SE513064C2 - Anordning vid elektriska apparater med en kylinrättning samt förfarande för undvikande av förlust av kylmedium - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 5.13 064 ställer till betydande olägenheter, därest inte speciella åtgärder vidtages för att undvika detta. l och för uppfinningen belysande men ingalunda begränsande syfte kan det uppfinningseniiga problemet närmare beskrivas i fallet av en strömriktare i en högspänningsstation för omvandling av likspänning till växelspännlng och tvärtom med strömventiler som består av seriekopplade styrbara krafthalvledarelement och därmed antiparallellkopplade likriktarorgan. En kylledning löper nära krafthalvledarelementen och likriktarorganen för att ta hand om däri utvecklad värme vid strömriktarens drift, varvid kylled- ningen normalt löper igenom ett så kallat kylblock anordnat mel- lan på varandra följande moduler av krafthalvledarelement och likriktarorgan för att ta upp värmeenergi kylblocket erhållit från det förra och därigenom indirekt kyla dessa. När någon eller några av modulerna skall bytas ut på grund av någon däri falle- rande komponent måste kylledningslingan brytas och vanligtvis tas även en del av denna bort tillsammans med ett kylblock eller dylikt. Det är därvid viktigt att söka undvika spill av det flytande kylmediet, vilket vanligtvis utgörs av vatten. Sådant spill leder nämligen till vissa problem. Eftersom läckaget kan äga rum på högspänningspotential är det av mycket stor vikt att allt som träffas av det läckande kylmediet efteråt torkas och rengöres, då elektriska felfunktioner annars skulle kunna uppträda. Detta skulle kunna innebära ett avsevärt förlängt driftstillestånd hos strömriktaren vid ett nämnt byte och därmed bli mycket kostsamt.

Dessutom finns det risk för att föroreningar kommer in i kylled- ningen när den öppnas vid sådant byte. För att försöka lösa detta problem har hittills olika kopplingar, ventiler, proppar och dylikt anordnats på olika ställen utmed kylledningen, men detta blir för det första en mycket kostsam lösning, därest möjlighet skall fin- nas att byta ut vilken del som helst av strömriktaren, då detta skulle kräva en anordning av sådana ventiler och dylikt lokalt vid varje tänkbart öppningsställe hos kylledningen. Denna lösning leder för det andra till ökat flödesmotstånd i kylledningslingan vid normal drift hos kylinrättningen. Därtill lämnar denna lösning en del övrigt att önska vad gäller tillförlitligheten, då risken för 10 15 20 25 30 35 513 064 smärre kylmediumspill vid nämnda utbyten fortfarande är över- hängande.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNlNGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en anord- ning samt ett förfarande av ovan beskrivet slag, vilka möjliggör ett långtgående reducerande av ovannämnda nackdelar hos tidi- gare kända anordningar och förfaranden.

Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom att tillhandahålla en anordning samt ett förfarande enligt bifogade självständiga patentkrav.

Genom att anordningen är försedd med medel för valbar anslut- ning av ledningen på åtminstone ett ställe till ett luftundertryck, vilket således verkar på vatten(fluidum)-pelaren och hindrar att detta rinner ut ur kylledningen, kan reduktionen av spill av kyl- medium tillses vid ett enda ställe för hela den elektriska appara- ten, det vill säga i det ovan beskrivna exemplet för hela ström- ventilen, på ett enda ställe istället för att detta görs lokalt vid varje enskild komponent. Detta innebär naturligtvis en avsevärd förenkling och därigenom kostnadsreducering. Dessutom blir re- duceringen av spillet mycket effektiv och det spelar verkligen ingen roll var kylledningen öppnas, det vill säga kylledning- slingan brytes, då det därtill anslutna luftundertrycket alltid kommer att se till att kylmediet hålls kvar i kylledningslingan.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen innefattar nämnda medel en kylledningen med en luftundertryckskälla för- bindande andra ledning, och den andra ledningen är försedd med ventilorgan för valbart öppnande av förbindelse mellan kylled- ningen och luftundertryckskållan. Härigenom kan på enkelt sätt när kylledningen måste öppnas denna först anslutas till ett luft- undertryck via öppnande av ventilorganet. 10 15 20 25 30 35 51.3 064 Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen inne- fattar anordningen en luftundertryckskälla i form av ett till kylled- ningen anslutningsbart vakuumkärl. Detta utgör en mycket enkel och därmed kostnadsgynnsam utformning av den uppfinningsen- liga anordningen, då luftundertrycket med mycket enkla medel ständigt finns tillhands när så behövs och kan anslutas till kyl- ledningen exempelvis genom manövrerande av en ventil.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är åt- minstone delar av nämnda elektriska apparat utformade att vara pà högspänningspotential, och uppfinningen är i enlighet med diskussionen ovan speciellt användbar vid förekomst av hög- spänning, och speciellt föredragna utföringsformer inbegriper att det cirkulerande flytande kylmediet ledes förbi krafthalvledarele- ment för omhändertagande av därav utvecklad värme, kylinrätt- ningen är anordnad att kyla en strömventil i en spänningsomrik- tarstatlon och kylledningen är utformad att löpa i en slinga ge- nom ett fasben hos en strömriktare för kylning av däri ingående krafthalvledarelement.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är den elektriska apparaten bildad genom en stapling av sektioner därav med kylledningen löpande igenom eller tätt intill dessa sektioner, och sektionerna är separerbara från varandra för utbyte under samtidigt utbytande av sektioner hos kylledningen. l ett sådant fall är det mycket fördelaktigt att kylledningen på ett enda ställe kan anslutas till ett luftundertryck för att möjliggöra avlägsnande av delar av denna vid utbyte av någon sektion hos den elektriska apparaten. Därvid är kylledningen företrädesvis anslutbar till luftundertrycket på ett ställe utmed denna där det i praktiken inte kan uppstå något behov av att byta ut kylledningen, exempelvis där denna löper utanför, på avstånd från den elektriska apparaten.

Enligt andra föredragna utföringsformer av uppfinningen är kylin- rättningen utformad att kyla krafthalvledarelement hos apparater för reaktiv effektkompensering eller delar av elektriska motorer. 10 15 20 25 30 35 513 064 Kylinrättningen skulle i praktiken kunna cirkulera vilket flytande kylmedium som helst i kylledningen, men ur kostnads- och effek- tivitetssynpunkt föredrages vanligtvis vatten, men även exem- pelvis olja skulle med fördel kunna användas.

Ytterligare fördelar med samt fördelaktiga särdrag hos uppfin- ningen framgår av den efterföljande beskrivningen och övriga osjfalvständiga patentkrav.

KORT BESKRIVNING AV RlTNlNGARNA Här nedan beskrivs en anordning enligt en såsom exempel an- förd föredragen utföringsform av uppfinningen under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig 1 är ett schematiskt kopplingsschema illustrerande uppbygg- naden hos en strömriktare som skulle kunna vara försedd med en anordning av uppfinningsenligt slag, Fig 2 är en detaljvy av ett fasben hos en sådan strömriktare, och är en schematisk vy illustrerande hur en uppfinningsenlig anordning är applicerad på ett fasben hos en sådan ström- riktare.

Fig 3 DETALJERAD BESKRIVNING AV EN FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM AV UPPFlNNlNGEN Nu skall först av allt i korthet uppbyggnaden av en i sig känd, i fig 1 visad strömriktare beskrivas, ehuru det understrykes att uppfinningen inte är begränsad till en elektrisk apparat i form av en sådan. Strömriktaren 1 enligt fig 1 kan vara av VSC-typ och ingå i en HVDC-station och har tre fasben 2, 3, 4 med vardera två strömventiler 5-10, som var och en består av åtminstone ett styrbart krafthalvledarelement 11, såsom en lGBT, och ett anti- parallellt därmed kopplat likriktarorgan i form av en diod 12. 10 15 20 25 30 35 513 064 Fasbenen är anslutna till varsin fas 13, 14, 15 hos ett trefasigt växelspänningsnät 16. Strömriktarens motsatta ände är ansluten till ett likspänningsnät 17 med en positiv polledare 18 och en ne- gativ polledare 19. Strömriktaren är således bildad av en så kallad 6-pulsbrygga. Genom att på känt sätt enligt' exempelvis ett pulsbreddsmoduleringmönster göra respektive ventil ledande eller icke ledande och därigenom ansluta respektive fas omväx- lande till olika potentialer kan likspänningen omvandlas till en växelspänning och tvärtom. l fig 2 visas hur ett fasben 4 hos strömriktaren kan vara upp- byggt, varvid detta här är gjort enligt den så kallade "bandkabelprincipen" med fasbenet bildat av fram och återlö- pande, bredvid varandra på ett ringa avstånd anordnade, varsin strömventil bildande stackar 20, 21, vilka är bildade av ett flertal på varandra staplade enheter 22 av halvledarelement och likrik- tarorgan och ett kylblock 23 av termiskt och elektriskt ledande material, företrädesvis aluminium eller koppar, anordnat mellan och seriekopplat med varje enhet 22. Vid stackarnas ändar är de båda polanslutningarna 24, 25 till fasbenets plus- respektive minuspolledare belägna. Dessutom är med 26 en kylledning för kylblocken indikerad. l praktiken förekommer även anslutningar av extrautrustning, såsom drivdon till lGBT:erna och spänningsdelare till de individuella enheterna.

Det är möjligt att någon enhet 22 havererar, då blir det nödvän- digt att byta ut denna, varigenom stapeln måste separeras och enheten byts ut med därtill hörande kylblock och allt, varigenom den slinga som kylledningen 26 bildar måste brytas. Därvid är det av ovannämnda orsaker viktigt att förhindra att läckage av flytande kylmedium, vanligtvis vatten, ut ur kylledningen äger rum.

I fig 3 illustreras schematiskt en anordning enligt en mycket före- dragen utföringsform av uppfinningen, vilken med enkla medel och stor tillförlitlighet ser till att utbyte av en eller flera av enhe- terna kan ske med minimalt spill av kylmedium. l praktiken före- 10 15 20 25 30 35 513 064 kommer naturligtvis ett visst spill vid avlägsnande av en del av kylledningen, då denna del kommer att innehålla en del kylme- dium. Det illustreras hur kylmediet på konventionellt sätt via en pump 27 bringas att cirkulera i en av kylledningen bildad kyl- slinga 28 igenom de båda ett fasben hos strömrlktarna tillhö- rande ventilerna för att taga upp värme som utvecklas i enhe- terna 22 och överförs på kylblocken 23 vid drift av strömriktaren och sedan avger denna energi till en värmeväxlare 35.

Till ett parti 29 av kylledningen anordnat mellan ventilerna och vilket normalt aldrig kommer att behöva utbytas, är via en andra ledning 30 och en via ett styrorgan 31 styrd hydraulisk koppling 32 ett vakuumkärl 33 anslutbart till kylledningen 29.

Funktionen hos den uppfinningsenliga anordningen torde med all önskvärd tydlighet framgå av diskussionen ovan, men samman- fattas här i korta ordalag. När önskemål om utbyte av någon komponent hos en av ventilerna uppstår manövreras först av allt ventilorganet 32 via styrorganet 31, så att vakuumkärlet 33 an- slutes till kylledningen 29. Därefter öppnas kylledningen på det ställe där så krävs, vilket illustreras vid 34, och utbyte av kompo- nenten i fråga sker. Luftundertrycket kommer att verka på fluidumpelaren i kylledningen och hindra kylmediet att rinna ut ur denna. När sedan utbytet fullbordats och kylledningslingan åter slutits stängs ventilorganet 32 igen och vakuumkärlet 33 kopplas bort från kylsystemet.

Uppfinningen är givetvis inte på något sätt begränsad till den ovan beskrivna föredragna utföringsformen, utan en mängd möj- ligheter till modifikationer därav torde vara uppenbara för en fackman på området, utan att denne för den skull avviker från uppfinningens grundtanke.

Det vore naturligtvis fullt möjligt att ansluta kylledningen till en annan luftundertryckskälla än ett vakuumkärl, om så skulle öns- kas, exempelvis en vakuumpump. Inom uppfinningens ram ligger även att luftundertryckskällan är fullständigt separerad från an- 10 15 20 513 064 ordningen vid normal drift och denna exempelvis endast uppvisar organ för hopkoppling av kylledningen med en sådan luftunder- tryckskälla och när behov av utbyte av någon komponent förelig- ger luftundertryckskållan anslutes till kopplingsorganet. Den ovan beskrivna lösningen är dock mycket fördelaktig, då den möjliggör ett minimerande av driftsstilleståndstider.

Det påpekas här även att ”luft” är att ge en vid betydelse, och det kan naturligtvis röra sig om en gas eller gasblandning med en annan sammansättning än vad luft normalt har, så att ”luftundertryck” i praktiken är att förstås som "gasundertryck".

Det vore även tänkbart att kylledningen är förd än närmare kom- ponenterna som ska kylas än vad som visas i figurerna, exem- pelvis i en strömriktare in i själva kapseln som innehåller krafthalvledarelementchipet.

Claims (18)

10 15 20 25 30 35 513 064 Patentkrav

1. Anordning vid elektriska apparater med en kylinrättning med åtminstone en ledning (26) för cirkulerande av ett flytande kylme- dium däri för kylning av ifrågavarande elektriska apparat, varvid kylledningen är öppningsbar för eventuellt utbyte av sektioner hos denna och/eller delar av den elektriska apparaten, kännetecknad därav, att den innefattar medel (30-33) för valbar anslutning av ledningen på åtminstone ett ställe till ett luftunder- tryck.

2. Anordning enligt krav 1, kännetecknad därav, att nämnda me- del (26) innefattar en kylledning med en luftundertryckskälla (33) förbindande andra ledning (30), och att den andra ledningen är försedd med ventilorgan (32) för valbart öppnande av förbindel- sen mellan kylledningen och luftundertryckskällan.

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, kännetecknad därav, att nämnda medel innefattar en luftundertryckskälla i form av ett till kylledningen (26) anslutningsbart vakuumkärl (30).

4. Anordning enligt krav 2, kännetecknad därav, att nämnda ventilorgan (32) är en hydraulventil.

5. Anordning enligt något av kraven 1-4, kännetecknad därav, att åtminstone delar av nämnda elektriska apparat är utformade att vara pà högspänningspotential.

6. Anordning enligt krav 5, kännetecknad därav, att det cirkule- rande flytande kylmediet ledes förbi krafthalvledarelement (11, 12) för omhändertagande av därav utvecklad värme.

7. Anordning enligt krav 5 eller 6, kännetecknad därav, att kyl- inrättningen är anordnad att kyla en strömventil (5-10) i en spän- ningsomriktarstation. 10 15 20 25 30 35 513 064 10

8. Anordning enligt krav 7, kännetecknad därav, att kylinrätt- ningen är utformad att kyla åtminstone en strömventil (5-10) hos en strömriktare för omvandling av likspänning till växelspänning och tvärtom i en HVDC (högspänd likström) -station.

9. Anordning enligt krav 8, kännetecknad därav, att nämnda strömriktare är en VSC-strömriktare.

10. Anordning enligt något av kraven 7-9, kännetecknad därav, att' nämnda kylledning (26) är utformad att löpa i en slinga ige- nom ett fasben (2-4) hos en strömriktare för kylning av däri ingå- ende krafthalvledarelement.

11. Anordning enligt något av kraven 1-10, kännetecknad därav, att den elektriska apparaten är bildad genom en stapling av sek- tioner (22, 23) därav med kylledningen (26) löpande igenom eller tätt intill dessa sektioner, och att sektionerna är separerbara från varandra för utbyte under samtidigt utbytande av sektioner hos kylledningen.

12. Anordning enligt något av kraven 5 eller 6, kännetecknad därav, att kylinrättningen är utformad att kyla krafthalvledarele- ment hos apparater för reaktiv effektkompensering.

13. Anordning enligt något av kraven 1-4, kännetecknad därav, att kylinrättningen är utformad att kyla delar av elektriska moto- fef.

14. Anordning enligt något av kraven 1-13, kännetecknad därav, att kylinrättningen är anordnad att cirkulera vatten i nämnda kyl- ledning (26).

15. Anordning enligt något av kraven 1-14, kännetecknad därav, att kylinrättningen är anordnad att cirkulera destillerat eller avjoniserat vatten i nämnda kylledning (26). 10 15 20 513 064 11

16. Anordning enligt något av kraven 1-15, kännetecknad därav, att kylinrättningen är anordnad att clrkulera olja i nämnda kylled- ning (26).

17. Förfarande för undvikande av förlust av kyimedium hos en kylinrättning vid krav pá uppbrytande av en kylledningsslinga hos en kylinrättning med ett i en kylledning (26) hos denna cir- kulerande flytande kyimedium för kylning av en elektrisk apparat för eventuellt utbyte av någon sektion hos kylledningen och/eller delar av den elektriska apparaten, kännetecknat därav, att kyl- ledningen ansluts på åtminstone ett ställe (29) utmed denna till ett luftundertryck innan kylledningsslingan brytes för kvarhål- lande av det flytande kylmediet i kylledningen vid öppning av denna.

18. Förfarande enligt krav 17, kännetecknad därav, att kylled- ningen (26) kopplas bort från luftundertrycket när den brutna kyl- ledningsslingan åter slutits.