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Stromrichter
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Die Erfindung betrifft einen Stromrichter mit zum Teil in Reihe und
zum Teil parallel zueinander geschalteten Thyristoren, die in wenigstens einem gasisolierten
Ventil gruppenweise in Etagen übereinander angeordnet sind, wobei Jede Gruppe von
Thyristoren eine Baueinheit bildet, und Kühlmittelzuführungen für Jede Baueinheit
vorgesehen sind.
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Ein solcher Stromrichter ist aus der Zeitschrift Electrical Review"
22. Juni 1973, S. 867 bis 869 bekannt. Solche Stromrichter werden zum Gleichrichten
hoher Spannungen, beispielsweise in Hochspannungs-Gleichstrom-Ubertragungsanlagen
(HGU) benützt. Dabei können die in der oben definierten Weise aufgebauten gasisolierten
Ventile luft- oder flüssigkeitsgekühlt sein. Mit der Modulbauweise des bekannten
Ventils wird eine wirtschaftlich interessante Fertigungsvereinfachung erreicht,
da die Baueinheiten, die neben den Thyristoren und ihren Kllhleinrichtungen auch
noch die Ansteuer- und Beschaltungsbaugruppen beinhalten, auch zur Serienfertigung
geeignet sind. Die Entwicklung bei HGU-Anlagen führt Jedoch zum Bau größerer Einheiten
für höhere Spannungen und Ströme, z. B. 800 kV bei 200 A. Solche Ventile müssen
kompakt aufgebaut sein, und es werden aus Wartungsgründen Innenraumventile bevorzugt,
die luftisoliert sind. Beim obengenannten Stromrichter beanspruchen die Baueinheiten
bzw. Module relativ viel Raum, so daß sich die genannten Forderungen nicht befriedigend
erfüllen lassen.
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Es besteht die Aufgabe, einen Stromrichter der eingangs genannten
Art kompakt aufzubauen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß Jede Baueinheit
von einem kastenförmigen Gehäuse aus isolierendem Material umgeben ist, daß die
Gehäuse freitragend an den Seitenwänden eines selbsttragenden Schachtes aus isolierendem
Material seitlich abstehend angeordnet sind und daß die Kühimittelzuführungen sich
im Schachtinneren befinden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Stromrichter sind die Baueinheiten bzw.
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Module mit einem elektrisch isolierenden Gehäuse ausreichender Spannungsfestigkeit
umgeben und können daher auf engstem Raum neben- bzw. übereinander geschichtet werden.
Als Träger bzw. Befestigung für diese Gehäuse dient der selbsttragende Schacht,
wobei das Schachtinnere zur Führung des Kühlmittels und gegebenenfalls der Ansteuerleitungen
ausgenützt wird. Damit erhält man einen äußerst kompakten Aufbau, der den Einsatz
der HGU-Anlage auch in Ballungsgebieten ermöglicht. Daneben ist der erfindungsgemäße
Stromrichter aus gleichartigen Bauteilen im Baukastensystem aufgebaut, die in Serienfertigung
gefertigt werden können und mit denen Stromrichter unterschiedlicher Leistung nach
dem gleichen Prinzip aufgebaut werden können. Mit dieser Modulbauweise sind Jedoch
nicht nur Erleichterungen im Aufbau, sondern auch wesentliche Kosteneinsparungen
beim Transport und bei der Endmontage gegeben.
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Vorteilhaft ist es, Jede Etage mit einem gesonderten Schachtabschnitt
zu bilden, der zusammen mit wenigstens einem seitlich abstehenden Gehäuse aus einem
Stück gefertigt ist. Diese Ausführungsform ist insbesondere für die Endmontage vorteilhaft,
da lediglich die einzelnen Module Jeder Etage übereinander geschichtet und aneinander
befestigt werden müssen.
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Für ein gasgekühltes Ventil, bei dem vorzugsweise das Schachtinnere
zur Führung von Druckluft oder einem isolierenden Gas dient, ist es vorteilhaft,
die vom Schacht abgewandte Seitenfläche Jedes Gehäuses wenigstens teilweise offen
zu gestalten und Jedes Gehäuse mit dem Schachtinneren über wenigstens eine Öffnung
in der Seitenwand des Schachtes zu verbinden. Bei diesem Ausführungsbeispiel
kann
die Druckluft des oben abgeschlossenen Schachtes in das Gehäuseinnere eindringen
und dieses durchströmen. Die Kühlkörper der in den Gehäusen angeordneten Thyristoren
und die wärmeabgebenden Bauteile der Ansteuer- und Beschaltungsbaugruppen werden
damit in einfachster Weise gekühlt, ohne daß zusätzliche Mittel zur Führung des
Kühlmediums erforderlich sind.
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Jedes Gehäuse kann aus zwei Halbschalen aufgebaut sein. Vorzugsweise
bilden die Halbschalen von zwei Gehäusen eine H-förmige Einheit. Mit dieser Bauform
wird ein einfacher Zugriff zum Gehäuse inneren ermöglicht und damit die Montage
der Baueinheit im Gehäuseinneren und die Wartung wesentlich vereinfacht.
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An den Seitenwänden des Schachtes können sich wandartige Vorsprünge
befinden, die mit den Seitenwänden der Gehäuse fluchten. Mit dieser Ausführungsform,
bei der die Gehäuse in nutenartige Einsenkungen des Schachtes eingreifen, wird die
freitragende Befestigung der Gehäuse am Schacht vereinfacht.
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Im folgenden wird der erfindungsgemäße Stromrichter beispielhaft anhand
der Figuren 1 bis 5 näher erläutert. In den Figuren sind verschiedene Ausführungsbeispiele
gezeigt. Dabei sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Stromrichters.
An den Seitenflächen eines selbsttragenden Schachtes 1, der beim Ausführungsbeispiel
einen rechteckförmigen Querschnitt besitzt, sind kastenförmige Gehäuse 2 seitlich
abstehend und freitragend befestigt. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist der
Schacht 1 zum Teil nur mit gestrichelter Linie eingezeichnet, da in dieser Figur
verschiedene Ausführungsformen des Schachtes 1 und der Gehäuse 2 dargestellt sind.
Sowohl der Schacht 1 als auch die Gehäuse 2 sind aus einem isolierenden, spannungsfesten
Material, z. B. aus einem Gießharz hergestellt, das ein ungesättigtes Polyesterharz
sein kann, das glasfaserverstärkt ist.
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Das Schachtinnere 1a dient gleichzeitig zur Führung des Kühimittels,
und es kann zur Führung der Ansteuerleitungen dienen, die beispielsweise Lichtleiter
oder HF-Strecken sein können.
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Im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 sind in den Etagen 1 bis V Gehäuse
2 und Schacht 1 unterschiedlich ausgestaltet. In den Etagen I und II ist der Schacht
1 und die Gehäuse 2 aus einzelnen Bauteilen gefertigt und die Gehäuse 2 sind an
der Seitenwand des Schachtes 1 befestigt.
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In den Etagen III bis V sind Gehäuse 2 und Schacht 1 etagenweise einstückig
gefertigt und zu dem Stapel aufeinandergefügt, der in der Figur 1 gezeigt ist. Mit
dieser Ausfuhrungsforin wird sowohl der Transport als auch die Montage des Stromrichters
erleichtert, da lediglich die Module der einzelnen Etagen aneinander befestigt werden
müssen. Dabei ist im Ausführungsbeispiel in der Etage V ein Modul gezeigt, bei dem
der Schachtteil und die Gehäuse 2 einstückig hergestellt sind. Die Etagen III und
IV zeigen eine Ausführungsforin, bei der das Innere der Gehäuse 2 besonders leicht
zugänglich ist. Bei dieser Ausführungsforin ist das Gehäuse aus zwei Halbschalen
2a zusammengesetzt, so daß es sich leicht öffnen läßt und die im Inneren des Gehäuses
angeordneten Bauteile frei zugänglich sind. In einer besonders günstigen Ausführungsform
sind dabei zwei Halbschalen aufeinanderfolgender Etagen zu einem einheitlichen Bauteil
2c verbuiiden, das im Bereich des Gehäuses 2 einen H-förmigen Querschnitt besitzt.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist ein luftgekühlter Stromrichter
dargestellt. Dabei sind die von dem Schacht 1 abgewandten Stirnflächen der Gehäuse
2 mit Öffnungen 2d versehen und Jedes Gehäuse ist über wenigstens eine Öffnung 2e
mit dem Schachtinneren 1a verbunden. Mit dem Querschnitt der Öffnungen 2e kann der
Druckabfall im Schacht in den einzelnen Etagen beispielsweise nahezu konstantgehalten
werden. Druckluft, die in das Schachtinnere 1a eingeblasen wird, strömt bei dieser
Ausführungsform in das Innere der Gehäuse 2 ein, durchströmt diese und kühlt sowohl
die Kühlkörper der Thyristoren als auch Bauelemente der Ansteuer-und Beschaltungsgruppen
und verläßt die Gehäuse 2 über die Öffnungen 2d. Damit wird ein gleichmäßiger Luftstrom
zur Kühlung der in den Gehäusen 2 angeordneten Bauteile erreicht. Wird der Stromrichter
in einer Ventilhalle angeordnet, so kann für die Luftkiihlung ein Kühlluftsystem
vorgesehen werden, bei dem die aus dem Ventil über die Öffnungen 2d austretende
Luft ohne Gegendruck in
die Ventilhalle gelangt und dann gefiltert
und rückgekühlt dem Druckluftschacht 1a des Ventils wieder zugeführt wird.
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Es ist hier zu betonen, daß mit einem Aufbau, wie er in Figur 1 gezeigt
ist, eine äußerst kompakte Raumform für den Stromrichter realisiert ist, da die
Gehäuse 2 der einzelnen Baueinheiten praktisch ohne Raumverlust aneinandergefügt
sind und die Führung für das Kühlmedium in die Baueinheit integriert ist und damit
auch relativ wenig Raum benötigt. Außerdem können mehrere Stapel, wie sie in Figur
1 gezeigt sind, nebeneinander angeordnet werden.
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Figur 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie II-II der Figur 1.
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Mit dieser Figur wird schematisch die Lage der Thyristoren und der
Ansteuer- und Beschaltungebaugruppen gezeigt. Die Thyristoren sind in einem sogenannten
Thyristorsatz 3 zusammengefaßt, wie er für Luftkühlung beispielsweise aus der DT-OS
2 307 527 oder der DT-OS 2 502 472 bekannt ist. Der Thyristorsatz 3 liegt beispielsweise
quer vor der Austrittsöffnung 2e der Kühlluft, deren Strömungsrichtung mit den Pfeilen
4 gekennzeichnet ist,und die KUhlrippen der Kühlkörper des Thyristorsatzes sind
parallel zu den Seitenwänden des Gehäuses 2 ausgerichtet. Dem Thyristorsatz 3 bezugleich
des Kühlmittelstroms 4 nachgeordnet sind die Ansteuer-und Beschaltungsbaugruppen,
die in dem mit 5 bezeichneten Raum eingebaut sind. Bezüglich des Aufbaus solcher
Ansteuer- und Beschaltungsbaugruppen wird beispielhaft auf das DT-GM 7 340 434 verwiesen.
Die Ansteuer- und Beschaltungsbaugruppen werden bei diesem Aufbau von der Kühlluft
nach den Kühlkörpern der Thyristoren durchströmt, womit man gleichzeitig eine Kühlung
der Thyristoren und von leistungsabgebenden Bauelementen der Ansteuer- und Beschaltungsbaugruppen
erhält. Es ist hier zu erwähnen, daß sich mit dem erfindungsgemäßen Stromrichter
selbstverständlich auch eine flüssigkeitsgekühlte Anordnung realisieren läßt. Dazu
braucht die Form von Schacht 1 und Gehäuse 2, wie sie beispielsweise in Figur 2
gezeigt ist, nicht abgeändert zu werden. Die Kühlmittelzu- und -ableitungen werden
im Schachtinneren 1a verlegt und silber die Öffnungen 2e zu den Thyristorsätzen
3 und den Ansteuer- und Beschaltungsbaugruppen 5 und von dort wieder in das Schachtinnere
1a zurückgeführt.
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In Figur 2 ist noch angedeutet, daß die Kanten 2f des Gehäuses abgerundet
sind. Diese Maßnahme ist selbstverständlich Uberall dort zu ergreifen, wo dies von
der Spannungsfestigkeit gefordert wird. Damit verbunden können auch Verdickungen
der Wandung der Gehäuse 2 an Stellen sein, an denen dies aus Gründen der Spannungsfestigkeit
erforderlich ist. Um die Übersichtlichkeit zu wahren, soll auf diese Abwandlungen
des erfindungsgomäßen Aufbaus hier nicht näher eingegangen werden.
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Figur 3 zeigt einen anderen Aufbau eines erfindungsgemäßen Stromrichters,
mit dem die Vielfalt der Abwandlungsmöglichkeiten demonstrebt wird. Dabei ist in
Figur 3 nur ein Teil des Stromrichters, d. h. zwei Etagen gezeigt. Zum Aufbau wird
ein einstückiges Modul verwendet, wie es in der Etage V der Figur 1 gezeigt ist.
Die Etagenmodule sind kreuzweise aufeinandergestapelt, so daß die Schachtöffnungen
1a aller Module miteinander fluchten.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines einstückigen Etagenmoduls zeigt
Figur 4. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind sämtliche Seitenflächen des quadratischen
Schachtteiles 1 mit Gehäusen 2 versehen. Im übrigen entspricht dieses Etagenmodul
den in Figur 1 gezeigten und kann insbesondere auch mit Halbschalen aufgebaut werden,
wie im Zusammenhang mit den Etagen III und IV der Figur 1 besprochen wurde. Es ist
hier anzuführen, daß mit einem entsprechenden polygonalen Querschnitt des Schachtes
sich in Jeder Etage noch mehr Gehäuse an den Seitenwänden des Schachtes befestigen
lassen. Es ist aber auch möglich, ein Modul pro Etage zu konstruieren, an dessen
Seitenwand lediglich ein Gehäuse freitragend befestigt ist. Damit kann beispielsweise
eine wendeltreppenförmige Anordnung realisiert werden.
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Figur 5 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel, bei dem Schacht
1 und Gehäuse 2 getrennt gefertigt und aneinander befestigt sind.
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Dabei sind die Gehäuse beispielhaft aus Halbschalen 2a und 2c aufgebaut,
wie sie im Zusammenhang mit den Etagen III und IV der Figur 1 besprochen wurden.
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 5 besitzt der Schacht 1 seitliche, wandf5rmige
Vorsprünge Ib, die mit den Seitenwänden der kastenförmigen Gehäuse 2 fluchten. Die
kastenförmigen Gehäuse 2 greifen in den nutartigen Zwischenraum zwi-
schen
zwei wandartigen Vorsprüngen 1b der gleichen Seitenwand des Schachts 1 ein. Mit
dieser Ausführungsform läßt sich eine einfache Befestigung der Gehäuse 2 am Schacht
1 realisieren.
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Zusammenfassend ist festzustellen, daß mit dem erfindungsgemäßen Stromrichter
ein Aufbau für ein z. B. über Lichtleiter oder über HF-Strecken kontaktlos gezündetes
Ventil, bei dem die Zündenergie beispielsweise aus der Änoden-Kathoden-Spannung
der Thyristoren entnommen wird, gefunden wurde, bei dem in Modulbauweise selbsttragende
Modulgehäuse aufeinander gestapelt werden, wobei zur Führung des Kühlmittels ein
Schacht vorgesehen ist. Die Gehäuse für die Thyristorsätze mit den Ansteuer- und
Beschaltungsbaugruppen sind an den Seiten des Schachtes in Etagen übereinander angeordnet.
In Jeder Etage läßt sich dabei ein Teil des Schachtes zusammen mit Gehäusen zu einem
einheitlichen Etagenmodul verbinden.
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Mit diesem Aufbau, der sich sowohl für Luftkühlung als auch für Flüssigkeitskühlung
eignet, erhält man Baueinheiten, die sich vielfältig einsetzen lassen. Da der Schacht
und die Gehäuse aus Kunststoff hergestellt sein können, läßt sich nicht nur der
Raumbedarf reduzieren, sondern es läßt sich eine Gewichtsreduzierung gegenüber bekannten
Anlagen auf 15 bis 25 % abschätzen.
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8 Patentansprüche 5 Figuren