SE515953C2 - Högspänt DC-isolerade elkraftverk - Google Patents

Description

35 . Q o o oo o 515953 TEKNIKENS STÄNDPUNKT, PROBLEMEN De elkraftverk som har beskrivits under tekniskt område, dvs elkraftverk som ingår i en DC-serielänk och där elkraftverken innefattar en driven AC-maskin och minst en AC-DC-strörnriktare samt tillhörande anläggningsdelar, kommer att isolationstekniskt sett påkännas av - en i den drivna AC-maskinen genererad AC-spänning på låg- eller mellanspänningsnivå samt - en, p g a AC-maskinens och AC-DC-strörnriktarens anslutning till elkraftsystemet, högspand DC-potential relativt jord.

Dokumentation om hur problemen med hög DC-potential- påkänning på seriekopplade DC-elkraftverk kan lösas är mycket begränsad, sannolikt p g a att sådana elkraftsysterri/elkraftverk inte har kunnat påvisas vara eller ha varit i drift.

Rent tekniskt ges en lösning i US 4057736, ”Electrical power generation and distribution system”. Först skall ges en sammanfattning av de utföringsformer som redovisas i US-skriften. På grund av att de redovisade utföringsformerna innebär systemtekniska problem som inte har beaktats i US- skriften, kommer sedan nedan en relativt utförlig beskrivning av dessa problem relaterat till de redovisade utföringsformerna.

Av US 4057736 framgår att ” a plurality of relatively low voltage generating stations are connected in series to cumulatively produce the high voltage needed for long distance transmission line delivery. Power-generating devices of successive stations are supported on insulative structures of progressively greater height ..... .. The generating devices may take various forms including, for example DC generators ...or AC-generators connected to 20 25 30 . . n r on n 5,15 _9535 converters (fig 4) driven through insulative drive shafts Power may be converted to smaller voltages at the distribution region by coupling a plurality of electrical motors in series, each being supported on insulative structure”. Det framgår av texten i övrigt att den högspända ”long distance transmission line” kan vara en enledare och att jord används som återledare. Det bildas således, främst enligt US-skriftens figur 1 och 16, en seriekoppling av de genererande stationerna med mellanliggande allt högre DC- påkända transrnissionslinjer, den långa högt påkända DC- transrnissionslinj en, de seriekopplade förbrukarna med _ mellanliggande DC-AC-maskiner vilka är allt lägre DC-påkända relativt jord och jordåterledaren. Både de i serie kopplade' genererande stationernas ena ände och de i serie kopplade förbrukarnas ena ände är således direkt kopplade till jord. För att klara de DC-isolationstekniska problemen är enligt US-skriften maskiner och strömriktare uppburna av någon form av isolatorer dimensionerade för allt högre DC-potentialpåkänning, ” insulative structures of progressively greater height”, och att både generatorers och förbrukande motorers axlar har ett isolerande mellanled mot jord. Det framgår vidare av US-skriftens figurer 9 och 15, att man även kan utföra DC-systemet med två enledare och s k rníttpunktsj ordning, varvid jordskorpan används såsom återledare endast om de två enledarnas ström skiljer sig vid niågot drifts- eller felfall. Figur 9 visar även att mer än två enledare kan användas, t ex i samband med intern parallellkoppling av genererande stationer.

Det finns dock, så som indikerats ovan, icke oväsentliga problem förknippade med de utföringsformer som redovisas i nämnda.

US-skrift. Några av dessa problem kommer att redovisas på de följ ande raderna. Med de redovisade utföringsformerna blir det svårt att 20 25 30 35 gon ao v. 515953 - upprätthålla överföringen av elkraftverkens samlade effekt vid jordfel i DC-slingan och/eller isolationsfel inne i de seriekopplade elkraftverken, - begränsa felströmmar till för elkraftsystemet/elkraftverken oskadliga värden vid jordfel i DC-slingan och/eller isolationsfel inne i de seriekopplade elkraftverken, - åstadkomma en enkel och säker förbigång av ett kraftverk vid ett uppträdande fel eller vid service - bemästra de elektriska fälten runt elektriska och/eller passiva anläggningsdelar såsom maskiner, strömriktare m m till ofarliga värden - nyttja etablerade organ för datoriserad styrning, reglering, skydd, kommunikation m m.

Det kan dessutom konstateras att US-skriften inte innefattar någon styrstrategi vare sig vid normal drift eller vid olika feltillstånd.

Konsekvenser av nämda problemområden skall kort redovisas. _ Det är mycket väsentligt att att kunna upprätthålla elkraftverkens genererade överföringseffekt även vid ett fel på elkraftverken och/eller på ingående transmissionslinj er. Om ett jord- eller isolationsfel inträffar finns enligt US-skriften inga redovisade utföringsformer eller åtgärder för att hålla de felströmmar som uppstår till ofarliga värden. Förbikoppling av en felbehäftad ”genererande station” finns endast redovisat då ”stationen” består av fyra genererande delar och då på ett synnerligen komplicerat sätt (enligt figur 13) med hjälp av logiska kretsar och elektromagnetisk elkopplare. Det är också så att om en ”station”, t ex driven av en förnyelsebar energikälla, inte kan få avge den genererade effekten till DC-slingan, kommer ingående turbins och 20 25 30 35 .v00 ua . 515 953 AC-maskins roterande delar att inom några sekunder accelerera till sådana rotationshastigheter att deras mekaniska hållfasthets gräns kommer att överskridas med svåra mekaniska och elektriska. skador till följd. Åtgärder för att förhindra detta finns heller inte redovisade. Ett elkraftsystem med blandat serie~ och parallellkopplade ”stationer” innebär också att det kan bli svårt att fastställa var ett fel har uppstått.

När det gäller de elektriska fältens fördelning runt alla på potential befintliga elektriska och/eller passiva anläggningsdelar, dvs maskiner, strömriktare m m så är det så att dessa bestäms inte enbart av deras konstruktiva utformning. Fältfördelningen beror i hög grad av hur jordade föremål tillfälligt eller kontinuerligt, i form av montage eller annat, närmar sig nämnda anläggningsdelar eller befinner sig i anläggningsdelarnas närhet. Detta innebär att det elektriska fältets fördelning och koncentration kan väsentligt förändras vid ett oavsiktli gt närmande av jordade detaljer, t ex i samband med» olycksfall, vid service, ombyggnation och annat.

Detta medför att stora krav måste ställas på omgivande beröringsskydd. Dessutom är det så att fältkoncentrationer kan leda till stora problem med partiella urladdningar.

I SE 9904740-9, ”Elkraftsystem baserat på förnyelsebara energikällor” beskrivs ett seriekopplat DC-elkraftsystem som hänför sig till samma teknikområde som föreliggande uppfinning, dvs ett elkraftsystem där ingående AC-rnaskiner och AC~DC- strömriktare utsätts för hög DC-potential. I ansökan anges en utföringsform med AC-DC-strörririktare för effektinmatning av DC-effekt till ett AC-kraftnät utan att systemj ordningen beskïivs. I SE 9904740-9 samt i SE 9904753-2, ”Användning av HVDC- isolerad ledare i magnetiska flödesbärare”, anges en utföringsform vad beträffar AC-maskinerna som bemästrar den höga DC- potential som uppträder i dessa system. Det framgår av dessa skrifter att det på senare tid har framkommit kablar med extruderad isolation med hög DC-potentialtålighet, beskrivna bl a i ”Extruded 10 20 25 30 35 oo oo oo . 515 953 DC-power cables and asseccoires for use in HVDC transmission system”, publicerad i ICC Fall Meeting 1999, pp 1 - 7, författad av P. Carstensen, K. Johannesson och A. Gustafsson. Genom att i använda sådana kablar respektive ledare med ett inre och ett yttre halvledande skikt, eventuellt med s k MIN D-kablar, dvs en kabel med tj ockflytande olja impregnerad pappersisolation, som ledare i elmaskiners magnetkretsars lindningar kan aktuella maskiners höga DC-potentialpåkänning bemästras. Användning av sådan kabel i maskinernas lindning innebär dock att klassisk maskin-, isolations-, konstruktions- och tillverkningsteknik inte direkt kan komma till användning. Användning av sådan extruderad kabel för AC har dock redan komrnit till användning så som t ex redovisats i WO 97/45919, ”Rotating electric machines With magnetic Circuit for high voltage and method for manufacturing the same”.

De AC-DC-strörnriktare, som används i samband med den teknik som kommer till användning i nämnda SE 99044740-9, dvs med AC-maskiner med lindningar av kablar med extruderad isolation med hög DC-potentialtålighet, måste också isoleras med tanke på den höga DC-potentialen som de kommer att utsättas för. Den problematik som har beskrivits i samband med redovisningen av US 4057736 kommer således att vara lika påtaglig även närdet gäller AC-DC strömriktarna i ett utförande enligt SE 99044740-9.

Ett liknande problem med hög DC-potential finns i de sk HVDC- överföringarna. Här seriekopplas ett antal strömriktarmoduler som växelspänningsmatas från s k strömriktartransformatorer. Detta är transformatorer som är skilda från konventionella transformatorer genom att de är oljefyllda och försedda med speciella genomföringar för att lindningarna ur isolationssynpunkt skall kunna tåla den höga DC-potential som de utsätts för. Denna problematik beskrivs bl a i WO 97/45907, ”Rotating electrical plants”. 20 25 30 515 _9515 REDoGöRELsE FÖR UPPPINNINGEN Enligt beskrivningen av det tekniska ornrådet hänför föreliggande uppfinning sig till elkraftsystem som innefattar minst två elkraftverk med DC-utgång, vart och ett inkluderande en AC- maskin och minst en AC-DC-strörrrriktare, en DC-transniissionslinje och medel för DC-AC-omvandling och att det bildas en seriekoppling av elkraftverkens AC-DC-strömriktares DC-utgångar via mellanliggande transmissionslinjer, DC- transmissionlinjen och medlen för DC-AC-omvandlingen. I ett sådant elkraftsystem kan, som tidigare påpekats, elkraftverken komma att isolationstekniskt befinna sig på hög DC-potential relativt jord. Syftet med uppfinningen är att förse elkraftverkens AC-maskiner, med magnetiska flödesbärare och strömförande AC-lindningar, samt tillhörande AC-DC-strörririktare med styrelektronik med så hög DC-isolationsnivå att risken för partiella urladdningar, PD, eller överslag mellan ingående delar samt :mellan ingående delar och jord blir minimal.

Ett elkraftverk enligt uppfinningen innefattar som ovan angetts en AC-maskin och minst en AC-DC-strömriktare. Då flera AC~lDC- strörnriktare kommer till användning kopplas dessa företrädesvis i parallell. För att kunna redogöra för uppfinningen kommer här först en närmare specificering av dessa samt deras inbördes koppling. AC~maskinen innefattar en driven axel och är försedd med magnetiska flödesbärare med en lindning med en tillgänglig neutralpunkt och med en AC-utgång som är ansluten till en AC- ingång på minst en AC-DC-strörririktare med DC-utgångar.

För att åstadkomma syftet med uppfinningen gäller i övrigt enligt uppfinningen att 20 25 30 35 515955 - AC-maskinen, inklusive de magnetiska flödesbärarna med de AC-strömförande lindningarna, anordnas inom ett omgivande ”inre” elektriskt fältstyrande skal som ansluts på högspänd DC- potential relativt jord, t ex med en högohrnig potentialförbindning till AC-maskinens neutralpunkt samt ett till det inre skalet i huvudsak koncentriskt ”yttre” elektriskt fältstyrande skal med företrädesvis lågohmig anslutning till jord. AC-maskinens hölje och stomme ansluts lågohrnigt till det inre skalet. Potential- skillnaderna inom den roterande elektriska AC-maskinen hålls därmed nere på sådan nivå som bestäms enbart av den, i den roterande elektriska maskinen, genererade AC-spänningen på låg- eller mellanspänningsnivå.

- AC-DC-strömriktaren, inklusive krafthalvledare med spänrlings- och strömförande delar, såsom förbindningar, induktorer m m samt signal- och styrkretsar, anordnas inom ett omgivande ”inre” elektriskt fältstyrande skal som ansluts på högspänd DC-potential relativt jordplanet, t ex med en högohmig potentialförbindning till AC-DC-strömriktarens utgångar eller i stället endast en högohmig potentialförbindning från AC-maskinens neutralpunkt, samt ett till det inre skalet i huvudsak koncentriskt ”yttre” elektriskt fältstyrande skal med företrädesvis lågohrnig anslutning till j ord.

AC-DC-strömriktarens hölje och stomme ansluts lågohmigt till det inre skalet. Potentialskillnaderna inom strömriktaren hålls därmed nere till sådana nivåer som enbart bestäms av den roterande i elmaskinens, till strörnriktarens AC-ingångar anslutna AC- spänningen. Potentialskillnaderna inom strömriktaren blir därmed också av samma storleksordning som AC-maskinens märkspänning, - skalen skall ha en elektriskt ledande funktion. En närmare redogörelse av skalen ges under beskrivningen av utföringsformer. - isolationen mellan det inre och det yttre skalet skall dimensioneras för den nominella spänningen för DC-AC- .en o; 20 25 30 515 355 strömriktarna mot AC-kraftnätet, dvs motsvarande nominell driftspänning mellan DC-AC-strörririktarens terminaler, under förutsättning av att de yttre höljena ansluts lågohmi gt till jordplanet, - de omgivande fältstyrande skalen skall vara försedda med högspänt isolerande genomföringar för transmissionslinj erna mellan elkraftverken - transmissionslinjerna mellan elkraftverken och transmíssionslinjen mellan det närmast återledaren befintliga elkraftverket och återledaren skall företrädesvis ske med den tidigare omtalade extruderade DC-kraftkabeln, dvs en kabel med hög DC-potentialtålighet - den drivna AC-maskinens mekaniska axel skall innefatta en elektriskt isolerande del mot en drivanordnings axel för att galvaniskt kunna skilja AC-maskinens axel från j ordpotential.

I en föredragen utföringsform av uppfinningen placeras både AC-maskinen och AC-DC-strömriktaren inom ett och samma par av omgivande inre och yttre fältstyrande skal varvid endast AC- maskinens neutralpunkt högohmigt potentialförbindes till det inre skalet. Annan utföringsform kommer också att redovisas under beskrivningen av utföringsformer.

Ett utförande av elkraftverk/elkraftsystem i enlighet med den redovisade uppfinningen innebär att - potentialskillnaden inne i elkraftverket är av samma storleksordning som AC-maskinens märkspänning - AC-komponenten i de elektriska fälten är av samma storleksordning som AC~maskinens märkspänning och hålls internt 20 25 30 35 515955 i elkraftverket och dess innersta omslutande högspänt DC- isolerade ekvipotentialytor, dvs det inre skalet - AC- och DC-isolationen således är separerade från varandra.

Med användning av en hög DC-potentialtålig teknik samt högohrni ga potentialförbindelser i elektriskt passiva anläggningsdelar enligt uppfinningen kan stora fördelar uppnås både hos roterandeelektriska maskiner och strömriktare som ' utsätts för hög DC-potential relativt jord. Vad beträffar - AC-maskinerna har det under teknikens ståndpunkt redovisats hur man kan förfara respektive har tänkt sig bemästra dessa problem med t ex omfattande ”supported (on) insulative Structures of progressively greater height” eller med speciella DC extruderade isolerade ledare med en inre och en yttre halvledande skärmi lindningarna hos de magnetiska flödesbärarna. Den stora fördelen med användning av en teknik enligt uppfinningen relativt SE 9904740-9 Och SE 9904753-2 är att AC-maskinens spårisolering inte längre behöver utföras för full DC-spänning utan ur isolationspåkänning kan dimensioneras för aktuell märk- spänning hos AC-maskinen. Detta innebär att AC-maskinerna kan tillverkas med konventionella och välbekanta isolationssystern enligt befintlig teknik, - AC-DC-strömriktarna gäller att krafthalvledare, förbindningar, induktorer, filter, styrkretsar, datorer, kommunikationsorgan osv enligt befintlig och konventionell teknik direkt kan nyttjas inne i det inre skalet utan dyra omkonstruktioner för anpassning till den höga DC-potentialen.

En fördel med användning av en teknik enligt uppfinningen är således att den roterande AC-maskinens och AC-DC- strömriktarens kriterier för dimensionering och isolering, resulterande i maskinens och strömriktarens fysiska storlek, vikt, 20 25 30 Q o u o uu c 515955 ll volym kostnad m m helt bestäms av aktuell välkänd markspännings AC-kriterier.

En annan fördel med utföringsformer enligt uppfinningen är att funktionsstörningar i elkraftsystemet förorsakade av överslag också kommer att minimeras med utföranden enligt uppfinningen.

En ytterligare och väsentlig fördel med utföringsformer enligt uppfinningen ar att de elektriska fälten runt elektriskt aktiva , och/eller passiva anläggningsdelar, dvs maskiner, strömriktare m m kan bestämmas på konstruktionsstadiet. De elektriska fälten vad avser DC-delen styrs av ekvipotentialytor i skalen respektive _ av ekvipotentialytor i kablar och kabeltillbehör såsom skarvdon och genomföringar. Beröringsskydden integreras på detta sätt i skalen och kablar med tillbehör.

En ytterligare fördel med utföringsformer enligt uppfinningen, till skillnad från den redovisade teknikens ståndpunkt, är att det enkelt att anordna förbigång av felbehäftat elkraftverk. Detta kan ske med kraftelektronik och t ex enbart baseratpå krafthalvledare såsom kraftdioder, som spärrar p g a backspänning vid normaldrift av elkraftsystemet.

En annan och synnerligen viktig fördel med utföringsformer enligt uppfinningen är att man förutom användning av ett konventionellt jordningssystem erhåller ett, här definierat som, "ekvipotentialförbindningssystem” och att dessa system tillsammans medger ett väsentligt antal fördelar relativt enbart s k normal anläggningsj ordning. En närmare redogörelse för kombinationen av jordnings- och ekvipotentialförbindnings- systemen såsom de kan tillämpas på utföringsformer enligt uppfinningen och de fördelar som kombinationen medger kommer att redovisas under beskrivningen av utföringsformer. 20 25 30 35 .515 953 l2 RITNINGSFÖRTECKN ING ' Figur 1 visar en föredragen utföringsform av ett elkraftverk enligt ' uppfinningen.

Figur 2 visar en alternativ utföringsform av ett elkraftverk enligt uppfinningen.

Figur 3 visar hur ett flertal elkraftverk enligt uppfinningen, tillsammans med en DC-transniissionslinje och medel för DC-AC- omvandling av den med transmissionslinjen överförda DC-effekten till ett distributions- eller transmissionsnät, kan bilda ett DC- elkraftsystem.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER En principiell och föredragen utföringsform av ett elkraftverk enligt uppfinningen visas i figur l. Som omtalat ovan ingår iden. föredragna utföringsformen en AC-maskin l och en AC~DC- strömriktare 2 inom ett och samma par av skal, dvs inom ett inre skal 3 och ett, i huvudsak: koncentriskt till detta, yttre skal 4.

Skalen är fixerade relativt varandra med distansisolanter 5.

Utrymmet 6 mellan höljena är fyllt med gasformig och/eller fast isolation. Det yttre skalet är lågohrni gt anslutet till jordplanet 7.

Elkraftverkets yttre skal är här visat placerat på en konsoll 8, t ex hörande till ett vindkraftverk. AC-maskinen är via fästanordningar 9 fixerad mot det inre skalet 3. Eftersom AC-maskinens axel 10 skall vara galvaniskt skild från jordpotential består axeln av en elektrisk isolerande del ll, företrädesvis belägen i utrymmet mellande båda skalen. Den drivna delen 12 av axeln är lagrad i ett stöd 13. AC-maskinens rotor är här visad försedd med en 20 25 30 35 _9553 13 magnetiseringslindning 14 och AC-maskinens stator är försedd med en Y-kopplad trefas lindning 15 vars neutralpunkt är via en resistans 16 högohmigt potentialförbunden med det inre skalet.

Strömriktaren 2 med tillhörande styrenhet 17 och skyddsenhet 18 är också via fästanordningar 19 fixerad mot det inre skalet 3.

Styrenheten 17 har till uppgift att styra både strömriktaren 2 och AC-maskinens rotorlindning. Elkraftverket är i den visade utföringsformen avsett att styras via en trådlös kommunikations- länk 20. AC-maskinens trefas spänning alstrad i statorlindningen ansluts till Strömriktarens AC-ingång. Strömriktarens tvåpoliga DC-utgång leds via de genom skalen anordnade högspänt isolerande genomföringarna 21 och 22 ut via HVDC- transmissionslinjer 23 och 24 till DC-slingans övriga elkraftverk.

Den kabel som bildar transmissionslinjerna är, som det har framgått tidigare, försedd med icke visade inre och yttre halvledande skikt. Det inre skiktet befinner sig som omtalat i direkt kontakt med den elektriska ledaren. Det yttre skiktet skall ha en galvanisk anslutning till det yttre skalet och därmed till jordplanet.

Kabelns fasta isolation ges, inom genomföringarna 21 och 22 och vidare in mot AC-DC-strörnriktarens DC-utgångar, företrädesvis en konisk avtrappande form. Det yttre skalet förses lämpligen med en åskledare 7a som ansluts tillsammans med det yttre skalets anslutning till jordplanet.

När det gäller skalens utformning är det som det har framgått väsentligt att de skall vara elektriskt ledande. Ett annat och mekaniskt krav är att de skall ha en viss mekanisk bärighet, speciellt vad avser de delar av skalen som skall uppbära AC-maskinen och AC-DC-strörririktaren med dithörande styr- och kontrollenheter.

Ur elektrisk ledningsförmågas synpunkt finns ett flertal material respektive kombinationer av material som kan komma till användning. Förutom ett rent elektriskt ledande, mekaniskt starkt 20 25 30 lsjs 953 14 material i form av plåt och liknande kan ledande plastmaterial, ledande metalliska nät applicerade på plastmaterial m fl komma till användning. Ett inre och ett yttre skal ingå-ende i samma par av skal kan mycket väl vara utformade av olika elektriskt ledande material.

När det gäller den mekaniska bärigheten kan skalens tjocklek dimensioneras beroende på aktuell specifik belastning. De delar av skalen som uppbär AC~maskin och AC-DC-strörnriktare bör därför lämpligen ha en större materialtj ocklek än skalet i övrigt.

Den mekaniska bärigheten hos skalen ställer därmed också motsvarande krav på distanselementens utformning som, förutom att medge tillräcklig isolationsavstånd, även måste kunna ta upp olika mekaniska belastningar.

I figur 2 visas en alternativ utföringsform där AC-maskinen 1 och strörnriktaren 2 är placerade i skilda par av skal 3a, 4a respektive 3b och 4b. Även om den AC-spänning som skall överföras mellan de skilda paren av skal är, som det har framgått av redovisningen, väsentligt lägre än den höga DC-potential som elkraftverket kommer att exponeras för, måste denna AC-transrnission, i form av en transmissionskabel 23a, HVDC-isoleras för maximal DC-V spänning. Detsamma gäller för motsvarande högspända isolerande trefas genomföringar 25a och 25b. Anslutning av de halvledande skikten utförs på samma sätt som redovisats för motsvarande i figur 1. För att potentialtekniskt fixera strörnriktarens DC-utgångar till det inre skalet måste i denna utföringsform båda utgångarna via högohmíga motstånd l6a respektive 16b anslutna till det inre skalet. Utformningen av de båda paren av skal vad beträffar bärighet, mellanliggande isolation 6, fästanordningar 9, 19 samt övriga ingående anläggningsdelar såsom distansisolatorer 5, är lika som de för figur 1 beskrivna. 20 25 30 515 953 l5 I alternativa utföringsformer av uppfinningen kan skalen vara toroidformade. För sådana utföringsformer är skalen företrädesvis formade så att de nära ansluter till AC-maskinens stators yttre omgivande yta. I en utföringsform motsvarande figur 1, dvs tdå AC-maskin och AC-DC-strörrniktare finns inom samma par av skal, kan strömriktaren, speciellt om den utförs som en diodlikriktare, mycket väl anordnas mer eller mindre integrerad med AC-maskinens stator. I sin enklaste toroida utföringsform är enbart AC-maskinen omgiven av ett par av toroidskal, dvs motsvarande skalen 3a och 4a enligt figur 2. En fördel med toroidformade skal är att den isolerande axeldelen ll kan ersättas av isolerande ekrar som därmed kan dimensioneras för att ta upp var sin andel av det drivande momentet på axeln l2. Detta kan ha stor betydelse, speciellt vid lågvarviga utföringsformer, där axelmomentet av förklarliga skäl kan bli högt.

Utföringsformer av elkraftverken enligt uppfinningen medger, som indikerats ovan, speciella och nya ”j ordningssystem” när de tillsammans bildar ett DC-seriekopplat elkraftsystem. För att kunna påvisa flera av fördelarna då elkraftverk enligt uppfinningen bildar ett elkraftsystem skall med utgångspunkt från figur 3 de ”jordningsmöjligheter” som står till buds beskrivas.

I figur 3 visas ett elkraftsystem bestående av ett antal, här visade två stycken, elkraftverk 26 och 27 visade i en något förenklad form av elkraftverken enligt figur l och figur 2, en HVDC- transmissionslinje 28, en DC-AC-strörririktare 29 för omvandling av den överförda DC-effekten till en Y/D-kopplad transformator 30 för matning av ett distributions- eller transmissionsnät 31.

Eftersom DC-AC-strömriktaren kommer att utsättas för samma höga DC-potential som elkraftverken i övrigt kommer också denna att behöva placeras inom ett inre skal 32 och ett praktiskt taget koncentriskt med detta yttre skal 33. 20 25 30 515 953 ló Elkraftsystemet är företrädesvis motståndsjordat, dvs har en anslutning över ett resistivt felströmsbegränsande organ till jordplanet i en punkt. Enligt figur 3 sker detta med ett felströmsbegränsande motstånd 34 anslutet till transformator»- lindningens neutralpunkt. Neutralpunkten har också en högohmig förbindelse 35 till det inre skalet 32. Samtliga elkraftverks yttre skal är direktj ordade via anslutningarna 36 och 37. Motsvarande direktj ordning av AC-DC-strömriktarens yttre skal 33 sker via anslutningen 38. Neutralpunkten hos AC-maskinemas lindning 39 och 40 är via högohmiga förbindningar 16c och 16d anslutna till det egna inre skalet 3c respektive 3d som bildar var sitt eget inre referensplan. Detta innebär att det hos varje elkraftverk bildas en resistiv felströmsbegränsande, normalt strömlös, ekvipotentialförbindelse mellan neutralpunkten hos AC- maskinernas lindningar och referensplanet, dvs det inre skalet.

Både AC-maskinens och AC-DC-strörririktarens hölje och stomme är, som omtalat tidigare, lågohrnigt anslutna till det inre skalet.

De fördelar som dessa ”jordningssystem” medger är bl a att - farliga felströmmar till jordplan eller referensplan elimineras - oavsiktlig spänning mot jordplan eller referensplan elimineras - person och egendom skyddas - elkraftverk och elkraftsystem skyddas mot förekommande överspänningar/transienter - elkraftverk och elkraftsystem skyddas mot urladdningar av statisk elektricitet - elkraftverk och elkraftsystem skyddas mot åska 00 0000 00 0 0 0 0 000 0000 000 0 I I O 0 0 0 0 00 OO 000 00 20 25 30 35 . . . . .- une nu l7 Tillsammans säkerställer dessa ”jordningssystem” omvandling från alternativ energi till elenergi samt säkerställer överföringen av energin. De underlättar øckså möjligheterna till övervakning, mätning, felbortkoppling och signalöverföring.

Claims (21)

1. 20 25 30 515953» 18 PATENTKRAV al. Elkraftverk innefattande en via en driven axel (10) AC-maskin (l) försedd med en lindning (15) med en tillgänglig neutralpunkt och med AC-utgång ansluten till en AC-ingång på minst en AC-DC~strörr1riktare (2) med DC-utgångar samt par av fältstyrande skal (3, 4, 3a, 4a, 3b, 4b) k ä n n e t e c k n at av att skalen är anordnade i huvudsak koncentriskt omgivande varandra såsom ett inre skal (3, 3a, Élb) och ett yttre skal (4, 4a, 4b) och att AC-maskinen och strömriktaren/-na är anordnade omgivna av det inre skalet.

2. Elkraftverk enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a t av att skalen är anordnade som ett första (3a, 4a) och ett andra (3b, 4b) par av skal där varje skal i de båda paren av skal i huvudsak är anordnade koncentriskt omgivande varandra såsom ett inre (3a, 3b) skal och ett yttre (4a, 4b) skal och att AC-maskinen är anordnad omgiven av det första parets inre skal och att AC-IlC- strörnriktaren/-na är anordnad omgiven/-na av det andra parets inre skal. -

3. Elkraftverk enligt patentkrav 1 och 2, k ä n n e t e c k n a t av att skalen är toroidformade.

4. Elkraftverk enligt patentkrav l och 2, k ä n n e t e c k n at av att anslutningen mellan AC-maskinens AC-utgång och AC-DC- strömriktarnas/-ens AC-ingång då AC-maskinen och AC-DC~ strörnriktaren/-na är anordnade i skilda par av skal är anordnad med en HVDC-isolerad kraftkabel (23a).

5. Elkraftverk enligt ovanstående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att då både AC-maskinen och AC-DC-strömriktarna/-en ingår i samma par av skal och då AC-DC-strömriktaren/-na ingår i ett andra par av skal är AC-DC-strörririktarnas/-ens DC-utgångar 20 25 30 35 sJs 95s 19 anslutna till via de båda skalen utgående HVDC-isolerade kraftkablar (23, 24). i

6. Elkraftverk enligt ovanstående patentkrav, k ä n n e t e c k. n at - av att den HVDC- isolerade kraftkabeln består av en elektrisk ledare omgiven av ett inre halvledande skikt, ett isolerande skikt av extruderad plast omgivet av ett yttre halvledande skikt samt yttre mekaniskt skydd.

7. Elkraftverk enligt ovanstående patentkrav, k ä n n e t e c k n at av att den HVDC- isolerade kraftkabeln består av en elektrisk ledare omgiven av med tj ockflytande olja impregnerad pappersisolation samt yttre mekaniskt skydd (MIND-kabel).

8. Elkraftverk enligt patentkrav 1 och 2, k ä n n e t e c k n a t av att skalen är elektriskt ledande.

9. Elkraftverk enligt patentkrav 1, 2 och 8, k ä n n e t e c k n a t av att skalen är tillverkade av ett metalliskt elektriskt ledande material.

10. Elkraftverk enligt patentkrav 1, 2 och 8, k ä n n e t e c k in a t av att skalen är tillverkade av ett metalliskt elektriskt ledande nät inbakat i ett icke ledande plastmaterial.

11. Elkraftverk enligt patentkrav 1, 2 och 8, k ä n n e t e c k n a t av att skalen är tillverkade av ett elektriskt ledande plastmaterial.

12. Elkraftverk enligt patentkrav 1 och 2, k ä n n e t e c k n a t av att AC-maskinens neutralpunkt är högohmigt ansluten till ett inre skal (3, 3a, 3b).

13. Elkraftverk enligt patentkrav 1 och 2, k ä n n e t e c k n a t av att då AC-maskinen och AC-DC-strörririktarna/-en är anordnade i skilda par av skal AC-DC-strörririktarnas/-ens DC-utgångar är via 20 25 30 35 ø I Q u o: u i 515953 20 högohrriiga motstånd (16a, 16b) anslutna till det andra parets av skal inre skal (3b).

14.'Elkraftverk enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att det yttre skalet är anslutet till ett jordplan.

15. Elkraftverk enligt patentkrav 1, 2 och 13, k ä n n e t e c k n at av att då AC-maskinen och ACDC-strörnriktaren/-na är anordnade i skilda par av skal det yttre skalet hos de båda paren av skal är anslutna till jordplanet.

16. Elkraftverk enligt patentkrav 1 och 2, k ä n n e t e c k n a t av att de fältstyrande skalen är försedda med högspänt HVDC- isolerande genomföringar (21, 22) för utgående HVDC-isolerade kraftkablar (23, 24).

17. Elkraftverk enligt patentkrav 1, 2, 4, 5 och 6, k ä n n e t e c k n a t av att de HVDC- isolerade kraftkablarnas yttre halvledande skikt är anslutna till parens yttre skal.

18. Elkraftverk enligt ovanstående patentkrav, k ä n n e t e c k n at av AC-maskinens drivna axel (10) är anordnad med en elektriskt isolerande del (11).

19. Elkraftverk enligt patentkrav 1 och 2, k ä n n e t e c k n a t av att hos varje par av skal är skalen fixerade relativt varandra med distansisolanter (5).

20. Elkraftverk enligt patentkrav 1 och 2, k ä n n e t e c k n a t av att utrymmet mellan ett inre skal och ett yttre skal hos ett par .av skal är fyllt med gasformig och/eller fast isolation.

21. Elkraftverk enligt patentkrav 1 och 2, k ä n n et e c k n a t. av åskledare (7a) är anslutna till de yttre skalen. KN 8923 SE