СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ИМПУЛЬСНОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 2019 года по МПК B02C19/18 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу эксплуатации высоковольтной импульсной системы, в частности, высоковольтной импульсной системы для измельчения и/или ослабления материала посредством высоковольтных разрядов, системе для выполнения указанного способа, а также к использованию системы в соответствии с преамбулами независимых пунктов формулы изобретения.

Уровень техники

В случае высоковольтных импульсных систем, которые, например, используются для электродинамического измельчения материала с помощью высоковольтных разрядов, по соображениям безопасности необходимо соответственно разряжать и закорачивать или заземлять накопители энергии, обычно конденсаторы, чтобы люди могли приближаться к высоковольтным деталям во время работы. Это также относится, в частности, к регулярным работам по техническому обслуживанию таких систем, как, например, регулярная замена рабочих электродов в системах электродинамического измельчения.

Закорачивание или заземление накопителей энергии, соответственно, обычно осуществляют с помощью закорачивающего или заземляющего переключателя, соответственно, который одновременно разряжает накопитель энергии. Ток ограничивается резистором, подключенным последовательно с переключателем, так что кратковременный довольно высокий ток не повреждает переключатель.

При сближении двух контактов переключателя неизбежно образуется дуга. Сила и продолжительность дуги зависит от напряжения в накопителе энергии. Из соображений изоляции накопители энергии погружены в масло. Если закорачивающий или заземляющий переключатель, соответственно, также находится в масле, то дуги образуются в масле. Они сжигают масло. Со временем продукты сгорания ухудшают изоляционные свойства масла, что в конечном итоге может привести к нарушению электрической изоляции.

Во избежание этого контакты закорачивающего или заземляющего переключателя, соответственно, располагают обычно в газовом объеме, который, в свою очередь, помещен в масло. Однако эту концепцию можно использовать только при напряжениях до уровня приблизительно 50 кВ, потому что выше этого напряжения размер переключателя, а также подключенного последовательно резистора непропорционально увеличивается, что не только приводит к высоким затратам и необходимости очень большого количества изолирующего масла, но также делает практически невозможными некоторые размеры систем, предпочтительных для этого диапазона напряжений.

Сущность изобретения

Следовательно, цель состоит в том, чтобы предложить техническое решение, которое не имеет вышеупомянутых недостатков предшествующего уровня техники или, по меньшей мере, помогает частично их избежать.

Эта цель достигается с помощью способа и системы в соответствии с независимыми пунктами формулы изобретения.

В соответствии с этим первый аспект изобретения относится к способу эксплуатации высоковольтной импульсной системы, предпочтительно для измельчения и/или ослабления материала посредством высоковольтных разрядов. Эта система содержит один или несколько накопителей энергии для подачи энергии для высоковольтных импульсов, а также одно или несколько зарядных устройств для зарядки накопителя(ей) энергии.

При предполагаемой работе в высоковольтном импульсном режиме система генерирует последовательность импульсов высокого напряжения. При этом, накопитель(и) энергии по существу полностью разряжается при каждом высоковольтном импульсе и снова заряжается только после истечения паузы зарядки посредством подачи энергии зарядки с помощью зарядного устройства (устройств) для следующего импульса высокого напряжения.

Посредством способа эксплуатации в соответствии с изобретением в каждом случае создают временное окно между двумя последовательными импульсами высокого напряжения, в течение которого накопитель(и) энергии по существу полностью разряжен, и на него (на них) не подается зарядное напряжение.

Таким образом, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления способа становится возможным закоротить или заземлить накопитель(и) энергии соответственно в течение такого временного окна (паузы зарядки) без напряжения без протекания тока короткого замыкания или заземления, чтобы переключить систему из работы в высоковольтном импульсном режиме в нерабочее состояние, в котором накопители энергии высоковольтной импульсной системы разряжены и защищены от непреднамеренной зарядки от короткого замыкания или заземления, соответственно.

Таким образом, может быть полностью предотвращено образование дуги во время закорачивания или заземления накопителя(ей) энергии, что, в связи с этим, позволяет создавать практически не подверженные износу системы. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления способа, также можно обойтись без использования резистора короткого замыкания или заземления во время закорачивания или заземления накопителя(ей) энергии.

Кроме того, эксплуатация системы в соответствии с изобретением позволяет вернуться к проверенным и компактным системным концепциям даже в диапазонах напряжений значительно выше 50 кВ.

Преимущественно, после закорачивания или заземления накопителя(ей) энергии зарядное устройств(а) больше не передает зарядную энергию в закороченный или заземленный накопитель(и). Это приводит к преимуществу, которое заключается в том, что не происходит закорачивания или заземления зарядного устройства (устройств) с соответствующей нагрузкой на зарядное устройство (устройства) и соответствующей потерей энергии.

Закорачивание или заземление накопителя(ей) энергии предпочтительно осуществляют с помощью закорачивающих или заземляющих переключателей. Преимущество заключается в том, что эту операцию можно легко автоматизировать. По соображениям безопасности также предпочтительно, чтобы закорачивание или заземление выполняли посредством по меньшей мере двух закорачивающих или заземляющих переключателей на каждый накопитель энергии.

Если контакты закорачивающего или заземляющего переключателя(ей) расположены в масле, что предпочтительно, то преимущественно в общем заполненном маслом контейнере вместе с накопителем(ями) энергии, поэтому становятся возможными особенно компактные системы.

Кроме того, предпочтительно отслеживать состояние переключения соответствующего закорачивающего или заземляющего переключателя посредством датчика и/или оптического дисплея состояния переключения. Таким образом, можно дополнительно повысить безопасность.

Также выгодно, чтобы соответствующий закорачивающий или заземляющий переключатель, находясь в замкнутом состоянии, то есть когда он закорачивает или заземляет накопитель(и) энергии, был механически закреплен и/или заблокирован. Таким образом, можно безопасно предотвратить непреднамеренное устранение короткого замыкания или заземления.

Преимущественно в способе в соответствии с изобретением при работе в высоковольтном импульсном режиме импульсы высокого напряжения генерируются с напряжением более 50 кВ, предпочтительно более 100 кВ, и предпочтительно с частотой более 1 Гц, еще более предпочтительно более 5 Гц.

При таких напряжениях и частотах преимущества изобретения становятся особенно очевидными.

Второй аспект изобретения относится к высоковольтной импульсной системе для выполнения способа в соответствии с первым аспектом изобретения.

Эта система содержит один или несколько накопителей энергии для подачи энергии для высоковольтных импульсов, а также одно или несколько зарядных устройств для зарядки накопителя(ей) энергии.

Кроме того, система содержит один или несколько закорачивающих или заземляющих переключателей для защиты накопителя(ей) энергии от непреднамеренной зарядки посредством соответственно закорачивания или заземления.

Система также содержит устройства для управления системой, с помощью которых системой управляют таким образом, что при предполагаемой работе в высоковольтном импульсном режиме она генерирует последовательность импульсов высокого напряжения, при этом накопитель(и) энергии по существу полностью разряжается при каждом импульсе высокого напряжения и снова перезаряжается для следующего импульса высокого напряжения путем подачи энергии зарядки от зарядного устройства (устройств) только после истечения паузы зарядки.

Система в соответствии с изобретением допускает эксплуатацию в высоковольтном импульсном режиме, при котором в каждом случае между двумя последовательными импульсами высокого напряжения имеется временное окно, в течение которого накопитель(и) энергии полностью разряжен и на него не подается зарядное напряжение.

Таким образом, становится возможным соответственно закоротить или заземлить накопитель(и) энергии в течение такого временного окна без напряжения (во время паузы зарядки) и, таким образом, переключить систему без протекания тока короткого замыкания или заземления из предполагаемого высоковольтного импульсного режима в нерабочее состояние, в котором накопитель(и) энергии высоковольтной импульсной системы разряжен и защищен от непреднамеренной зарядки посредством короткого замыкания или заземление соответственно.

Для этой цели в предпочтительном варианте осуществления системы устройства управления системой выполнены таким образом, что по команде останова, путем замыкания закорачивающего или заземляющего переключателя(ей) во время паузы зарядки, система может переключаться в нерабочее состояние, в котором накопитель(и) энергии высоковольтной импульсной системы разряжен и соответственно закорочен или заземлен и, таким образом, защищен от непреднамеренной зарядки.

Соответственно, образование дуги в случае закорачивания или заземления накопителя(ей) энергии может быть полностью предотвращено, при этом имеют место преимущества, уже упомянутые в отношении первого аспекта изобретения.

Преимущественно, устройства управления системой выполнены таким образом, что после закорачивания или заземления накопителя(ей) энергии зарядное устройство(а) больше не подает заряжающую энергию на соответственно закороченный или заземленный накопитель энергии. Тем самым, преимущество заключается в том, что не происходит закорачивания или заземления зарядного устройства (устройств) с соответствующей нагрузкой на зарядное устройство (устройства) и соответствующей потерей энергии.

По соображениям безопасности также предпочтительно, чтобы система содержала по меньшей мере два закорачивающих или заземляющих переключателя на каждый накопитель энергии соответственно для закорачивания или заземления накопителя(ей) энергии.

Также предпочтительно, чтобы контакты закорачивающего или заземляющего выключателя были расположены в масле, предпочтительно в общем заполненном маслом контейнере вместе с накопителем(ями) энергии. Таким образом, становятся возможны особенно компактные системы.

Кроме того, предпочтительно, чтобы устройства управления системой содержали датчик для контроля состояния переключения закорачивающего или заземляющего переключателя, и/или чтобы имелся оптический дисплей для визуального контроля состояния переключения закорачивающего или заземляющего переключателя. В результате, можно дополнительно повысить безопасность системы.

Кроме того, преимущество состоит в том, что система содержит устройства, с помощью которых соответствующий закорачивающий или заземляющий переключатель, находящийся в замкнутом состоянии, то есть когда он соответственно закорачивает или заземляет накопитель(и) энергии, может быть механически закреплен и/или заблокирован. Таким образом, можно надежно предотвратить непреднамеренное устранение короткого замыкания или заземления.

Также предпочтительно, чтобы закорачивающий или заземляющий переключатель системы находился в замкнутом состоянии в неактивированном состоянии или в состоянии, когда не подается приводящая в действие энергия. Таким образом, можно дополнительно повысить безопасность системы, потому что накопители энергии в системе автоматически закорачиваются или заземляются соответственно в случае сбоя подачи управляющей энергии (например, электрического тока или сжатого воздуха) для закорачивающих или заземляющих переключателей.

Высоковольтная импульсная система в соответствии с изобретением преимущественно разработана таким образом, чтобы с ее помощью можно было генерировать высоковольтные импульсы в заданном высоковольтном импульсном режиме при напряжении более 50 кВ, предпочтительно более 100 кВ и предпочтительно с частотой последовательности более 1 Гц, еще более предпочтительно более 5 Гц.

В таких системах преимущества изобретения особенно очевидны.

Краткое описание чертежей

Дополнительные варианты осуществления, преимущества и применения изобретения вытекают из зависимых пунктов формулы изобретения и последующего описания со ссылкой на чертежи. На чертежах:

на фиг. 1 показана принципиальная схема первой высоковольтной импульсной системы для измельчения материала с помощью высоковольтных импульсов в соответствии с изобретением;

на фиг. 2 показана кривая напряжения накопителя энергии системы, показанной на фиг. 1, в заданном высоковольтном импульсном режиме; и

на фиг. 3 показана принципиальная схема второй высоковольтной импульсной системы для измельчения материала с помощью высоковольтных импульсов в соответствии с изобретением.

Описание вариантов осуществления изобретения

На фиг. 1 показана схема высоковольтной импульсной системы 1 в соответствии с изобретением для электродинамического измельчения скальной породы 2 с помощью высоковольтных разрядов.

Система 1 содержит накопитель энергии в виде конденсатора 3 для подачи энергии для высоковольтных импульсов, а также зарядное устройство 4 для зарядки конденсатора 3, выходной переключатель в виде искрового разрядника 8, а также высоковольтный электрод 9, который обращен к противоэлектроду 10, образованному дном технологического контейнера и заземленному, и находится на расстоянии от него в технологическом контейнере, заполненном технологической жидкостью (водой). Между высоковольтным электродом 9 и противоэлектродом 10 размещается подлежащий измельчению материал 2, погруженный в технологическую жидкость так, чтобы при предполагаемой работе системы в высоковольтном импульсном режиме высоковольтные разряды (импульсы высокого напряжения), генерируемые между двумя электродами 9, 10, проходили через материал 2, который показан в виде резистора с переменной нагрузкой.

Кроме того, система 1 содержит системный контроллер 6 с устройством 7 измерения напряжения и заземляющий переключатель 5 для конденсатора 3.

При выполнении измельчения (эксплуатация системы в высоковольтном импульсном режиме) система 1 генерирует последовательность высоковольтных разрядов между электродами 9, 10 через материал 2. Таким образом, конденсатор 3 полностью разряжается при каждом высоковольтном разряде.

Кривая изменения напряжения U конденсатора 3 при выполнении измельчения с течением времени t, а именно в течение двух циклов зарядки, показана на фиг. 2 Таким образом, напряжение U во время начала разряда составляет приблизительно 100 кВ, а каждый цикл зарядки, включающий в себя соответствующую паузу зарядки LP, занимает около 300 мс.

Системный контроллер 6 с помощью устройства 7 измерения напряжения обнаруживает спад напряжения U конденсатора 3 при соответствующем высоковольтном разряде и управляет зарядным устройством 4 таким образом, что за соответствующим разрядом следует пауза зарядки (LP), в течение которой зарядное устройство 4 не подает никакой энергии зарядки. Только после истечения паузы LP зарядки зарядное устройство 4 снова заряжает конденсатор 3, так что он может обеспечить энергию для следующего высоковольтного разряда.

Если система 1 должна быть переключена из режима выполнения измельчения в нерабочее состояние, в котором конденсатор 3 разряжен и защищен от непреднамеренной зарядки посредством закорачивания или заземления, то системный контроллер 6 по команде останова во время паузы зарядки LP замыкает заземляющий переключатель 5 и управляет зарядным устройством 4 так, чтобы после заземления накопителя 3 энергии оно больше не передавало зарядную энергию на накопитель 3 энергии.

На фиг. 3 показана принципиальная электрическая схема второй высоковольтной импульсной системы в соответствии с настоящим изобретением для измельчения материала с помощью высоковольтных импульсов, которая отличается от системы, показанной на фиг. 1, только тем, что она содержит два заземляющих переключателя 5 для конденсатора 3, и что системный контроллер 6 управляет состоянием переключения каждого заземляющего переключателя 5 с помощью датчика 11.

Хотя в настоящей заявке описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, следует четко указать, что изобретение не ограничено ими и может также осуществляться другим способом в рамках объема прилагаемой формулы изобретения.

Группа изобретений относится к способу измельчения материалов посредством высоковольтных импульсов, высоковольтной импульсной системе и ее применению для измельчения материалов с плохой электропроводностью. Способ эксплуатации импульсной системы, содержащей накопитель энергии для обеспечения энергии для высоковольтных импульсов и зарядное устройство для зарядки накопителя энергии, заключающийся в том, что генерируют последовательность высоковольтных импульсов, при каждом из которых накопитель энергии полностью разряжается, и его повторно заряжают для следующего высоковольтного импульса после истечения паузы зарядки путем подачи энергии зарядки с помощью зарядного устройства. При этом при переключении системы из работы в высоковольтном импульсном режиме в неработающее состояние, в котором накопитель энергии разряжен и защищен от непреднамеренной зарядки, накопитель энергии во время паузы зарядки закорачивают и/или заземляют. Высоковольтная импульсная система содержит накопитель энергии, зарядное устройство, один или несколько закорачивающих или заземляющих переключателей для защиты накопителя энергии от непреднамеренной зарядки посредством закорачивания и/или заземления и устройства для управления системой. Причем устройства управления системой выполнены с возможностью управления системой таким образом, что при работе в высоковольтном импульсном режиме система генерирует последовательность высоковольтных импульсов, при этом накопитель энергии полностью разряжается при каждом высоковольтном импульсе и повторно заряжается для следующего высоковольтного импульса после истечения паузы зарядки путем подачи энергии зарядки с помощью зарядного устройства. Способ эксплуатации импульсной системы и импульсная система обеспечивают снижение затрат при измельчении материала, в частности, за счет отсутствия необходимости использования большого количества изолирующего масла. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ эксплуатации импульсной системы (1), в частности, для измельчения и/или ослабления материала (2) с помощью высоковольтных разрядов, содержащей накопитель (3) энергии для обеспечения энергии для высоковольтных импульсов и зарядное устройство (4) для зарядки накопителя (3) энергии, характеризующийся тем, что

при работе в высоковольтном импульсном режиме с помощью указанной системы (1) генерируют последовательность высоковольтных импульсов, при этом накопитель (3) энергии полностью разряжается при каждом высоковольтном импульсе, и его повторно заряжают для следующего высоковольтного импульса после истечения паузы (LP) зарядки путем подачи энергии зарядки с помощью зарядного устройства (4),

при переключении системы (1) из работы в высоковольтном импульсном режиме в неработающее состояние, в котором накопитель (3) энергии высоковольтной импульсной системы (1) разряжен и защищен от непреднамеренной зарядки, накопитель (3) энергии закорачивают и/или заземляют во время паузы (LP) зарядки.

2. Способ по п. 1, в котором после закорачивания и/или заземления накопителя (3) энергии зарядное устройство (4) не подает энергию заряда на закороченный и/или заземленный накопитель (3) энергии.

3. Способ по одному из предыдущих пунктов, в котором закорачивание и/или заземление накопителя (3) энергии осуществляют посредством закорачивающего или заземляющего переключателя (5), в частности посредством по меньшей мере двух закорачивающих или заземляющих переключателей.

4. Способ по п. 3, в котором контакты закорачивающего или заземляющего выключателя размещают в масле, в частности в общем заполненном маслом контейнере вместе с накопителем (3) энергии.

5. Способ по одному из пп. 3 или 4, в котором состояние переключения закорачивающего или заземляющего переключателя (4) отслеживают посредством одного или нескольких датчиков (11).

6. Способ по одному из пп. 3-5, в котором состояние переключения закорачивающего или заземляющего переключателя (6) отслеживают посредством оптического дисплея состояния переключения.

7. Способ по одному из пп. 3-6, в котором закорачивающий или заземляющий переключатель (5) механически закрепляют и/или блокируют в замкнутом состоянии.

8. Способ по одному из предыдущих пунктов, в котором при работе в высоковольтном импульсном режиме генерируют высоковольтные импульсы напряжением более 50 кВ, в частности более 100 кВ.

9. Способ по одному из предыдущих пунктов, в котором при работе в высоковольтном импульсном режиме генерируют высоковольтные импульсы с частотой более 1 Гц, в частности более 5 Гц.

10. Способ по одному из предыдущих пунктов, в котором закорачивание и/или заземление накопителя (3) энергии осуществляют без использования закорачивающего или заземляющего резистора.

11. Высоковольтная импульсная система (1) для осуществления способа по любому из предыдущих пунктов, содержащая:

a) накопитель (3) энергии для обеспечения энергии для высоковольтных импульсов,

b) зарядное устройство (4) для зарядки накопителя (3) энергии,

c) один или несколько закорачивающих или заземляющих переключателей (5) для защиты накопителя (3) энергии от непреднамеренной зарядки посредством закорачивания и/или заземления и

d) устройства (6, 7) для управления системой (1),

причем устройства (6, 7) управления системой (1) выполнены с возможностью управления системой (1) таким образом, что при работе в высоковольтном импульсном режиме система (1) генерирует последовательность высоковольтных импульсов, причем накопитель (3) энергии полностью разряжается при каждом высоковольтном импульсе и повторно заряжается для следующего высоковольтного импульса после истечения паузы (LP) зарядки путем подачи энергии зарядки с помощью зарядного устройства (4).

12. Система (1) по п. 11, в которой устройства (6, 7) управления системой (1) выполнены с возможностью по команде останова переключать систему (1) путем замыкания закорачивающего или заземляющего переключателя (переключателей) (5) во время паузы (LP) зарядки после команды останова в нерабочее состояние, в котором накопитель (3) энергии высоковольтной импульсной системы (1) разряжен и защищен от непреднамеренного заряда посредством закорачивания или заземления соответственно.

13. Система (1) по п. 12, в которой устройства (6, 7) управления системой (1) выполнены с возможностью исключения подачи энергии зарядки на закороченный и/или заземленный накопитель (3) энергии с помощью зарядного устройства (4) после закорачивания и/или заземления накопителя (3) энергии.

14. Система (1) по одному из пп. 11-13, которая содержит по меньшей мере два закорачивающих или заземляющих переключателя.

15. Система по одному из пп. 11-14, в которой контакты закорачивающего или заземляющего переключателя (5) расположены в масле, в частности в общем заполненном маслом контейнере вместе с накопителем (3) энергии.

16. Система (1) по одному из пп. 11-15, которая содержит один или несколько датчиков (11) для контроля состояния переключения закорачивающего или заземляющего переключателя (5).

17. Система по одному из пп. 11-16, которая содержит оптический дисплей состояния переключения для визуального контроля состояния переключения закорачивающего или заземляющего переключателя (5).

18. Система по одному из пп. 11-17, которая содержит устройства механического закрепления и/или блокировки закорачивающего или заземляющего переключателя (5) в замкнутом состоянии.

19. Система (1) по одному из пп. 11-18, в которой закорачивающий или заземляющий переключатель (5) находится в замкнутом состоянии в неактивированном состоянии или в состоянии, когда не подается приводящая в действие энергия.

20. Система (1) по одному из пп. 11-19, которая выполнена с возможностью генерирования в высоковольтном импульсном режиме высоковольтных импульсов напряжения более 50 кВ, в частности более 100 кВ.

21. Система (1) по одному из пп. 11-20, которая выполнена с возможностью генерирования в высоковольтном импульсном режиме последовательности частотой более 1 Гц, в частности более 5 Гц.

22. Применение высоковольтной импульсной системы (1) по одному из пп. 11-21 для измельчения материала (2), обладающего особенно плохой электропроводностью, или композиционного материала, в частности бетона, камня, рудной породы или шлака, посредством высоковольтных импульсов, генерируемых системой (1).