專利名稱：火法電解生產(chǎn)鋁的電解車間中所用作業(yè)單元的絕緣的監(jiān)測的制作方法
火法電解生產(chǎn)鋁的電解車間中所用作業(yè)單元的絕緣的監(jiān)測本發(fā)明涉及服務(wù)機械及其它作業(yè)單元(unit6s d’ intervention)，其用在通過火 法電解生產(chǎn)鋁并且需要使用橋式吊車的工廠中。本發(fā)明更具體地涉及對這些設(shè)備的結(jié)構(gòu)和 電力絕緣進行監(jiān)測。鋁在工業(yè)上使用眾所周知的Hall-H6roUlt工藝通過火法電解進行生產(chǎn)，即通過 熔融冰晶石浴中的氧化鋁溶液的電解進行生產(chǎn)，該浴稱為電解浴。電解浴被容納在稱為“電 解槽”的池中，電解槽包含在內(nèi)側(cè)用耐火和/或絕緣材料涂敷的鋼質(zhì)容器；以及位于該槽 的底部的陰極組件。由碳質(zhì)材料制成的陽極部分地浸入電解浴中。由電解槽、其陽極和電 解浴形成的組件稱為電解池。工廠中具有大量的電解池，這些電解池在稱為電解車間的建筑中成直線布置，并 使用連接導(dǎo)體串聯(lián)地電連接，以對工廠的房屋面積進行最好的利用。這些池通常被布置為 形成兩條或更多條平行線，這些線通過端部導(dǎo)體彼此電連接。電解電流因而從一個池流瀉 到下一個池。在運行時，電解工廠需要對電解池進行操作，包括用新的陽極代替廢陽極、從池 中對熔融金屬進行取樣以及對電解質(zhì)進行取樣或加滿。為了進行這些工作，最現(xiàn)代的工 廠配備有一個或更多個服務(wù)單元(unit6s de service)，包括能夠在電解池上方移動的 橋式吊車；以及伴隨著這些服務(wù)單元的服務(wù)模塊，包括至少一個能夠在橋式吊車上移動的 車架，該車架上固定有搬運和作業(yè)設(shè)備(經(jīng)常稱為“工具”)，例如滑車、鏟、敲具等，或者 有可能甚至有控制室。這些服務(wù)單元經(jīng)常稱為“電解槽伺服機械(machines de service electrolyse)"或“MSE”(英文為“PTA” 或“Pot Tending Assembly” 或“PTM” 或“Pot Tending Machine”)。存在其它也與橋式吊車相連的、用于操作電解池的設(shè)備，例如用于 電解槽搬運的起重橫梁，也稱為“陰極輸送組件(machine de transport des cathodes)" 或“MTC” (英文為“Cathode Transport Assembly”或“CTA”)，例如由本申請人在專利 FR 2 862 663中描述的。橋式吊車還可以懸掛其它設(shè)備，例如用于提升陽極框架(cadre anodique)的橫梁，例如專利FR 1 445 602中所說明的。下面將MSE、MTC、配備有陽極框架 提升橫梁的橋式吊車，或其它用于操作電解池的、需要使用橋式吊車的設(shè)備統(tǒng)稱為“作業(yè)單 元”。在該操作過程中，某些工具必須下降到電解浴中，以操縱陽極和/或在陽極立母 線(montSes positives)附近移動。預(yù)定地或者意外地，這些工具與帶有不同于地的電位 的電位的元件發(fā)生接觸。因此重要的是使在控制室中工作的維護人員與機載器材電絕緣， 所述機載器材特別是用于驅(qū)動橋式吊車、車架和懸掛設(shè)備的所有泵、發(fā)動機和電動閥(下 文中稱為“接收器”)。通常，在大多數(shù)裝置中，幾十萬安培的電流通過電解槽，陽極和陰極之 間的電壓為約4伏。但是，由于電解槽串聯(lián)地彼此電連接，如果這些結(jié)構(gòu)發(fā)生絕緣故障以及 在非常特殊的情況下，操作者可能會暴露于非常高一高達約1500伏或更高一的過電壓， 取決于進行操作的電解池的行。推薦的是，將服務(wù)單元一其由通過塔架軌道接地的橋式吊車、車架和用于操作電 解池的設(shè)備組成一細分成不同的框架(masses)，這些框架分立地絕緣。因此MSE通常細分成至少四個絕緣的部分橋式吊車；車架和工具轉(zhuǎn)動架；工具組；以及控制室。這些區(qū)域 中的每個，特別是工具組，自身可以細分成一些分離且彼此絕緣的框架?！翱蚣堋痹诖擞脕碇?將要被接觸到的導(dǎo)電部分，它通常不是有電部分，但是在發(fā)生故障的情況下可以變成有電 部分。有可能采用多種配置，例如將控制室固定到車架或轉(zhuǎn)動架。但重要的是符合以下規(guī) 則根據(jù)該規(guī)則，任何可以與電解浴以及將要容納有工作人員的控制室發(fā)生接觸(直接地， 或者經(jīng)由陽極或陰極)的工具都必須通過至少兩個絕緣體層級與大地分離如果一個框架 發(fā)生絕緣故障，器材或操作者還能受到另一框架的無缺陷絕緣的保護。然而，重要的是快速 地定位并修復(fù)該故障。在兩個相鄰框架之間安裝有結(jié)構(gòu)絕緣體，其置于機械界面處(結(jié)構(gòu)絕緣)。由于兩 個框架之間的界面可以包括多個絕緣體，所以在下文中，術(shù)語“絕緣體層級”指的是與兩個 框架之間的界面相聯(lián)結(jié)的所有這些結(jié)構(gòu)絕緣體。通過多個分離變壓器，有可能在每個框架 層級處將電力傳送到為與所述框架相關(guān)聯(lián)的接收器供電的獨立電路上，所述接收器例如為 電動機、起重機泵、電動閥等(電力絕緣)。最初，特別是在維護作業(yè)過程中，執(zhí)行對每個框 架層級處的電力絕緣的監(jiān)測以及對一個框架相對于其鄰居的絕緣狀況的監(jiān)測。但這些是特 定的監(jiān)測，并且需要在作業(yè)單元的整個使用壽命期間進行對這兩種絕緣狀況的定期監(jiān)測。 然而，在本發(fā)明之前，我們沒有發(fā)現(xiàn)任何對作業(yè)單元例如MSE或MTC的電力絕緣和結(jié)構(gòu)絕緣 二者都能夠確?？煽?、永久且系統(tǒng)的監(jiān)測的方法或設(shè)備。對于電力電路而言，由于服務(wù)連續(xù)性，接地系統(tǒng)應(yīng)當是IT(阻抗接地中點)接地系 統(tǒng)。在這種接地系統(tǒng)中，有意地將中點(neutre)通過高阻抗(通常幾千歐姆)接地，并且 框架通常相互連接。在首次故障時，對人沒有危險，但有必要在第二次故障發(fā)生之前解決該 首次故障，否則該第二次故障會導(dǎo)致兩相之間的短路電流。永久絕緣監(jiān)測設(shè)備(contrdleurspermanents d，isolement) (CPI)也是已知的 它們是能夠?qū)T型裝置的絕緣故障進行檢測的電子設(shè)備，常用于工業(yè)或醫(yī)院中CPI用于 僅在裝置發(fā)生第二次故障的情況下切斷電源，這使得維修部門能夠在沒有任何生產(chǎn)率損失 或處理中斷的情況下修復(fù)首次故障。

圖1說明了 CPI的工作原理CPI(C)與接地的接收器 (此處為被供給三相電流的發(fā)動機M)連接。該CPI對電力電路與地的絕緣狀況進行監(jiān)測 通過將測量電流(im)注入到由有效導(dǎo)體和地形成的回路(在圖1中用虛線電路表示)中來 測量絕緣電阻氏。當測得的等效絕緣電阻氏第一次處于某一閾值以下時，該CPI指示首次故 障出現(xiàn)，發(fā)出警報，并且該首次故障必須在第二次故障出現(xiàn)之前得到處理；該第二次故障一 出現(xiàn)，就通過短路保護安全設(shè)備(dispositifs protection contre Ies courts-circuits) (DPCC)將電流系統(tǒng)地切斷。將以上示意圖轉(zhuǎn)換成圖2，以表示通過IT系統(tǒng)接地的電力絕緣監(jiān)測。CPI (20)連 接在分離變壓器(18)的中點(N)和地之間。由于該CPI的高阻抗(大于Ik Ω)，該中點 在未配電時是非絕緣的，而是阻抗接地的。該裝置通過警報器(A)完成。每個輸出電力電 纜(Dn^dDyqDn)使得有可能為至少一個接收器(MpudMyqMn)提供電力，每個 接收器自身接地。該CPI測量該裝置相對于地的總體絕緣狀況。該CPI因此與一個回路相 連，該回路由以下部分組成·第一電連接裝置(19)，其通常為導(dǎo)體，將CPI (20)的一個端子(21)連接到變壓 器(18)的中點(N)；
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·電源設(shè)備(17)，其通常為兩個導(dǎo)體(兩相電流)或三個導(dǎo)體(三相電流)； 接收器(Mn^uMyqMn)組(16)以及它們到輸出電力電纜(D1,. . .，Di,...， Dn)的連接設(shè)備；·用于將接收器連接到地的設(shè)備(15)(通常為多個導(dǎo)體)；·地本身，其通過第二電連接裝置(14)連接到CPI (20)的另一端子(22)。然而，在用于操作電解池的作業(yè)單元的特定構(gòu)架內(nèi)，必須使框架一例如艙室或工 具--通過至少兩個絕緣體層級與地分離，因而不能遵循常規(guī)的CPI運行方案。如果絕緣體 層級連接在兩個框架之間，則當這兩個框架之間的絕緣體層級出現(xiàn)首次故障時，如果另一 絕緣體層級已處于首次故障，就會有出現(xiàn)雙重故障的風(fēng)險，這是期望避免的。當絕緣體層級 出現(xiàn)第二次故障時常規(guī)地通過DPCC來確保的中斷，在此不足以防范電擊甚至電死的出現(xiàn)， 因為一個絕緣體層級上的完全故障和另一絕緣體層級上的完全故障并不引發(fā)自動中斷。此 外，鋁電解的特定工業(yè)情境意味著不可能允許電力中斷，因此必須避免第二次故障的出現(xiàn)， 無論該第二次故障實際上與首次故障發(fā)生在同一絕緣體層級上還是另一絕緣體層級上。此外，已知的CPI設(shè)備通常以低于大約600V的電壓運行。當CPI設(shè)備是用來在 電壓可能達到幾千伏的環(huán)境下運行時，建議與CPI設(shè)備聯(lián)合使用高壓板(platines haute tension) (PHT)，其也稱為高壓適配板、耦合板或電壓適配板。這些PHT包括置于CPI和待 測試回路之間的電路，該電路被設(shè)計為將CPI端子之間的電壓限制到與良好運行相適應(yīng)的 值。本申請人旨在開發(fā)出一種這樣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)使得有可能確保對電解池的作業(yè)單 元的電力絕緣以及結(jié)構(gòu)絕緣進行可靠、永久且系統(tǒng)的監(jiān)測；所述系統(tǒng)還必須不具有任何雙 重故障的風(fēng)險。此外，對于結(jié)構(gòu)絕緣而言，該監(jiān)測系統(tǒng)必須能夠承受高達2000伏的電壓。本發(fā)明的第一目的是一種用于定期監(jiān)測框架的絕緣狀況的監(jiān)測系統(tǒng)，該框架與多 個相鄰框架分離，并通過絕緣體層級與每個所述相鄰框架絕緣，該監(jiān)測系統(tǒng)的特征在于，其 包括a)永久絕緣監(jiān)測設(shè)備(CPI)，其優(yōu)選地連接到警報系統(tǒng)；b)測量電路的第一部分，其將所述框架一在下文中稱為“第一框架”一連接到所 述CPI的第一端子；c)測量電路的第二部分，其用來將所述CPI的第二端子連接到每個所述相鄰框 架，該測量電路的所述第二部分包括至少一個繼電器，該繼電器能夠進行切換，一般是機械 地或電磁地切換，以將所述CPI輪流地電連接到與每個所述相鄰框架相連接的測量電路部 分；所述CPI設(shè)有一種這樣的裝置，該裝置用來將電流注入到通過所述繼電器的切換而形 成的測量電路中，并測量所述電路的電阻。本發(fā)明的系統(tǒng)使得有可能通過切換至少一個繼電器來輪流地定期監(jiān)測指定框架 相對于其鄰居框架的絕緣狀況。該系統(tǒng)可以通過使用單個CPI來可靠地實現(xiàn)這一點，該單 個CPI用來輪流地測量待檢查框架與其每個相鄰框架之間的絕緣電阻；換句話說，檢查與 所述框架相關(guān)聯(lián)的每個絕緣體層級上沒有故障。使用單個CPI的意義是，它提供了更好的 測量可靠性，因為安裝在另一 CPI附近并與該另一 CPI同時運行的CPI會產(chǎn)生足夠強的干 擾以影響該另一 CPI的測量結(jié)果。圖5圖解了一個永久監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于對一個框架(70)與其兩個相鄰框架
7((80)和(90))的結(jié)構(gòu)絕緣進行監(jiān)測。該系統(tǒng)包括以下部分以監(jiān)測該框架(70)的結(jié)構(gòu)絕 緣a)永久絕緣監(jiān)測設(shè)備(100)，其有利地連接到警報系統(tǒng)(110)；b)測量電路的第一部分(103)，其將所述框架連接到所述永久絕緣監(jiān)測設(shè)備的一 個端子(101)；c)測量電路的第二部分(104、201、108、109)，其使得有可能將所述永久絕緣監(jiān)測 設(shè)備的另一端子(102)連接到與所述框架相鄰的每個框架(80、90)，所述第二部分包括至 少一個繼電器(201)，該繼電器一般被機械地或電磁地致動，使得有可能將所述永久絕緣監(jiān) 測設(shè)備輪流地電連接到與所述相鄰框架(分別為80、90)相連接的測量電路部分(分別為 108、109)。該CPI經(jīng)由導(dǎo)體(103)連接到待被監(jiān)測絕緣狀況的框架(70) —該導(dǎo)體(103)的一 端連接到該框架(70)。該CPI經(jīng)由導(dǎo)體(104)并輪流地經(jīng)由繼電器(201)，經(jīng)由導(dǎo)體(108) 連接到鄰居框架(80) —該導(dǎo)體(108)的一端連接到該框架(80)，或經(jīng)由導(dǎo)體(109)連接到 鄰居框架(90)—該導(dǎo)體(109)的一端連接到該框架(90)。所述CPI設(shè)有一種用來將電流 注入到通過所述繼電器的切換而形成的測量電路中的裝置，并設(shè)有一種對以此方式形成的 電路的電阻進行測量的裝置。一般地，該用來注入電流的裝置是與電流發(fā)生器相聯(lián)結(jié)的微 控制器。優(yōu)選地，它發(fā)出具有編碼頻率的電信號，一般是由相同振幅的正、負脈沖組成的測 量脈沖。所使用的繼電器一般是機械致動的設(shè)備，或者優(yōu)選地是電磁致動的設(shè)備，以從測 量電路的一部分切換到另一部分。有利地，繼電器進行切換和向新電路中注入測量電流這 兩者之間的同步由控制器控制，優(yōu)選地由可編程控制器控制。為了使測量結(jié)果可靠，就有必要確保，顯示出的無限絕緣電阻確實是理想絕緣的 結(jié)果，而不是測量電纜中斷的結(jié)果。為了避免測量電纜中斷，推薦使測量電路的電纜成雙。 在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，使用這樣的CPI，該CPI有至少一個端子成雙為兩個接線 柱，并且該CPI設(shè)有這樣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)使得有可能測試這樣的回路的完好性，該回路既連 接到所述成雙的端子的一個接線柱又連接到所述端子的另一接線柱或者另一端子如果發(fā) 送到該回路的一端的信號在該回路的另一端沒有被接收到，就可以據(jù)此得知該回路的電纜 之一已損壞，并且該CPI發(fā)送警報使得該電纜可以被修復(fù)或更換。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，第一端子--其成雙為兩個接線柱一連接到該 電路的第一部分，該第一部分包括兩條電纜，這兩條電纜將所述CPI連接到這樣的框架，該 框架相對于其鄰居的絕緣狀況待被監(jiān)測，并且，該測量電路的第二部分--其將所述CPI連 接到每個相鄰框架--自身成雙，第二電連接未必通過繼電器以及連接所有與成雙的CPI端 子的接線柱之一相鄰的框架。在對屬于用來操作電解池的作業(yè)單元的框架的結(jié)構(gòu)絕緣進行監(jiān)控的情境下，所使 用的CPI很可能必須以超過600V的非常高的電壓運行。有利地，所使用的CPI具有一般高 于IM Ω的阻抗，從而，即使在兩個框架之間有2000V的過電壓，也能使將要流經(jīng)與這兩個框 架同時發(fā)生接觸的人的電流保持低于某個臨界值，該臨界值一般對應(yīng)于致敏電流(courant de sensibilisation)或者甚至是致強直電流(courant de tetanisation)，例如在安全標 準一例如標準CEI 60479-中定義的。此外，所使用的繼電器優(yōu)選地是高壓繼電器，其根據(jù)定義能夠承受高于1500V的電壓。也推薦將該CPI與至少一個電壓適配板(PHT)聯(lián)合使用。圖6圖解了本發(fā)明的一個特定監(jiān)測系統(tǒng)，該監(jiān)測系統(tǒng)將CPI與高水平的阻抗結(jié)合， 還設(shè)有對以下各項的完好性進行測試的系統(tǒng)測量電路、成雙的測量電纜、以及置于相鄰框 架上的多個高壓適配板。該系統(tǒng)允許定期監(jiān)測一個框架(70)的結(jié)構(gòu)絕緣，該框架(70)與其 兩個相鄰框架(80，90)中的每個通過絕緣體層級(在圖4中分別用81和91表示)分離。 該監(jiān)測系統(tǒng)包括以下部分以監(jiān)測該框架(70)的結(jié)構(gòu)絕緣a)永久絕緣監(jiān)測器(100')，其阻抗一般高于IM Ω，所述CPI有至少一個第一端 子成雙為兩個接線柱(101. 1和101. 2)，并且設(shè)有用于測試這樣的回路的完好性的系統(tǒng)， 該回路既連接到所述成雙的端子的一個接線柱(101.2)又連接到所述端子的另一接線柱 (101. 1)或者另一端子(102)，所述CPI有利地連接到警報系統(tǒng)(110)；b)雙測量電路的第一部分(103. 1、103. 2)，其將所述框架連接到所述CPI的第 一端子的接線柱(101. 1)和(101. 2)，該雙電路的第一部分的每個電纜(分別為103. 1、 103.2)連接到該成雙的第一端子的接線柱之一(分別為101. 1,101.2)；c)多個電壓適配板(82、92)，每個電壓適配板連接到所述相鄰框架(80、90)之 d)雙測量電路的第二部分(104、201、108、109、107)，其使得有可能將所述CPI的 另一端子(102)連接到每個所述相鄰框架(80、90)，所述第二部分包括至少一個繼電器 (201)，該繼電器一般被機械地或電磁地致動，使得有可能將所述CPI輪流地電連接到與所 述相鄰框架(分別為80,90)相連接的測量電路部分(分別為108,82和83，以及109,92和 93)，該電路的所述第二部分通過電纜(107、107.8和107. 9) —該電纜將所述高壓板(82、 92)連接到所述成雙的第一端子上的一個接線柱(101. 2) —而成雙，以測試這樣的回路的 完好性，該回路由以下項連接而成與正被監(jiān)測的絕緣體層級(81或91)相對應(yīng)的相鄰框架 (80或90)的電壓適配板(104、201、108，或者104、201、109)；以及所述電纜(107. 8和107， 或者 107. 9 和 107)。應(yīng)注意，在該圖中，未檢查框架(80)和(90)與電壓適配板(82)和(92)之間的連 接(83)和(93)的完好性優(yōu)選地，所述電壓適配板安裝在與其相關(guān)聯(lián)的框架上，使得它們 的端子之一直接電連接到所述框架。一般地，所述電壓適配板通過螺栓方式連接到與其相 關(guān)聯(lián)的框架的接地棒上。對于每個框架，該絕緣測量必須在既定運行條件下進行，但達到該既定條件所花 的時間是事先未知的。CPI進行的“良好測量”所必需的時間取決于其測量電路的端子處的 R&C(電阻和電容)條件，并且這些參數(shù)隨機變化。一種解決方案是限定固定的響應(yīng)時間，這 妨礙測試的頻率，并且/或者不能確保該絕緣測量是正確的。第二種解決方案是使用控制 器(automate)來控制繼電器，該控制器考慮到由CPI發(fā)出的這樣的信號，該信號表明所作 的測量已被確認，總的來說該測量已完成，并且可以轉(zhuǎn)到下一個測量電路。這可以通過在該 測量電路中重復(fù)數(shù)次地注入編碼信號并分析所接收到的信號來實現(xiàn)如果所接收到的信號 的重復(fù)是有條理的(cohSrente)，則表明已達到既定運行條件并且該測量是有條理的。然 后，可以對后續(xù)電路進行測量。CPI可以被布置為發(fā)出這樣的信號，該信號表明所作測量已 被確認且完成，一個或更多個開關(guān)可以進行切換以形成下一個測量電路。繼電器可以使用對CPI所發(fā)出的信號作出反應(yīng)的可編程控制器來進行切換。以此方式獲得了一個智能管理 系統(tǒng)，該智能管理系統(tǒng)可靠地且盡可能快地測量該絕緣狀況的品質(zhì)，而不論這種測量的隨 機性。本發(fā)明的另一目的是一種用于定期監(jiān)測用于操作電解池的作業(yè)單元的絕緣狀況 的監(jiān)測系統(tǒng)，所述作業(yè)單元被細分成通過絕緣體層級彼此分離的框架，任何框架都將要與 電解浴發(fā)生接觸，或者容納必須通過至少兩個絕緣體層級與地分離的工作人員，該監(jiān)測系 統(tǒng)的特征在于，其包括一組用于定期監(jiān)測絕緣狀況的基礎(chǔ)監(jiān)測系統(tǒng)，例如之前描述的監(jiān)測 系統(tǒng)，組成所述作業(yè)單元的每個框架在所述基礎(chǔ)定期監(jiān)測系統(tǒng)至少之一中用作第一框架或 相鄰框架。因此，對于該作業(yè)單元的某些具有至少兩個相鄰框架的框架，可以采用包括以下 部分的系統(tǒng)a)永久絕緣監(jiān)測設(shè)備(CPI)，其優(yōu)選地連接到警報系統(tǒng)；b)測量電路的第一部分，其將所述框架一稱為“第一框架”一連接到所述CPI的
第一端子；c)測量電路的第二部分，其使得有可能將所述CPI的第二端子連接到與所述第一 框架相鄰的每個框架，所述第二部分包括至少一個繼電器，該繼電器使得有可能將所述CPI 輪流地電連接到與每個所述相鄰框架相連接的測量電路部分，每當所述繼電器進行切換， 所述CPI就輪流地向以這種方式形成的測量電路中注入電流，以測量所述電路的電阻。所述用于定期監(jiān)測作業(yè)單元的絕緣狀況的監(jiān)測系統(tǒng)使得有可能監(jiān)測作業(yè)單元的 所有框架上的結(jié)構(gòu)絕緣，即使該監(jiān)測系統(tǒng)可以包括沒有應(yīng)用于所有框架的基礎(chǔ)監(jiān)測系統(tǒng)。 用于監(jiān)測結(jié)構(gòu)絕緣的基礎(chǔ)監(jiān)測系統(tǒng)僅應(yīng)用于具有至少兩個相鄰框架的框架。特別地，不需 要為外圍框架使用特定的結(jié)構(gòu)絕緣監(jiān)測系統(tǒng)，這是因為這些外圍框架僅連接到一個別的框 架，而該別的框架一其具有至少兩個鄰居框架一如前所述必須另外經(jīng)受基礎(chǔ)絕緣監(jiān)測，在 此期間，使該別的框架與所述外圍框架相分離的絕緣體層級的品質(zhì)被測試。明顯地，所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)絕緣監(jiān)測系統(tǒng)可以包括一個或更多個上文所述的附加特 征，特別地包括以下特征-繼電器進行切換和向測量電路中注入測量電流這兩者之間是同步的，該同步由 控制器控制，優(yōu)選地由可編程控制器控制，-測量電路的第一和第二部分是成雙的，-CPI，其具有大于1ΜΩ的阻抗，-至少一個高壓繼電器，_高壓適配板。并非所有具有至少兩個鄰居框架的框架都必然與基礎(chǔ)定期結(jié)構(gòu)絕緣監(jiān)測系統(tǒng)相 關(guān)聯(lián)，因為這會包含許多冗余監(jiān)測。實際上，如果已經(jīng)檢查了框架A與框架B的絕緣，則檢 查框架B與框架A的絕緣沒有意義，因為被監(jiān)測的是同一絕緣體層級的品質(zhì)。換句話說，不 必將所有具有至少兩個通過絕緣體層級分離的鄰居框架的框架都作為“第一框架”來監(jiān)測， 如果該絕緣體層級的完好性已在所述框架被用作先前已測試的另一框架的相鄰框架時被 檢查了。因此，有必要定義一個場景，該場景考慮到各框架相對于彼此的位置，然后形成一 組適應(yīng)于該場景的測量電路。
優(yōu)選地，該CPI不僅對于與一個框架相對于其鄰居的絕緣狀況有關(guān)的一組測量而 言是唯一的，而且對于待對組成該作業(yè)單元的所有框架進行的所有結(jié)構(gòu)絕緣測量而言也是 唯一的。為了實現(xiàn)這一點，測量電路的所述第一部分和測量電路的所述第二部分被布置為 使得僅用一個CPI來進行所有絕緣測量。而且在此，如之前表明的，用于使用單個CPI來對 組成該作業(yè)單元的所有框架的結(jié)構(gòu)絕緣進行監(jiān)測的測量電路的設(shè)計高度地依賴于該作業(yè) 單元的各個框架的布局選擇。這些電路的布局特別地依賴于所選擇的繼電器的類型(單開 關(guān)或多開關(guān)繼電器)。如果，如在下面的例子中，選擇單開關(guān)繼電器，則它們必須從充當“中 樞(pivot)，，的特定框架開始級聯(lián)安裝。有利地，不是在CPI附近安裝僅一個電壓適配板(PHT)，而是在每個這樣的框架上 安裝PHT 該框架在選定的監(jiān)測場景中必須用作第一框架的相鄰框架。例如，所述高壓適 配板安裝在這樣的電路部分上該電路部分屬于測量電路的第二部分并連接到所述相鄰框 架。然而，如果這些相鄰框架之一在此后用作第一框架，則它必須經(jīng)由第一電路連接到CPI， 而沒有電壓適配板作為中介物。在圖9中圖解的下面的例子中，可以看到一個框架(70)通 過成雙的電路第一部分(103. 1和103. 2)連接到CPI，該第一部分未連接到高壓適配板并且 在該框架(70)用作第一框架時使用，該框架(70)還通過電路第二部分連接到高壓適配板 (72)，該第二部分在框架(70)用作與框架(60)相鄰的框架時使用。有利地，本發(fā)明的系統(tǒng)通過這樣的系統(tǒng)來完成，該系統(tǒng)使得有可能定期監(jiān)測在作 業(yè)單元的每個框架層級上的電力電路的絕緣狀況。通常，使用與用來監(jiān)測結(jié)構(gòu)絕緣的CPI 不同的CPI。優(yōu)選地，測量電路被布置為使用僅一個CPI來對每個框架層級上的電力絕緣進 行定期監(jiān)測。為實現(xiàn)這一點，所述測量電路有利地包括能夠進行切換的繼電器，以輪流地監(jiān) 測每個框架層級上的電力絕緣。圖7圖解了一個這樣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)使得有可能系統(tǒng)地監(jiān)測兩個框架(80)和 (90)上的電力電路的絕緣狀況。分離變壓器(transformateur de s6paration)(分別為 88,98)使得有可能將電力從電源(分別為87、97)傳輸?shù)揭唤M(分別為86、96)接收器。 CPI (150) —其與用來檢查結(jié)構(gòu)絕緣的CPI不同一連接在分離變壓器(分別為88、98)的中 點(N)和與正被監(jiān)測的電力電路相關(guān)聯(lián)的框架之間。在用于電解池的作業(yè)設(shè)備的情況下， 為了既確?？蚣艿慕^緣又確保服務(wù)的連續(xù)性，采用了 IT接地系統(tǒng)，該中點通過高阻抗連接 到該框架。因為該CPI的高阻抗(大于Ik Ω)，所以該中點是阻抗接地的。該裝置通過警 報器(110)來完成。分離變壓器(分別為88、98)經(jīng)由電源系統(tǒng)(分別為87、97)給與框架 (分別為80、90)相關(guān)聯(lián)的接收器組(分別為86、96)提供電力。這些接收器通過框架連接 設(shè)備(分別為85、95)連接到該框架(分別為80、90)。帶有同步開關(guān)的雙繼電器(251、252) 用來經(jīng)由電路的第一部分(分別為153、251和89 ；153、251和99)將該CPI (150)連接到變 壓器(分別為88、98)的中點，此外還通過電路第二部分(分別為154、252和84;154、252 和94)將該CPI (150)連接到所述框架(分別為80,90)。以此方式，用僅一個CPI就能夠監(jiān)測兩個框架的電力電路絕緣。圖7中的圖可以 被轉(zhuǎn)換成對所有框架的電力絕緣監(jiān)測用同一 CPI監(jiān)測該作業(yè)單元的每個框架的電力電路 絕緣，每個框架具有一個分離變壓器--其經(jīng)由電源設(shè)備為與所述框架相關(guān)聯(lián)的接收器組 供電，所述接收器組連接到所述框架，所述CPI輪流地經(jīng)由合適的繼電器--例如帶有同步 多開關(guān)的兩個繼電器，通過包括所述繼電器之一的電路第一部分連接到與所述框架相關(guān)聯(lián)
11的變壓器的中點，并通過包括所述繼電器之另一的電路第二部分連接到所述框架。而且在此，可以通過使所述電纜成雙來確保測量電纜的完好性。圖8示出了圖7 中圖解的系統(tǒng)的一個變型，其中測量電路的電纜是成雙的。這里所使用的CPI具有兩個成 雙的端子(151. 1和151.2，152. 1和152.2)。該CPI到框架的連接電纜是成雙的(分別 為84. 1和84. 2 ；94. 1和94. 2)。類似地，從該CPI到變壓器(分別為88、98)的中點的連 接電纜是成雙的(分別為89. 1和89. 2 ；99. 1和99. 2)。存在同步的兩對耦合開關(guān)繼電器 (relais abasculement couples) (251.1 禾口 251.2,252. 1 禾口 252. 2)。本發(fā)明的另一目的是一種用于監(jiān)測這樣的框架的絕緣狀況的方法，該框架與多個 相鄰框架分離，并通過絕緣體層級與每個所述相鄰框架絕緣，該方法的特征在于，使用了如 之前所描述的定期絕緣監(jiān)測系統(tǒng)來監(jiān)測一個框架與其鄰居的絕緣狀況。本發(fā)明的另一目的是一種用于監(jiān)測在火法電解生產(chǎn)鋁的電解車間中使用的作業(yè) 單元的絕緣狀況的方法，所述作業(yè)單元被細分成通過絕緣體層級彼此分離的框架，任何框 架都將要與電解浴發(fā)生接觸或者將容納必須通過至少兩個絕緣體層級與地分離的工作人 員，該方法的特征在于，使用了如之前所描述的定期監(jiān)測系統(tǒng)來監(jiān)測作業(yè)單元的絕緣狀況。圖1圖解了用于電力電路的永久絕緣監(jiān)測設(shè)備的工作原理。圖2圖解了根據(jù)IT接地系統(tǒng)布線的、用于電力電路的永久絕緣監(jiān)測設(shè)備的常規(guī)工 作原理。圖3是用于生產(chǎn)鋁的典型電解車間的前視橫截面圖。圖4示意性地圖解了包括橋式吊車和MSE的服務(wù)單元的各個框架層級。圖5示意性地圖解了根據(jù)本發(fā)明的、能夠用來定期監(jiān)測一個框架相對于其相鄰框 架的絕緣狀況的設(shè)備。圖6示意性地圖解了與前一設(shè)備相似的設(shè)備，使得有可能定期監(jiān)測一個框架相對 于其相鄰框架的絕緣狀況，但是本圖設(shè)備的測量電路是成雙的。圖7示意性地圖解了用來用同一 CPI定期監(jiān)測兩個框架上的電力電路絕緣的設(shè)備。圖8示出了與前一設(shè)備相似的設(shè)備，使得有可能定期監(jiān)測兩個框架上的電力電路 的絕緣狀況，但是本圖設(shè)備的測量電路是成雙的。圖9示意性地圖解了根據(jù)本發(fā)明的、使得有可能永久監(jiān)測服務(wù)單元的所有框架上 的結(jié)構(gòu)絕緣的設(shè)備。實施方案的實施例(圖3、圖4和圖9)用于生產(chǎn)鋁的電解工廠包括液態(tài)鋁生產(chǎn)區(qū)，該液態(tài)鋁生產(chǎn)區(qū)包括一個或多個電解 車間(1)。如圖3中圖解的，每個電解車間(1)具有電解池(2)和至少一個提升及搬運單元 或“伺服機械”(5 = 6+7+8+9)。電解池(2)通常成行或成列布置(一般是并排或頭對頭)， 每個行或列一般包括一百或數(shù)百個電解池。所述電解池(2)包括一系列陽極(3)，該陽極設(shè) 有金屬桿(4)，該金屬桿用于固定該陽極并將其電連接到金屬陽極框架。該陽極桿(4) 一般 具有大體矩形或正方形的截面。它連接到陽極塊(41)，該陽極塊伸入電解浴(30)中。提升及搬運單元(5)用來對電解池進行操作，例如更換陽極或者用碎熔物和A1F3 填充電解池進料斗。它也可以用來搬運各種負載，例如槽部件、熔融金屬包或陽極。所述單 元(5) —般包括橋式吊車(6)；車架(7)，其能夠在橋式吊車(6)上移動，并且固定到與所述車架聯(lián)接的框架；用于操作者的室(8)；以及搬運和作業(yè)設(shè)備(稱為“工具”)，例如鏟或 破殼機(未示出)、敲具(未示出)和/或設(shè)有陽極抓具(10)的搬運設(shè)備(9)。橋式吊車(6)擱在塔架軌道(11、12)上并在其上運行，所述塔架軌道(11、12)彼 此平行布置并與建筑的主軸線一般是縱向的軸線一(以及電解池行)平行。因而，橋式 吊車(6)能夠沿電解車間(1)移動。在圖4中，示出了將之前的服務(wù)單元細分成彼此絕緣的框架的一種可能的細分方 案塔架軌道(110)和(120)—其均接地；橋式吊車(60)；包括車架的組件(70)，其框架能 夠繞與所述框架聯(lián)接的豎直軸線轉(zhuǎn)動；室(80)；以及轉(zhuǎn)動架和工具(90)。每個框架通過至 少一個結(jié)構(gòu)絕緣體(61、62、71、71'、81、91)與其鄰居分離。這僅是一個實例，多種其它配 置是可能的一般而言，例如，在橋式吊車(60)與塔架軌道(110)及(120)之間沒有絕緣 體。然而，即使在沒有結(jié)構(gòu)絕緣體(61)和(62)的情況下，接地的橋式吊車也必須被視為 一個這樣的框架，該框架通過絕緣體層級(71和71')與該作業(yè)單元的其它框架分離并絕 緣。另外，由大致安裝到轉(zhuǎn)動架的工具組成的框架可以有更大程度的分離，特別是通過將每 個所述工具與轉(zhuǎn)動架及其它工具隔離，所述轉(zhuǎn)動架本身裝配在與車架(70)聯(lián)接的框架上。 工具(90)和室(80)通過至少兩個絕緣體層級(91和71+71' ；81和71+71')與地分離。圖9圖解了根據(jù)本發(fā)明的、具有測量電路的雙接線的系統(tǒng)，其適應(yīng)于如圖4中顯示 的細分方案。使用僅一個CPI (170)來監(jiān)測所有框架相對于其鄰居的絕緣狀況。監(jiān)測以兩 個階段進行首先，框架(60)用作第一框架，以監(jiān)測橋式吊車(60)相對于相鄰框架的結(jié)構(gòu) 絕緣，所述相鄰框架包括塔架軌道(110)和(120) —其均接地并構(gòu)成單個框架一以及車架 (70)；其次，車架(70)用作第一框架，以監(jiān)測該車架(70)相對于其相鄰框架的結(jié)構(gòu)絕緣， 所述相鄰框架包括室(80)以及所有工具(90)。所選擇的繼電器是單開關(guān)繼電器。繼電器 270. 1 與 270. 2 耦合。按照待進行的測試，繼電器(271)、(272)和(273)遵循下面表1中所示的切換圖， 其中0表示左邊的觸點，1表示右邊的觸點，X表示位置無關(guān)緊要。
測試(270. 1)和(270. 2)(271)(272)(273)(60)/(110 和 120)001X(60)/(70)000X(70)/(80)11X0(70)/(90)11X1表 1除橋式吊車(60) —其在該實施例中總是用作第一框架一以外，所有框架(70、 110、120、80、90)都經(jīng)由高壓適配板(分別為72、112、82、92)連接到測量電路的第二部分的 一部分。測量電路的第二部分的每個部分本身是成雙的第一系列電纜經(jīng)由一個或更多個 繼電器(參考上文的切換圖)將CPI (170)的端子(172)連接到框架，另一系列電纜將所有PHT連接到位于另一 CPI (170)端子上的接線柱(171.2)。該CPI設(shè)有用于測試以此方式形 成的回路的完好性的系統(tǒng)。
權(quán)利要求
用于定期監(jiān)測框架(70)的絕緣狀況的監(jiān)測系統(tǒng)，該框架與多個相鄰框架(80、90)分離并通過絕緣體層級(分別為81、91)與每個所述相鄰框架(分別為80、90)絕緣，該監(jiān)測系統(tǒng)的特征在于，其包括a)永久絕緣監(jiān)測設(shè)備(CPI)(100)，其優(yōu)選地連接到警報系統(tǒng)(110)；b)測量電路的第一部分(103)，其將所述框架(70) 稱為“第一框架” 連接到所述CPI的第一端子(101)；c)測量電路的第二部分(104、201、108、109)，其用來將所述CPI的第二端子(102)連接到每個所述相鄰框架，該測量電路的所述第二部分包括至少一個繼電器(201)，該繼電器能夠進行切換，一般是機械地或電磁地切換，以將所述CPI輪流地電連接到與每個所述相鄰框架(分別為80、90)相連接的測量電路部分(分別為104、201、108；104、201、109)；所述CPI設(shè)有這樣的裝置，該裝置用來將電流注入到通過所述繼電器的切換而形成的測量電路中，并測量所述電路的電阻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中繼電器進行切換和向測量電路中注入電流這兩者 之間的同步由控制器控制，優(yōu)選地由可編程控制器控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中該測量電路的所述第一部分和該測量電路 的所述第二部分具有成雙的電纜，并且其中所述CPI (100')--其有至少一個端子成雙為 兩個接線柱(101. 1和101. 2)—設(shè)有這樣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于測試這樣的回路的完好性， 該回路既連接到所述成雙的端子的一個接線柱(101. 1)又連接到所述端子的另一接線柱 (101.2)或者另一端子(102)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述CPI(100、100')具有高于IM Ω 的阻抗，從而，即使在兩個框架之間有2000V的過電壓，也能使將要流經(jīng)與這兩個框架同時 發(fā)生接觸的人的電流保持低于某個臨界值，該臨界值一般對應(yīng)于如標準CEI 60479中定義 的致敏電流或致強直電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述繼電器是高壓繼電器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述CPI與至少一個電壓適配板相關(guān)聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，為了定期監(jiān)測框架(70)—其通過絕緣體層級(81、91) 與每個相鄰框架(80、90)分離一的絕緣狀況，包括以下部分a)CPI (100 ‘)，其阻抗高于1ΜΩ，所述CPI有至少一個第一端子成雙為兩個接線柱 (101. 1和101. 2)，并且設(shè)有用于測試這樣的回路的完好性的系統(tǒng)，該回路既連接到所述成 雙的端子的一個接線柱(101.2)又連接到所述端子的另一接線柱(101. 1)或者另一端子 (102)，所述CPI有利地連接到警報系統(tǒng)(110)；b)雙測量電路的第一部分(103.1,103. 2)，其將所述框架連接到所述CPI的第一端 子的接線柱(101. 1)和(101. 2)，該雙電路的所述第一部分的每個電纜(分別為103. 1、 103. 2)連接到所述第一端子的接線柱之一(分別為101. 1,101. 2)；c)多個電壓適配板(82、92)，每個電壓適配板連接到所述相鄰框架(80、90)之一；d)雙測量電路的第二部分(104、201、108、109、107)，其使得有可能將所述CPI的另一 端子(102)連接到每個所述相鄰框架(80、90)，所述第二部分包括至少一個繼電器(201)， 該繼電器一般被機械地或電磁地致動，使得有可能將所述CPI輪流地電連接到與所述相鄰框架(分別為80,90)相連接的測量電路部分(分別為108,82和83，以及109,92和93)， 該電路的所述第二部分通過電纜(107、107. 8,107. 9)一其將所述高壓板(82、92)連接到所 述成雙的第一端子上的一個接線柱(101. 2)—而成雙，以測試這樣的回路的完好性，該回 路由以下項連接而成與受監(jiān)測的絕緣體層級(81或91)相對應(yīng)的相鄰框架(80或90)的 電壓適配板(104、201、108，或者104、201、109)；以及所述電纜(107. 8和107，或者107. 9和 107)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述CPI發(fā)出這樣的信號，該信號表明 所作的測量已被確認且完成，一個或更多個開關(guān)能夠進行切換以形成下一個測量電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于包括這樣的控制器，該控制器在接收所述 CPI發(fā)出的所述測量結(jié)束信號期間控制所述開關(guān)。
10.用于定期監(jiān)測用于操作電解池(2)的作業(yè)單元(5)的絕緣狀況的監(jiān)測系統(tǒng)，所述 作業(yè)單元被細分成通過絕緣體層級(71和71'、81、91)彼此分離的框架(60、70、80、90)，任 何框架(90、80)都將要與電解浴(30)發(fā)生接觸或者將容納必須通過至少兩個絕緣體層級 (81和71+71' ；91和71+71')與地(130)分離的工作人員，該監(jiān)測系統(tǒng)的特征在于，其包 括一組根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項所述的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)絕緣監(jiān)測系統(tǒng)，組成所述作業(yè)單元的每 個框架在所述基礎(chǔ)定期結(jié)構(gòu)絕緣監(jiān)測系統(tǒng)至少之一中用作第一框架或用作相鄰框架。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，該測量電路的所述第一部分和該測量 電路的所述第二部分被布置為，使用僅一個CPI來進行所有絕緣測量。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的系統(tǒng)，其中每個所述相鄰框架上安裝有電壓適配板。
13.根據(jù)權(quán)利要求10-12中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)通過這樣的系統(tǒng)來 完成，所述這樣的系統(tǒng)使得有可能定期監(jiān)測在該作業(yè)單元的每個框架層級上的電力電路的 絕緣狀況。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中該測量電路被布置為，使用僅一個CPI來對每個 框架層級上的電力絕緣進行定期監(jiān)測。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，為了用同一CPI監(jiān)測兩個框架(分別為80、 90)上的電力電路的絕緣狀況，每個框架具有分離變壓器(分別為88、98)，所述分離變壓器 經(jīng)由電源設(shè)備(分別為87、97)為與所述框架(分別為80、90)相關(guān)聯(lián)的所有接收器(分別 為86、96)供電，所述接收器通過連接設(shè)備(分別為85、95)連接到所述框架(分別為80、 90)，所述CPI (150)輪流地經(jīng)由兩個帶有同步開關(guān)的繼電器(251、252)，通過包括第一繼電 器(251)的該電路的第一部分(分別為153、251和89 ；153,251和99)連接到變壓器(分 別為88、98)的中點，并且通過包括第二繼電器(252)的該電路的第二部分(分別為154、 252和84 ；154,252和94)連接到所述框架(分別為80,90)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，為了用同一CPI監(jiān)測每個所述框架(60、70、 80,90)的電力電路絕緣，每個框架具有分離變壓器，所述分離變壓器經(jīng)由電源設(shè)備為與所 述框架相關(guān)聯(lián)的所有接收器供電，所述接收器連接到所述框架，所述CPI輪流地經(jīng)由兩個 帶有同步多開關(guān)的繼電器，通過包括所述繼電器之一的該電路的第一部分連接到與所述框 架相關(guān)聯(lián)的變壓器的中點，并且通過包括所述繼電器之另一的該電路的第二部分連接到所 述框架。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的系統(tǒng)，其中，該測量電路的所述第一和第二部分具有成雙的電纜，并且其中所述CPI (150') —其每個端子成雙為兩個接線柱(151. 1和151.2 ； 152. 1和152. 2)—設(shè)有這樣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)使得有可能測試這樣的回路的完好性，該回路 連接到每個成雙的端子的成對接線柱(151. 1和151. 2 ；152. 1和152. 2)。
18.用于監(jiān)測框架(70)的絕緣狀況的方法，該框架與多個相鄰框架(80、90)分離，并通 過絕緣體層級(81、91)與每個所述相鄰框架(80、90)絕緣，該方法的特征在于，其使用根據(jù) 權(quán)利要求1-9中任一項所述的監(jiān)測系統(tǒng)來定期監(jiān)測該框架相對于其鄰居的絕緣狀況。
19.用于監(jiān)測用于操作電解池(2)的作業(yè)單元(5)的絕緣狀況的方法，所述作業(yè)單 元被細分成通過絕緣體層級(71和7Γ、81、91)彼此分離的框架(60、70、80、90)，任何 框架(90、80)都將要與電解浴發(fā)生接觸或者將容納必須通過至少兩個絕緣體層級(81和 71+71' ；91和71+71')與地(130)分離的工作人員，該方法的特征在于，其使用根據(jù)權(quán)利 要求10-17中任一項所述的監(jiān)測系統(tǒng)來定期監(jiān)測該作業(yè)單元的絕緣狀況。
全文摘要
一種用于永久地監(jiān)測一個框架相對于其鄰居的絕緣狀況的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括a)CPI(100)；b)測量電路的第一部分(103)，其將所述框架(70)連接到所述CPI的第一端子(101)；c)測量電路的第二部分(104、201、108、109)，其用于將所述CPI的第二端子(102)連接到每個所述相鄰框架(80，90)，所述第二部分包括至少一個繼電器(201)，該繼電器用于將所述CPI輪流地連接到與所述相鄰框架(80和90)相連接的測量電路部分(104、201、108，以及104、201、109)。在每次切換后，該CPI輪流地向該測量電路中注入電流，以定期監(jiān)測待在電解池中運行的作業(yè)單元的不同部分的絕緣狀況，該測量電路優(yōu)選地被設(shè)計為使用單個CPI。該系統(tǒng)也可以包括一種用于定期監(jiān)測電力電路的系統(tǒng)。
文檔編號C25C7/06GK101952486SQ200980106250
公開日2011年1月19日 申請日期2009年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月25日
發(fā)明者D·休盧克斯, P·馬奇安迪 申請人:E.C.L.公司