position, the capacitor 5 is bridged by a silicon diode H. As soon the row voltage in question is lower than about 0.5 volts is than the reference voltage, the diode becomes conductive and thus prevents the switching stage from falling back into standby.
Die Steuerstufe 8 hat für die Änodenverstelleinrichtung folgende Wirkungsweise: Sobald ein £lektrodenkurzschluB die Schaltstufe 6 in Arbeitsstellung bringt, wird in der Steuerstufe 8 ein Selbsthaltesystem erregt. Dieses steuert unabhängig von der Länge des Ausgangsimpulses der Schaltstufe 6 das zur betroffenen Zelle gehörende Anodenverstellsystem solange in Aufwärtsrichtung, bis eine vorgebbare Höhendifferenz oder eine dieser Höhendifferenz in etwa entsprechende Verstellzeit erreicht wurde. Höhendifferenz oder Verstellzeit werden so groß gewählt, daß ein Anodenkurzschluß nach Verstellende erfahrungsgemäß sicher beseitigt ist. Weitere Singriffe wie z.B. das Zurücksteuern der Anoden auf die wirtschaftlich optimale Einstellung, können vorzugsweise dem Bedienungspersonal überlassen bleiben. 909383/1014 Le A 10 565 The control stage 8 has the following mode of operation for the anode adjustment device: As soon as an electrode short circuit brings the switching stage 6 into the working position, a self-holding system is excited in the control stage 8. Independently of the length of the output pulse of the switching stage 6, this controls the anode adjustment system belonging to the cell concerned in the upward direction until a predeterminable height difference or an adjustment time approximately corresponding to this height difference has been reached. Difference in height or adjustment time are selected to be so large that an anode short-circuit after the adjustment has been completed is, according to experience, safely eliminated. Further interventions, such as returning the anodes to the economically optimal setting, can preferably be left to the operating personnel. 909383/1014 Le A 10 565
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