NO316556B1 - Fremgangsmåte for flammedeteksjon samt hurtig spenningsgjenvinning etter spenningsutkopling i et rensekammer - Google Patents

Description

FREMGANGSMÅTE FOR FLAMMEDETEKSJON SAMT HURTIG SPENNINGSGJEN-VINNING ETTER SPENNINGSUTKOPLING I ET RENSEKAMMER

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å detektere en flamme i et rensekammer og for å besørge en hurtig spen-nmgsgjenvinnmg etter spennmgsutkoplmg Nærmere bestemt dreier det seg om en fremgangsmåte for å detektere relativt svake overslag i et høyspenningsrensekammer og å oppnå en hurtig spenningsg]envinning etter at høyspenningen grunnet et overslag er blitt koplet fra Oppfinnelsen omfatter også en anordning for utøvelse av fremgangsmåten

Etter hvert som forurensningsmyndighetene har innført krav til rensing av industriutslipp, eksempelvis for lukt og partikler fra utslippsgasser, har det blitt utviklet rensemeto-der og utstyr for å fjerne i det minste en andel av det uønskede innhold fra gassene Høyspenningsrenseanlegg som renser ved hjelp av såkalt kaldplasma har fått stadig større anvendelse for rensing av utslipp for eksempel fra produk-sjonsanlegg

Det har vist seg at en betydelig andel av gassenes innhold av for eksempel lukt kan omdannes til mindre luktende substanser ved å lede gassen gjennom en kaldplasmasone Kaldplasma kjen-netegnes ved at gassen tilføres en spesifikk energimengde for a skille gassens komponentmolekyler i en samling av ioner, elektroner, ladnmgsnøytrale gassmolekyler og andre arter med ulik grad av påvirkning Kaldplasma skiller seg fra såkalt varmplasma ved at det ikke tilføres nok energi til at det oppnås termisk likevekt hvor joner og elektroner i gjennom-snitt har lik temperatur En elektrisk lysbue er et eksempel på en tilstand hvor det dannes varmplasma

I én utførelse omfatter høyspenningsrensefllterets reak-sjonskammer et antall parallelle gassgjennomstrømnmgskana-ler Konsentrisk gjennomløpende hver av kanalene er det anordnet en stav/tråd I hver kanal-/stavenhet utgjør kanalen den ene elektrode, mens staven utgjør den andre elektrode

Kaldplasma genereres mellom staven og kanalen i kanalens hele lengde når det påføres elektrisk høyspenning mellom elektrodene Det anvendes likespennmg for å kunne opprettholde en ensrettet elektronstrøm mellom elektrodene

Det er nødvendig å opprettholde en så høy spenning som mulig mellom elektrodene for å oppnå en tilfredsstillende renseeffekt Spenningen mellom elektrodene må således fortrinnsvis opprettholdes på et nivå som er like under det spenningsnivå hvor det oppstår overslag

Grunnet avsetting av forurensninger i form av elektrostatisk ladede partikler og støv på kanalveggen, er det nødvendig å rense kanalene Renseprosessen fjerner ikke alt materiale, og ekstra tykke lag av forurensning kan derved bygges opp på kanalens innside

Noen arter av de oppsamlede forurensninger har en kjemisk sammensetning som gjør dem elektrisk halvledende Ved en eventuell gnist/overslag mellom staven og kanalen, vil en relativt stor elektrisk motstand i den på kanalveggen befin-nende forurensning begrense strømmen i overslaget til en relativt lav verdi i forhold til en kortsluttmngsstrøm Et overslag av denne art vil således ikke kunne registreres av måleutstyr som er innrettet til å registrere overslag av kortsluttende art

Et overslag av denne art vil kunne pågå uten at strømtilførselen blir slått av, fordi strømnivået til høyspenmngsrense-filteret bare er ubetydelig høyere enn under normal drift Overslaget vil imidlertid om det får vedvare, på samme måte som ved et kortsluttende overslag som får vedvare, skade staven og medføre driftsforstyrrelser

Etter at strømmen til høyspenningsrensefllteret grunnet et overslag har blitt slått av, er det av stor betydning at strømmen tilkoples så hurtig som mulig for at renseprosessen skal gjenopprettes Den tiden som medgår fra spenningen brytes til den tilkoples igjen benevnes i det etterfølgende for "SGT" - spennings-gjenopprettings-tid

Grunnet den forbedring i renseffekt som finner sted ved for-høyet spenning, kan det være fordelaktig at spenningen i høy-spenningsrensef llteret er så høy at et antall overslag må påregnes for eksempel hvert minutt Imidlertid vil denne forbedring i renseeffekt bli redusert dersom SGT etter hvert overslag er for lang SGT for spenningsgeneratorer ifølge kjent teknikk er typisk mellom 10 og 100 millisekund Så lang tid, relativt sett, vil i vesentlig grad redusere høyspen-mngsfllterets virkningsgrad idet spenningen må holdes på et nivå hvor relativt få overslag kan påregnes

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe ulempene ved kjent teknikk

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav

Nødvendig spenning som tilføres høyspenningsrensefllter-elektrodene kan være flere titusen volt Det har vist seg at en fullbro såkalt "Hard Switch Convertor" nedenfor benevnt "omformer" er godt egnet for å styre stømtilførselen til et høyspennmgsfilter av denne art, idet omformeren er innrettet til å kunne bryte strømmen umiddelbart ved signal for derved a avbryte et overslag

En likestrømforsynmg forsyner omformeren med en spennings-regulert likestrøm Omformeren som styres fra et styresystem via to såkalte halvbro IGBT drivere (IGBT - Insulated Gate Bipolar Transistor), er innrettet til å omdanne likestrømmen til vekselstrøm Vekselspenningen ledes til en transformator hvor den transformeres opp til en høyere spenning før den li-kerettes og ledes til høyspenningsrensefllterets elektroder Likestrømforsyningen styres også av styresystemet via en halvbro IGBT driver

En strømmåler som er koplet mellom likestrømforsyningen og omformeren, er innrettet til a kunne registre selv meget små utslag i strømstyrken til høyspenningsrensefllteret Den målte strømstyrke omformes til en spenning som deretter sammenlignes med en referansespenning, eventuelt med en av styresystemet styrt spenning Dersom den målte spenning overstiger den spenning den sammenlignes med, frakoples strømtilførselen til høyspennm<g>sf llteret

I en omformer av denne art hvor det foretas en direkte og

øyeblikkelig kopling mellom strømforsyningen og høyspennings-transformatoren, er det, grunnet fare for skadelig overstrøm og/eller overspenning i koplingsøyeblikket, nødvendig å sørge for at spenningen på begge sider av omformeren er tilnærmet lik i tilkoplingsøyeblikket Etter et overslag må således spenningen inn til omformeren være omtrent lik null

Blant annet for i nødvendig grad å glatte ut spenningen mn til omformeren, er det nødvendig å anordne en relativt stor kondensator mellom polene på omformerens strømtilførselsside Denne kondensator må etter strømutkopling grunnet de ovenfor nevnte årsaker, lades ut før strømmen igjen kan tilkoples Utladning ved hjelp av en parallellmontert utladningsmotstand vil medføre et betydelig øket energiforbruk, idet utladnmgsmotstanden under drift vil være påført omformerens mn-gangspennmg Det er mulig å anordne utladnmgsmotstanden på en slik måte at den er utkoplet under normal drift og bare tilkoples ved fråkopling av strømtilførselen til høyspen-nmgsf llteret Praksis har vist at en slik løsning er kostbar og uhensiktsmessig grunnet den relativt store energimengde som må avbrennes på kort tid

Ifølge oppfinnelsen tildeles omformeren ved overslag i høy-spenningsrensef ilteret umiddelbart en strømbegrensende funksjon, samtidig som strømtilførselen til omformeren avbrytes slik at kondensatoren lades ut via omformeren til høyspen-ningsrensef ilteret I en foretrukket form av fremgangsmåten ledes energien som befinner seg i kondensatoren mens overslaget i høyspenningsrensefilteret enda "brenner", via omformeren, transformatoren og likeretteren med en strømstyrke som ikke overstiger det omformer, transformator og likeretter er innrettet til å tåle, til høyspenningsrensefilteret hvor energien forbrukes i det pågående overslag Etter at overslaget er slukket, koples strømmen igjen til omformeren og høy-spenningsrensef ilteret

I en alternativ fremgangsmåte som kan anvendes når det finnes tilstrekkelig kapasitans i høyspennmgsfilteret, tildeles omformeren en strømbegrensende funksjon ved tilkopling av strømmen til høyspennmgsfilteret etter et overslag Denne alternative fremgangsmåte kan anvendes fordi høyspennmgsfil-teret s kapasitans medfører en relativt langsom spenningsopp-bygging i høyspennmgsf ilteret Det er vesentlig at omformeren inntar denne spesielle strømbegrensende funksjon kun i en kort tidsperiode og deretter inntar sm normale driftstilstand hvor den umiddelbart kan slå av strømtilførselen ved et

overslag

For a kunne oppdage et svakt ikke-kortsluttende overslag i høyspenningsrensefilteret, anvendes ifølge oppfinnelsen en kontinuerlig analyse av høyspenningsrensefllterets strømfor-bruk ved hjelp av et styresystem Det er nødvendig at høy-spenningsrensef ilterets strømmåler har stor følsomhet for forandringer i strømstyrken til høyspenningsrensefilteret samtidig som den er robust En galvanisk isolert halleffekt føler har vist seg å ha tilstrekkelig oppløsning og lite av-drift og støy Fremgangsmåten forklares i beskrivelsens spesielle del under henvisning til vedføyde tegninger

I det etterfølgende beskrives et ikke-begrensende eksempel på en foretrukket fremgangsmåte og utførelsesform som er anskue-liggjort på medfølgende tegninger, hvor

Fig 1 viser et forenklet koplingsskjema av høyspennmgsfil-teret , Fig 2 viser grafisk strøm og spenning i høyspennmgsfilte-rets sterkstrømskrets samt spenning over omformerens mn-gangskondensator, og Fig 3 viser grafisk strøm og spenning i høyspennmgsf ilte-rets sterkstrømskrets

Pa tegningene betegner henvisnmgstallet 1 et høyspennings-rensefilter som tilføres høyspent strøm fra en likestrømfor-synmg 2 via en omformer 4, en transformator 6 og en likeretter 8, alle av i og for seg kjent utførelse Anordningene 1, 2, 4, 6 og 8 er innbyrdes forbundet ved hjelp av respektive ledninger 9 og 11

Under normal drift er strømforsyningen koplet til ved hjelp av et styresignal fra et ikke vist styresystem via en første halvbro IGBT driver 10 Omformeren 4 styres av en andre og en tredje halvbro IGBT drivere 12 og 14 fra styresystemet idet et pulsklokkesignal tilføres via ledningen 16 og deles opp i to invertere 18 slik at klokkesignalet i ledningen 16 alter-nativt slår av og på driverne 12 og 14 Driverne 12 og 14 kopler via ledninger 20 alternerende til omformerens 4 bryte-re som på i og for seg kjent måte, som en såkalt fullbro, omformer likestrøm til vekselstrøm med en frekvens som således er styrt av klokkesignalfrekvensen i ledningen 16

En strømmåler 22 er innrettet til å måle strømstyrken i ledningen 9 som forbinder likestrømskiIden 2 med omformeren 4 Strømmåleren 22 er fortrinnsvis en galvanisk adskilt hall-effektføler som er forsynt med en omformer for å kunne omfor-me en målt strøm til en korresponderende spenning

Spenningen som avgis av strømmåleren 22 ledes via en ledning 24 til en komparator 26 av i og for seg kjent art, hvor spenningen i ledningen 24 sammenlignes med en referansespenning som tilføres via en ledning 27 Referansespenningen kan være fast eller regulerbar for eksempel ved hjelp av styresystemet

Når strømtrekket fra omformeren 4 bevirker at spenningen fra strømmåleren 22 overstiger referansespenningen i ledningen 27, avgir komparatoren 26 et signal til preset inngangen på en vippe 28 via en ledning 30 Vippen 28 forandrer derved status på en utgang som er koplet til alle halvbro IGBT driverne 10, 12, og 14 via ledninger 32 og 34 samt et logisk "og" element 36 Alle halvbro IGBT driverne 10, 12 og 14 stanser derved sine respektive styrte likstrømskilde 2 og omformer 4 umiddelbart, slik at et eventuelt overslag i høy-spennm<g>sf ilteret avbrytes før skade kan oppstå

En kondensator 38 er anordnet mellom polene på omformerens 4 inngangsside Det er nødvendig for å unngå skader på anleg-gets komponenter at kondensatoren 38 er utladet før spenningen igjen kan koples til høyspenningsrensefllteret For å kunne gjeninnkople strømmen så snart som mulig etter et overslag, er det ønskelig å lade ut kondensatoren så hurtig som mulig

Kondensatoren 38 lades ut ved umiddelbart å gjeninnkople omformeren 4 slik at den energi som befinner seg i kondensatoren 38 ledes til det pågående overslag i høyspenningsrense-filteret 1

Når det oppstår et overslag mellom høyspenningsrensefllterets 1 elektroder, faller spenningen mellom elektrodene til tilnærmet null volt, hvorved strømstyrken stiger kraftig Idet strømmåleren 22 grunnet en høy målt strømstyrke avgir en spenning som overstiger referansespenningen, se hendelse "a" i fig 2, stanses omformeren 4 og likestrømstilførselen 2 slik det er beskrevet ovenfor ved hjelp av et signal i ledningen 32 (Henvisninger ved hjelp av små latinske bokstaver gjelder fig 2 ) Utgangsstrømmen fra omformeren 4 faller derved mot null Samtidig får styresystemet melding via en ledning 40 om at overslag har funnet sted og endrer spenningsnivået i en ledningen 42 til den første halvbro IGBT driveren 10 slik at driveren 10 ikke gir innkoplingssignal til like-strømskilden 2 når vippen 28 grunnet et signal i en ledningen

44 gjeninnkopler omformeren 4

Med likestrømstilførselen 2 fremdeles utkoplet, sender styresystemet umiddelbart et signal via ledningen 44 til vippens 28 CLK port for å gjeninnkople omformeren 4, se hendelse "b" Grunnet restenergi i kondensatoren 38 stiger strømmen i omformeren 4 igjen, hvoretter strømmåleren 22 grunnet høy målt strømstyrke, igjen avgir en spenning som overstiger referansespenningen Omformeren 4 stoppes igjen og strømstyrken faller Det tilføres igjen en puls i ledningen 42 hvorved omformeren startes, se hendelse "c"

Forløpet repeteres en forutbestemt tidsperiode hvoretter det erfaringsmessig kan antas at kondensatoren 38 er utladet, se hendelse "d" Omformeren 4 startes og likestrømtilførselen 2 bringes til å levere strøm ved at spenningstilstanden i ledningen 42 endres, se hendelse "e" Verdien "U" i fig 2 angir høyspenningsrensefllterets 1 elektrodespenning, mens verdiene "A" og "Ul" angir henholdsvis korresponderende strømstyrke ved strømmåleren 22 og spenning over kondensatoren 38

Den relativt hurtige veksling av vippen 28 ved hjelp av en spenningspuls i ledningen 42 muliggjør at utladningen av den lagrede energi i kondensatoren 38 kan foretas gjennom det i høyspenningsrensefilteret pågående overslag

I en alternativ fremgangsmåte som kan anvendes når høyspen-ningsrensef llterets kapasitans er tilstrekkelig stor, avbrytes strømtilførselen til høyspenningsrensefilteret slik at et overslag stanses umiddelbart, se hendelse "f" i fig 2 Strømmen tilkoples igjen etter at overslaget er slukket, se hendelse "g" Oppladningen av høyspenningsrensefllterets 1 relativt store kapasitans bevirker at strømstyrkens stigetid blir lang nok til at omformeren 4 kan koples ut når strømstyrken passerer et forutbestemt nivå, se hendelse "h", uten at det oppstår overbelastningsskader Ut og mnkoplingen av omformeren 4 gjentas over en tidsperiode inntil kondensatoren 38 erfaringsmessig er tilstrekkelig utladet, se hendelse "i", hvoretter styrekretsen settes i driftstilstand hvor den vil besørge at strømtilførselen til høyspenningsrensefll-teret 1 brytes ved overslag

I fig 3 viser den øvre diagramdel høyspenningsrensefllterets spenning som funksjon av tid, mens den nedre diagramdel viser den korresponderende strøm som funksjon av tid Hendelser i fig 3 er avmerket med romertall Strømtilførselen til høyspenningsrensefilteret viser under normal drift en relativt stabil spenning og et strømnivå hvor det forekommer noe støy, se de korresponderende kurver I Når det forekommer et kortsluttende overslag, hendelse II, faller spenningen over høyspenningsrensefilteret tilnærmet til null mens spennmgsrensefllteret tilnærmet til null mens strømmen stiger raskt til et nivå for kortsluttningsdeteksjon som umiddelbart medfører at styresystemet kopler ut strømtilførselen

Når strømen igjen tilkoples høyspenningsrensefilteret 1, hendelse III, stiger spenning og strømstyrke opp til det nivået de hadde før overslaget

En plutselig mindre økning av strømforbruket, hendelse IV, indikerer at det finner sted et ikke-kortsluttende overslag i høyspennmgsfllteret 1 Strømtilførselen stanses ved hendelse V, og koples til igjen ved hendelse VI Strømforbruket til høyspennmgsfilteret inntar samme nivå som det hadde før hen-delsen IV og bekrefter således at strømendringen ved hendel-sen IV skyldtes et ikke-kortsluttende overslag

Nivået av strømstyrken ved tilkopling av strømmen, hendelse X, til høyspenningsrensefilteret 1 etter at strømmen har blitt utkoplet ved hendelse IX grunnet en betydelig økning i strømstyrken ved hendelse VIII, indikerer at det ved hendelse VII også var et overslag som ikke ble detektert Via en slik tolkning av endringer, er det mulig å automatisk regulere de-teksj onsnivaet

Miljøpåvirkede endringer i høyspenningsrensefllteret 1, for eksempel grunnet forandringer i gassmengde eller gassens kje-miske innhold, medfører en gradvis endring i strømforbruket mellom hendelse hendelse XI og hendelse XII

Strømtilførselen til høyspenningsrensefilteret koples fra ved hendelse XIII grunnet det nivå strømtilførselen har ved hendelse XII Etter gjeninnkopling av strømmen til høyspennings-filteret ved hendelse XIV er stømnivået uforandret i forhold til ved hendelse XIII Det betyr at det sannsynligvis ikke var noe overslag tilstede ved hendelse XII

Ved at styresystemet er programmert til å foreta logiske be-slutninger om hvilke forhold som skal være tilstede i høy-spennm<g>sf ilteret 1, samt den forutgående strørnf orbruksutvik-hng før utkopling av strømtilførselen til høyspennmgsrense-filteret 1 foretas, kan spenningsnivået i høyspenningsrense-filteret 1 gradvis økes til et nivå hvor et akseptabelt antall overslag per tidsenhet oppstår Styresystemets program kan ved gjeninnkoplmg av strømtilførselen på grunnlag av strømforbruket før og etter utkopling analysere om det dreide seg om et overslag eller en miljømessig forandring i høyspen-nm<g>sf llteret Styresystemet kan ved hjelp av såkalt "Fuzzy Logic" med grunnlag i den nevnte analyse forandre styrepro-grammet til å reagere på en annen måte for eksempel ved mil-jømessige forandringer

Claims (7)

1 Fremgangsmåte for hurtig å kunne gjeninnkople et høyspen-ningsrensef ilter (1) etter at strømtilførselen til høy-spenningsrensef ilteret (1) er stoppet, for eksempel grunnet et overslag, hvor høyspenningsrensefllterets (1) strømkrets omfatter en likespennmgtilførsel (2) og en omformer (4), og hvor det mellom omformerens (4) strømtil-førselpoler er anbrakt en kondensator (38), idet kondensatoren (38) i hovedsak må være utladet før gjeninnkopling av høyspenningsrensefllteret (1) kan finne sted, karakterisert ved at omformeren (4), etter at utkopling av høyspenningsrensefilteret (1) har funnet sted, umiddelbart tildeles en strømbegrensende funksjon hvorved den energi som befinner seg i kondensatoren (38) kan ledes til høyspenningsrensefilteret (1) uten at strøm-kretsens komponenter skades

2 Fremgangsmåte i henhold krav 1 hvor strømstyrken mellom likespennmgtilf ørselen (2) og omformeren (4) måles ved hjelp av en strømmåler (22) idet strømmåleren (22) er innrettet til a avgi en spenning som i hovedsak er proporsjo-nal mot den malte strømstyrke, og hvor den fra strømmåle-ren (22) avgitte spenning sammenliknes med en referan-sespennmg i en komparator (26) idet komparatoren (26) , når spenningen fra strømmåleren (22) er lik eller overstiger referansespenningen, er innrettet til å avgi et signal til en vippe (28) hvorved vippen (28) via nødvendige kop-linger er innrettet til umiddelbart å avbryte strømforsy-ningen til høyspenningsrensefilteret (1) idet strømtilførselen (2) og omformeren (4) stanses, karakterisert ved at vippen (42) tilføres en spenning slik at den endrer tilstand og derved gjeninnkopler omformeren mens et styresignal til strømtilførselens (2) styring for-hindrer at strømtilførselen (2) gjeninnkoples

3 Fremgangsmåte i henhold til ett eller flere av de foregå-ende krav, karakterisert ved at fremgangsmåten ifølge krav 2 repeteres til kondensatoren (38) i hovedsak er utladet

4 Fremgangsmåte i henhold til ett eller flere av de foregå-ende krav, karakterisert ved at fremgangsmåten ifølge krav 2 repeteres til spenningene på omformerens (4) mn- og utgangsside i hovedsak er lik

5 Fremgangsmåte i henhold til ett eller flere av de foregå-ende krav, karakterisert ved at ikke-kortsluttende overslag i høyspenningsrensefilteret (1) oppdages ved å overvåke strømstyrken som tilføres høyspen-ningsrensef ilteret (1) idet en trmnformet økning i strømstyrken antas å indikere at et ikke-kortsluttende overslag er tilstede, mens en langsom økning av strøm-styrken indikerer at det foregår miljøendringer i høyspen-ningsrensef llteret (1)

6 Fremgangsmåte i henhold til krav 5, karakterisert ved at strømstyrken til høyspenningsrensefll-teret (1) etter at strømmen er gjenmnkoplet sammenlignes med strømstyrken like før utkopling for å kunne bestemme om et ikke-kortsluttende overslag var tilstede før høy-spenningsrensef ilteret (1) ble utkoplet

7 Fremgangsmåte i henhold til krav 6, karakterisert ved at høyspenningsrensefllterets (1) spenning styres på grunnlag av sammenligningen ifølge krav 5