專利名稱：用于單極和雙極電解槽中的短路系統(tǒng)的制作方法
眾所周知，電化學(xué)設(shè)備包括多個(gè)電解槽，其每一個(gè)均由多個(gè)組裝成所謂的壓濾裝置的基本單元組成，所述基本單元串聯(lián)(雙極電解槽)或并聯(lián)(單極電解槽)連接。這些電解槽，在單極電解槽的情況下通常被提供有高至500kA的電流和10V的最大電壓，在雙極電解槽的情況下有高至20kA的電流和300V的最大電壓。
在標(biāo)準(zhǔn)的操作條件下，當(dāng)需要對(duì)電解槽中的一個(gè)進(jìn)行檢修時(shí)，必須中斷提供給整個(gè)設(shè)備的電解電流，以對(duì)所檢修的電解槽進(jìn)行修理或更換。
對(duì)整個(gè)設(shè)備(電解電路)的電流的較長(zhǎng)時(shí)間的中斷，不僅會(huì)造成生產(chǎn)上的損失，而且還會(huì)由于溫度和壓力的顯著改變而損壞電解槽的內(nèi)部部件。另外，由于電流的較長(zhǎng)時(shí)間的中斷，還會(huì)損壞設(shè)備的輔助設(shè)備，如壓縮機(jī)。由于必須以小的間隔分別減小或增大電流，為了避免這種問題，停止和啟動(dòng)需要很長(zhǎng)的時(shí)間。這樣做的明顯結(jié)果，是進(jìn)一步降低了產(chǎn)量。
在傳統(tǒng)的設(shè)備中，該問題是借助跨接開關(guān)裝置來克服的，該跨接開關(guān)裝置是用于對(duì)在多個(gè)電解槽的電路中對(duì)所要檢修的電解槽進(jìn)行旁路。為了避免其余電解槽中的電解過程的中斷，電解槽一旦得到檢修，其旁路(斷開)和連接都是在電流負(fù)載下進(jìn)行的。
所要檢修的電解槽，可通過采用與電解槽的端子觸頭相連接的銅母線來旁路。由于通過設(shè)備的電流非常大，所以連接母線的操作有嚴(yán)重的危險(xiǎn)。
為克服這一問題，設(shè)置了帶有靜止觸頭和在靜止觸頭上滑動(dòng)的移動(dòng)觸頭的短路母線，它提供了完全而安全的操作。另外，移動(dòng)觸頭與靜止觸頭相比還有其他的優(yōu)點(diǎn)，即在有振動(dòng)情況下的穩(wěn)定性，對(duì)熱膨脹的完全吸收，單個(gè)觸頭的串聯(lián)電阻。
觸頭的壓力由適當(dāng)?shù)膹椈蓙肀ＷC，每一個(gè)移動(dòng)觸頭有一個(gè)彈簧。這種母線，固定和移動(dòng)觸頭的設(shè)置，是由在技術(shù)領(lǐng)域中被稱為跨接開關(guān)的這些裝置提供的。
然而，由于運(yùn)行電流大，在電解槽的短路期間會(huì)在移動(dòng)觸頭上發(fā)生閃弧。
這種問題是借助適當(dāng)?shù)拈W弧保護(hù)觸頭克服的，該閃弧保護(hù)觸頭是為相對(duì)于主觸頭-移動(dòng)或靜止的-的預(yù)定的閉合和延遲的打開而設(shè)置的，以避免在該觸頭上的閃弧。
對(duì)于運(yùn)行電流高至20kA且電壓高至300V的開關(guān)，除了閃弧保護(hù)觸頭以外，還設(shè)置了保險(xiǎn)絲。
這些跨接開關(guān)，雖然使用得非常廣泛，但維護(hù)量很大。該閃弧保護(hù)觸頭通常在幾十次打開和閉合程序之后就需要更換，且保險(xiǎn)絲在每次操作之后都要更換。閃弧保護(hù)觸頭和保險(xiǎn)絲的更換不僅費(fèi)用昂貴，而且需要專業(yè)維修人員的幫助。
另外，上述解決方案未能完全消除觸頭中閃弧的危險(xiǎn)。實(shí)際上，在進(jìn)行短路操作之前，電流通常減小。另外，忘記更換保險(xiǎn)絲會(huì)在下一次短路操作期間造成嚴(yán)重的危險(xiǎn)。
本發(fā)明的主要目的，是通過提供一種短路系統(tǒng)來消除先有技術(shù)的這種不方便性，該短路系統(tǒng)適用于單極和雙極電解槽，該系統(tǒng)使得能夠以完全安全的方式并在不中斷電解過程的情況下進(jìn)行所述電解槽的斷開及隨后的連接。
本發(fā)明的另一目的，是提供一個(gè)短路系統(tǒng)，它消除了對(duì)技術(shù)幫助的需要且比先有技術(shù)的跨接開關(guān)需要更少的維修。
本發(fā)明的另一個(gè)目的，是提供一種高度可靠的短路系統(tǒng)，它具有比先有技術(shù)的跨接開關(guān)更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和更低的成本。
本發(fā)明的進(jìn)一步的目的，是提供一種短路系統(tǒng)，它也允許采用低費(fèi)用的跨接開關(guān)或者，在采用高費(fèi)用跨接開關(guān)的情況下，能夠無(wú)限期延長(zhǎng)觸頭的壽命。
以上的目的和本發(fā)明的其他目的，將從通過以下描述而變得明顯，且這些目的是借助本發(fā)明的用于包括多個(gè)電解槽的電解電路的短路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，所述系統(tǒng)包括電源裝置和用于在非常有限的時(shí)間內(nèi)中斷電流的裝置，該有限的時(shí)間不影響操作條件，但仍然允許對(duì)電解電路的所述多個(gè)電解槽中的至少一個(gè)進(jìn)行短路。
在以下對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施例的詳細(xì)描述中，將說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)。然而，應(yīng)該理解的是，在不脫離本發(fā)明的精神的前提下，用于單極和雙極電解槽的短路系統(tǒng)的其他實(shí)施例也是可能的。
現(xiàn)在結(jié)合附圖
描述本發(fā)明，該附圖是一個(gè)電路框圖，其中標(biāo)號(hào)1表示短路系統(tǒng)，該短路系統(tǒng)包括電化學(xué)設(shè)備的初級(jí)三相電流供給線2。線2與帶有高壓開關(guān)裝置4的變壓器3連接，變壓器3的初級(jí)是星形連接，而次級(jí)是開口三角形連接。次級(jí)的電路由半導(dǎo)體特別是可控硅構(gòu)成的整流器5來完成。
整流器5是根據(jù)格里茨橋接法而構(gòu)成的，并用由可控硅6和7組成的簡(jiǎn)單形式表示?？煽毓?和7的每一個(gè)分別帶有保險(xiǎn)絲8a和8b。變壓器3和整流器5代表了AC/DC轉(zhuǎn)換單元。整流器5的輸出端，即可控硅6和7不與變壓器3相連的端子，與包括串聯(lián)的電解槽10a-10d的電解電路相連。兩個(gè)直流絕緣子11a和11b位于電解電路9的端子處，用于使所述電解電路與由電流線2、變壓器3和整流器5組成的電源裝置絕緣。
整流器5的可控硅6和7的柵極與產(chǎn)生用于這些可控硅的啟動(dòng)脈沖的一個(gè)控制電路12相連。該可控硅控制電路12從一個(gè)自動(dòng)電流控制器13接收可控硅的觸發(fā)序列。該自動(dòng)電流控制器13進(jìn)一步與一個(gè)同步和測(cè)量電路16相連，該電路16用于把啟動(dòng)可控硅的同步信號(hào)傳送到控制器13。電路16從它與之相連的初級(jí)供給線2導(dǎo)出該同步信號(hào)。另外，同步和測(cè)量電路16控制由線2提供的最小電壓，以在初級(jí)電壓降低到預(yù)定電平以下時(shí)切斷整流器5。
另外，控制器13與測(cè)量與電流反饋電路15相連，后者接收來自一個(gè)位于變壓器3和整流器5之間的電流互感器14的輸入信號(hào)。所述電路15檢測(cè)整流器5提供的電流。控制器13與其自己的電源17相連。
自動(dòng)電流控制器13還帶有用于控制電流設(shè)定點(diǎn)的電位計(jì)24。
本發(fā)明的該系統(tǒng)還包括一個(gè)選擇器22，后者使得能夠啟動(dòng)短路操作。該選擇器22將一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)送到控制電路12和“與”門23，后者的輸入端還被提供有來自控制器13的整流器5的零電流信號(hào)。門23的輸出信號(hào)被送到一個(gè)指令電路20。帶有開關(guān)19的一個(gè)跨接開關(guān)裝置18被加在所要斷開的電解槽10c的端子上。開關(guān)19和指令電路20與一個(gè)限制開關(guān)21相連，后者檢測(cè)開關(guān)19的精確位置并根據(jù)開關(guān)19的位置而使控制電路12將一個(gè)啟動(dòng)脈沖送到這些可控硅。
本發(fā)明系統(tǒng)的操作可概括如下。
在電化學(xué)設(shè)備的正常操作期間，一個(gè)在11kV數(shù)量級(jí)的初級(jí)三相電流以50Hz的頻率流過線2。變壓器3的高壓開關(guān)裝置4顯然是閉合的，且初級(jí)電壓被變換成輸出電壓并且該輸出電壓被送到整流器5的端子，即被送到可控硅6和7的端子。可控硅6和7的啟動(dòng)由控制電路12控制，而控制電路12又受到自動(dòng)電流控制器13的控制。
控制器13通過電位計(jì)24接收具有正極性的設(shè)定點(diǎn)信號(hào)和一個(gè)反饋信號(hào)一該反饋信號(hào)是變壓器14檢測(cè)的流動(dòng)電流的函數(shù)。正是這兩個(gè)信號(hào)之差經(jīng)過控制器12和13控制了可控硅6和7?？刂齐娐?2，通過控制器13并借助同步和測(cè)量電路16，由線2的初級(jí)電壓同步。因此，可控硅6和7的啟動(dòng)與變壓器3同相地發(fā)生。
另外，來自同步和測(cè)量電路16的信號(hào)被用來測(cè)量變壓器3的初級(jí)側(cè)的初級(jí)電壓并控制最小電壓和相序。如果該電壓減小到額定值的80%或相序錯(cuò)誤，整流器5就會(huì)被切斷，以進(jìn)行保護(hù)。
在電解槽之一被旁路的情況下，操作者通過接通選擇器22來啟動(dòng)該序列，選擇器22把一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)送到控制電路12和“與”門23。當(dāng)接收到該信號(hào)時(shí)，從控制電路12送到可控硅6和7的啟動(dòng)脈沖被停止。
由于整流器5的可控硅不再導(dǎo)通，電流變?yōu)榱恪＿@種零電流狀態(tài)由變壓器14和測(cè)量和電流反饋電路15進(jìn)行檢查。測(cè)量和電流反饋電路15通過控制器13將一個(gè)零電流信號(hào)送到“與”門23。該零電流信號(hào)和來自選擇器22的啟動(dòng)信號(hào)激活了“與”門23，后者使指令電路20運(yùn)行。
指令電路20使與被排除在外的電解槽相連的跨接開關(guān)裝置18的開關(guān)19閉合。限制開關(guān)21檢測(cè)開關(guān)19的位置并檢查跨接開關(guān)裝置18是否閉合。一旦實(shí)現(xiàn)了所述檢查，該限制開關(guān)以一個(gè)小的延遲把啟動(dòng)脈沖的一個(gè)再啟動(dòng)信號(hào)送到控制電路12的可控硅。
以此方式，至電解電路的電流只在極其有限的時(shí)間-通常是200至1000毫秒的時(shí)間中被中斷，以不影響電解過程的運(yùn)行條件。顯然電流的中斷取決于開關(guān)19的閉合時(shí)間。借助迅速的開關(guān)，該中斷時(shí)間可被減小到極其小的值。另外，用于再啟動(dòng)啟動(dòng)脈沖的信號(hào)是以一個(gè)小的延遲送出的，以避免在開關(guān)19閉合之前至電解電路9的電流供給被恢復(fù)的危險(xiǎn)。
以相同的方式，跨接開關(guān)裝置18可被打開，以使被檢修的電解槽再次與電解電路9相連。選擇器22把一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)送到控制電路12和“與”門23。該可控硅6和7的啟動(dòng)脈沖被停止且借助電路14和15檢查整流器5提供的零電流。隨后“與”門23激活指令電路20，后者打開開關(guān)19。限制開關(guān)21檢測(cè)開關(guān)19是否已經(jīng)完成了打開操作，且隨后它在最好有小的預(yù)定延遲的情況下把至可控硅6和7的啟動(dòng)脈沖的再啟動(dòng)信號(hào)送到控制電路12。
以上的描述只是為了說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。各種細(xì)節(jié)可以用技術(shù)上的等價(jià)物所取代。在不脫離本發(fā)明的精神的前提下，元件的材料和形狀或大小將根據(jù)具體的要求進(jìn)行選擇，而本發(fā)明的精神只應(yīng)由所附的權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)一個(gè)電解電路中的多個(gè)單極或雙極電解槽中的至少一個(gè)電解槽10c進(jìn)行旁路的短路系統(tǒng)，包括電源裝置控制系統(tǒng)12和跨接開關(guān)裝置18。該電源裝置包括一個(gè)電流線2、一個(gè)基于可控硅或等價(jià)裝置6和7的整流器5和用于向所述電解槽供給電解電流的變壓器3，控制系統(tǒng)12與控制器13相連，而該控制器13又與同步和測(cè)量電路16相連；帶有開關(guān)19的跨接開關(guān)裝置18用于對(duì)所述電解槽10c進(jìn)行旁路，其特征在于它包括一個(gè)適于將一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)送到控制電路12和與所述控制器13相連的“與”門23的選擇裝置22、一個(gè)與所述門23及所述跨接開關(guān)裝置18相連的指令電路20，用于中斷供到所述電解電路的電流，其時(shí)間至少足以使得所述電解槽10c能夠短路且限制開關(guān)21重新啟動(dòng)所述電流，電流的所述中斷不影響所述多個(gè)單極或雙極電解槽的運(yùn)行狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中自動(dòng)電流控制器13進(jìn)一步與測(cè)量和電流反饋電路15相連，而測(cè)量和電流反饋電路15又與位于變壓器3和整流器5之間的電流互感器14相連。
3.用于利用前述權(quán)利要求中的短路系統(tǒng)來對(duì)電解電路中的多個(gè)單極或雙極電解槽中的至少一個(gè)電解槽10c進(jìn)行旁路的方法，其特征在于它包括a.通過停止從控制電路12至可控硅6和7的啟動(dòng)脈沖并把一個(gè)信號(hào)送到“與”門23，接通選擇器22以達(dá)到一個(gè)零電流狀態(tài)b.借助變壓器14和電路15控制該零電流狀態(tài)c.把一個(gè)零電流信號(hào)經(jīng)過控制器13送到“與”門23并把一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)送到指令電路20d.通過指令電路20把開關(guān)19閉合以旁路電解槽10ce.借助限制開關(guān)21檢測(cè)開關(guān)19的位置f.借助限制開關(guān)21以小的延遲對(duì)至可控硅6和7的啟動(dòng)脈沖進(jìn)行再啟動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于該小的延遲在200-1000毫秒的范圍內(nèi)。
全文摘要
一種短路系統(tǒng)，它具體用于對(duì)電解電路中的多個(gè)單極或雙極電解槽中的一個(gè)電解槽進(jìn)行旁路，所述系統(tǒng)包括用于向所述電解槽供給電解電流的電源裝置、用于旁路所述電解槽的跨接開關(guān)裝置、和用于至少在足以允許在不顯著影響所述電解槽的運(yùn)行狀態(tài)的情況下對(duì)該電解槽進(jìn)行短路的時(shí)間內(nèi)控制和中斷向所述電解槽提供的電流的裝置。
文檔編號(hào)H01H3/00GK1107189SQ94115690
公開日1995年8月23日 申請(qǐng)日期1994年9月9日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月10日
發(fā)明者奧里莉歐·拉蒂里拉 申請(qǐng)人:德·諾拉·帕爾梅利有限公司