RU2121204C1

RU2121204C1 - Device for protecting ac power circuit against current leakage to dc power circuit of aluminum electrolyzer

Info

Publication number: RU2121204C1
Application number: RU96123995A
Authority: RU
Inventors: В.И. Герасимов; В.Ф. Машуков; Г.А. Савраненко; Г.Б. Семенов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Красноярский алюминиевый завод"; Закрытое акционерное общество "Краспромавтоматика"
Priority date: 1996-12-10
Filing date: 1996-12-10
Publication date: 1998-10-27

Abstract

FIELD: electrical engineering; systems incorporating non-grounded power circuits, for example, protection of electrolyzer drive control circuits. SUBSTANCE: device has actuating element, dividing members inserted in star-connected circuit whose neutral point is coupled with resistor connected in parallel with comparison element. Common point is coupled through this resistor with electrolyzer anode bus. Introduced in device is double-pole switch one of whose poles is connected to ac circuit phase lead and other pole, to anode bus. Connected in series with switch are low-frequency filter and threshold element with two different-polarity comparison thresholds. Coincidence gate installed at input of actuating element has one of its inputs connected to output of threshold element and other input, to time delay output. Output of comparison element is connected to time delay input and to control input of double-pole switch. Capacitors are used as dividing members. EFFECT: provision for selective protection of ac circuit against current leakage to DC process bus system. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в системах, содержащих незаземленные питающие сети переменного тока, например, для защиты схем управления электроприводами электролизеров. The invention relates to electrical engineering and can be used in systems containing ungrounded AC mains, for example, to protect control circuits of electrolytic cells.

Известно устройство для защиты источника питания гальванической ванны от попадания сетевого напряжения на его выводы, содержащее блок защиты, вход которого подключен к вторичной обмотке трансформатора тока нулевой последовательности, а выход - к коммутирующему аппарату, и блок заземления, выполненный на последовательно соединенных резисторе и диоде и подключенный к одному из выходных выводов источника питания (А.С. N 1096723, МПК³ H 02 H 3/16, опубл. 07.06.84 г., БИ N 21).A device is known for protecting a power source of a galvanic bath from mains voltage entering its terminals, comprising a protection unit, the input of which is connected to the secondary winding of a zero-sequence current transformer, and the output is connected to a switching device, and a ground block made on a resistor and a diode connected in series and connected to one of the output terminals of the power source (AS N 1096723, IPC ³ H 02 H 3/16, publ. 07.06.84, BI N 21).

Однако устройство применяется только для защиты источников питания гальванических ванн на силу тока до нескольких сот ампер и, кроме того, содержит блок, гальванически связанный с землей, что не допускается в электролизном производстве. However, the device is used only to protect power sources of electroplating baths for currents up to several hundred amperes and, in addition, contains a unit galvanically connected to the ground, which is not allowed in electrolysis production.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является устройство, содержащее делительные резисторы, подключенные по схеме звезда к шинам каждой фазы сети постоянного и переменного тока соответственно, а нулевая точка звезды связана с заземляющим резистором, параллельно которому подключены дешифратор и орган сравнения, к выходам которых подключен исполнительный орган (А. С. N 902134, М. Кл³. H 02 H 3/16, опубл. 30.01.82 г, БИ N 4).Closest to the proposed invention in technical essence is a device containing dividing resistors connected in a star circuit to the buses of each phase of the DC and AC current network, respectively, and the star’s zero point is connected to a grounding resistor, in parallel with which a decoder and a comparison organ are connected, to the outputs of which the executive body is connected (A. S. N 902134, M. Cl ^3. H 02 H 3/16, publ. 30.01.82 g, BI N 4).

Известное устройство не обеспечивает защиту от утечек тока между фазами сети переменного тока и шинами постоянного тока и, кроме того, предназначено для отключения всей сети в случае превышения тока утечки допустимого значения. The known device does not provide protection against current leakage between the phases of the AC network and the DC bus and, in addition, is intended to disconnect the entire network in case of exceeding the leakage current allowable value.

Технический результат достигается тем, что известное устройство, содержащее исполнительный орган, делительные элементы, подключенные в сеть в виде звезды и связанные общей точкой с резистором, параллельно которому подключен орган сравнения, согласно изобретению снабжено двухполюсным ключом, один полюс которого соединен с фазой сети переменного тока, последовательно которому включены фильтр нижних частот и пороговый элемент с двумя разнополярными порогами срабатывания, а второй полюс ключа соединен с анодной шиной, на входе исполнительного органа установлен элемент совпадения, одним входом подсоединенный к выходу порогового элемента, другим - к выходу временной задержки, вход которой подключен к выходу органа сравнения, соединенного с управляющим входом двухполюсного ключа, а общая точка звезды соединена через резистор с анодной шиной электролизера. The technical result is achieved by the fact that the known device containing an actuator, dividing elements connected to the network in the form of a star and connected by a common point with a resistor, parallel to which is connected the comparison organ, according to the invention is equipped with a bipolar switch, one pole of which is connected to the phase of the AC network , in series which includes a low-pass filter and a threshold element with two opposite-polarity thresholds of operation, and the second pole of the key is connected to the anode bus, at the input, execute nogo body set matches the element with one input coupled to the output of the threshold element, the other - to the output of a time delay, whose input is connected to the output of the comparison body connected to a control input of a two-pole switch, and the common point of the star is connected through a resistor to the anode bus of the cell.

В качестве делительных элементов использованы конденсаторы. Capacitors are used as dividing elements.

На чертеже изображена функциональная сема устройства для защиты сети переменного тока от тока утечки на сеть постоянного тока алюминиевого электролизера, где 1 - сеть переменного тока, 2 - делительные элементы, 3 - резистор, 4 - анодная шина, 5 - электролизер, 6 - орган сравнения, 7 - двухполюсный ключ, 8 - фильтр нижних частот, 9 - пороговый элемент, 10 - временная задержка, 11 - элемент совпадения, 12 - исполнительный орган. The drawing shows a functional seme of a device for protecting an alternating current network from leakage current to a direct current network of an aluminum electrolyzer, where 1 is an alternating current network, 2 are dividing elements, 3 is a resistor, 4 is an anode bus, 5 is an electrolyzer, 6 is a comparison organ , 7 - a bipolar switch, 8 - a low-pass filter, 9 - a threshold element, 10 - a time delay, 11 - a coincidence element, 12 - an executive body.

Устройство содержит исполнительный орган 12, делительные элементы 2, подключенные в сеть 1 в виде звезды, нулевой точкой связанные с резистором 3, параллельно которому подключен орган сравнения 6. Общая точка через резистор 3 связана с анодной шиной 4 электролизера 5. В устройство введен двухполюсный ключ 7, один полюс которого соединен с фазой сети, а второй - с анодной шиной 4. Последовательно ключу 7 включены фильтр нижних частот 8 (ФНЧ) и пороговый элемент 9 с двумя разнополярными порогами срабатывания. На входе исполнительного органа 12 установлен элемент совпадения 11, один вход его подключен к выходу порогового элемента 9, а другой - к выходу временной задержки 10. Выход органа сравнения 6 подключен к входу временной задержки 10 и управляющему входу двухполюсного ключа 7. The device contains an actuator 12, dividing elements 2 connected to the network 1 in the form of a star, connected by a zero point to a resistor 3, in parallel with which a comparison organ 6. A common point is connected through a resistor 3 to the anode bus 4 of the electrolyzer 5. A bipolar switch is inserted into the device 7, one pole of which is connected to the phase of the network, and the second to the anode bus 4. In series with key 7, a low-pass filter 8 (low-pass filter) and threshold element 9 with two opposite-polarity thresholds are activated. At the input of the executive body 12, a coincidence element 11 is installed, one input thereof is connected to the output of the threshold element 9, and the other to the output of the time delay 10. The output of the comparison organ 6 is connected to the input of the time delay 10 and the control input of the bipolar switch 7.

В качестве делительных элементов 2 использованы конденсаторы. As dividing elements 2 used capacitors.

Величины делительных элементов 2 и резистора 3 выбираются из расчета допустимого уровня сигнала на входе органа сравнения 6 при коротком замыкании одной из фаз сети 1 на анодную шину 4 электролизера 5. The values of the dividing elements 2 and the resistor 3 are selected from the calculation of the permissible signal level at the input of the comparison organ 6 when a short circuit of one of the phases of the network 1 to the anode bus 4 of the cell 5.

Устройство защиты работает следующим образом. При снижении сопротивления изоляции сети 1 относительно анодной шины 4 падение напряжения на резисторе 3 увеличивается и, при достижении им величины порога срабатывания органа сравнения 6, на выходе последнего формируется сигнал высокого уровня. С выхода органа сравнения 6 сигнал высокого уровня поступает на вход временной задержки 10 и на управляющий вход ключа 7, который соединяет фазу сети переменного тока 1 и анодную шину с входом ФНЧ 8. С помощью ФНЧ 8 выделяется постоянная составляющая напряжения, величина которой близка к нулю при утечке тока на шину 4 электролизера 5 и превышает пороговое значение элемента 9 при ее замыкании на ошиновку предыдущего или последующего электролизеров. Выходной сигнал с порогового элемента 9 подается на вход элемента совпадения 11. The protection device operates as follows. With a decrease in the insulation resistance of the network 1 relative to the anode bus 4, the voltage drop across the resistor 3 increases and, when it reaches the threshold value of the comparison organ 6, a high level signal is generated at the output of the latter. From the output of the comparison organ 6, a high-level signal is fed to the input of the time delay 10 and to the control input of the key 7, which connects the phase of the AC network 1 and the anode bus to the input of the low-pass filter 8. Using the low-pass filter 8, a constant voltage component is extracted, the value of which is close to zero when the leakage of current to the bus 4 of the electrolyzer 5 and exceeds the threshold value of the element 9 when it is shorted to the busbar of the previous or subsequent electrolysis cells. The output signal from the threshold element 9 is fed to the input of the coincidence element 11.

После временной задержки 10, длительность которой превышает значение постоянной времени ФНЧ 8, сигнал поступает на второй вход элемента совпадения 11. В результате элемент совпадения 11 формирует сигнал на включение исполнительного органа 12, обеспечивающего отключение сети 1, питающей схемы управления электроприводом электролизера 5. After a time delay 10, the duration of which exceeds the value of the time constant of the low-pass filter 8, the signal is supplied to the second input of the coincidence element 11. As a result, the coincidence element 11 generates a signal to turn on the actuator 12, which disconnects the network 1 supplying the control circuit of the electrolytic cell 5.

В случае утечки тока на ошиновку 4 других электролизеров 5, электроприводы которых подключены к этой же сети переменного тока 1, постоянная составляющая напряжения на выходе ФНЧ 8 превысит порог своего значения и на выходе порогового элемента 9 появится сигнал, идущий на элемент совпадения 11, устанавливающий запрет на срабатывание исполнительного органа. In the event of a leakage of current to the busbar 4 of the other electrolytic cells 5, the electric drives of which are connected to the same AC network 1, the constant component of the voltage at the output of the low-pass filter 8 will exceed the threshold of its value and a signal will appear at the output of the threshold element 9, which goes to coincidence element 11, which sets the ban the response of the executive body.

Таким образом, предлагаемое устройство для защиты сети переменного тока от тока утечки на сеть постоянного тока алюминиевого электролизера, позволяет обеспечить селективное отключение сети, питающей электропривод того электролизера из группы последовательно включенных электролизеров, на котором величина тока утечки на анодную шину превысила допустимое значение. Thus, the proposed device for protecting the alternating current network from the leakage current to the direct current network of the aluminum electrolysis cell allows for selective disconnection of the network supplying the electric drive of that electrolytic cell from the group of series-connected electrolysis cells, on which the leakage current to the anode bus exceeded the permissible value.

Claims

1. A device for protecting an alternating current network from a leakage current to a direct current network of an aluminum electrolyzer containing an actuator, dividing elements connected to the network in the form of a star and connected by a common point with a resistor, in parallel with which a comparison organ is connected, characterized in that it is provided a bipolar switch, one pole of which is connected to the phase of the alternating current network, in series to which a low-pass filter and a threshold element with two different-threshold thresholds are activated, and the second floor from the key is connected to the anode bus, a coincidence element is installed at the input of the executive body, one input connected to the output of the threshold element, the other to the output of the time delay, the input of which is connected to the output of the comparison organ connected to the control input of the bipolar key, and the common star point is connected through a resistor with the anode busbar of the electrolyzer.

2. The device according to claim 1, characterized in that capacitors are used as dividing elements.