EP0223954B1 - Ventildrossel, insbesondere für Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlagen - Google Patents

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EP0223954B1
EP0223954B1 EP86112961A EP86112961A EP0223954B1 EP 0223954 B1 EP0223954 B1 EP 0223954B1 EP 86112961 A EP86112961 A EP 86112961A EP 86112961 A EP86112961 A EP 86112961A EP 0223954 B1 EP0223954 B1 EP 0223954B1
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EP
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inductance
controlled rectifier
winding
choke
cooling tube
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Reinhold Dipl.-Ing. Sundermann
Tibor Dr. Salanki
Paul Kukert
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/30—Fastening or clamping coils, windings, or parts thereof together; Fastening or mounting coils or windings on core, casing, or other support
    • H01F27/306—Fastening or mounting coils or windings on core, casing or other support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H01F27/10—Liquid cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/18—Rotary transformers

Definitions

  • the invention relates to a valve throttle for high-voltage direct current transmission systems.
  • HVDC systems are generally used today to distribute electrical energy as a link between two three-phase systems; network-controlled controllable semiconductors (thyristors) convert the three-phase current on the transmitting side for transmission into direct current and on the receiving side back into three-phase current.
  • thyristors network-controlled controllable semiconductors
  • the highest achievable thyristor voltage is small compared to the valve voltage necessary for economical transmission.
  • a large number of thyristors must therefore be connected in series for an HGU valve.
  • a valve choke with a liquid-cooled choke coil and choke core is additionally connected in series with the individual thyristors.
  • each HVDC valve consists of a larger or smaller number of identical thyristor and throttle modules, which are combined in a tower-like manner in a tower base frame, depending on the voltage to be controlled.
  • a compact valve throttle should be able to be created using simple manufacturing technology, which can nevertheless ensure the insulation strength and freedom from partial discharge required for all load cases between the components which are under different voltages.
  • the arrangement of the entire choke coil winding in a potting block held in a frame by means of support pins and thus contactless to only one leg of the self-potted choke core allows a high insulation capacity and maximum creepage distances and thus a high level of freedom from partial discharge as well as very good cooling properties with a compact and easy-to-assemble structure.
  • a particularly high degree of compactness, in particular a low overall height, can be achieved for the choke coil mounted on only one leg of the choke core in that it has two layers with a first winding part and a second winding part concentric therewith and with a core potential center connection approximately in the center of the winding, i.e. is provided in the transition from the first winding part to the second winding part; as a result, the voltage stress between the choke core and the choke winding, which is supported in a cantilever manner to one leg of the choke core, can be reduced to half the nominal voltage, and the maximum necessary clearance or creepage distance can also be reduced by half.
  • valve throttle according to the invention is also contributed by the particularly good heat dissipation possibility, in particular by casting a cooling tube through which the cooling medium flows to the surrounding primary winding and, on the other hand, the non-casting of the choke core, in addition to which, in comparison to valve throttles with integrally molded choke coil and choke core, material accumulations and thus the Danger of increased material stresses due to different coefficients of thermal expansion can be avoided.
  • the clamping frame which is used on the one hand for fastening the throttle core and on the other hand for the self-supporting mounting of the choke coil, is made of plastic, which, in addition to a simple specific shape for the mounting receptacles, also results in additional losses in the sense of great compactness of the valve throttle can be reduced by stray fields.
  • a cutting band throttle core 5 In a ribbed plastic tenter frame 6, the most important parts of the valve throttle are a cutting band throttle core 5 and a casting block 1, into which a primary winding 2, 3 and a secondary winding 4 are cast.
  • the double U-shaped cutting band throttle core 5 held together by tensioning straps 52 is held in the tensioning frame 6 by means of tie rods 51.
  • One left leg of the cutting band choke core 5 is touchlessly encased by the casting block 1, in which the primary winding 2, 3 and the secondary winding 4 are cast.
  • the casting block 1 is supported in the clamping frame 6 in a cantilever manner to the left leg of the cutting band throttle core 5.
  • Rubber buffers 7 serve as lower receptacles, while funnel-shaped depressions 11 are cast into the casting block 1 as upper receptacles, engage in the stud screws 8, the penetration depth of which can be adjusted relative to the clamping frame 6 and can be fixed after the desired setting depth has been reached.
  • the primary winding 2, 3 of the choke coil is wound in two layers with a first winding part 2 with the outer connection 21 and and a second inner winding part 3 concentric with it, with an outer connection 31 and a core potential center connection M in the middle of the winding, ie in the transition area from the outer first winding part 2 to the inner second winding part 3.
  • a single-layer secondary winding 4 protrudes with its outer connections 41, 42 from the casting block 1.
  • a water-flowed stainless steel cooling tube 9 with the outer connections 91, 92 serves to cool the primary winding 2, 3;
  • the space between the cooling tube 9 and the primary winding - as can be seen from the partial section in the left part of FIG Potting compound 10 filled out.
  • the casting of the cooling tube provided here within the primary winding which is preferably designed as a hollow profile with a cooling tube running inside the hollow profile, it can also be ensured by expanding the pressure of the cooling tube or by shrinking the hollow profile onto the cooling tube that this is in particularly good thermal contact with the primary winding.
  • the leg of the cutting band choke core 5 encompassed by the potting block 1 is held in contact-free distance from the potting block 1 on all sides, so that compared to the usual windings wedged on the choke core, the dimensions are much higher in comparison Partial discharges exist or the throttle module can be built much more compactly with the same good prevention of partial discharges.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventildrossel für Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlagen.
  • HGÜ-Anlagen werden zur Verteilung von elektrischer Energie heute im allgemeinen als Bindeglied zwischen zwei Drehstromsystemen eingesetzt; netzgeführte steuerbare Halbleiter (Thyristoren) wandeln den Drehstrom auf der Sendeseite 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 HGU-Ventil eine Vielzahl von Thyristoren in Reihe geschaltet werden. Zur Begrenzung der Stromanstiegsgeschwindigkeit in einem HGU-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 einer größeren oder kleineren Anzahl identischer Thyristoren- und Drosselmodule, die turmartig in einem Turmgrundrahmen konstruktiv zusammengefaßt sind.
  • Gemäß Aufgabe vorliegender Erfindung soll mit einfachen fertigungstechnischen Mitteln eine kompakte Ventildrossel geschaffen werden können, die trotzdem die für alle Lasttälle geforderte Isolierfestigkeit und Teilentladungsfreiheit zwischen den unter unterschiedlicher Spannung stehenden Bauteilen gewährleisten kann. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch die Lehre des Anspruchs 1; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Anordnung der gesamten Drosselspulenwicklung in einem über Aufnahmezapfen in einem Rahmen gehalterten Vergußblock freitragend und damit berührungslos zu nur einem Schenkel des selbst unvergossenen Drosselkerns erlaubt bei kompaktem und montagefreundlichem Aufbau eine hohe Isolierfähigkeit sowie maximale Kriechstrekken und damit eine hohe Teilentladungsfreiheit sowie sehr gute Kühleigenschaften.
  • Eine besonders hohe Kompaktheit, insbesondere geringe Bauhöhe,kann für die auf nur einem Schenkel des Drosselkerns angebrachte Drosselspule dadurch erreicht werden, daß diese zweilagig mit einem ersten Wicklungsteil und einem dazu konzentrischen zweiten Wicklungsteil sowie mit einem Kernpotentialmittenanschluß etwa in der Wicklungsmitte, d.h. im Übergang vom ersten Wicklungsteil zum zweiten Wicklungsteil vorgesehen ist; dadurch kann die Spannungsbeanspruchung zwischen dem Drosselkern und der zu dem einen Schenkel des Drosselkerns freitragend gehaltenen Drosselwicklung auf die halbe Nennspannung reduziert und somit die maximal notwendige Luft- bzw. Kriechstreckenlänge ebenfalls um die Hälfte vermindert werden. Zur Kompaktheit der erfindungsgemäßen Ventildrossel trägt auch die besonders gute Wärmeabführmöglichkeit, insbesondere durch das Vergießen eines kühlmediumdurchflossenen Kühlrohres zu der umgebenden Primärwicklung und andererseits das Nichtvergießen des Drosselkerns bei, wobei zusätzlich im Vergleich zu Ventildrosseln mit einstückig vergossener Drosselspule und Drosselkern in vorteilhafter Weise Materialanhäufungen und damit die Gefahr von erhöhten Materialspannungen durch unterschiedliche Temperaturausdehnungskoeffizienten vermieden werden können. Der Spannrahmen, der einerseits zur Befestigung des Drosselkerns und andererseits zu der diesem gegenüber freitragenden Halterung der Drosselspule dient, besteht nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung aus Kunststoff, wodurch neben einer einfachen spezifischen Formgebung für die Halterungsaufnahmen zusätzlich im Sinne einer großen Kompaktheit der Ventildrossel die Zusatzverluste durch Streufelder reduziert werden können.
  • Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden im folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert; darin zeigen:
    • Fig. 1 die Seitenansicht einer Ventildrossel,
    • Fig. 2 die Draufsicht auf die Ventildrossel gemäß Fig.1 mit zur Verdeutlichung teilweise ausgebrochenem Spannrahmen,
    • Fig. 3 eine stirnseitige, teilweise geschnittene Draufsicht auf einen die Primär- und Sekundärwicklung sowie deren Kühlrohre enthaltenen, über den einen Schenkel des Drosselkerns in allseitigem Abstand übergesteckten Vergußblock;
    • Fig. 4 die teilweise geschnittene Seitenansicht der Anordnung gemäß Fig.3.
  • In einem verrippten Kunststoff-Spannrahmen 6 sind als wesentlichste Teile der Ventildrossel ein SchnittbandDrosselkern 5 sowie ein Vergußblock 1 gehaltert, in den eine Primärwicklung 2,3 und ein Sekundärwicklung 4 eingegossen sind. Der durch Spannbänder 52 zusammengehaltene doppel-U-förmige Schnittband-Drosselkern 5 ist mittels Zugstangen 51 in dem Spannrahmen 6 gehaltert. Der eine linke Schenkel des Schnittband-Drosselkerns 5 wird berührungslos von dem Vergußblock 1 umfaßt, in der die Primärwicklung 2,3 und die Sekundärwicklung 4 eingegossen sind. Der Vergußblock 1 ist über Aufnahmen freitragend zum linken Schenkel des Schnittband Drosselkerns 5 in dem Spannrahmen 6 gelagert. Als untere Aufnahmen dienen Gummipuffer 7, während als obere Aufnahmen in den Vergußblock 1 trichterförmige Vertiefungen 11 eingegossen sind, in die Stiftschrauben 8 eingreifen, deren Eindringtiefe gegenüber dem Spannrahmen 6 verstellbar und nach Erreichen der gewünschten Einstelltiefe fixierbar ist.
  • Wie insbes. aus Fig.3,4 ersichtlich, ist die Primärwicklung 2,3 der Drosselspule zweilagig gewickelt mit einem ersten Wicklungsteil 2 mit dem äußeren Anschluß 21 und und einem dazu konzentrischen zweiten inneren, Wicklungsteil 3 mit einem äußeren Anschluß 31 sowie einem Kernpotentialmittenanschluß M in der Wicklungsmitte, d.h.im Übergangsbereich von dem äußeren ersten Wicklungsteil 2 zum inneren zweiten Wicklungsteil 3. Eine einlagige Sekundärwicklung 4 ragt mit ihren äußeren Anschlüssen 41,42 aus dem Vergußblock 1 heraus. Zur Kühlung der Primärwicklung 2,3 dient ein wasserdurchflossenes EdelstahlKühlrohr 9 mit den äußeren Anschlüssen 91,92; zur besseren Wärmekontaktierung zwischen dem Kühlrohr 9 und der zweckmäßigerweise in Form eines hochkant gewickelten Kupfer-Hohlprofilleiters umgebenden Sekundärwicklung 2,3 ist der Zwischenraum zwischen dem Kühlrohr 9 und der Primärwicklung - wie aus dem Teilschnitt im linken Teil der Fig.2 ersichtlich - ebenfalls mit einer Vergußmasse 10 ausgefüllt. Anstelle des hier vorgesehenen Vergießens des Kühlrohrs innerhalb der vorzugsweise als Hohlprofil mit innerhalb des Hohlprofils verlaufendem Kühlrohr ausgebildeten Primärwicklung kann auch durch ein Druckaufweiten des Kühlrohrs oder durch ein Aufschrumpfen des Hohlprofils auf das Kühlrohr dafür gesorgt werden, daß dies in besonders gutem Wärmekontakt zur Primärwicklung steht.
  • Wie aus Fig.2 ersichtlich, ist der von dem Vergußblock 1 umfaßte Schenkel des Schnittband-Drosselkerns 5 in allseitig berührungslosem Abstand zum Vergußblock 1 gehalten, so daß im Vergleich zu sonst üblichen, auf dem Drosselkern verkeilten Wicklungen bei gleichen Baumaßen eine wesentlich höhere Sicherheit gegenüber Teilentladungen besteht oder bei gleichbleibend guter Verhütung von Teilentladungen der Drosselmodul wesentlich kompakter gebaut werden kann.

Claims (12)

1. Ventildrossel, insbesondere für Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlagen mit den Merkmalen:
a) Die Drosselspule (2,3,4) ist in allseitigem Abstand freitragend zu einem Schenkel des Drosselkerns (5) in einem Spannrahmen (6) angeordnet;
b) die Drosselspule (2,3,4) ist allwicklungsseitig vergossen und der Vergußblock (1) ist über Aufnahmen (Gummipuffer 7, Stiftschrauben 8) in dem Spannrahmen (6) gelagert;
c) der Drosselkern (5) besteht aus zwei U-Kernen und ist in dem Spannrahmen (4) befestigt (Zugstangen 51).
2. Ventildrossel nach Anspruch 1 mit dem Merkmal:
d) Der Drosselkern (5) ist unvergossen.
3. Ventildrossel nach Anspruch 1 oder 2 mit dem Merkmal:
e) Die Drosselspule (2,3,4) enthält eine zweilagig gewickelte Primärwicklung (2,3) mit einem ersten Wicklungsteil (2) und einem dazu konzentrischen zweiten Wicklungsteil (3) sowie mit einem Kempotentialmittenanschluß (M) etwa in der Wicklungsmitte zwischen dem ersten Wicklungsteil (2) und dem zweiten Wicklungsteil (3).
4. Ventildrossel nach einem der Ansprüche 1-3, mit dem Merkmal:
f) Die Primärwicklung (2,3) besteht aus einem Kupfer-Hohlprofilleiter.
5. Ventildrossel nach Anspruch 4 mit dem Merkmal:
g) Der Kupfer-Hohlprofilleiter ist hochkant gewickelt.
6. Ventildrossel nach einem der Ansprüche 1-5, mit dem Merkmal:
h) Die Primärwicklung (2,3) enthält in engem Wärmekontakt ein kühlmediumdurchflossenes Kühlrohr (9).
7. Ventildrossel nach Anspruch 6 mit dem Merkmal:
i) Das Kühlrohr (9) ist mit der umgebenden Primärwicklung (2 bzw.3) durch eine zwischenliegende Vergußmasse (10) gut wärmeleitend kontaktiert.
8. Ventildrossel nach Anspruch 6 mit dem Merkmal:
j) Das Kühlrohr (9) ist, insbesondere bei Verwendung eines Kupfer-Hohlprofilleiters mit innerhalb des Hohlprofils verlaufendem Kühlrohr (9), mit der umgebenden Primärwicklung (2 bzw.3) durch Druckaufweitung des Kühlrohres (9) und/oder Aufschrumpfen der Primärwicklung (2,3) auf das eingeschlossene Kühlrohr (9) gut wärmeleitend kontaktiert.
9. Ventildrossel nach einem der Ansprüche 1,8 mit dem Merkmal:
k) In den Vergußblock (1) ist neben der Primärwicklung (2,3) im Sinne einer einstellbaren elektromagnetischen Dämpfung eine an einen Sekundärwiderstand anschließbare Sekundärwicklung (4) miteingebettet.
10. Ventildrossel nach einem der Ansprüche 1-9 mit dem Merkmal:
I) Der Spannrahmen (6) und/oder weitere Befestigungsmittel zwischen dem Spannrahmen (6) und den darin gehaltenen Bauteilen bestehen aus Kunststoff.
EP86112961A 1985-10-01 1986-09-19 Ventildrossel, insbesondere für Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlagen Expired EP0223954B1 (de)

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DE3535018 1985-10-01

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EP0223954A1 EP0223954A1 (de) 1987-06-03
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DE (1) DE3664973D1 (de)
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