JPS6373879A - 水冷式サイリスタ変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は直流送電あるいは異周波数理系等の交直変換用
サイリスタ変換装置に係り、特に液体を循環させて冷却
する水冷式サイリスタ変換装置に関する。

（従来の技術） 近年半導体素子の進歩は目ざましく、信頼性の高い高電
圧、大電流のサイリスタ素子が開発され、このサイリス
タ素子を使用したサイリスタ変換装置は年々大容量化の
傾向にある。従って特に、その大電流化にともない、い
かに装置の部品を効率よく冷却するかが問題となってぎ
た。す１′リスク変換装置の冷却媒体としては、従来絶
縁油や空気などが用いられてきた。しかし、前記の冷７
Ｂ媒体の冷却性能には限度がある。そこで保守点検が容
易でかつ冷却効果の高い空気絶縁としＩ：水で冷却する
水冷式サイリスタ変換装置が多く開発されている。

一般にサイリスタ変換装置は第５図に示す如き三相ブリ
ッジ回路を構成している。７Ｊ′なわち１Ｕ、１ｖ、１
Ｗ、２Ｕ、２Ｖ、２Ｗ１．ｔサイ’Ｊ　スタバルブで交
流端子Ｕ、Ｖ、Ｗには交流系統１が接続され、２．３は
直流端子である。さらに最近の高電圧化やバルブホール
の縮小化に伴い、第６図のように第５図の回路にさらに
バルブ３Ｕ、３Ｖ、３Ｗ、４Ｕ、４Ｖ、４Ｗで構成され
る三相ブリッジ回路がカスケードに接続される。

第６図のように接続されるサイリスタ変換装置を水で冷
却する場合の従来の水冷式サイリスタ変換装置について
第７図乃至第９図により説明する。

第８図は第６図の回路にｊ５　Ｌノるサイリスタバルブ
１Ｕの上に２Ｕ、その上に３Ｕ、さらに４Ｕを積み重ね
て一体構造とした４段積みサイリスタ変換装置及びその
冷却系統を示している。各り＝イリスタバルブ（ここで
は１Ｕについて説明する。）は第７図に示すような数個
のサイリスタ素子４（図では６個直列。）及びそのイリ
属回路であるアノードリアクトル５、分圧用抵抗６、コ
ンデンサー７等を収納したサイリスタモジュール８を絶
縁碍子って複数段積み重ねて構成している。

これらサイリスタモジコール８を構成する部品で水によ
り冷却を必要どするものは、電力損失の大きいサイリス
タ素子４、アノードリアクトル５、分圧用抵抗６である
。

このようなｔサイリスタバルブを水で冷却する場合、第
８図に示すごとくサイリスタモジコール８の両端に絶縁
物の主配水管１０Ａ、１０Ｂがサイリスタモジュール用
配水管１１Ａ、１１Ｂにより、それぞれ配管されている
。また大地レベルには前記主配水管１０Ａ、１０Ｂに絶
縁物の入口配水管１２Ａ１出ロ配水管１２Ｂが接続され
、それぞれにストレイジタンク１３、熱交換器１４、イ
オン交換器１５、ポンプ１６が接続されている。

ポンプ１６によって冷却水は入口配水管１２△を通り、
主配水管１０△に送られ、これを矢印１７のように配水
管１１Ａにより各サイリスタモジコール８に分配し前記
各部品を冷ＩＪ′ｌシ、発熱損失によりあたためられた
水は、主配水管１０Ｂから出口配水管１２Ｂを通り大気
圧レベルのストレイジタンク１３にためられる。ス１〜
レイジタンク１３より熱交換器１４により再び冷却され
、イオン交換器１５によりイオンや不純物を取除ぎ純度
をあげられた水は、ポンプ１６により再びサイリスタ変
換装置へ送る冷却システムをとっている。

従って第８図の冷却システムを図にすると第９図のよう
な冷却系統図になる。

なお、第８図中１８はサイリスタバルブのフレーム、１
９は４段構成のサイリスタバルブ全体を絶縁支持する碍
子である。又２０はサイリスタバルブが設置されるバル
ブホールと呼ばれる建造物、２１は配電盤や監視装置が
設置される制りｉＩｌ室と呼ばれる建造物である。通常
、このようなサイリスタバルブ１段の電圧として１２５
ｋＶ級ではその高さは約３′ｆＴＬとなり、第８図のよ
うに４段積みサイリスタ変換装置としてはその高さは約
１２ＴｒＬにもなる。さらに単孔として２５ＯｋＶ級と
なると４段に積み重ねた場合その高さは約２０　ｍ近く
にもなる。

（発明が解決しようとする問題点） そのため冷却水を必要とする部分に均等な流量で分配す
ることが問題となる。第１０図は第８図で説明した４段
積みサイリスタ変換装置の冷却系をモデル化した冷却系
統回路図である。つまり第１０図において２２はサイリ
スタモジュール８内の流体損失、２３は水冷母管１０の
流体損失である。このような冷却系において各サイリス
タモジュール８へ冷却水を分配する場合、各サイリスタ
モジュール８の流量は第３図の点線に示すように上段の
モジュールへいくに従ってその流量は減少する。これは
各サイリスタモジュール８内の流体損失２２と水冷母管
１０の流体損失２３との比によって決まってくるもので
、その比が大ぎいほど第３図のグラフの傾きは小さくな
る。従って水冷母管１０の流体損失２３を小さくすれば
よいが、これは水冷母管１０の形状や、太さ等により決
まってくるものでその減少はほとんど期待出来ずまた逆
にサイリスタモジュールの流体損失２２を大きくすると
、ポンプ１６の容量を大きくしなければならなくなり、
冷却系の水圧も大きくなり各部品の耐水圧に対する信頼
性の問題や水漏の問題も生じ、しいてはコストアップの
問題も生じてくる。

また１０７０以上の高さまで冷部水をあげて冷！りする
このようなタワー構成のサイリスタ変換装置の場合、保
守点検、あるいは何らかの原因でポンプ１６が停止した
場合、１０ｍ以上より上に位置するサイリスタモジュー
ル８内等の配管内の水は、大気圧の関係により、例えば
１気圧の場合的１０ｍまで下がってしまい。その水が下
ってしまった配管内は当然真空になってしまう。

従って、サイリスタ変換装置に使用する配管は絶縁が必
要なためほとんど絶縁物配管を使用しているため、上述
したように真空になると絶縁配管はつぶれて破壊したり
、さらに真空になることにより、放電が生じやすくなり
、絶縁破壊をおこしたりサイリスタ変換装置の信頼性低
下を生じる問題がおこる。

本発明の目的は上記の欠点をなくし、サイリスタ変換器
には何ら悪影響を及ぼすことなく、信頼性の高い水冷式
サイリスタ変換装置を提供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 以下本発明を第１図から第４図を用いて説明する。尚、
第５図から第１０図の同一部には同一の記号を付してい
る。

本発明は上記目的を達成するため第１図に示Ｊように、
サイリスタ変換装置の冷Ｗ水取合いを該変換装置の上部
と下部の各々に設け、各々を給水取合、排水取合いとし
たことを特徴とするものである。さらにストレージタン
ク１３を制御室２１等の建造物屋上に設置し、ストレー
ジタンク１３内の水面と密閉循環冷却水配管１２の最上
部との落差が１０ｍ否以内すなわち圧力換障で１気圧以
下となるようにストレージタンク１３を配置したことを
特徴とするものである。

（作　用） 第２図は本発明を示す第１図の冷却系回路図である。給
水取合から各モジュール８を通過し、排水口にいたる各
流路における圧力損失は等しくなり、流量がバランスす
る為、第３図の実線のように各モジュールを流れる流澁
は等しくなる。又ストレージタンクを第１図のように配
置し、密閉循環冷却水配管１２との落差が１０ｍ以内で
あれば、循環ポンプ１６が停止しても冷却配管内の水は
大気圧の関係で落下しない為配管内は真空状態とはなら
ない。

〈実施例） 以下本発明の実施例を第１図により説明する。

ポンプ１６から吐出された冷却水はバルブホール２０の
フロア−から入口配水管１２Ａを通りサイリスタ変換装
置の下部に設けられた給水取合から主水配管１０Ａと各
サイリスタモジュール用配水管１１Ａを通り各モジュー
ル８へ配水される。

各モジュール８を冷却した冷却水はサイリスタモジュー
ル配水管１１Ｂを通り主水配管１０Ｂに集められ、ηイ
リスタ変換装置上部の配水取合から出て絶縁物の出口配
水管１２Ｂによりバルブホール２０の天井へ扱は制ｉ２
０塞２１の、田土に設置されたストレージタンク１３に
入る。冷却水はさらに熱交換器１４を通過し温度を下げ
イオン交換器１５を通過し、冷却水の純度を上げて再び
ポンプ１６によりサイリスタ変換装置へ吐出される。冷
却系は密閉循環となっており配管系最上部とストレージ
タンク１３の水面との落差は少くとも１０ｍ以下となる
よう制御室２１の屋上等に設置されている。

このように構成することにより、各モジュール８を通過
する冷却水の流量は第３図の実線が示ずように均等に分
配されるため、サイリスタ変換装置の冷却の信頼性が向
上しポンプ１６等の容量アップも必要となくなるため、
水圧は低くてよく、水漏れや部品の耐水圧に対する問題
もなくなる。

又ポンプ１６を停止するような事態となっても、配管内
の水は大気圧の関係で落下しないため配管内は真空とは
ならないので、絶縁材料による配管の破壊やｒｌｌ電に
よる絶縁破壊を起こすことがなく信頼性の高い水冷式グ
イリスタ装首を提供することができろ。

第１図では床部立設型のサイリスタ変換装置について説
明したが、天ｊｔ部から吊り下げられる吊り型サー１′
リスタ変］＊装置に応用できることは勿論である。又、
冷却水の循環方向もサイリスタ変換装置下部を給水取合
いとしているが、逆方向の循環系となっても同様の効果
が１９られる。

第４図に本発明の伯の実施例を示す。

バルブホール２０の天井部に貯水を兼ねた配管２４Δと
サイリスタ変換装置下部にやはり貯水を兼ねた配管２４
Ｂを設は配管２４Ａと２４８の間を１本以上の絶縁バイ
ブ２５により配管された構成となっておりその他は第１
図と同じである。

通常サイリスタ変換系装置の最上部は高電圧レベルとな
っており、バルブホール２０の天井部配管は大地電圧レ
ベルの為この間は絶縁を必要とする。この場合、絶縁バ
イブの口径が大きいと漏えい電流が増加し電食等の問題
を引き起こす。又、口径が小さいと流速が増加し、圧力
損失を増大させる。そこで第４図に示すような構成とす
ればこれらの問題を回避することができる。又ストレー
ジタンク１３の水面と冷却配性の最上部との）＾差が１
０ｍ以上となるＪ：うな場合、ポンプ１６が停止しサイ
リスタ変換装置配管内の水が落ちても貯水を兼ねた配管
２４力ロ５冷却水が補給され、少くとも絶縁物による配
管部に真空状態を形成しないようになっている。これに
より第１図に示したサイリスタ変換装置と同様の効果を
得ることができる。第４図でも床部立設型のサイリスタ
変換装置について説明したが天井部から吊り下げられる
吊り型ザイリスタ変換Ｓ装置に応用でさることは勿論で
ある。又冷却水の循環方向を逆にしても同様の効果が得
られる。

［発明の効果］ 以上説明のように本発明によれば水冷式サイリスタ変換
装置において各サイリスタモジュールの流量は、ポンプ
の容重アップ、水圧の上界等なしに均等に分配されるた
め、水モ［）や各部品の耐水圧に対プる問題もなくなり
、ポンプが停止あるいは異常となってもサイリスタ変換
）！ｉ装側の冷却水が下がることを防止したので、配管
内が真空になることがなくなり、配管の破壊や、放電に
よる絶縁破壊を起すことなく、信頼性の高い水冷式サイ
リスタ変換装置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すサイリスタ変換装置の
冷却系統の構成図、第２図は本発明の一実施例を示ず第
１図のサイリスタ変換装置の冷却系をモデル化した図、
第３図は従来と本発明のサイリスタ変換装置の各段のモ
ジュールにおける流量を表わづ図、第４図は本発明の他
の実施例を示すサイリスタ変換装置の冷却系統の構成図
、第５図、第６図はサイリスタバルブ結線図、第７図は
サイリスタバルブを構成するサイリスタモジュール内の
回路図、第８図は従来のサイリスタ変換装置の冷却系統
の構成図、第９図は第８図の冷ＩＪ１系統図、第１０図
は従来の例を示す第８図のサイリスタ変換装置の冷却系
をモデル化した図である。 １・・・交流系統、１Ｕ〜４ｗ・・・サイリスタバルブ
、２．３・・・直流端子、Ｕ、Ｖ、〜■・・・交流端子
、４・・・サイリスタ素子、５・・・アノードリアクト
ル、６・・・分圧抵抗、７・・・コンデンサ、８・・・
サイリスタモジュール、９・・・碍子、１０Ａ、１０Ｂ
・・・主配水管、１１Ａ、１１Ｂ・・・配水管、１２Ａ
・・・入口配水管、１２Ｂ・・・出口配水管、１３・・
・ストレージタンク、１４・・・熱交換器、１５・・・
イオン交換器、１６・・・ポンプ、１７・・・矢印、１
８・・・フレーム、１つ・・・碍子、２０・・・バルブ
ホール、２１・・・制御室、２２・・・サイリスタモジ
ュール流体損失、２３・・・水冷母管流体損失、２４Ａ
、２４Ｂ・・・貯水配管、２５・・・絶縁バイブ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第　１２１ 第２図 一ゝ、 １　　　〜 第　３　図 第　４　図 第５図 第　６　図 第７図 ２゜ 第　８　図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複合個のサイリスタ素子とその付属回路を収納したモジ
   ュールを絶縁支持物により数段積み重ねて規定の電圧、
   電流となるように接続し、前記モジュール内のサイリス
   タ素子、抵抗、リアクトル等の発熱体を水冷却してなる
   サイリスタバルブを１ユニットとして、該ユニットを数
   段積み重ねてなる多段積み水冷式サイリスタ変換装置に
   おいて、冷却水母管の給水取合と排水取合を各々前記サ
   イリスタ変換装置の最下部、最上部に設け、かつ循還冷
   却水系を循環水ポンプ、イオン交換器、熱交換器、スト
   レージタンク、及び冷却水循環配管で構成し、冷却水循
   環系統の最上部と、前記ストレージタンクの水面との落
   差を約１０ｍ以下となるようにしたことを特徴とした水
   冷式サイリスタ変換装置。