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Die
Erfindung betrifft eine elektrische Vorrichtung mit einem Haltegerüst und mit
Hochspannung beaufschlagbaren und von dem Haltegerüst gehaltenen
Komponenten.
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Derartige
elektrische Vorrichtungen sind beispielsweise aus dem Bereich der
Hochspannungs-Gleichstromübertragung
(HGÜ) bekannt
in Form von Ventiltürmen,
die unter Ausbildung eines Umrichters miteinander verschaltet sind.
Der Umrichter ist zwischen einem Wechselspannungsnetz und einem
Gleichspannungsnetz der HGÜ-Anlage
angeordnet und ist zur Umwandung von Wechselspannung in Gleichspannung
oder umgekehrt eingerichtet. Jedes seiner Ventiltürme weist
eine Vielzahl an Submodulen auf. Die während des Betriebs des Ventilturms
mit Hochspannung beaufschlagten Submodule sind in einem Haltegerüst gegeneinander
und gegenüber
der Umgebung isoliert angeordnet.
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Aus
dem Bereich der Überspannungsableiter,
welche der Ableitung von Überspannungen
in elektrischen Energieversorgungsnetzen dienen, sind sogenannte
Metalloxid-Überspannungsableiter
bekannt, welche mit Hochspannung beaufschlagbare Metalloxid-Widerstände aufweisen.
Die Metalloxid-Widerstände
bilden innerhalb des Überspannungsableiters
aufeinander geschichtet eine Widerstandssäule, welche von einem Haltegerüst aus faserverstärkten Kunststoff-Vollstäben im Inneren
des Überspannungsableiters
gehalten wird.
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Ferner
sind aus dem Brückenbau
tragende Stützkonstruktionen
bekannt, welche als Profilträger ausgestaltete
und aus faserverstärktem
Kunststoff gefertigte Stützelemente
aufweisen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Vorrichtung
der eingangs genannten Art anzugeben, welche sich durch besonders
geringe Herstellungskosten des Haltegerüsts auszeichnet.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer elektrischen
Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gellst, dass das
Haltegerüst
zumindest ein aus faserverstärktem
Kunststoff bestehendes Halteelement aufweist, an dem mindestens
eine Komponente elektrisch isoliert befestigt ist, wobei das Halteelement
als Profilträger
ausgestaltet ist.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass – entgegen der bisher herrschenden
Meinung – die
elektrisch isolierenden Eigenschaften von faserverstärkten Kunststoff-Vollstäben sich
nicht wesentlich dadurch verändern,
dass von den bislang üblichen
massiven Vollstäben
abgewichen wird. Dies gilt insbesondere auch im Hochspannungsbereich.
Mit Vollstäben
seien hier Stäbe
mit kreisförmigem
oder rechteckigem Querschnitt bezeichnet. Die Vollstäbe könnten auch
mit Vollprofil-Stäben
bezeichnet werden. Aus dem Stand der Technik sind faserverstärkte Kunststoff-Vollstäbe oder
Kunststoff-Platten zum Isolieren von Hochspannung bekannt. Diese
werden aus im Pressverfahren hergestellten faserverstärkten Kunststoffplatten
gewonnen. Hierzu werden die Vollstäbe aus dem Plattenmaterial
ausgesägt
oder ausgefräst
beziehungsweise die Kunststoffplatten in geeigneter Weise mechanisch
bearbeitet. Die isolierenden Eigenschaften der so hergestellten
Vollstäbe sind
für den
Einsatz im Hochspannungsbereich erprobt und geeignet. Der Einsatz
von Profilträgern
zu Isolationszwecken im Hochspannungsbereich wurde bisher nicht
in Betracht gezogen, da diese aufgrund ihrer äußeren Form aus dem faserverstärkten Kunststoffplattenmaterial
nicht oder nur unter unwirtschaftlich hohem Aufwand herstellbar
wären.
Im Gegensatz hierzu werden die aus dem Brückenbau bekannten Profilträger aus
faserverstärktem
Kunststoff im sogenannten Pultrosionsverfahren hergestellt. Der Einsatz
von im Pultrosionsverfahren hergestelltem faserverstärkten Kunststoffmaterial
zu Isolationszwecken im Hochspannungsbereich wurde ebenfalls bisher
nicht in Betracht gezogen, da dessen Isolationsvermögen bislang
als unzureichend eingeschätzt wurde.
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Bei
den im Kunststoff enthaltenen Fasern kann es sich um Glasfasern
handeln. Dieses Material ist im Handel auch unter der Abkürzung GFK
bekannt.
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Erfindungsgemäß ist somit
bei einer elektrischen Vorrichtung mit einem Haltegerüst und mit Hochspannung
beaufschlagbaren und von dem Haltegerüst gehaltenen Komponenten die
Möglichkeit gegeben,
die zu befestigenden Komponenten mittels leichter und preiswerter
Halteelemente isoliert am Haltegerüst zu befestigen. Hierzu wird
mindestens ein Halteelement aus faserverstärktem Kunststoff verwendet,
welches ein belastungsoptimierter Profilträger ist. Dies ermöglicht eine
besonders leichte Bauweise des Haltegerüstes, welches somit geringeren
Belastungen ausgesetzt ist und insgesamt leichter und somit kostengünstiger
ausgeführt
werden kann.
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Einen
derartigen Profilträger
als Halteelemente zu verwenden, an dem mindestens eine mit Hochspannung
beaufschlagte Komponente elektrisch isoliert befestigt ist und welcher
aufgrund dessen selbst mit Hochspannung beaufschlagt ist und zum
Isolieren dieser Hochspannung dient, wurde bisher nicht in Betracht
gezogen, da eine vom Vollstab abweichende Geometrie als nachteilig
für die
isolierenden Eigenschaften eines faserverstärkten Kunststoff-Halteelements
angesehen wurde.
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Profilträger weisen
einen hinsichtlich des Gewichts und hin sichtlich der Belastbarkeit
optimierten Querschnitt auf. Beispielsweise kann es sich bei dem
Querschnitt um einen T-förmigen Querschnitt handeln.
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Derart
belastungsoptimierte Profile sind aus dem Stand der Technik bei
Halteelementen, deren stützende
und tragende Funktion im Vordergrund steht, bekannt – beispielsweise
aus dem Brückenbau.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das
Haltegerüst
und die mit Hochspannung beaufschlagbaren und von dem Haltegerüst gehaltenen
Komponenten ein Ventilturm eines Umrichters ausbilden, wobei die
Komponenten zweipolige Submodule umfassen, die in Reihe geschaltet
sind und einen Energiespeicher sowie eine Leistungshalbleiterschaltung
aufweisen.
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Die
Ventiltürme
eines Umrichters sind zu einer Stromrichterschaltung miteinander
verbunden. Die Stromrichterschaltung ist beispielsweise Teil einer
Anlage zur Energieübertragung.
Bei der Anlage kann es sich beispielsweise um eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage
handeln. Bei derartigen Anlagen sind die Ventiltürme im Gebäude einer Umrichterstation
untergebracht und isoliert auf dem Boden oder an der Decke der Umrichterstation
aufgehängt.
Durch das erfindungsgemäß leichte
Haltegerüst
kann die den Ventilturm an der Decke haltende Tragkonstruktion kleiner
dimensioniert werden, wodurch weitere Kosten eingespart werden können.
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Es
kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass das Halteelement
mindestens zwei in einer waagerechten Ebene im Haltegerüst angeordnete Submodule
gegeneinander isoliert und an dem Haltegerüst isolierend abstützt.
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Die
während
des Betriebs der Ventile mit Hochspannung beaufschlagten und in
Reihe geschalteten zweipoligen Submodule bilden die sogenannten
Ventil-Zweige des Umrichters aus. Hierbei sind die Submodule in
dem Haltegerüst
geeignet isoliert angeordnet, beispielsweise in zwei übereinander angeordneten
waagerechten Ebenen im Haltegerüst. Um
diese in einer waagerechten Ebene angeordneten Submodule geeignet
zu befestigen ist erfindungsgemäß mindestens
ein aus faserverstärktem
Kunststoff bestehendes Halteelement, welches ein Profilträger ist,
an den Submodulen und dem Haltegerüst befestigt. Die Submodule
können
in geeignetem Abstand voneinander an dem Profilträger aufgehängt oder
an der Oberseite des Profilträgers
aufmontiert sein. Wie bereits weiter oben beschrieben wurde, weist
jedes Submodul zweckmäßigerweise
einen Energiespeicher, beispielsweise einen Kondensator, sowie eine
Leistungshalbleiterschaltung auf. Die Leistungshalbleiterschaltung
verfügt über steuerbare Leistungshalbleiter,
mit denen die an dem Energiespeicher abfallende Spannung oder eine
Nullspannung an den Anschluss des Submoduls gelegt werden kann.
Auf diese Weise ist ein so genannter Multilevel-Umrichter bereitgestellt.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Halteelement ein
T-Profilträger, U-Profilträger, I-Profilträger oder
L-Profilträger.
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Derartige
Halteelemente weisen einen belastungsoptimierten Querschnitt auf
bei gleichzeitig besonders geringem Gewicht.
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Es
kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass das Halteelement
ein viereckiges Hohlprofil aufweist.
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Ein
Halteelement mit einem derartigen gewichts- und belastungsoptimierten
Querschnitt ist quer zur Längsrichtung
in allen Richtungen gleichermaßen
belastbar.
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Weitere
zweckmäßige Ausgestaltungen
und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der Beschreibung von
Ausführungsbeispielen
der Erfindung unter Bezug auf die Figur der Zeichnung, wobei gleiche
Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen.
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Dabei
zeigt
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1 fünf ausgewählte Profilträger im Querschnitt
in schematischer Darstellung.
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Die 1 zeigt
fünf ausgewählte Profilträger im Querschnitt
in schematischer Darstellung. Es ist ein L-förmiger Profilträger 1,
zwei I-förmige
Profilträger 2 und 3,
ein T-förmiger Profilträger 4 sowie
ein Profilträger
mit viereckigem Hohlprofil 5 jeweils im Querschnitt dargestellt.
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Profilträger mit
derartigen Querschnitten weisen ein besonders geringes Gewicht und
gleichzeitig eine hohe Stabilität
auf. Die dargestellten Profilträger-Querschnitte
sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt und werden beispielsweise
für tragende
Elemente im Brückenbau
verwendet.
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Den
dargestellten Profilträgern
ist gemeinsam, dass diese gegenüber
Kräften
in Richtung 6 oder in Richtung 7 eine besonders
hohe Belastungsstabilität
aufweisen.
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- 1
- L-förmiger Profilträger
- 2
- I-förmiger Profilträger
- 3
- I-förmiger Profilträger
- 4
- T-förmiger Profilträger
- 5
- Profilträger mit
viereckigem Hohlprofil
- 6
- Richtung
einer Kraft
- 7
- Richtung
einer Kraft