DE1763702C3

DE1763702C3 - Schaltungsanordnung zur Meldung und automatischen Beseitigung von Kurzschlüssen an Elektrolysezellen

Info

Publication number: DE1763702C3
Application number: DE1763702A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. 5000 Koeln Buesing; Martin Dr. 5090 Leverkusen Weist
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1968-07-20
Filing date: 1968-07-20
Publication date: 1979-03-29
Also published as: ES369678A1; CH491519A; DE1763702B2; JPS4949319B1; LU59078A1; FR2014670A6; AT292028B; FI49284C; US3644190A; DE1763702A1; FI49284B; SE353701B; NL6909949A; BE736312A; GB1234726A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eint Schaltungsanordnung zur Meldung und automatischen Beseitigung von Kurzschlüssen an Elektrolysezellen, insbesondere an Chloralkalielektrolysezellen, wobei die Änderung der Zellenspannung bei entstehendem und verschwindendem Kurzschluß ausgenutzt wird, und die Zellen ausgestaltet durch die Erfassung der Differenz zwischen der sich ändernden Zellenspannung und einer vom Elektrolysestrom abhängigen Referenzspannung mittels einer monostabilen oder bistabilen elektronischen Schaltstufe, wobei jeweils die Zellenspannung von der elektronischen Schaltstufe durch Zwischenschalten eines Gleichstromtransformator galvanisch getrennt ist, nach Patent 15 88 192.

Gemäß dem Hauptpatent wird bei einer besonderen Ausführungsform als Referenzspannung der Mittelwert der Spannungen aller im gleichen Stromkreis liegenden Elektrolysezellen verwendet, wobei im Falle eines Kurzschlusses die betreffende Kürzschlußzelle aus der Mittelwertbildung herausgenommen wird.

Diese Anordnung ist von Nachteil, wenn die Spannung der betroffenen Zelle vor der Kürzschlußmeldung relativ niedrig war; denn darin erhöht sich dei' 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 iunimmt.

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 über einen einstellbaren Spannungsteiler aus einer Konstantspannungsqueiie gewonnen wird, wohingegen der dem Elektrolysestrom proportionale Anteil aus dem Sekundärstromkreis 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+ U, = U₀ + R ■ /.

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 oder sich aus mehreren hintereinandergeschalteten Siebgliedern dieser Art zusammensetzt.

Dadurch wird erreicht, daß durch 3>.haltvorgänge im Elektrolysestromkreis oder durch Einstreuung von Störimpulsen auf dem Signalübertragungsweg zwischen Elektrolysezellen und Kurzschlußmeldeeinrichtung oder durch Oberschwingungen im Elektrolysemeßkreis entstehende kurze Spannungsänderungen, die zum Vortäuschen von Kurzschlüssen und damit zum Ansprechen von Kurzschlußmeldeeinheiten führen könnten, vermieden werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Zellenspannung an mehreren parallelliegenden Leiterbahnen abgegriffen und über gleich große Widerstände für die Begrenzung 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 Meldeeinrichtung nicht mehr anspricht, was durch die erwähnte besondere Ausgestaltung der Erfindung vermieden wird.

Die Erfindung sei nun an einer beispielsweisen

Aüsführungsförm der Schaltanordnung näher erläutert:

Zwischen den hintereinandergeschalteten Elektrolyt

sezellen 1 werden jeweils an den beiden äußeren und an der mittleren Stromschiene die Spannungspotentiale abgenommen Und über gleich größe Strombegrenzungswiderstände 21 an einen Sternpürikt 22 geführt.

Dieser Sternpunkt weist dabei jeweils den arithmetischen Mittelwert der Einzelpotentiale auf. Die Potentialdifferenzen bzw. Spannungen zwischen benachbarten Sternpunkten 22 werden über Sicherungen 2 handelsüblichen Gleichstromtransformatoren 3 zugeführt, weiche zur galvanischen Trennung der angeschlossenen Schaltungsteile vom Elektrolysestromkreis dienen. Die minusseitigen Anschlüsse der Transformator-Sekundärseite sind mit der Sammelschiene 4 verbunden, wohingegen eier plusseitige Anschluß jeweils über ;'inen Widerstand 19, der mit einem Kondensator 20 einen Tiefpaß bildet, sowie über einen Kondensator 5 mit dem Steuereingang einer monostabilen oder bistabilen elektronischen Schaltstufe 6 verbunden ist

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 angeschlussen. 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 vuii uci Lange des ÄusgilllgMiiipuiscs ilci Si-iiaiibiufc G über einen Verstellantrieb M die zur betroffenen Zelle gehörende Anodenverstelleinrichtung 9 so lange in Aufwärtsrichtung, bis eine vorgebbare Höhendifferenz oder eine dieser Höhendifferenz in etwa entsprechende Verstellzeit erreicht wurde. Höhendifferenz oder Versitellzeit werden so groß gewählt, daß ein Anodenkurzschluß nach dem Ende des Stellvorganges erfahrungsgemäß sicher beseitigt ist. Weitere Eingriffe, wie z. B. das Zurücksteuern der Anoden auf die wirtschaftlich optimale Einstellung, können dem Bedienungspersonal oder auch einer weiteren selbsttätig arbeitenden Steuereinriciitung 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 Eingang jeder Schaltstufe 6 nicht die jeweilige Zellenspannung, sondern die Differenz zwischen der Zeilenspannung und einer an Sammelschiene 10 liegenden Referenzspannung U gelegt. Diese Referenzspannung wird in der Summierschaltung 16 erzeugt und setzt sich aus dem konstanien Anteil Uo, welcher der elektrolytischen Zersetzungsspannung entspricht und aus einer Konstantspannungsquelle 17 genommen wird, sowie aus dem Anteil U\ zusammen. Der Spannungsanteil LA bildet die stromabhingige Komponente der Zellenspannung nach. Er wird dem Sekundärstromkreis eines vorhandenen, fiir die Messung des Elektrolysestroms bestimmten Meßwandlers 18 entnommen und ändert sich daher proportional zum Elektrolysestrom. Die Spannungsanteile Ua und U\ werden nun derart eingestellt, daß der Verlauf der Referenzspannung als Funktion 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 ίο ausreichen.

Im allgemeinen besteht der Wunsch, die Spannungen

der einzelnen Elektrolysezellen mit einem ausreichend genauen Spannungsmeßgerät, beispielsweise mit einem Digitalvoltmeter, überprüfen zu können. Diese Spannungswerte können mit Hilfe eines Wahlschalters 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, zusätzlich zu den Einz. spannungswerten den Mittelwert der Spannungen ali'-r in Betrieb befindlichen Elektrolysezellen zur Anzeige bringen zu können. Durch Kontrolle dieses Mittelwertes kann man sich einen raschen Oberbück über den Zustand der Anordnung verschaffen. Die direkte Meßbarkeit des Mittelwertes erleichtert außerdem das zweckdienliche Einstellen der Referenzspannung U. Bei der vorliegenju den SiMäiiäfiüiuiiüiig werden die Beiträge der einzelnen Zellenspannungen zur Mitteiwertbildurig jeweils über den von der Schaltstufe 6 gesteuerten Öffnungskontakt 11 und einen eng tolerierten Widerstand 12 von z. B. 10^b Ohm an die Sammelschiene 13 geführt Von dort wird der Mittelwert über einen Impedanzwandler 15 mit der Obersetzung 1 :1 dem Anzeigegerät 23 zugeführt.

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, t.ifolge der durch den Kondensator 5 erzeugten monostabilen Wirkungsweise der Schaltstufe 6 würde diese nach kurzer Zeit wieder 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 Stromzuführungen stromlos gemacht wird. Gestörte oder außer Betrieb genommene Elektrolysezellen würden die Mittelwertanzeige mit ihrem unnormalen Spannungsbeitrag verfälschen und damit wertlos machen.

Um die Schaltstufe 6 in den beschriebenen Fällen in Arbeitsstellung zu halten, ist der Kondensator 5 durch eine .^c'.!i> iumdiode 14 überbrückt Diese wird leitend und hebt dann die Funktion des Kondensators 5 auf, solange die betreffende Zeüenspannung um mehr ak etwa 0,5 Volt niedriger ist als die Referenzspannung U.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Meldung und automatischen Beseitigung von Kurzschlüssen an Elektrolysezellen, insbesondere an Chloralkalielektrolysezellen, wobei die Änderung der Zellenspannung bei entstehendem und verschwindendem Kurzschluß ausgenutzt wird, ausgestaltet durch die Erfassung der Differenz zwischen der sich ändernden Zellenspannung und einer vom Elektrolysestrom abhängigen Referenzspannung mittels einer monostabilen oder bistabilen elektronischen Schaltstufe, wobei jeweils die Zellenspannung von der elektronischen Schaltstufe durch Zwischenschalten eines Gleichstromtransformators galvanisch getrennt ist, nach Patent 15 88 192, dadurch gekennzeichnet, daß als Referenzspannung (U) eine künstliche Spannung herangezogen wird, deren stromunabhängiger, der elektrochemischen Zersetzungsspannung entsprechender Anteil (U₀) über einstellbare Spannungsteiler aus einer Konstantspannungsquelle (17) gewonnen wird, wohingegen der dem Elektrolysestrom proportionale Anteil (U\) aus dem Sekundärstromkreis eines Gleichstrommeßwandlers (18) gewonnen wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gleichstromtransformator (3) und elektronischer Schaltstufe (6) ein Tiefpaß angeordnet ist, der aus einem Widerstand (19) und einem Kondensator (20) besteht oder sich aus mehreren hintereinandergeschalteten Siebgliedern dieser A.. zusammensetzt.

3. Schaltungsanordnung nac Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellenspannung an mehreren parallelliegenden Leit *rbahnen abgegriffen wird und über gleich große Widerstände (21) für die Begrenzung von Ausgleichsströmen an Sternpunkte (22) geführt werden.