DE1763702A1 - Schaltanordnung zur Meldung und automatischen Beseitigung von Kurzschluessen an Elektrolysezellen - Google Patents
Schaltanordnung zur Meldung und automatischen Beseitigung von Kurzschluessen an ElektrolysezellenInfo
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Description
FARBENFABRIKEN BAYER AG Ί763702
Schaltanordnung zur Meldung und automatischen
Beseitigung von Kurzschlüssen an Elektrolysezellen.
Zusatz zu Patent . ... ... (Patentanmeldung P I5 88 I92.2)
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine Schaltanordnung
zur Meldung und automatischen Beseitigung von Kurzschlüssen
an Elektrolysezellen, insbesondere Chloralkalielektrolysezellen,
wobei die Änderung der Zellenspannung bei entstehendem und
verschwindendem Kurzschluß ausgenutzt wird und die Zellenspannungsänderung mit einer monostabilen oder bistabilen
elektrischen Schaltung erfaßt und einer Kurzschlußmeldeeinrichtung
zugeführt wird, wobei die Zellenspannung von·der
elektrischen Melde- und Steuereinrichtung durch Zwischenschalten ä
eines GleichstromtransformaOors. getrennt ist, nach Patent
(Patentanmeldung P 15 88 192.2)
Gemäß dem Hauptpatent wird bei einer besonderen Ausführungsform
der Mittelwert der Spannungen aller im gleichen Stromkreis
vorhandenen Elektrolysezellen verwendet, wobei im Falle eines Kurzschlusses die betreffende Kurzschlußzelle aus der
Mittelwertbildung herausgenommen wird. -
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Diese Anordnung ist von Nachteil, wenn die Spannung der
betroffenen Zelle vor der Kurzschlußmeldung relativ 'niedrig
war; denn dann erhöht sich der Mittelwert, sobald der Beitrag dieser Zelle entfällt.
Der Betrag der Mittelwertänderung hängt von der Spannungsdifferenz
der betroffenen Zelle zum Mittelwert und der Anzahl der zum Mittelwert beitragenden'Zellen ab. Unter ungünstigen
Umständen kann der Mittelwert sich um einen Betrag erhöhen, der ausreicht, um empfindlich eingestellte Kurzschlußmeldeeinheiten
anderer Zellen ansprechen zu lassen. Dadurch wird für diese Zellen ein Kurzschluß vorgetäuscht, und die zugehörigen
Elektroden werden mit der Steuereinrichtung unnötigerweise hochgefahren. Die in der Kurzschlußmeldeeinheit enthaltene
elektronische Schaltung spricht auf das Absenken der Zellenspannung gegenüber der Referenzspannung an. Sie spricht dann an,
wenn die Zellenspannung bei konstanter Referenzspannung ■ · abnimmt, ebenso aber auch, wenn die Zellenspannung konstant
bleibt, die Referenzspannung jedoch zunimmt.
Es wurde nun gefunden, daß sich diese Nachteile vermeiden lassen, indem als Referenzspannung eine künstliche Spannung
herangezogen wird, deren stromunabhängiger, der elektrochemischen Zersetzungsspannung entsprechender Anteil U0 über einen einstellbare
Spannungsteiler aus einer Konstantspannungsquelle gewonnen wird, während der dem Elektrolysestrom proportionale
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Anteil U-j aus dem Sekundärstrornkreis eines Gleichstrommeßwandlers
gewonnen wird.
Der dem Elektrolysestrom proportionale Anteil U| entsteht im
wesentlichen durch die unvermeidlichen Ohmschen Widerstände in
allen zur Stromleitung beitragenden Teilen.
Für die Zellenspannung U gilt" dementsprechend angenähert:
U ■= U0. + U1 = U0 + R · .J.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß
zwischen Gleichstromtransformator und elektronischer Meldeschaltung
ein Tiefpaß angeordnet ist, der aus einem Widerstand
und einem Kondensator besteht bzw. sich aus mehreren hintereinander geschal te ten Siebgliedern dieser Art zusammensetzt.
Dadurch wird erreicht, daß durch Schaltvorgänge im Elektrolysestromkreis
oder durch Einstreuung von Störirnpulsen auf dem
Signalübertragungsweg zwischen Elektrolysezellen und Kurzschlußmeldeeinrichtung
oder durch Oberschwingunger. im Elektrolyse meßkreis entstehende kurze Spannungsänderungen, die zum Vortäuschen
von Kurzschlüssen und.damit zum Ansprechen von Kurzschlußmeldeeinheiten
führen könnten, vermieden x^erden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die
Zellenspannung an mehreren parallel liegenden Leiterbahnen abgegriffen und über gleichgroße Widerstände für die Begrenzung.
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von Ausgleichströmen an Sternpunkte geführt. Würde nämlich die Spannung nur an einer Leiterbahn, z.B. in Zellenmitte,
abgegriffen, so wäre die bei Kurzschluß von der Meldeeinrichtung erfaßbare Spannungsabsenkung je nach der Lage der
betroffenen Elektrode unter ungünstigen Umständen so klein, daß die MeIdeeinrichtung nicht mehr anspricht, was durch die
erwähnte besondere Ausgestaltung der Erfindung vermieden wird.
Die Erfindung sei nun an einer beispielweisen Ausfuhrungsform
der Schaltanordnung näher erläutert:
Zwischen den hintereinandergeschalteten Elektrolysezellen 1 werden
jeweils an den beiden äußeren 'und an der mittleren Stromschiene die Spannungspotentiale abgenommen und über gleichgroße Strombegrenzungswiderstände
21 an einen Sternpunkt 22 geführt. Dieser Sternpunkt weist dabei jeweils den arithmetischen Mittelwert der
Einzelpotentiale auf. Die Potentialdifferenzen bzw. Spannungen zwischen benachbarten Sternpunkten 22 werden über die Sicherungen
den handelsüblichen Gleichstromtransformatoren J5 zugeführt, welche
zur galvanischen Trennung der angeschlossenen Schaltungsteile vom Elektrolysestromkreis dienen. Die minusseitigen Anschlüsse der
Transformator-Sekundärseite sind mit der Sammelschiene 4 verbunden, während der plusseitige Anschluß Jeweils über den Widerstand
19, der mit dem Kondensator 20 einen Tiefpaß bildet, sowie über den Kondensator 5 mit dem Steuereingang einer monostabilen
elektronischen Schaltstufe 6 iferbuiMien ist.
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_ tr _ . ■.■■■"
Die Schaltstufe 6 wird durch eine rasche Spannungsabsenkung vom
Ruhezustand in den Arbeitszustand umgesteuert. Sie kippt dann nach einer vorgebbaren Zeit selbsttätig in den Ruhezustand
zurück - unabhängig davon, ob der Kurzschluß noch besteht oder nicht. An die Schaltstufe 6 sind die Signaleinheit 7 und die
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.
In der Steuerstufe 8 wird, sobald ein Elektrodenkurzschluß die
Schaltstufe 6 in Arbeitsstellung bringt, 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 dem Ende des Steilvorganges erfahrungsgemäß sicher beseitigt ist. Weitere Eingriffe wie z.B. das Zurücksteuern der Anoden auf
die wirtschaftlich optimale Einstellung, können der: Bedienungspersonal
oder auch einer weiteren selbsttätig arbeitenden Steuereinrichtung
überlassen bleiben.
Um die Kurzschlußmeldeanordnung unempfindlich zu machen gegen
betriebsbedingte rasche Änderungen der Zellenspannung, wie sie z.B. während eines Lastwechsels auftreten können, wird an den
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Eingang jeder Schaltstufe 6 nicht die jeweilige Zellenspannung, sondern die Differenz zwischen der Zellenspannung und einer an
Sammelschiene 10 liegenden Referenzspannung U gelegt. Diese Referenzspannung wird in der Summierschaltung 16 erzeugt und setzt
sich aus dem konstanten Anteil U0, viel eher der elektrolytischen
Zersetzungsspannung entspricht und aus einer Konstantspannungsquelle
17 genommen wird, sowie aus dem Anteil U-j zusammen. Der
Spannungsanteil U1 bildet die strornabhängige Komponente der Zellenspannung
nach. Er wird dem Sekundärstromkreis eines vorhandenen, für die Messung des Elektrolysestroms bestimmten Meßwandlers 18
entnommen und ändert sich daher proportional zum Elektrolysestrom. Die Spannungsanteile U und U^ werden nun derart eingestellt, daß
der Verlauf der Referenzspannung als Punktion des Elektrolysestroms
dem Mittel des Verlaufs der einzelnen Zellenspannungen entspricht. Dann treten auch bei relativ raschen Laständerungen
an den Eingängen der Schaltstufen 6 keine Spannungsdifferenzen auf, die für ein falsches Ansprechen der Einrichtung ausreichen.
Im allgemeinen besteht der Wunsch, die Spannungen der einzelnen
Elektrolysezellen mit einem ausreichend genauen Spannungsmeßgerät, teispielsweise mit einem Digitalvoltmeter, überprüfen zu können.
Diese Spannungswerte können mit Hilfe eines V/ahlschalters an der
Sekundärseite der Gleichstromtransformatoren entnommen werden, ohne die beschriebene Melde- und Steuereinrichtung zu stören vorausgesetzt,
der Eingang des verwendeten Spannungsmeßgerätes weist einen hinreichend großen Scheinwiderstand auf. ,,.
Weiterhin wird es in der Regel als zweckmäßig angesehen, zusätz7
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lieh zu den Einzelspannungswerten den Mittelwert der Spannungen
aller in Betrieb befindlichen Elektrolysezellen zur Anzeige bringen zu können. Durch Kontrolle dieses Mittelwertes kann man
sich einen raschen Überblick über den Zustand der Anordnung verschaffen. Die direkte Meßbarkelt des Mittelwertes erleichtert
außerdem das zweckdienliche Einstellen der Referenzspannung U. Bei der vorliegenden Schaltanordnung werden die Beiträge der
einzelnen Zellenspannungen zur. Mittelviertbildung jeweils über den
von der Schaltstufe β gesteuerten Öffnungskontakt 11 und einen eng
tolerierten V/iderstand 12 von z.B. 10" Ohm an die Sammelschiene
geführt. Von dort wird der Mittelwert über einen Impedanzwandler
mit der Übersetzung 1:1 dem Anzeigegerät 23 zugeführt.
Sobald eine Schaltstufe β infolge eines Kurzschlusses in Arbeitsstellung gesteuert wird ^ öffnet sich der Kontakt 11., und die
Spannung der gestörten Zelle wird aus der Mittelwertbildung herausgenommen. Infolge der durch den Kondensator 5 erzeugten
monostabilen Wirkungsweise der Schaltstufe 6 würde diese nach .
kurzer Zeit \iieder in den Ruhezustand zurückkippen, wobei der
Kontakt 11 sich wieder schließt. Dies ist bei größeren Spannungsabsenkungen
gegenüber dem Normalwert unerwünscht^ besonders aber
dann, wenn eine Elektrolysezelle aus betrieblichen Gründen durch Überbrücken der StroRizuführungen stromlos gemacht wird.
Gestörte oder außer Betrieb genommene Elektrolysezellen würden
die Mittelviertanzeige mit ihrem unnormalen Spannungsbeitrag verfälschen und damit wertlos machen.
Le A 11 6*13 ' -8-
Um die Schaltstufe β in den beschriebenen Fällen in Arbeitsstellung
zu halten, ist der Kondensator 5 durch eine Siliziumdiode
14 Überbrückt. Diese wird leitend und hebt dann die Punktion
des Kondensators 5 auf, solange die betreffende Zellenspannung
um mehr als etwa 0,5 Volt niedriger ist als die Referenzspannung U.
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Claims (1)
1. Schaltanordnung zur Meldung und automatischen Beseitigung
von Kurzschlüssen an Elektrolysezellen, insbesondere Chloralkalielektrolysezellen,
wobei die Änderung der Zellenspannung bei entstehendem und verschwindendem Kürzschluß ausgenutzt wird
und die Zellenspannungsänderung'mit einer monostabilen oder
bistabilen elektrischen Schaltung erfaßt und einer Kurzschluß- meldeeinrichtung
zugeführt wird, wobei die Zellenspannung von der elektrischen Melde- und Steuereinrichtung durch Zwischenschalten
eines Gleichstromtransformators getrennt ist, nach Patent . ... ... (Patentanmeldung P 15 88.Ί92.2).
dadurch gekennzeichnet, daß als Referenzspannung eine künstliche
Spannung herangezogen wird, deren stromunabhängiger, der elektrochemischen Zersetzungsspannung entsprechender Anteil U0
über einstellbare Spannungsteiler aus'einer Konstantspannungs- ·
quelle gewonnen wird, während der dem Elektrolysestrom
proportionale Anteil U| aus dem Sekundärstromkreis eines
Gleichstrommeßwandlers gevonnen wird.
2, Schaltanordnung nach Anspruch 1,. dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen Gleichstromtransformator und elektronischer Meld©schaltung- ein Tiefpaß angeordnet ist, der aus einem
Wiederstand und einem Kondensator besteht bzw. sich aus mehreren
hintereinander-gesehalteten Siebgliedern dieser Art zusammensetzt,
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" ■ ORIGINAL SHSPECTED
>. Schaltanordnung nach den Ansprüchen 2 und 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zellenspannung an mehreren parallel
liegenden Leiterbahnen abgegriffen wird und über gleichgroße Widerstände für die Begrenzung von Ausgleichsströrnen an
Sternpunkte geführt werden.
te A11 64? ·
109838/0528
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| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8340 | Patent of addition ceased/non-payment of fee of main patent |