DE9307081U1 - Flüssigkeitsgekühlte Ventildrossel - Google Patents
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Description
93 G 3 2 3 1 OE
Siemens Aktiengesellschaft
Flüssigkeitsgekühlte Ventildrossel
5
5
Die Erfindung bezieht sich auf eine flüssigkeitsgekühlte
Ventildrossel, insbesondere für eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Anlage,
gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-(HGÜ-)Anlagen werden
zur Verteilung von elektrischer Energie heute im allgemeinen als Bindeglied zwischen zwei Drehstromsystemen eingesetzt;
netzgeführte, steuerbare Halbleiter wandeln den Drehstrom auf der Senderseite für die Übertragung in Gleichstrom und auf
der Empfangsseite wieder in Drehstrom zurück. Die höchste erreichbare Thyristorspannung ist klein im Vergleich zu der
für eine wirtschaftliche Übertragung notwendigen Ventilspannung. Es müssen daher für ein HGÜ-Ventil eine
Vielzahl von Thyristoren in Reihe geschaltet werden. Zur Begrenzung der Stromanstiegsgeschwindigkeit in einem HGÜ-Ventil
werden dabei zu den einzelnen Thyristoren jeweils zusätzlich eine Ventildrossel mit flüssigkeitsgekühlter
Drosselspule und Drosselkern in Reihe geschaltet.
Zum Zwecke einer wirtschaftlichen Fertigung und zur Erzielung
nur kurzer Ausfallzeiten im Fall einer notwendigen Reparatur besteht jedes HGÜ-Ventil je nach zu beherrschender Spannung
aus größeren oder kleineren Anzahl identischer Thyristoren- und Drosselmodulen, die turmartig in einem Turmgrundrahmen
konstruktiv zusammengefaßt sind.
Eine gemäß Oberbegriff bekannte Ventildrossel ist durch die WO90/14674 bekannt. Bei dieser bekannten Ventildrossel ist
der Drosselkern allseitig von einer gleichzeitig als Tragrahmen dienenden, geräuschdämmenden Isolierkapsel
umgeben, die ihrerseits von der an der Tragkapsel gehaltenen
93 G 3 2 3 1 OE
Wicklung der Drosselspule außen umschlungen ist. Der Drosselkern ist aus zwei U-förmigen Teilkernen, insbesondere
Schnittbandkernen, und die Isolierkapsel ist entsprechend den U-förmigen Teilkernen aus zwei hosenförmigen, mit ihren
5 offenen Beinschenkelenden gegeneinanderliegenden Isolier-Teilkapseln zusammengesetzt, deren taillenseitige Öffnungen
nach dem jeweiligen Einstecken der U-förmigen Teilkerne durch einen Deckel verschließbar sind.
Aus der EP 0 223 954 Al ist eine weitere Aus führungs form einer Ventildrossel, insbesondere für Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Anlagen,
bekannt. Bei dieser Ausführungsform ist die Drosselspule allwicklungsseitig
vergossen und der derart entstehende Vergußblock über Gummipuffer in einem umgebenden Kunststoff-Spannrahmen
gelagert. Der Drosselkern besteht aus zwei U-förmigen Teilkernen und ist unvergossen über Zugstangen ebenfalls in
dem Spannrahmen befestigt. Die Wicklung wird durch Einsatz von Hohlleitern gekühlt. Der Drosselkern trägt zur Kühlung
einseitig außen aufgesetzte Kühltaschen. Zur Geräuschdämmung ist die gesamte derartig aufgebaute Anordnung durch eine
äußere Dämmummantelung abgeschirmt, wobei zumindestens
teilweise Anschluß- bzw. Verbindungsstücke der Kühlflüssigkeitszuführung innerhalb der Dämmummantelung
liegen.
In den beiden bekannten Ausführungsformen der Ventildrosseln
werden die Kerne mit aufgesetzten bzw. mit eingewickelten Kühlkörpern gekühlt. Dadurch kann die in den Kernen
0 entstehende Wärme nicht mit hohem Wirkungsgrad abgeführt werden. Außerdem werden bei diesen Ausführungen die
Kernhälften, wie bei Schnittbandkernen, mit Spannbändern zusammengehalten, die bei großen Kernen, beispielsweise
Drosselkernen, nicht zuverlässig sind. Diese Spannbänder 5 müssen deshalb von Zeit zu Zeit nachgespannt werden.
93 G 3 2 3 1 OE
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine flüssigkeitsgekühlte Ventildrossel anzugeben, die die
aufgeführten Nachteile nicht mehr aufweist.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des
Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Durch die Anbringung von Kühlkörpern an den freien Flächen des Spannrahmens des Drosselkerns dient dieser Rahmen nicht
nur als Befestigungselement der U-förmigen Drossel-Teilkerne, sondern gleichzeitig auch als Kühlkörper. Da der Drosselkern
zwei Kühlkanäle aufweist, kann der zusammengebaute Drosselkern an zwei verschiedenen Seiten intensiv gekühlt
werden. Dieser Kühlkörper führt die vom Rahmen aufgenommene Wärme ab. Da als Kühlmedium Flüssigkeit, insbesondere Wasser,
verwendet wird, kann die in den Teilkernen entstehende Wärme durch die Flüssigkeit mit hohem Wirkungsgrad abgeführt
werden.
Durch die Anbringung eines flüssigkeitsgekühlten Sekundärwiderstandes, der elektrisch parallel zur
Sekundärwicklung geschaltet ist, wird der Dämpfungsgrad der Drossel erhöht. Das heißt, die Dämpfung der Drossel wird
nicht mehr nur durch die Ausgestaltung des Drosselkerns eingestellt. Dadurch wird ein Großteil der Verlustleistung
der Ventildrossel auf den Sekundärwiderstand verlagert, wo diese Verlustleistung mit hohem Wirkungsgrad abgeführt werden
kann.
Außerdem sind die Kerne und die Wicklungsteile auf einer Grundplatte montiert, die ein Verteil- und ein Sammelrohr für
die Kühlflüssigkeit aufweist. Durch die selbsttragende Anordnung der Kerne, wobei diese mittels Puffer mit der
Grundplatte verbunden sind, werden Körperschallübertragungen verhindert.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, die einzeln und/oder miteinander verwendet werden können, sind in
den weiteren Unteransprüchen gekennzeichnet.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel einer
Ventildrossel schematisch veranschaulicht ist.
Figur 1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen
Ventildrossel, wobei in
Ventildrossel, wobei in
Figur 2 deren Draufsicht dargestellt ist, in
Figur 3 ist ein Drossel-Teilkern der erfindungsgemäßen
Ventildrossel nach Figur 1 dargestellt, wobei die
Figur 4 dessen Seitenansicht von rechts zeigt, und die
Figur 5 eine Schnittdarstellung der Isolierkapselung eines
Drossel-Teilkerns veranschaulicht.
Figur 4 dessen Seitenansicht von rechts zeigt, und die
Figur 5 eine Schnittdarstellung der Isolierkapselung eines
Drossel-Teilkerns veranschaulicht.
Die Figur 1 veranschaulicht eine erfindungsgemäße Ventildrossel, insbesondere für eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Anlage,
die aus einem Drosselkern 2, einer Drosselspule 4, einer Grundplatte 6 und einigen
Kühlleitungen 8 besteht. Der Drosselkern 2 dieser Ventildrossel besteht aus zwei U-förmigen Drossel-Teilkernen
10, von denen eine näher in der Figur 3 dargestellt ist. Wie aus der Figur 2 zu entnehmen ist, besitzt die Ventildrossel
zwei Drosselkerne 2, die räumlich parallel zueinander angeordnet sind. Diese Drosselkerne 2 sind mittels Puffer 12,
beispielsweise Schwingmetallpuffer bzw. Gummipuffer, auf der Grundplatte 6 selbsttragend angeordnet. Diese Puffer 12
dienen nicht nur als Schwingungsdämpfer, sondern auch als Befestigungsmittel für den Drosselkern 2. Außerdem sind die
Drossel-Teilkerne 10 jeweils mit einer Isolierkapselung 14, auch als Kunststoffabschirmung bezeichnet, versehen, wobei
jeweils zwei Isolierkapselungen 14 eines Drosselkerns 2 an den Enden der Schenkel, beispielsweise mittels eines
SchrumpfSchlauches 16, miteinander verbunden sind. Zu und von
93G 3231OE
den Kernen 2 führen Kühlleitungen 8, die diese mit Flüssigkeit kühlen. Diese Kühlleitungen 8 sind mit dem
Verteil- und dem Sammelrohr 18 und 20 der Grundplatte 6 verbunden, wobei in dieser Darstellung nur das Verteilrohr 18
mittels einer unterbrochenen Linie dargestellt ist. Jedes Rohr 18 und 2 0 dieser Grundplatte 6 ist mit einem Anschluß 22
versehen, an denen jeweils eine Kühlleitung einer Etage der HGÜ-Anlage anschließbar ist.
Die Drosselspule 4 besteht aus einer Primärwicklung 24, einer Sekundärwicklung 26 und einem Sekundärwiderstand 28. Die
Primärwicklung 24 besteht aus zwei Wicklungsteilen 30 und 32, die jeweils aus einem Hohlleiter 34 gewickelt und vergossen
sind. Diese Hohlleiter 34 werden von Kühlflüssigkeit durchflossen, wobei die Wicklungsteile 30 und 32 der
Primärwicklung 24 elektrisch und kühlmittelmäßig in Reihe geschaltet sind. Wie der Figur 2 zu entnehmen ist, umfaßt
jedes Wicklungsteil 30 bzw. 32 der Primärwicklung 24 ein Schenkelpaar der parallel angeordneten Kerne 2 der
Ventildrossel. Die Enden des Hohlleiters 34 jeder Wicklung 30 und 32 sind jeweils mit einer elektrischen
Anschlußvorrichtung 36, 38 und 40, 42 versehen. Jede Anschlußvorrichtung 36, 38, 40 und 42 ist plattenförmig
ausgebildet und mit einem Anschluß 44 zur Aufnahme einer Kühlleitung 8 versehen. Zur Befestigung einer elektrischen
Leitung bzw. einer Stromschiene ist jede Anschlußvorrichtung 36, ..., 42 mit zwei Gewindebohrungen versehen. Die beiden
Wicklungsteile 30 und 32 der Primärwicklung 24 sind jeweils mit mehreren Isolierstützen 46 mit der Grundplatte 6 lösbar
0 verbunden.
Die Sekundärwicklung 2 6 besteht nur aus einer Windung und ist innerhalb des Wicklungsteils 3 0 der Primärwicklung 24
untergebracht. Die elektrischen Anschlüsse 48 und 50 dieser 5 Sekundärwicklung 2 6 sind aus dem Wicklungsteil 3 0
herausgeführt. Wie man der Figur 2 entnehmen kann, ist die
93G 32 3 1 OE
eine Windung der Sekundärwicklung 2 6 nicht geschlossen. Außerdem besteht die Sekundärwicklung 2 6 nicht aus einem
Hohlleiter 24, sondern kann aus einer Litze bestehen.
Elektrisch parallel zu dieser Sekundärwicklung 26 ist der Sekundärwiderstand 28 geschaltet. Dieser Sekundärwiderstand
28 wird mittels Flüssigkeit gekühlt. Als flüssigkeitsgekühlter Sekundärwiderstand 28 ist ein
Edelstahlrohr vorgesehen, das auf der Kunststoffabschirmung 14 der Kerne 2 der Ventildrossel montiert ist und gemäß
dieser Figur mäanderförmig verlegt ist. Eingangsseitig ist
der flüssigkeitsgekühlte Sekundärwiderstand 28 über eine Kühlleitung 8 mit dem Verteilrohr 18 und ausgangsseitig
ebenfalls über eine Kühlleitung 8 mit dem Sammelrohr 2 0 der Grundplatte 6 verbunden. Außerdem ist der Sekundärwiderstand
28 mittels zweier Verbindungsstücke 52 und 54 elektrisch leitend mit den elektrischen Anschlüssen 48 und 50 der
Sekundärwicklung 2 6 verbunden. Dieser Sekundärwiderstand 2 8 dient zur Erhöhung des Dämpfungsgrades der Ventildrossel.
Dadurch werden die Kerne 2 der Drossel entlastet, so daß nicht mehr so viel Verlustleistung in den Kernen 2 in Wärme
umgesetzt wird.
In der Figur 3 ist ein U-förmiger Drossel-Teilkern 10 und in Figur 4 ist seine Seitenansicht von rechts im einzelnen
dargestellt. Dieser Drossel-Teilkern 10 ist mit einem Teil eines Spannrahmens 56 versehen, der an seiner freien Fläche
58 mit einem Kühlkörper 60 versehen ist. Der Kühlkörper 60 kann auch, wie dargestellt, jeweils Bestandteil eines Teils
des Spannrahmens 56 sein. Der Kühlkörper 60 weist wenigstens zwei Kühlkanäle 62 und 64 auf, von denen in dieser
Darstellung nur der Kühlkanal 62 zu sehen ist. Einerseits sind diese Kühlkanäle 62 und 64 mit Anschlüssen 66 und 68
versehen und andererseits mittels eines Verbindungsrohres 70 miteinander verbunden. Als Zu- und Ablaufanschluß 66 und 68
sind Edelstahlbolzen vorgesehen. Die den Schenkeln abgewandte
93G 323 1 OE
Seite 72 des Kühlkörpers 60 ist mit zwei Gewindebohrungen 74
versehen, in denen die Puffer 12, hier als
Schwingmetallpuffer dargestellt, hineingeschraubt werden.
Die beiden Teile des Spannrahmens 56 werden nach der letzten thermischen Behandlung des Kerns 2, der zu diesem Zeitpunkt
noch nicht in Teilkerne 10 geteilt ist, an den Kern 2 angepaßt und mit Lack befestigt. Das geschieht auf folgende
Weise:
Die Rahmenteile und der Kern 2 werden mit nicht dargestellten lösbaren Befestigungselementen und mit Befestigungsschrauben
verspannt, so daß der Rahmen 56 möglichst großflächig an dem Kern 2 aufsitzt (Kernwickel ist nach dem Glühprozeß relativ
"weich"). Danach wird die Einheit unter Vakuum in einem entsprechenden Lack getränkt. Nach Austrocknung des Lacks
werden die Befestigungselemente und die Befestigungsschrauben
entfernt und der Kern in zwei gleiche Stücke (U-förmige Drossel-Teilkerne 10) getrennt (Schnittbandkerne).
Dadurch, daß die Teile des Spannrahmens 56 durch die Lackschicht mit den Teilkernen 10 verbunden sind, wird die in
den Teilkernen 10 entstehende Wärme durch Wärmeleitung von dem Spannrahmen 56 zu den Kühlkörpern 60 geführt, die von
Kühlflüssigkeit durchflossen werden, so daß eine sehr intensive Kühlung gewährleistet wird. Wie den Figuren 1 und 2
zu entnehmen ist, sind die Kühlkanäle 62 und 64 der beiden Kühlkörper 60 jeweils eines Drosselkerns 2 mittels
Kühlleitungen 8 mit dem Verteil- und dem Sammelrohr 18 bzw. 0 2 0 der Grundplatte 6 verbunden. Die unteren und die oberen
Kühlkörper 60 der beiden Drosselkerne 2 sind jeweils mittels einer Kühlleitung 8 in Reihe geschaltet.
In Figur 3 ist mittels einer unterbrochenen Linie die Lage der Isolierkapselung 14 eines Drossel-Teilkerns 10
angedeutet. Die Figur 5 zeigt einen Schnitt durch diese
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Isolierkapselung 14, wobei der Übersichtlichkeit halber auf die Darstellung des Drossel-Teilkerns 10 verzichtet wurde.
Die Lage des Drossel-Teilkerns 10 ist nur durch eine unterbrochene Linie angedeutet. Wie dieser Darstellung zu
entnehmen ist, besteht die Kunststoffabschirmung 14 eines Drossel-Teilkerns 10 aus zwei Teilen 7 6 und 78. Diese beiden
Teile 76 und 78 der Isolierkapselung 14 sind miteinander verhakt. Der Teil 78 bildet die außen umlaufende Seitenwand
der Isolierkapselung 14. Diese Kunststoffabschirmung 14 wird durch elastische Abstandsstücke 80 zu den Seitenwänden des
Drossel-Teilkerns 10 auf Distanz gehalten. Mittels dieser Kunststoffabschirmung 14 wird der Geräuschpegel des Teilkerns
10 gedämpft.
Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung erhält man eine
flüssigkeitsgekühlte Ventildrossel, insbesondere für eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Anlage, deren Kerne 2
selbsttragend angeordnet sind und die in diesen Kernen 2 entstehende Wärme durch Kühlflüssigkeit mit hohem
0 Wirkungsgrad abgeführt werden kann.
Claims (8)
1. Flüssigkeitsgekühlte Ventildrossel, insbesondere für eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Anlage, bestehend
aus zwei U-fömnigen Drossel-Teilkernen (10), die mit einer Drosselspule (4) versehen sind, die aus einer aus zwei
jeweils aus einem Hohlleiter (34) gewickelten Wicklungsteilen (30, 32) bestehenden Primärwicklung (24) und einer
Sekundärwicklung (26) besteht, wobei die Drossel-Teilkerne
(10) jeweils mit einer Isolierkapselung (14) versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die
Drossel-Teilkerne (10) mittels eines Spannrahmens (56) verspannt sind, der an seinen freien Flächen (58) jeweils
einen Kühlkörper (60) aufweist, daß flüssigkeitsgekühlter
Sekundärwiderstand (28) vorgesehen ist, der elektrisch parallel zur Sekundärwicklung (26) geschaltet ist, und daß
der gekapselte Drosselkern (2) und die Primärwicklung (24) auf eine Grundplatte (6) montiert sind.
2. Flüssigkeitsgekühlte Ventildrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Kühlkörper (60) wenigstens zwei Kühlkanäle (62 und 64) aufweist, die einerseits mit Anschlüssen (66, 68) versehen
sind und andererseits untereinander mittels eines 5 Verbindungsrohres (70) verbunden sind.
3. Flüssigkeitsgekühlte Ventildrossel nach Anspruch 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (6) ein Verteil- und ein Sammelrohr (18,
20) für die Kühlflüssigkeit aufweist, an denen die zu
kühlenden Teile (10, 30, 32, 28) der Ventildrossel mittels Kühlleitungen (8) angeschlossen sind.
4. Flüssigkeitsgekühlte Ventildrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
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&iacgr;&ogr;
flüssigkeitsgekühlter Sekundärwiderstand (28) ein Edelstahlrohr vorgesehen ist.
5. Flüssigkeitsgekühlte Ventildrossel nach Anspruch 1 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sekundärwicklung (26) nur eine Windung aufweist, die innerhalb eines Wicklungsteils (30) der
Primärwicklung (24) angeordnet ist.
6. Flüssigkeitsgekühlte Ventildrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Isolierkapselung (14) jedes Drossel-Teilkerns (10) zweiteilig ist, die gegeneinander verhakbar sind.
7. Flüssigkeitsgekühlte Ventildrossel nach Anspruch 1
und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kühlkörper (60) mit Puffer (12) versehen
ist.
8. Flüssigkeitsgekühlte Ventildrossel nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlüsse (66, 68) der Kühlkanäle (62, 64) des Kühlkörpers (60) aus Edelstahl geformt sind.
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