Ηλεκτρολογικός εξοπλισμός και αυτοματισμός εγκαταστάσεων ηλεκτρόλυσης

Όλα τα ηλεκτρόδια στα λουτρά ηλεκτρόλυσης συνδέονται συνήθως παράλληλα, έτσι ώστε το ρεύμα του ηλεκτρολύτη να αποτελείται από το άθροισμα των ρευμάτων μεμονωμένων ζευγών ηλεκτροδίων: αντίθετα, η τάση στο λουτρό είναι ίση με την τάση στα ζεύγη ηλεκτροδίων . Τα λουτρά ηλεκτρόλυσης, με τη σειρά τους, συνδέονται σε σειρά, έτσι ώστε η συνολική τάση της εγκατάστασης να φτάνει τα εκατοντάδες βολτ. Εξαίρεση αποτελούν οι εγκαταστάσεις αποσύνθεσης νερού που γίνονται με βάση την αρχή της φίλτρου, όπου όλα τα ηλεκτρόδια συνδέονται σε σειρά.

Λόγω του ότι τα ρεύματα στις ηλεκτρολυμένες εγκαταστάσεις και τα μεγέθη των φυτών είναι μεγάλα, το τρέχον σύστημα ηλεκτροδίων είναι αρκετά διακλαδισμένο, με μεγάλο αριθμό επαφών.

Στο σχ. Το σχήμα 1 δείχνει ένα διάγραμμα ζυγών για ένα λουτρό ηλεκτρόλυσης αλουμινίου. Όπως μπορείτε να δείτε είναι πολύ περίπλοκο, παρέχοντας αμφίδρομη τροφοδοσία ρεύματος μέσω ισχυρών πακέτων διαύλου και χρήσης εύκαμπτων αντισταθμιστών θερμικής διαστολής.Επιπλέον, σε περίπτωση που είναι απαραίτητο να αποσυνδεθούν τα λουτρά κατά τις επισκευές, παρέχονται βραχυκυκλωτήρες που συνδέουν τα πακέτα καθόδου δύο παρακείμενων λουτρών, αφαιρώντας έτσι το ένα από αυτά.

Ρύζι. 1. Δίαυλος για λουτρό ηλεκτρόλυσης αλουμινίου με μία συνεχή τροφοδοσία ανόδου και πλευρικού ρεύματος: 1 — ανύψωση ανόδου, 2 — δίαυλος ανόδου, 3 — ζυγός αντιστάθμισης, 4 — εύκαμπτοι δίαυλοι ανόδου, 5 — επαφή ακίδων ζυγού, 6 — ράβδος ράβδου καθόδου, 7 — εύκαμπτος δίαυλος καθόδου, 8 — κάθοδος πακέτου.

Το αλουμίνιο και ο χαλκός χρησιμοποιούνται ως υλικό για ράγες, λιγότερο συχνά ο σίδηρος. Οικονομική πυκνότητα ρεύματος σε ηλεκτρόλυση είναι 0,3 — 0,4 για τις ράβδους αλουμινίου, 1,0 — 1,3 για τις χάλκινες ράβδους, 0,15 — 0,2 A / mm2 για τις ράβδους από χάλυβα και χυτοσίδηρο.

Η διατομή των ελαστικών ελέγχεται για απώλεια τάσης (όχι μεγαλύτερη από 3%), για θέρμανση (μέγιστη θερμοκρασία 70 ° C σε θερμοκρασία περιβάλλοντος 25 ° C) και για μηχανική αντοχή. Οι σταθερές συνδέσεις επαφής γίνονται με πίεση (τα ελαστικά συμπιέζονται ανάμεσα σε δύο χυτές χαλύβδινες πλάκες, σφίγγονται με μπουλόνια) ή συγκολλούνται. Οι επαφές του βύσματος είναι βιδωμένες. Οι σφηνοειδείς ή οι εκκεντρικοί σφιγκτήρες είναι πιο αξιόπιστοι και βολικοί.

Λόγω της υψηλότερης ισχύος τους, οι εγκαταστάσεις ηλεκτρόλυσης συνήθως τροφοδοτούνται από ένα δίκτυο υψηλής τάσης και χρησιμοποιούνται ειδικοί μετασχηματιστές βαθμιαίας τάσης για την αντιστοίχιση της τάσης τροφοδοσίας με την τάση των εγκαταστάσεων τροφοδοτώντας μονάδες μετατροπής για τη μετατροπή τριφασικού εναλλασσόμενου ρεύματος σε συνεχές ρεύμα .

Ανορθωτές ημιαγωγών με ομαλή ρύθμιση τάσης χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία μονάδων ηλεκτρόλυσης με υψηλή ισχύ, επειδή η απόδοσή τους είναι υψηλή (98 — 99%), είναι πιο αξιόπιστοι και ανθεκτικοί, εύκολοι στη συντήρηση, συνεχώς έτοιμοι για λειτουργία, αθόρυβοι και χωρίς τοξικές εκπομπές.

Κατά τη δημιουργία ισχυρών εγκαταστάσεων ηλεκτρόλυσης, είναι απαραίτητο να συμπεριληφθούν βαλβίδες ημιαγωγών παράλληλα και μερικές φορές σε σειρά, γεγονός που προκαλεί δυσκολίες λόγω ορισμένης διασποράς των χαρακτηριστικών τους. Για την εξίσωση της κατανομής ρεύματος μεταξύ των βαλβίδων σε παράλληλη σύνδεση και της τάσης σε σειρά, χρησιμοποιούνται ειδικές λύσεις κυκλώματος.

Δεδομένου ότι οι βαλβίδες ημιαγωγών δεν είναι σε θέση να αντέξουν σημαντικές υπερφορτώσεις ρεύματος και τάσης, χρησιμοποιούνται ειδικές προστατευτικές διατάξεις που βραχυκυκλώνουν τις βαλβίδες σε περίπτωση βλάβης και τις απενεργοποιούν όταν συμβεί επικίνδυνη αύξηση της τάσης ή του ρεύματος λειτουργίας.

Η ρύθμιση της ανορθωμένης τάσης σε εγκαταστάσεις με διόδους ημιαγωγών είναι δυνατή μόνο στην πλευρά AC. Για αυτό, χρησιμοποιείται η μεταγωγή των βημάτων τάσης του κύριου μετασχηματιστή υποβάθμισης ή ενός ειδικού μετασχηματιστή ελέγχου με απομακρυσμένο βηματοδοτικό διακόπτη. Ένας αντιδραστήρας κορεσμού περιλαμβάνεται σε κάθε βραχίονα της γέφυρας ανορθωτή για ομαλή ρύθμιση της τάσης.

Η διάταξη βαλβίδων πραγματοποιείται συνήθως σε ερμάρια που κατασκευάζονται για ρεύματα 13.000 και 25.000 A και για ανορθωμένη τάση 300 — 465 V. Οι υποσταθμοί μετατροπής που τροφοδοτούν τις εγκαταστάσεις ηλεκτρόλυσης ολοκληρώνονται από τα ερμάρια. Η ψύξη των ντουλαπιών ανορθωτή μπορεί να είναι αέρας ή νερό.

Η αυτόματη ρύθμιση των μονάδων μετατροπέα μπορεί να γίνει με τρεις τρόπους: για σταθερή τάση, για σταθερή ισχύ, για σταθερό ρεύμα.

Η ρύθμιση της τάσης DC παρέχει επίσης σταθερό ρεύμα για διεργασίες όπου δεν υπάρχουν φαινόμενα ανόδου. Για τις εγκαταστάσεις ηλεκτρόλυσης αλουμινίου, ένα τέτοιο σύστημα δεν είναι ικανοποιητικό, επειδή με την εμφάνιση ανοδικών φαινομένων, το ρεύμα σε μια σειρά λουτρών μειώνεται και η παραγωγικότητα των λουτρών μειώνεται, ειδικά με ταυτόχρονες ανοδικές επιδράσεις σε πολλά λουτρά. Σε αυτήν την περίπτωση, όχι μόνο η παραγωγικότητα μιας σειράς λουτρών μπορεί να μειωθεί κατά 20-30%, αλλά και ο θερμικός τρόπος λειτουργίας των λουτρών ηλεκτρόλυσης διαταράσσεται.

Στη ρύθμιση σταθερής ισχύος, η τελευταία διατηρείται από έναν σταθερό ρυθμιστή. Στην παραπάνω περίπτωση το ρεύμα σειράς πέφτει αλλά λιγότερο από την προηγούμενη περίπτωση καθώς ο ρυθμιστής αυξάνει την τάση. Με αυτόν τον κανονισμό, δεν υπάρχουν αλλαγές στην κατανάλωση ενέργειας, κάτι που είναι επιθυμητό για το ηλεκτρικό σύστημα, αλλά απαιτεί περιθώριο τάσης στον υποσταθμό μετατροπής.

Η ρύθμιση DC είναι η καλύτερη όσον αφορά την ικανοποίηση των απαιτήσεων της διαδικασίας. Ωστόσο, με μια τέτοια ρύθμιση, σε περίπτωση πτώσης τάσης στο δίκτυο τροφοδοσίας ή εμφάνισης φαινομένου ανόδου, ο ρυθμιστής αυξάνει την τάση τροφοδοσίας και αυξάνεται η κατανάλωση ενέργειας. Επομένως, αυτό το σύστημα ελέγχου απαιτεί τόσο αποθέματα τάσης όσο και ισχύος στον υποσταθμό του μετατροπέα (συνήθως μεταξύ 7-10%).

Πρόσφατα, ξεκίνησαν εργασίες για τη χρήση παραμετρικών πηγών ρεύματος για την τροφοδοσία των μονάδων ηλεκτρόλυσης, στις οποίες εμφανίζεται ένα φαινόμενο ανόδου, το οποίο σταθεροποιεί αυτόματα το εναλλασσόμενο ρεύμα ανεξάρτητα από τις αλλαγές στην αντίστασή του.

Συνήθως, τα λουτρά ηλεκτρόλυσης εγκαθίστανται κατά μήκος του άξονα του σώματος του κτιρίου σε δύο ή τέσσερις σειρές και ο υποσταθμός ισχύος συνδέεται με το σώμα του λουτρού μέσω αγωγών λεωφορείων σε αγωγούς λεωφορείων ή με ράμπες. Μέσα στο περίβλημα, οι ράβδοι ζυγών βρίσκονται σε κανάλια ζυγών και στις δύο πλευρές των κυψελών.

Διάγραμμα κίνησης ιόντων κατά την ηλεκτρόλυση χαλκού. Ηλεκτρολύτης - διάλυμα θειικού χαλκού χύνεται σε ένα δοχείο και δύο χάλκινες πλάκες (ηλεκτρόδια) κατεβαίνουν σε αυτό. Οι διεργασίες που συμβαίνουν κατά την ηλεκτρόλυση συζητούνται στα άρθρα Τι είναι η ηλεκτρόλυση και Παραδείγματα ηλεκτρόλυσης - υπολογισμού.