火法电解生产铝的电解车间中所用作业单元的绝缘的监测 本发明涉及服务机械及其它作业单元 (unités d’ intervention)， 其用在通过火 法电解生产铝并且需要使用桥式吊车的工厂中。 本发明更具体地涉及对这些设备的结构和 电力绝缘进行监测。
铝在工业上使用众所周知的 Hall-Héroult 工艺通过火法电解进行生产， 即通过 熔融冰晶石浴中的氧化铝溶液的电解进行生产， 该浴称为电解浴。 电解浴被容纳在称为 “电 解槽” 的池中， 电解槽包含 ： 在内侧用耐火和 / 或绝缘材料涂敷的钢质容器 ； 以及位于该槽 的底部的阴极组件。由碳质材料制成的阳极部分地浸入电解浴中。由电解槽、 其阳极和电 解浴形成的组件称为电解池。
工厂中具有大量的电解池， 这些电解池在称为电解车间的建筑中成直线布置， 并 使用连接导体串联地电连接， 以对工厂的房屋面积进行最好的利用。这些池通常被布置为 形成两条或更多条平行线， 这些线通过端部导体彼此电连接。电解电流因而从一个池流泻 到下一个池。
在运行时， 电解工厂需要对电解池进行操作， 包括用新的阳极代替废阳极、 从池 中对熔融金属进行取样以及对电解质进行取样或加满。为了进行这些工作， 最现代的工 厂配备有 ： 一个或更多个服务单元 (unités de service)， 包括能够在电解池上方移动的 桥式吊车 ； 以及伴随着这些服务单元的服务模块， 包括至少一个能够在桥式吊车上移动的 车架， 该车架上固定有搬运和作业设备 ( 经常称为 “工具” )， 例如滑车、 铲、 敲具等， 或者 有可能甚至有控制室。这些服务单元经常称为 “电解槽伺服机械 (machines de service électrolyse)”或 “MSE” ( 英文为 “PTA”或 “Pot Tending Assembly”或 “PTM”或 “Pot Tending Machine” )。存在其它也与桥式吊车相连的、 用于操作电解池的设备， 例如用于 电解槽搬运的起重横梁， 也称为 “阴极输送组件 (machine de transport des cathodes)” 或 “MTC” ( 英文为 “Cathode Transport Assembly”或 “CTA” )， 例如由本申请人在专利 FR 2 862 663 中描述的。桥式吊车还可以悬挂其它设备， 例如用于提升阳极框架 (cadre anodique) 的横梁， 例如专利 FR 1 445 602 中所说明的。下面将 MSE、 MTC、 配备有阳极框架 提升横梁的桥式吊车， 或其它用于操作电解池的、 需要使用桥式吊车的设备统称为 “作业单 元” 。
在该操作过程中， 某些工具必须下降到电解浴中， 以操纵阳极和 / 或在阳极立母 线 (montées positives) 附近移动。预定地或者意外地， 这些工具与带有不同于地的电位 的电位的元件发生接触。因此重要的是使在控制室中工作的维护人员与机载器材电绝缘， 所述机载器材特别是用于驱动桥式吊车、 车架和悬挂设备的所有泵、 发动机和电动阀 ( 下 文中称为 “接收器” )。 通常， 在大多数装置中， 几十万安培的电流通过电解槽， 阳极和阴极之 间的电压为约 4 伏。但是， 由于电解槽串联地彼此电连接， 如果这些结构发生绝缘故障以及 在非常特殊的情况下， 操作者可能会暴露于非常高 -- 高达约 1500 伏或更高 -- 的过电压， 取决于进行操作的电解池的行。
推荐的是， 将服务单元 -- 其由通过塔架轨道接地的桥式吊车、 车架和用于操作电 解池的设备组成 -- 细分成不同的框架 (masses)， 这些框架分立地绝缘。因此 MSE 通常细
分成至少四个绝缘的部分 ： 桥式吊车 ； 车架和工具转动架 ； 工具组 ； 以及控制室。这些区域 中的每个， 特别是工具组， 自身可以细分成一些分离且彼此绝缘的框架。 “框架” 在此用来指 将要被接触到的导电部分， 它通常不是有电部分， 但是在发生故障的情况下可以变成有电 部分。有可能采用多种配置， 例如将控制室固定到车架或转动架。但重要的是符合以下规 则： 根据该规则， 任何可以与电解浴以及将要容纳有工作人员的控制室发生接触 ( 直接地， 或者经由阳极或阴极 ) 的工具都必须通过至少两个绝缘体层级与大地分离 ： 如果一个框架 发生绝缘故障， 器材或操作者还能受到另一框架的无缺陷绝缘的保护。 然而， 重要的是快速 地定位并修复该故障。
在两个相邻框架之间安装有结构绝缘体， 其置于机械界面处 ( 结构绝缘 )。 由于两 个框架之间的界面可以包括多个绝缘体， 所以在下文中， 术语 “绝缘体层级” 指的是与两个 框架之间的界面相联结的所有这些结构绝缘体。通过多个分离变压器， 有可能在每个框架 层级处将电力传送到为与所述框架相关联的接收器供电的独立电路上， 所述接收器例如为 电动机、 起重机泵、 电动阀等 ( 电力绝缘 )。最初， 特别是在维护作业过程中， 执行对每个框 架层级处的电力绝缘的监测以及对一个框架相对于其邻居的绝缘状况的监测。 但这些是特 定的监测， 并且需要在作业单元的整个使用寿命期间进行对这两种绝缘状况的定期监测。 然而， 在本发明之前， 我们没有发现任何对作业单元例如 MSE 或 MTC 的电力绝缘和结构绝缘 二者都能够确保可靠、 永久且系统的监测的方法或设备。 对于电力电路而言， 由于服务连续性， 接地系统应当是 IT( 阻抗接地中点 ) 接地系 统。在这种接地系统中， 有意地将中点 (neutre) 通过高阻抗 ( 通常几千欧姆 ) 接地， 并且 框架通常相互连接。 在首次故障时， 对人没有危险， 但有必要在第二次故障发生之前解决该 首次故障， 否则该第二次故障会导致两相之间的短路电流。
永久绝缘监测设备 ( permanents d’ isolement)(CPI) 也是已知的 ： 它们是能够对 IT 型装置的绝缘故障进行检测的电子设备， 常用于工业或医院中 ： CPI 用于 仅在装置发生第二次故障的情况下切断电源， 这使得维修部门能够在没有任何生产率损失 或处理中断的情况下修复首次故障。图 1 说明了 CPI 的工作原理 ： CPI(C) 与接地的接收器 ( 此处为被供给三相电流的发动机 M) 连接。该 CPI 对电力电路与地的绝缘状况进行监测 ： 通过将测量电流 (im) 注入到由有效导体和地形成的回路 ( 在图 1 中用虚线电路表示 ) 中来 测量绝缘电阻 Ri。 当测得的等效绝缘电阻 Ri 第一次处于某一阈值以下时， 该 CPI 指示首次故 障出现， 发出警报， 并且该首次故障必须在第二次故障出现之前得到处理 ； 该第二次故障一 出现， 就通过短路保护安全设备 (dispositifs protection contre les courts-circuits) (DPCC) 将电流系统地切断。
将以上示意图转换成图 2， 以表示通过 IT 系统接地的电力绝缘监测。CPI(20) 连 接在分离变压器 (18) 的中点 (N) 和地之间。由于该 CPI 的高阻抗 ( 大于 1k Ω)， 该中点 在未配电时是非绝缘的， 而是阻抗接地的。该装置通过警报器 (A) 完成。每个输出电力电 缆 (D1， ...， Di， ...， Dn) 使得有可能为至少一个接收器 (M1， ...， Mi， ...， Mn) 提供电力， 每个 接收器自身接地。该 CPI 测量该装置相对于地的总体绝缘状况。该 CPI 因此与一个回路相 连， 该回路由以下部分组成 ：
·第一电连接装置 (19)， 其通常为导体， 将 CPI(20) 的一个端子 (21) 连接到变压 器 (18) 的中点 (N) ；
·电源设备 (17)， 其通常为两个导体 ( 两相电流 ) 或三个导体 ( 三相电流 ) ；
·接收器 (M1， ...， Mi， ...， Mn) 组 (16) 以及它们到输出电力电缆 (D1， ...， Di， ...， Dn) 的连接设备 ；
·用于将接收器连接到地的设备 (15)( 通常为多个导体 ) ；
·地本身， 其通过第二电连接装置 (14) 连接到 CPI(20) 的另一端子 (22)。
然而， 在用于操作电解池的作业单元的特定构架内， 必须使框架 -- 例如舱室或工 具 -- 通过至少两个绝缘体层级与地分离， 因而不能遵循常规的 CPI 运行方案。如果绝缘体 层级连接在两个框架之间， 则当这两个框架之间的绝缘体层级出现首次故障时， 如果另一 绝缘体层级已处于首次故障， 就会有出现双重故障的风险， 这是期望避免的。 当绝缘体层级 出现第二次故障时常规地通过 DPCC 来确保的中断， 在此不足以防范电击甚至电死的出现， 因为一个绝缘体层级上的完全故障和另一绝缘体层级上的完全故障并不引发自动中断。 此 外， 铝电解的特定工业情境意味着不可能允许电力中断， 因此必须避免第二次故障的出现， 无论该第二次故障实际上与首次故障发生在同一绝缘体层级上还是另一绝缘体层级上。
此外， 已知的 CPI 设备通常以低于大约 600V 的电压运行。当 CPI 设备是用来在 电压可能达到几千伏的环境下运行时， 建议与 CPI 设备联合使用高压板 (platines haute tension)(PHT)， 其也称为高压适配板、 耦合板或电压适配板。这些 PHT 包括置于 CPI 和待 测试回路之间的电路， 该电路被设计为将 CPI 端子之间的电压限制到与良好运行相适应的 值。 本申请人旨在开发出一种这样的系统， 该系统使得有可能确保对电解池的作业单 元的电力绝缘以及结构绝缘进行可靠、 永久且系统的监测 ； 所述系统还必须不具有任何双 重故障的风险。此外， 对于结构绝缘而言， 该监测系统必须能够承受高达 2000 伏的电压。
本发明的第一目的是一种用于定期监测框架的绝缘状况的监测系统， 该框架与多 个相邻框架分离， 并通过绝缘体层级与每个所述相邻框架绝缘， 该监测系统的特征在于， 其 包括 ：
a) 永久绝缘监测设备 (CPI)， 其优选地连接到警报系统 ；
b) 测量电路的第一部分， 其将所述框架 -- 在下文中称为 “第一框架” -- 连接到所 述 CPI 的第一端子 ；
c) 测量电路的第二部分， 其用来将所述 CPI 的第二端子连接到每个所述相邻框 架， 该测量电路的所述第二部分包括至少一个继电器， 该继电器能够进行切换， 一般是机械 地或电磁地切换， 以将所述 CPI 轮流地电连接到与每个所述相邻框架相连接的测量电路部 分； 所述 CPI 设有一种这样的装置， 该装置用来将电流注入到通过所述继电器的切换而形 成的测量电路中， 并测量所述电路的电阻。
本发明的系统使得有可能通过切换至少一个继电器来轮流地定期监测指定框架 相对于其邻居框架的绝缘状况。该系统可以通过使用单个 CPI 来可靠地实现这一点， 该单 个 CPI 用来轮流地测量待检查框架与其每个相邻框架之间的绝缘电阻 ； 换句话说， 检查与 所述框架相关联的每个绝缘体层级上没有故障。使用单个 CPI 的意义是， 它提供了更好的 测量可靠性， 因为安装在另一 CPI 附近并与该另一 CPI 同时运行的 CPI 会产生足够强的干 扰以影响该另一 CPI 的测量结果。
图 5 图解了一个永久监测系统， 该系统用于对一个框架 (70) 与其两个相邻框架
((80) 和 (90)) 的结构绝缘进行监测。该系统包括以下部分以监测该框架 (70) 的结构绝 缘：
a) 永久绝缘监测设备 (100)， 其有利地连接到警报系统 (110) ；
b) 测量电路的第一部分 (103)， 其将所述框架连接到所述永久绝缘监测设备的一 个端子 (101) ；
c) 测量电路的第二部分 (104、 201、 108、 109)， 其使得有可能将所述永久绝缘监测 设备的另一端子 (102) 连接到与所述框架相邻的每个框架 (80、 90)， 所述第二部分包括至 少一个继电器 (201)， 该继电器一般被机械地或电磁地致动， 使得有可能将所述永久绝缘监 测设备轮流地电连接到与所述相邻框架 ( 分别为 80、 90) 相连接的测量电路部分 ( 分别为 108、 109)。
该 CPI 经由导体 (103) 连接到待被监测绝缘状况的框架 (70)-- 该导体 (103) 的一 端连接到该框架 (70)。该 CPI 经由导体 (104) 并轮流地经由继电器 (201)， 经由导体 (108) 连接到邻居框架 (80)-- 该导体 (108) 的一端连接到该框架 (80)， 或经由导体 (109) 连接到 邻居框架 (90)-- 该导体 (109) 的一端连接到该框架 (90)。所述 CPI 设有一种用来将电流 注入到通过所述继电器的切换而形成的测量电路中的装置， 并设有一种对以此方式形成的 电路的电阻进行测量的装置。一般地， 该用来注入电流的装置是与电流发生器相联结的微 控制器。优选地， 它发出具有编码频率的电信号， 一般是由相同振幅的正、 负脉冲组成的测 量脉冲。 所使用的继电器一般是机械致动的设备， 或者优选地是电磁致动的设备， 以从测 量电路的一部分切换到另一部分。有利地， 继电器进行切换和向新电路中注入测量电流这 两者之间的同步由控制器控制， 优选地由可编程控制器控制。
为了使测量结果可靠， 就有必要确保， 显示出的无限绝缘电阻确实是理想绝缘的 结果， 而不是测量电缆中断的结果。为了避免测量电缆中断， 推荐使测量电路的电缆成双。 在本发明的一个优选实施方案中， 使用这样的 CPI， 该 CPI 有至少一个端子成双为两个接线 柱， 并且该 CPI 设有这样的系统， 该系统使得有可能测试这样的回路的完好性， 该回路既连 接到所述成双的端子的一个接线柱又连接到所述端子的另一接线柱或者另一端子 ： 如果发 送到该回路的一端的信号在该回路的另一端没有被接收到， 就可以据此得知该回路的电缆 之一已损坏， 并且该 CPI 发送警报使得该电缆可以被修复或更换。
在本发明的一个优选实施方案中， 第一端子 -- 其成双为两个接线柱 -- 连接到该 电路的第一部分， 该第一部分包括两条电缆， 这两条电缆将所述 CPI 连接到这样的框架， 该 框架相对于其邻居的绝缘状况待被监测， 并且， 该测量电路的第二部分 -- 其将所述 CPI 连 接到每个相邻框架 -- 自身成双， 第二电连接未必通过继电器以及连接所有与成双的 CPI 端 子的接线柱之一相邻的框架。
在对属于用来操作电解池的作业单元的框架的结构绝缘进行监控的情境下， 所使 用的 CPI 很可能必须以超过 600V 的非常高的电压运行。有利地， 所使用的 CPI 具有一般高 于 1MΩ 的阻抗， 从而， 即使在两个框架之间有 2000V 的过电压， 也能使将要流经与这两个框 架同时发生接触的人的电流保持低于某个临界值， 该临界值一般对应于致敏电流 (courant de sensibilisation) 或者甚至是致强直电流 (courant de tétanisation)， 例如在安全标 准 -- 例如标准 CEI 60479-- 中定义的。此外， 所使用的继电器优选地是高压继电器， 其根
据定义能够承受高于 1500V 的电压。也推荐将该 CPI 与至少一个电压适配板 (PHT) 联合使 用。
图 6 图解了本发明的一个特定监测系统， 该监测系统将 CPI 与高水平的阻抗结合， 还设有对以下各项的完好性进行测试的系统 ： 测量电路、 成双的测量电缆、 以及置于相邻框 架上的多个高压适配板。 该系统允许定期监测一个框架 (70) 的结构绝缘， 该框架 (70) 与其 两个相邻框架 (80， 90) 中的每个通过绝缘体层级 ( 在图 4 中分别用 81 和 91 表示 ) 分离。 该监测系统包括以下部分以监测该框架 (70) 的结构绝缘 ：
a) 永久绝缘监测器 (100′ )， 其阻抗一般高于 1MΩ， 所述 CPI 有至少一个第一端 子成双为两个接线柱 (101.1 和 101.2)， 并且设有用于测试这样的回路的完好性的系统， 该回路既连接到所述成双的端子的一个接线柱 (101.2) 又连接到所述端子的另一接线柱 (101.1) 或者另一端子 (102)， 所述 CPI 有利地连接到警报系统 (110) ；
b) 双测量电路的第一部分 (103.1、 103.2)， 其将所述框架连接到所述 CPI 的第 一端子的接线柱 (101.1) 和 (101.2)， 该双电路的第一部分的每个电缆 ( 分别为 103.1、 103.2) 连接到该成双的第一端子的接线柱之一 ( 分别为 101.1、 101.2) ；
c) 多个电压适配板 (82、 92)， 每个电压适配板连接到所述相邻框架 (80、 90) 之 一；
d) 双测量电路的第二部分 (104、 201、 108、 109、 107)， 其使得有可能将所述 CPI 的 另一端子 (102) 连接到每个所述相邻框架 (80、 90)， 所述第二部分包括至少一个继电器 (201)， 该继电器一般被机械地或电磁地致动， 使得有可能将所述 CPI 轮流地电连接到与所 述相邻框架 ( 分别为 80、 90) 相连接的测量电路部分 ( 分别为 108、 82 和 83， 以及 109、 92 和 93)， 该电路的所述第二部分通过电缆 (107、 107.8 和 107.9)-- 该电缆将所述高压板 (82、 92) 连接到所述成双的第一端子上的一个接线柱 (101.2)-- 而成双， 以测试这样的回路的 完好性， 该回路由以下项连接而成 ： 与正被监测的绝缘体层级 (81 或 91) 相对应的相邻框架 (80 或 90) 的电压适配板 (104、 201、 108， 或者 104、 201、 109) ； 以及所述电缆 (107.8 和 107， 或者 107.9 和 107)。
应注意， 在该图中， 未检查框架 (80) 和 (90) 与电压适配板 (82) 和 (92) 之间的连 接 (83) 和 (93) 的完好性 ： 优选地， 所述电压适配板安装在与其相关联的框架上， 使得它们 的端子之一直接电连接到所述框架。一般地， 所述电压适配板通过螺栓方式连接到与其相 关联的框架的接地棒上。
对于每个框架， 该绝缘测量必须在既定运行条件下进行， 但达到该既定条件所花 的时间是事先未知的。CPI 进行的 “良好测量” 所必需的时间取决于其测量电路的端子处的 R&C( 电阻和电容 ) 条件， 并且这些参数随机变化。 一种解决方案是限定固定的响应时间， 这 妨碍测试的频率， 并且 / 或者不能确保该绝缘测量是正确的。第二种解决方案是使用控制 器 (automate) 来控制继电器， 该控制器考虑到由 CPI 发出的这样的信号， 该信号表明 ： 所作 的测量已被确认， 总的来说该测量已完成， 并且可以转到下一个测量电路。 这可以通过在该 测量电路中重复数次地注入编码信号并分析所接收到的信号来实现 ： 如果所接收到的信号 的重复是有条理的 (cohérente)， 则表明已达到既定运行条件并且该测量是有条理的。然 后， 可以对后续电路进行测量。CPI 可以被布置为发出这样的信号， 该信号表明所作测量已 被确认且完成， 一个或更多个开关可以进行切换以形成下一个测量电路。继电器可以使用对 CPI 所发出的信号作出反应的可编程控制器来进行切换。以此方式获得了一个智能管理 系统， 该智能管理系统可靠地且尽可能快地测量该绝缘状况的品质， 而不论这种测量的随 机性。
本发明的另一目的是一种用于定期监测用于操作电解池的作业单元的绝缘状况 的监测系统， 所述作业单元被细分成通过绝缘体层级彼此分离的框架， 任何框架都将要与 电解浴发生接触， 或者容纳必须通过至少两个绝缘体层级与地分离的工作人员， 该监测系 统的特征在于， 其包括一组用于定期监测绝缘状况的基础监测系统， 例如之前描述的监测 系统， 组成所述作业单元的每个框架在所述基础定期监测系统至少之一中用作第一框架或 相邻框架。
因此， 对于该作业单元的某些具有至少两个相邻框架的框架， 可以采用包括以下 部分的系统 ：
a) 永久绝缘监测设备 (CPI)， 其优选地连接到警报系统 ；
b) 测量电路的第一部分， 其将所述框架 -- 称为 “第一框架” -- 连接到所述 CPI 的 第一端子 ；
c) 测量电路的第二部分， 其使得有可能将所述 CPI 的第二端子连接到与所述第一 框架相邻的每个框架， 所述第二部分包括至少一个继电器， 该继电器使得有可能将所述 CPI 轮流地电连接到与每个所述相邻框架相连接的测量电路部分， 每当所述继电器进行切换， 所述 CPI 就轮流地向以这种方式形成的测量电路中注入电流， 以测量所述电路的电阻。 所述用于定期监测作业单元的绝缘状况的监测系统使得有可能监测作业单元的 所有框架上的结构绝缘， 即使该监测系统可以包括没有应用于所有框架的基础监测系统。 用于监测结构绝缘的基础监测系统仅应用于具有至少两个相邻框架的框架。特别地， 不需 要为外围框架使用特定的结构绝缘监测系统， 这是因为这些外围框架仅连接到一个别的框 架， 而该别的框架 -- 其具有至少两个邻居框架 -- 如前所述必须另外经受基础绝缘监测， 在 此期间， 使该别的框架与所述外围框架相分离的绝缘体层级的品质被测试。
明显地， 所述基础结构绝缘监测系统可以包括一个或更多个上文所述的附加特 征， 特别地包括以下特征 ：
- 继电器进行切换和向测量电路中注入测量电流这两者之间是同步的， 该同步由 控制器控制， 优选地由可编程控制器控制，
- 测量电路的第一和第二部分是成双的，
-CPI， 其具有大于 1MΩ 的阻抗，
- 至少一个高压继电器，
- 高压适配板。
并非所有具有至少两个邻居框架的框架都必然与基础定期结构绝缘监测系统相 关联， 因为这会包含许多冗余监测。实际上， 如果已经检查了框架 A 与框架 B 的绝缘， 则检 查框架 B 与框架 A 的绝缘没有意义， 因为被监测的是同一绝缘体层级的品质。换句话说， 不 必将所有具有至少两个通过绝缘体层级分离的邻居框架的框架都作为 “第一框架” 来监测， 如果该绝缘体层级的完好性已在所述框架被用作先前已测试的另一框架的相邻框架时被 检查了。因此， 有必要定义一个场景， 该场景考虑到各框架相对于彼此的位置， 然后形成一 组适应于该场景的测量电路。
优选地， 该 CPI 不仅对于与一个框架相对于其邻居的绝缘状况有关的一组测量而 言是唯一的， 而且对于待对组成该作业单元的所有框架进行的所有结构绝缘测量而言也是 唯一的。为了实现这一点， 测量电路的所述第一部分和测量电路的所述第二部分被布置为 使得仅用一个 CPI 来进行所有绝缘测量。而且在此， 如之前表明的， 用于使用单个 CPI 来对 组成该作业单元的所有框架的结构绝缘进行监测的测量电路的设计高度地依赖于该作业 单元的各个框架的布局选择。这些电路的布局特别地依赖于所选择的继电器的类型 ( 单开 关或多开关继电器 )。如果， 如在下面的例子中， 选择单开关继电器， 则它们必须从充当 “中 枢 (pivot)” 的特定框架开始级联安装。
有利地， 不是在 CPI 附近安装仅一个电压适配板 (PHT)， 而是在每个这样的框架上 安装 PHT ： 该框架在选定的监测场景中必须用作第一框架的相邻框架。例如， 所述高压适 配板安装在这样的电路部分上 ： 该电路部分属于测量电路的第二部分并连接到所述相邻框 架。 然而， 如果这些相邻框架之一在此后用作第一框架， 则它必须经由第一电路连接到 CPI， 而没有电压适配板作为中介物。在图 9 中图解的下面的例子中， 可以看到一个框架 (70) 通 过成双的电路第一部分 (103.1 和 103.2) 连接到 CPI， 该第一部分未连接到高压适配板并且 在该框架 (70) 用作第一框架时使用， 该框架 (70) 还通过电路第二部分连接到高压适配板 (72)， 该第二部分在框架 (70) 用作与框架 (60) 相邻的框架时使用。 有利地， 本发明的系统通过这样的系统来完成， 该系统使得有可能定期监测在作 业单元的每个框架层级上的电力电路的绝缘状况。通常， 使用与用来监测结构绝缘的 CPI 不同的 CPI。 优选地， 测量电路被布置为使用仅一个 CPI 来对每个框架层级上的电力绝缘进 行定期监测。 为实现这一点， 所述测量电路有利地包括能够进行切换的继电器， 以轮流地监 测每个框架层级上的电力绝缘。
图 7 图解了一个这样的系统， 该系统使得有可能系统地监测两个框架 (80) 和 (90) 上的电力电路的绝缘状况。分离变压器 (transformateur de séparation)( 分别为 88、 98) 使得有可能将电力从电源 ( 分别为 87、 97) 传输到一组 ( 分别为 86、 96) 接收器。 CPI(150)-- 其与用来检查结构绝缘的 CPI 不同 -- 连接在分离变压器 ( 分别为 88、 98) 的中 点 (N) 和与正被监测的电力电路相关联的框架之间。在用于电解池的作业设备的情况下， 为了既确保框架的绝缘又确保服务的连续性， 采用了 IT 接地系统， 该中点通过高阻抗连接 到该框架。因为该 CPI 的高阻抗 ( 大于 1k Ω)， 所以该中点是阻抗接地的。该装置通过警 报器 (110) 来完成。分离变压器 ( 分别为 88、 98) 经由电源系统 ( 分别为 87、 97) 给与框架 ( 分别为 80、 90) 相关联的接收器组 ( 分别为 86、 96) 提供电力。这些接收器通过框架连接 设备 ( 分别为 85、 95) 连接到该框架 ( 分别为 80、 90)。 带有同步开关的双继电器 (251、 252) 用来经由电路的第一部分 ( 分别为 153、 251 和 89 ； 153、 251 和 99) 将该 CPI(150) 连接到变 压器 ( 分别为 88、 98) 的中点， 此外还通过电路第二部分 ( 分别为 154、 252 和 84 ； 154、 252 和 94) 将该 CPI(150) 连接到所述框架 ( 分别为 80、 90)。
以此方式， 用仅一个 CPI 就能够监测两个框架的电力电路绝缘。图 7 中的图可以 被转换成对所有框架的电力绝缘监测 ： 用同一 CPI 监测该作业单元的每个框架的电力电路 绝缘， 每个框架具有一个分离变压器 -- 其经由电源设备为与所述框架相关联的接收器组 供电， 所述接收器组连接到所述框架， 所述 CPI 轮流地经由合适的继电器 -- 例如带有同步 多开关的两个继电器， 通过包括所述继电器之一的电路第一部分连接到与所述框架相关联
的变压器的中点， 并通过包括所述继电器之另一的电路第二部分连接到所述框架。
而且在此， 可以通过使所述电缆成双来确保测量电缆的完好性。图 8 示出了图 7 中图解的系统的一个变型， 其中测量电路的电缆是成双的。这里所使用的 CPI 具有两个成 双的端子 (151.1 和 151.2， 152.1 和 152.2)。该 CPI 到框架的连接电缆是成双的 ( 分别 为 84.1 和 84.2 ； 94.1 和 94.2)。类似地， 从该 CPI 到变压器 ( 分别为 88、 98) 的中点的连 接电缆是成双的 ( 分别为 89.1 和 89.2 ； 99.1 和 99.2)。存在同步的两对耦合开关继电器 (relais àbasculement couplés)(251.1 和 251.2， 252.1 和 252.2)。
本发明的另一目的是一种用于监测这样的框架的绝缘状况的方法， 该框架与多个 相邻框架分离， 并通过绝缘体层级与每个所述相邻框架绝缘， 该方法的特征在于， 使用了如 之前所描述的定期绝缘监测系统来监测一个框架与其邻居的绝缘状况。
本发明的另一目的是一种用于监测在火法电解生产铝的电解车间中使用的作业 单元的绝缘状况的方法， 所述作业单元被细分成通过绝缘体层级彼此分离的框架， 任何框 架都将要与电解浴发生接触或者将容纳必须通过至少两个绝缘体层级与地分离的工作人 员， 该方法的特征在于， 使用了如之前所描述的定期监测系统来监测作业单元的绝缘状况。
图 1 图解了用于电力电路的永久绝缘监测设备的工作原理。 图 2 图解了根据 IT 接地系统布线的、 用于电力电路的永久绝缘监测设备的常规工 作原理。
图 3 是用于生产铝的典型电解车间的前视横截面图。
图 4 示意性地图解了包括桥式吊车和 MSE 的服务单元的各个框架层级。
图 5 示意性地图解了根据本发明的、 能够用来定期监测一个框架相对于其相邻框 架的绝缘状况的设备。
图 6 示意性地图解了与前一设备相似的设备， 使得有可能定期监测一个框架相对 于其相邻框架的绝缘状况， 但是本图设备的测量电路是成双的。
图 7 示意性地图解了用来用同一 CPI 定期监测两个框架上的电力电路绝缘的设 备。
图 8 示出了与前一设备相似的设备， 使得有可能定期监测两个框架上的电力电路 的绝缘状况， 但是本图设备的测量电路是成双的。
图 9 示意性地图解了根据本发明的、 使得有可能永久监测服务单元的所有框架上 的结构绝缘的设备。
实施方案的实施例 ( 图 3、 图 4 和图 9)
用于生产铝的电解工厂包括液态铝生产区， 该液态铝生产区包括一个或多个电解 车间 (1)。如图 3 中图解的， 每个电解车间 (1) 具有电解池 (2) 和至少一个提升及搬运单元 或 “伺服机械” (5 ＝ 6+7+8+9)。电解池 (2) 通常成行或成列布置 ( 一般是并排或头对头 )， 每个行或列一般包括一百或数百个电解池。 所述电解池 (2) 包括一系列阳极 (3)， 该阳极设 有金属杆 (4)， 该金属杆用于固定该阳极并将其电连接到金属阳极框架。 该阳极杆 (4) 一般 具有大体矩形或正方形的截面。它连接到阳极块 (41)， 该阳极块伸入电解浴 (30) 中。
提升及搬运单元 (5) 用来对电解池进行操作， 例如更换阳极或者用碎熔物和 AlF3 填充电解池进料斗。它也可以用来搬运各种负载， 例如槽部件、 熔融金属包或阳极。所述单 元 (5) 一般包括 ： 桥式吊车 (6) ； 车架 (7)， 其能够在桥式吊车 (6) 上移动， 并且固定到与所
述车架联接的框架 ； 用于操作者的室 (8) ； 以及搬运和作业设备 ( 称为 “工具” )， 例如铲或 破壳机 ( 未示出 )、 敲具 ( 未示出 ) 和 / 或设有阳极抓具 (10) 的搬运设备 (9)。
桥式吊车 (6) 搁在塔架轨道 (11、 12) 上并在其上运行， 所述塔架轨道 (11、 12) 彼 此平行布置并与建筑的主轴线 --- 般是纵向的轴线 --( 以及电解池行 ) 平行。因而， 桥式 吊车 (6) 能够沿电解车间 (1) 移动。
在图 4 中， 示出了将之前的服务单元细分成彼此绝缘的框架的一种可能的细分方 案： 塔架轨道 (110) 和 (120)-- 其均接地 ； 桥式吊车 (60) ； 包括车架的组件 (70)， 其框架能 够绕与所述框架联接的竖直轴线转动 ； 室 (80) ； 以及转动架和工具 (90)。每个框架通过至 少一个结构绝缘体 (61、 62、 71、 71′、 81、 91) 与其邻居分离。这仅是一个实例， 多种其它配 置是可能的 ： 一般而言， 例如， 在桥式吊车 (60) 与塔架轨道 (110) 及 (120) 之间没有绝缘 体。然而， 即使在没有结构绝缘体 (61) 和 (62) 的情况下， 接地的桥式吊车也必须被视为 一个这样的框架， 该框架通过绝缘体层级 (71 和 71′ ) 与该作业单元的其它框架分离并绝 缘。 另外， 由大致安装到转动架的工具组成的框架可以有更大程度的分离， 特别是通过将每 个所述工具与转动架及其它工具隔离， 所述转动架本身装配在与车架 (70) 联接的框架上。 工具 (90) 和室 (80) 通过至少两个绝缘体层级 (91 和 71+71′ ； 81 和 71+71′ ) 与地分离。
图 9 图解了根据本发明的、 具有测量电路的双接线的系统， 其适应于如图 4 中显示 的细分方案。使用仅一个 CPI(170) 来监测所有框架相对于其邻居的绝缘状况。监测以两 个阶段进行 ： 首先， 框架 (60) 用作第一框架， 以监测桥式吊车 (60) 相对于相邻框架的结构 绝缘， 所述相邻框架包括塔架轨道 (110) 和 (120)-- 其均接地并构成单个框架 -- 以及车架 (70) ； 其次， 车架 (70) 用作第一框架， 以监测该车架 (70) 相对于其相邻框架的结构绝缘， 所述相邻框架包括室 (80) 以及所有工具 (90)。所选择的继电器是单开关继电器。继电器 270.1 与 270.2 耦合。
按照待进行的测试， 继电器 (271)、 (272) 和 (273) 遵循下面表 1 中所示的切换图， 其中 0 表示左边的触点， 1 表示右边的触点， X 表示位置无关紧要。
测试 (60)/(110 和 120) (60)/(70) (70)/(80) (70)/(90)
(270.1) 和 (270.2) 0 0 1 1(271) 0 0 1 1(272) 1 0 X X(273) X X 0 1表1
除桥式吊车 (60)-- 其在该实施例中总是用作第一框架 -- 以外， 所有框架 (70、 110、 120、 80、 90) 都经由高压适配板 ( 分别为 72、 112、 82、 92) 连接到测量电路的第二部分的 一部分。测量电路的第二部分的每个部分本身是成双的 ： 第一系列电缆经由一个或更多个 继电器 ( 参考上文的切换图 ) 将 CPI(170) 的端子 (172) 连接到框架， 另一系列电缆将所有
PHT 连接到位于另一 CPI(170) 端子上的接线柱 (171.2)。该 CPI 设有用于测试以此方式形 成的回路的完好性的系统。