СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ МЕСТ НАРУШЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ Российский патент 1998 года по МПК C25C3/20 

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано в целях электролиза алюминия для определения мест нарушения изоляции токопроводящих шин серии электролизеров, а также мест замыкания силовой сети, питающей исполнительные механизмы электролизеров, с ошиновкой.

Известен способ определения утечек тока серии электролизеров, включающий операции измерения потенциалов электродов электролизеров серии относительно земли и определения положения точки с нулевым потенциалом. Выбирают зону измерений, включающую по 2-5 точек с обеих сторон от точки нулевого потенциала. Измеряют и запоминают потенциалы и токи в каждой точке. Кроме того, для измерения тока используют дополнительный источник питания [1].

Недостатком рассмотренного способа является сложность выполнения измерений потенциалов в разных точках серии относительно заземления и низкая точность определения утечек тока.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ определения утечек тока в серии алюминиевых электролизеров, включающий измерение тока серии и разности потенциалов на различных участках серии, в котором по измеренным потенциалам (в начале и в конце серии) относительно заземления определяют место положения точки нулевого потенциала, вблизи которой, а также в начале и конце серии выделяют две группы электролизеров, измеряют среднее арифметическое значение падения напряжения и сопротивление электролизеров каждой группы, после чего вычисляют величину тока утечки как отношение разности средних арифметических значений напряжений к среднему арифметическому значению сопротивления групп электролизеров [2].

Для измерения мест нарушения изоляции по этому способу требуется решить задачу автоматизации измерения разности электрических потенциалов различных участков серии относительно земли. Поскольку существующие АСУ ТП не должны находиться под потенциалом земли, то реализация этого способа повлечет существенное усложнение и удорожание периферийных узлов системы контроля. Кроме того, из-за низкого собственного сопротивления шинопровода серии (менее 6•10^-3 Ом на постоянном токе) контроль мест нарушения изоляции по разности потенциалов на постоянном токе дает большие погрешности.

В основу предлагаемого изобретения положена задача повышения точности и технологичности определения мест нарушения изоляции серии алюминиевых электролизеров относительно точки заземления и изоляции, питающей исполнительные механические механизмы сети, от ошиновки.

Поставленная задача решается тем, что в способе обнаружения мест нарушения изоляции, включающем измерение тока серии и падений напряжений на различных участках токопроводящих шин и силовой сети серии алюминиевых электролизеров, согласно изобретению, дополнительно измеряют падения переменных составляющих напряжения на участках серии, определяют коэффициент связи между током серии и переменной составляющей падения напряжения на участке серии, после чего один из участков серии соединяют через емкость (конденсатор) с заземлением и измеряют падение напряжения переменной составляющей на каждом электролизере, по результатам измерения падения переменной составляющей на всех ваннах находят среднее значение, затем определяют величину и знак отклонения измеренных падений напряжения на каждом электролизере от среднего значения, место нарушения изоляции фиксируют в точке, где отклонение падения переменной составляющей превышает среднее значение, и электролизером, отклонение падения напряжения на котором от среднего значения меньше либо равно нулю. По разности между максимальным и минимальным отклонениями падений напряжения переменной составляющей на электролизерах, умноженной на коэффициент пропорциональности, определяют ток утечки, а по отношению этой разности к току утечки находят сопротивление изоляции серии электролизеров. Сопротивление изоляции силовой сети относительно ошиновки серии электролизеров определяют по величине постоянной составляющей падения напряжения в каждой фазе силовой сети, питающей исполнительные механизмы серии.

Предлагаемый способ осуществления может быть реализован с помощью устройства, электрическая схема которого приведена на чертеже. Приняты следующие обозначения: Z₁ - Z₁₉₂ -комплексное сопротивление электролизеров; Z_x - сопротивление утечки (в месте нарушения изоляции); R1 - резистор, ограничивающий ток заряда конденсатора C1; K1 и K2 - контакторы для подключения конденсатора C1 к участкам шинопровода тока серии; U~ - напряжение переменных составляющих тока серии, используемых для контроля мест нарушения изоляции; I_c - ток серии; - действующее значение переменной составляющей падения напряжения на электролизере; L - блокировочный дроссель (индуктивное сопротивление) для ограничения попадания переменной составляющей тока в измерительную цепь; C2 - блокировочный конденсатор, исключающий прохождение переменной составляющей тока через резистор R2; 1 - входной коммутатор для подключения электролизеров к аналого-цифровому преобразователю 2; 3 - управляющий вычислительный комплекс (УВК); 4 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП); 5 - коммутатор управляющих сигналов; K3 - переключатель для подключения фаз силовой сети исполнительных механизмов (например, трехфазный мотор домкратов для перемещения анода), установленных для обслуживания электролизеров, к измерительной цепи R2C2.

Серия электролизеров представлена на чертеже в виде последовательного соединения двух электролизных корпусов, состоящих из комплексных сопротивлений Z₁ - Z₁₉₂; сопротивлением Z_x обозначен участок серии с нарушенной изоляцией. К участку ошиновки между первым и вторым корпусами электролизеров и заземлением подключают конденсатор C1 с помощью двух контакторов K1 и K2, через резистор R1, ограничивающий ток заряда конденсатора C1. Резистор R2 подключен к шине, подводящей ток к серии электролизеров, через низкочастотный дроссель L, препятствующий прохождению переменного тока промышленной частоты 50 Гц. Резистор R2 шунтирован конденсатором C2. Переключатель K3 служит для подключения к резистору R2 фаз силовой сети, подводящей ток промышленной частоты 50 Гц напряжением 380 или 220 B к исполнительным механизмам, установленным на электролизной серии (например, моторы домкратов для подъема анодов). Входной коммутатор 1 служит для подключения электролизеров к аналого-цифровому преобразователю 2, выход которого подключен к УВК 3, соединенному с ЦАП 4, а тот в свою очередь соединен с коммутатором 5.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. В исходном положении контакторы K1 и K2 разомкнуты. В этом положении измеряют постоянный ток серии I_c и переменную составляющую падения напряжения на входе серии электролизеров и находят коэффициент пропорциональности
K = I_c/ U~,
затем с помощью контакторов K1 и K2; включаемых последовательно с интервалом в одну секунду, соединяют один из участков ошиновки серии (на чертеже показан участок между корпусами) с заземлением. После чего производят измерения действующего значения падения напряжения на всех электролизерах первого корпуса и определяют среднее значение

Далее вычисляют величины отклонения падения напряжения переменной составляющей на каждом электролизере корпуса от среднего значения

По величине и знаку отклонения определяют место замыкания электролизной серии (на участке, где имеется утечка тока, т.е. низкое сопротивление серия - "земля", наблюдается резкое снижение .

Вычислив среднюю величину падения напряжения на электролизерах до места утечки и после, определяют ток утечки

где
- среднее значение падения переменного напряжения на электролизерах до места утечки и после соответственно.

Используя найденное значение тока утечки, вычисляют величину сопротивления утечки или сопротивление изоляции серии

Для повышения точности определения мест нарушения изоляции серии электролизеров можно увеличить количество шунтирующих емкостей, соединяющих ошиновку с заземлением.

Для измерения изоляции силовых трехфазных сетей, обеспечивающих работу исполнительных механизмов, установленных в электролизных корпусах или непосредственно на электролизерах, один конец резистора R2 подключают к шине, подводящей ток к серии электролизеров, через дроссель L, а второй - через переключатель K3 к фазам силовой сети. Если одна или несколько фаз силовой сети имеют прямой контакт или низкое сопротивление изоляции, то по измерительному резистору R2 потечет ток, но поскольку сопротивление измерительной цепи почти на десять порядков выше сопротивления серии электролизеров, то на резисторе R2 будет фиксировать падение напряжения (постоянную составляющую тока серии) между входной шиной (точкой подключения дросселя к шине) и токопроводящим элементом серии в точке нарушения изоляции силовой сети одного из исполнительных механизмов. По величине постоянного напряжения на резисторе R2 определяют место нарушения изоляции силовой сети.

Из источника [2] следует, что средняя величина тока утечки составляет 1,1 кА. Своевременное устранение тока утечки позволит экономить электроэнергию в объеме более 7 млн. кВт•ч в год на серию.

Все предложенные в данном описании узлы испытаны на группе электролизеров CaA3a. Погрешность в определении тока утечки не превышает 3%.

Изобретение относится к цветной металлургии и позволяет повысить точность и технологичность определения мест нарушения изоляции токоподводящих шин серии электролизеров и силовой сети, питающей исполнительные механизмы. Для обнаружения мест нарушения изоляции измеряют постоянные и переменные составляющие тока серии и падения напряжений на различных участках токопроводящих шин и силовой серии аллюминиевых электролизеров. Определяют коэффициент связи между током серии и переменной составляющей падения напряжения на участке серии, после чего один из участков серии соединяют через электрическую емкость с заземлением и измеряют падения напряжения переменной составляющей на каждом электролизере. По величине и знаку отклонения измеренных падений напряжения на каждом электролизере определяют место нарушения изоляции, а через коэффициенты связи между током серии и переменной составляющей находят ток утечки и сопротивление изоляции серии электролизеров. Сопротивление изоляции силовой сети относительно ошиновки серии электролизеров определяют по величине постоянной составляющей падения напряжения в каждой фазе силовой сети, питающей исполнительные механизмы серии. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ обнаружения мест нарушения изоляции, включающий измерение тока серии и падения напряжения на участках электрической цепи тока серии, определение среднеарифметического значения измеренных напряжений, отличающийся тем, что измеряют действующее значение переменных составляющих падений напряжения на серии и определяют коэффициент связи между током I_с серии и переменной составляющей падения напряжения U~c

на серии по выражению
K = I_c/U~c ,
после чего один из участков серии соединяют через блок конденсаторов с заземлением, измеряют действующее значение падений напряжений переменной составляющей на каждом электролизере, по результатам измерений находят среднее значение, затем определяют величину и знак отклонения измеренных напряжений на каждом электролизере от среднего значения и фиксируют место нарушения изоляции между электролизерами с отклонением измеренного значения больше нуля и отклонением меньше или равным нулю. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сопротивление изоляции (R_у) и ток утечки (I_у) определяют по выражениям

где среднее значение падения переменной составляющей напряжения на электролизерах до зафиксированного места утечки и после соответственно. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что сопротивление изоляции силовой сети относительно серии электролизеров определяют по величине постоянной составляющей падения напряжения, измеренного между фазами силовой сети и шинопроводом серии.