EP0698277B1

EP0698277B1 - Flüssigkeitsgekühlte ventildrossel

Info

Publication number: EP0698277B1
Application number: EP94911096A
Authority: EP
Inventors: Tibor Salanki
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-05-10
Filing date: 1994-03-31
Publication date: 1996-12-27
Anticipated expiration: 2014-03-31
Also published as: DE9307081U1; US5682292A; CA2162494C; WO1994027304A1; DE59401413D1; EP0698277A1; CA2162494A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine flüssigkeitsgekühlte Ventildrossel, insbesondere für eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Anlage, bestehend aus einem Drosselkern (2) und einer Drosselspule (4), wobei die Drosselspule (4) aus einer aus zwei gekühlten Wicklungsteilen (30, 32) bestehenden Primärwicklung (24) und einer Sekundärwicklung (26) besteht, und der Drosselkern (2) mit einer Kunststoffummantelung (14) versehen ist. Erfindungsgemäß ist der Drosselkern (2) mit einem Spannrahmen (56) versehen, der an seinen freien Flächen (58) jeweils einen Kühlkörper (60) aufweist, ist ein flüssigkeitsgekühlter Sekundärwiderstand (28) vorgesehen, der elektrisch parallel zur Sekundärwicklung (26) geschaltet ist, und sind der gekapselte Drosselkern (2) und die Drosselspule (4) auf eine Grundplatte (6) montiert. Somit erhält man eine intensiv gekühlte Ventildrossel.

Description

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 W090/14674 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 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 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 A1 ist eine weitere Ausführungsform 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 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 müssen deshalb von Zeit zu Zeit nachgespannt werden.
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.
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
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.

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 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 20 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 verbunden.
Die Sekundärwicklung 26 besteht nur aus einer Windung und ist innerhalb des Wicklungsteils 30 der Primärwicklung 24 untergebracht. Die elektrischen Anschlüsse 48 und 50 dieser Sekundärwicklung 26 sind aus dem Wicklungsteil 30 herausgeführt. Wie man der Figur 2 entnehmen kann, ist die eine Windung der Sekundärwicklung 26 nicht geschlossen. Außerdem besteht die Sekundärwicklung 26 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 20 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 26 verbunden. Dieser Sekundärwiderstand 28 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 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. 20 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 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 76 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 Wirkungsgrad abgeführt werden kann.

Claims

Flüssigkeitsgekühlte Ventildrossel, insbesondere für eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Anlage, bestehend aus zwei U-förmigen 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 ein 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.
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 Verbindungsrohres (70) verbunden sind.
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.
Flüssigkeitsgekühlte Ventildrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssigkeitsgekühlter Sekundärwiderstand (28) ein Edelstahlrohr vorgesehen ist.
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.
Flüssigkeitsgekühlte Ventildrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierkapselung (14) jedes Drossel-Teilkerns (10) zweiteilig ist, die gegeneinander verhakbar sind.
Flüssigkeitsgekühlte Ventildrossel nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kühlkörper (60) mit Puffer (12) versehen ist.
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.