WO2021001028A1 - Assembly for connecting to a high-voltage grid carrying an ac voltage - Google Patents

Assembly for connecting to a high-voltage grid carrying an ac voltage Download PDF

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WO2021001028A1
WO2021001028A1 PCT/EP2019/067748 EP2019067748W WO2021001028A1 WO 2021001028 A1 WO2021001028 A1 WO 2021001028A1 EP 2019067748 W EP2019067748 W EP 2019067748W WO 2021001028 A1 WO2021001028 A1 WO 2021001028A1
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WO
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voltage
arrangement
housing
power semiconductor
transformer
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/067748
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German (de)
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Inventor
Markus Distler
Michael Festor
Thomas Hammer
Cristen SCHIMPF
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH & Co. KG
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Publication date
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    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for connection to an alternating voltage leading high-voltage network with a transformer having a magnetizable core, a Wicklungsan arrangement with windings that close a portion of the core and are inductively coupled to one another, and a transformer housing that has a first Insulating fluid is filled and in which the core and the winding arrangement are arranged, and with a power semiconductor switch having a converter, which is set up to convert an alternating voltage or an alternating current into a direct voltage or a direct current or vice versa, the converter on the AC side with connected to the transformer.
  • converters are used to convert an alternating current or an alternating voltage into a direct voltage or voltage.
  • Converters can have different topologies.
  • Line-commutated converters in which so-called thyristors are used as power semiconductor switches, usually form a bridge circuit.
  • phase modules the number of which corresponds to the number of phases in the AC voltage network.
  • three phase modules are provided that each form an AC voltage connection in the middle and DC voltage connections at both ends.
  • a phase module branch which in this case is referred to as a so-called flow valve, extends between each DC voltage connection and the AC voltage connection.
  • the thyristors of a current valve are all ignited at the same time, whereby each thyristor of the current valve from a blocking division, in which a current flow through the thyristor is interrupted, into a Passing position is transferred, in which a current flow through the respective thyristor is enabled.
  • thyristors cannot be actively transferred from the open position to the blocking graduation. Only when the current flow through the respective thyristor falls below a threshold value is the thyristor switched back to its blocking division.
  • VSCs voltage source converters
  • IGBTs power semiconductor switches that can be switched on and off
  • a freewheeling diode is connected in parallel to each IGBT in opposite directions.
  • Such VSCs can have two or more stages be trained.
  • Power transformers have a winding arrangement for each phase of the connected AC voltage network, which consists of at least two windings.
  • the windings enclose a section of a core that forms a closed magnetic circuit.
  • the winding arrangement and the core are arranged in a transformer tank or housing filled with insulating fluid, with the insulating fluid providing the necessary cooling of the active components in addition to the necessary isolation of the high-voltage components from the tank at ground potential.
  • the transformer is equipped with a cooling system that can be used to improve the cooling performance.
  • the object of the invention is therefore to provide an arrangement of the type mentioned above that is compact and inexpensive.
  • the invention solves this problem in that the power semiconductor switches are at least partially arranged in a housing that is filled with a second insulating fluid.
  • an arrangement which consists of at least one converter and one transformer.
  • the transformer has a transformer tank which is filled with an insulating fluid, for example a mineral oil, an ester oil or the like.
  • the active part of the transformer is arranged, which in the context of the invention consists of at least one winding arrangement and a core, the core forming a closed magnetic circuit.
  • the winding arrangement has at least two windings for each phase, which are inductively coupled to one another. Each winding encloses a core section of the closed magnetic circuit. This can be the same core section, for example a core leg, or different core sections. With regard to their number of turns, the windings of the winding pair are set so that the desired AC voltage is provided on the output side of the transformer, with which the converter is fed on the AC voltage side.
  • the converter includes power semiconductor switches, such as thyristors, IGBTs, GTOs or the like.
  • Power semiconductor switches are arranged in a housing within the scope of the invention.
  • the housing is filled with an insulating fluid.
  • the power semiconductor switch known converters are either water or air cools and are not arranged in a boiler or housing that is filled with an insulating fluid.
  • Previously known converters therefore require a significantly larger operating area than the arrangement according to the invention. According to the invention, a converter is thus provided, which can be configured much more compactly than previously known converters.
  • the converter also has a protection or control unit which is arranged outside the housing or tank in which the power semiconductor switches are accommodated.
  • the control unit which also serves to protect the converter, is connected to the power semiconductor switches inside the housing via control and measuring lines.
  • the topology of the converter is basically arbitrary within the scope of the invention.
  • the converter can be a three-stage converter, a line-commutated two-stage converter, a self-commutated multi-stage converter or the same.
  • the converter can also have several housings in which parts of the converter are arranged, with appropriate connecting lines, such as connecting cables or air-insulated lines, serving for the necessary electrical connection of the components in the buildings.
  • the arrangement of the components subjected to high voltage means that a large valve hall, as is known from the prior art, can be dispensed with.
  • the housing is advantageously the transformer housing, the first insulating fluid and the second insulating fluid being identical.
  • only a boiler or housing is provided in which the active part of the transformer and the power semiconductor switch of the converter are net angeord.
  • the transformer housing can have different chambers, the active part in one chamber and the power semiconductor switches of the converter being arranged in the other chamber. Deviating from this, it is within the framework According to the invention, however, it is also possible that the transformer housing only forms an interior space that is not subdivided, in which both the active part, which consists of the core and windings, and the power semiconductor switches are arranged. Therefore, of course, only an insulating fluid that provides the necessary insulation for both components but also provides cooling can be used as the insulating fluid. Since only Lich a boiler or housing is provided, an even more compact design of the arrangement according to the invention is made light.
  • a smoothing choke is provided which is connected to the converter on the DC voltage side, the smoothing choke being arranged in a choke housing which is filled with a third insulating fluid.
  • a smoothing choke is necessary in particular with line-commutated converters, since the thyristors can only be switched on but not switched off again.
  • the smoothing choke arranged on the DC voltage side therefore smooths the direct current and at the same time serves as an energy store and thus ensures a certain continuity of the high-voltage direct current transmission.
  • a capacitor is provided instead of a smoothing choke, which is also arranged in a boiler or housing, in this case a capacitor housing.
  • the capacitor housing is again filled with a liquid that serves both for insulation and for cooling the capacitor.
  • Such a capacitor is usually used in connection with converters, which are referred to as voltage source converters.
  • Voltage source converters of this type are self-commutated converters.
  • power semiconductor switches they have power semiconductor switches that can be switched on and off, each of which is connected in parallel in opposite directions to protect against overvoltages.
  • the units of free-wheeling diode and power semiconductor switch that can be switched on and off are connected in series and connected at the same time. controls, whereby the converter is designed as a bridge circuit.
  • the capacitor in the capacitor tank serves as a central energy store, the converter being a so-called two-stage converter.
  • the smoothing choke or the central capacitor it is also possible for the smoothing choke or the central capacitor to also be arranged in the transformer housing.
  • the active part, the power semiconductor switch of the converter and the smoothing inductor or the central capacitor are arranged in a common housing. This enables an even more compact design.
  • the arrangement according to the invention is designed in a phase.
  • the arrangement does not have a single three-phase transformer but, for example, three single-phase transformers, each single-phase transformer having its own separate housing.
  • either two windings are arranged which are inductively coupled to one another via a core.
  • three windings can also be seen, with a primary winding being inductively coupled to two secondary windings.
  • the secondary windings are connected differently. For example, one secondary winding has a delta connection, the other secondary winding being connected to a star point with the other single-phase transformers. A phase shift is thus brought about, so that a so-called
  • a twelve-point transformer is known to the person skilled in the art, so that more detailed explanations can be dispensed with at this point.
  • the converter has at least one phase module which has an AC voltage connection and at least one DC voltage connection, a phase module branch extending between the AC voltage connection and each DC voltage connection, which forms a series circuit of power semiconductor switches or of two-pole submodules , each submodule having power semiconductor switches and a capacitor, which are interconnected to form a half or full bridge.
  • the converter has a topology which is also referred to as a bridge circuit.
  • phase modules are used, the number of which corresponds to the number of phases of the connected AC voltage network.
  • each phase module can be connected to a phase of the connected AC voltage connection.
  • each phase module has an AC voltage connection.
  • a phase module has a series connection of two-pole power semiconductor switches with free-wheeling diodes in opposite directions and two-pole submodules.
  • the AC voltage connection is usually provided in the central position of the series circuit, while a pole or DC voltage connection is formed at the two ends of each phase module.
  • a series circuit of two-pole components which is referred to here as a phase module branch, extends between the AC voltage connection and each DC voltage connection. If the phase module branch leads out as a series connection of thyristors, the phase module branch is also referred to as a flow control valve.
  • the thyristors of a current valve are all triggered synchronously or simultaneously. An active transfer of the thyristors to the blocking division is not possible, as already explained at the beginning. Only when the current flow through the respective Thy- ristor drops below a so-called holding current, the thyristor is passively converted back into its blocking division.
  • each phase module branch is a series connection of two-pole units, which consist of switchable power semiconductor switches and a freewheeling diode, the freewheeling diode in opposite directions parallel to the associated power semiconductor switch, which can be switched on and off, or in other words anti-parallel is switched.
  • the power semiconductor switch that can be switched on and off is preferably a so-called IGBT, an IGCT, a GTO or the like.
  • Such a converter is referred to as a so-called three-stage VSC.
  • As an energy store it has, for example, a central capacitor in the direct voltage circuit.
  • each phase module forms a branch of a series circuit of two-pole submodules, each submodule having a decentralized capacitor.
  • power semiconductor switches are provided, which together with the capacitor forms a full or half-bridge circuit.
  • a first parallel branch is connected in parallel with the capacitor, in which two power semiconductor switches, for example IGBTs with opposing free-wheeling diodes, are connected in series.
  • the potential point between the two power semiconductor switches is connected to a first connection terminal and one pole of the capacitor is connected to a second connection terminal of the submodule.
  • either a zero voltage or the capacitor voltage drop across the capacitor can be generated at the connection terminals.
  • the structure of the submodules is basically identical.
  • two parallel branches are connected in parallel to the capacitor.
  • a first parallel branch has a series connection of two power semiconductor switches
  • the second parallel branch likewise having a series connection of two power semiconductor switches.
  • the first connection terminal is connected to the potential point between the power semiconductor switches of the first parallel branch and the second connection terminal to the potential point between the power semiconductor switches of the second parallel branch.
  • a zero voltage, the capacitor voltage dropping across the capacitor or the inverse capacitor voltage can thus be generated at the connection terminals.
  • IGBTs with free-wheeling diodes connected in tip-parallel are preferably provided as power semiconductor switches.
  • Converters with such a topology are also referred to as multilevel converters.
  • the number of phase modules and the number of winding arrangements expediently correspond to the number of phases of the AC voltage network.
  • the converter has a bridge topology, it can be useful that a separate housing is provided for each phase module, in which the phase module is arranged.
  • the converter is encapsulated in a single phase. So if the AC voltage network has three phases, three separate housings are provided for the converter, the power semiconductor switch of a phase module being arranged in each housing.
  • a cooling system is preferably provided for cooling the first or second insulating fluid.
  • the cooling system is, for example, a passive cooling system that works without pumps and yen fans.
  • the cooling system can have a pump with which the insulating fluid is circulated through the cooling system. Such a pump for the insulating fluid increases the cooling capacity of the pump.
  • the converter and transformer are arranged in different housings or tanks, different cooling systems are also provided within the scope of the invention.
  • the cooling system is also fanned out accordingly, so that each housing or boiler has a cooling unit tailored to the respective heat generation.
  • the smoothing choke or the central capacitor, the active part of the transformer and the power semiconductor switch of the converter are arranged in a common boiler or in the transformer housing.
  • the first, second and third isolating fluids are identical.
  • the insulating fluids are different.
  • FIG. 2 shows another embodiment of the inven
  • FIG. 3 shows another embodiment of the inven
  • FIG. 4 shows another embodiment of the inven
  • FIG. 1 shows an embodiment of the arrangement 1 according to the invention schematically in a side view.
  • the arrangement 1 has a transformer housing 2, so for example a tank or boiler in which a winding arrangement 3, power semiconductor switches of a converter 4 and a smoothing choke 5 are arranged.
  • the winding arrangement 3 here has a primary winding 6 and a secondary winding 7, which are inductively coupled to one another with the aid of a magnetizable core, not shown in the figures.
  • the winding arrangement 3 has a three-phase design, with only one phase being shown in FIG. 1 for reasons of clarity.
  • a protection and control unit 9 is provided, which via signal lines and control Er effet 10 with the controllable power semiconductor switches converter 4 is connected.
  • measuring transducers 11 can be seen, each of which is provided for detecting the current.
  • the measuring transducers 11 are connected to the protection and control unit 9 via signal lines 12.
  • the converter 4, 9 is designed as a so-called line-commutated converter 4 in the exemplary embodiment shown in FIG. It has three phase modules, not shown in the figures, each having an AC voltage connection and two DC voltage connections.
  • the AC voltage connection of each phase module is connected to a phase of the AC voltage network.
  • a flow valve which consists of a series connection of Thy transistors.
  • the thyristors are now controlled or ignited by the protection and control unit 9 in such a way that the desired DC voltage is provided on the same voltage side of the converter 4.
  • the DC voltage side of the arrangement 5 is shown in Figure 1 with DC.
  • the DC voltage side of the converter 4 extends a DC circuit which has two DC voltage lines or poles which have a positive polarity or a negative polarity.
  • Each phase module is above its first or positive
  • DC voltage intermediate circuit was waived.
  • a smoothing choke 5 is seen before, each pole being led out of the transformer tank again through a high-voltage bushing.
  • cable conductors and air-insulated conductors are provided which, for example, extend over a longer distance and are connected to the DC voltage side of a white converter, which is not shown here.
  • power transmission via the arrangement 1 in both directions is possible.
  • a cooling system 13 which is designed as a passive cooling system, serves to cool the insulating fluid, which in the exemplary embodiment shown in FIG. 1 is an ester fluid.
  • the cooling system 13 has several radiators via which the insulating fluid is circulated when the arrangement 1 is in operation. In this case, the circulation takes place passively, i.e. solely due to the different density of the insulating fluid when it is heated during operation of the arrangement. Heated or warmed up insulating fluid expands and therefore has a lower density than the cooler insulating fluid.
  • the heated insulating fluid reaches the cooling system via an upper collecting pipe, where it is cooled, the cooled, heavier insulating fluid then returning to the interior of the transformer boiler or housing 2 via a lower collecting pipe.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the arrangement according to the invention, which differs from the exemplary embodiment shown in FIG. 1 in that the winding arrangement 3 is arranged in a separate transformer housing 2.
  • a separate housing 14 is provided for the power semiconductor switch of the converter 4 and for the smoothing reactor 5.
  • bushings are again provided which are not shown in FIG. 2 for reasons of clarity.
  • Both the transformer housing 2 and the housing 14 are each with a Equipped cooling system 13, which is again designed as a passive cooling system.
  • the protection and control unit 9 is again used to ignite the thyristors. In the case shown in FIG.
  • the transformer housing is also equipped with a measuring unit 15, which in this case is only connected to the measuring sensors of the transformer.
  • the measuring unit 15 is connected to the control and regulation unit 9 via a signal line 16.
  • the measuring unit has several inputs and is connected to a data processing cloud via a remote signal connection unit.
  • FIG 3 shows another embodiment of the inventive arrangement 1, but differs from the embodiment shown in Figure 2 in that the power semiconductor switch 1 of the converter 4 and the smoothing choke 5 are arranged in different housings 2, 14, 17.
  • a throttle housing 17 is provided for the smoothing throttle 5.
  • the smoothing throttle housing 17 is again equipped with a network-compatible measuring unit 15 which is arranged outside the housing 17.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of the device 18 according to the invention, which consists of several arrangements 1 according to FIGS. 1, 2 or 3.
  • both poles of the DC voltage intermediate circuit are shown, the negative pole of the top arrangement 1 being connected to the positive pole of the next arrangement 1.
  • the assemblies 1 are switched on in parallel. Through the parallel connection, the current and thus the power can be divided between the respective parallel-connected arrangements. An increased power flow is enabled.

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Abstract

In order to provide an assembly (1), which is compact and economical, for connecting to a high-voltage grid carrying an AC voltage, said grid comprising: a transformer which has a magnetisable core, a winding arrangement (3) with windings that surround a portion of the core and are inductively coupled to one another, and a transformer housing (2) which is filled with a first insulation fluid and in which the core and the winding arrangement (3) are disposed; and a converter (4, 9) that has power semiconductor switches (4) and is designed to convert an AC voltage or an alternating current into a DC voltage or a direct current, or vice versa, said converter (4, 9) being connected at the AC voltage end to the transformer (2, 3), the invention proposes that the power semiconductor switches (3) are disposed, at least in part, in a housing (2) which is filled with a second insulation fluid.

Description

Beschreibung description
Anordnung zum Anschluss an ein Wechselspannung führendes Hochspannungsnetz Arrangement for connection to a high-voltage network carrying AC voltage
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Anschluss an ein Wechselspannung führendes Hochspannungsnetz mit einem Trans formator, der einen magnetisierbaren Kern, eine Wicklungsan ordnung mit Wicklungen, die einen Abschnitt des Kerns um schließen und induktiv miteinander gekoppelt sind, und ein Transformatorgehäuse aufweist, das mit einem ersten Isolier fluid befüllt ist und in dem der Kern und die Wicklungsanord nung angeordnet sind, und mit einem Leistungshalbleiterschal ter aufweisenden Umrichter, der zum Umrichten einer Wechsel spannung oder eines Wechselstromes in eine Gleichspannung bzw. einen Gleichstrom oder umgekehrt eingerichtet ist, wobei der Umrichter wechselspannungsseitig mit dem Transformator verbundenen ist. The invention relates to an arrangement for connection to an alternating voltage leading high-voltage network with a transformer having a magnetizable core, a Wicklungsan arrangement with windings that close a portion of the core and are inductively coupled to one another, and a transformer housing that has a first Insulating fluid is filled and in which the core and the winding arrangement are arranged, and with a power semiconductor switch having a converter, which is set up to convert an alternating voltage or an alternating current into a direct voltage or a direct current or vice versa, the converter on the AC side with connected to the transformer.
Eine solche Anordnung ist dem Fachmann aus der Praxis bereits bekannt. So werden bei der so genannten Hochspannungsgleich stromübertragung Umrichter eingesetzt, um einen Wechselstrom oder eine Wechselspannung zu einer Gleichspannung bzw. Such an arrangement is already known to the person skilled in the art from practice. In the so-called high-voltage direct current transmission, converters are used to convert an alternating current or an alternating voltage into a direct voltage or voltage.
Gleichstrom umzuwandeln. Umrichter können unterschiedliche Topologien aufweisen. Netzgeführte Umrichter, bei denen so genannte Thyristoren als Leistungshalbleiterschalter zum Ein satz gelangen, bilden in der Regel eine Brückenschaltung aus. Sie verfügen über Phasenmodule, deren Anzahl der Anzahl der Phasen des Wechselspannungsnetzes entspricht. In der Regel sind drei Phasenmodule vorgesehen, die in der Mitte jeweils einen Wechselspannungsanschluss und an ihren beiden Enden Gleichspannungsanschlüsse ausbilden. Zwischen jedem Gleich spannungsanschluss und dem Wechselspannungsanschluss er streckt sich ein Phasenmodulzweig, der in diesem Fall als so genanntes Stromventil bezeichnet wird. Die Thyristoren eines Stromventils werden alle gleichzeitig gezündet, wodurch jeder Thyristor des Stromventils von einer Sperrsteilung, in der ein Stromfluss über den Thyristor unterbrochen ist, in eine Durchlassstellung überführt wird, in der ein Stromfluss über den jeweiligen Thyristor ermöglicht ist. Thyristoren können jedoch nicht aktiv von der Durchlassstellung in die Sperr steilung überführt werden. Erst wenn der Stromfluss über den jeweiligen Thyristor unter einen Schwellenwert abfällt, wird der Thyristor wieder in seine Sperrsteilung überführt. Convert direct current. Converters can have different topologies. Line-commutated converters, in which so-called thyristors are used as power semiconductor switches, usually form a bridge circuit. They have phase modules, the number of which corresponds to the number of phases in the AC voltage network. As a rule, three phase modules are provided that each form an AC voltage connection in the middle and DC voltage connections at both ends. A phase module branch, which in this case is referred to as a so-called flow valve, extends between each DC voltage connection and the AC voltage connection. The thyristors of a current valve are all ignited at the same time, whereby each thyristor of the current valve from a blocking division, in which a current flow through the thyristor is interrupted, into a Passing position is transferred, in which a current flow through the respective thyristor is enabled. However, thyristors cannot be actively transferred from the open position to the blocking graduation. Only when the current flow through the respective thyristor falls below a threshold value is the thyristor switched back to its blocking division.
Darüber hinaus sind so genannte „Voltage Source Converter" bekannt, bei denen ein- und abschaltbare Leistungshalbleiter schalter, wie beispielsweise IGBTs, zum Einsatz gelangen. Zum Schutz des jeweiligen IGBTs ist jedem IGBT eine Freilaufdiode gegensinnig parallel geschaltet. Solche VSCs können zweistu fig oder mehrstufig ausgebildet sein. In addition, so-called "voltage source converters" are known, in which power semiconductor switches that can be switched on and off, such as IGBTs, are used. To protect the respective IGBT, a freewheeling diode is connected in parallel to each IGBT in opposite directions. Such VSCs can have two or more stages be trained.
Allen Umrichtertopologien gemein ist, dass diese wechselspan nungsseitig über einen Transformator mit dem Wechselspan nungsnetz verbunden werden. Der Transformator stellt das ge eignete Spannungslevel für den Umrichter bereit. What all converter topologies have in common is that they are connected on the AC voltage side to the AC voltage network via a transformer. The transformer provides the suitable voltage level for the converter.
Da in der Regel hohe Leistungen über den Transformator flie ßen, ist dieser als so genannter Leistungstransformator aus gestaltet. Leistungstransformatoren weisen für jede Phase des angeschlossenen Wechselspannungsnetzes eine Wicklungsanord nung auf, das aus wenigstens zwei Wicklungen besteht. Dabei umschließen die Wicklungen einen Abschnitt eines Kerns, der einen geschlossenen Magnetkreis ausbildet. Die Wicklungsan ordnung und der Kern sind in einem mit Isolierfluid befüllten Transformatorkessel oder -gehäuse angeordnet, wobei das Iso lierfluid neben der notwendigen Isolation der auf Hochspan nung liegenden Bauteile gegenüber dem Kessel auf Erdpotenzial die notwendige Kühlung der aktiven Bauteile bereitstellt . In der Regel ist der Transformator mit einer Kühlanlage ausge rüstet, mit dessen Hilfe die Kühlleistung verbessert werden kann. Neben dem Transformator und dem Umrichter weisen solche Hochspannungsgleichstromübertragungsanlagen Drosseln, Filter kreise, Schalteinheiten und dergleichen auf, so dass die ge samte Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage raumgreifend ist und eine Menge Platz beansprucht. Es besteht jedoch mehr und mehr das Erfordernis, solche Anordnungen oder mit anderen Worten Hochspannungsgleichstromübertragungsanlagen möglichst kompakt auszugestalten. Since high power usually flows through the transformer, it is designed as a so-called power transformer. Power transformers have a winding arrangement for each phase of the connected AC voltage network, which consists of at least two windings. The windings enclose a section of a core that forms a closed magnetic circuit. The winding arrangement and the core are arranged in a transformer tank or housing filled with insulating fluid, with the insulating fluid providing the necessary cooling of the active components in addition to the necessary isolation of the high-voltage components from the tank at ground potential. As a rule, the transformer is equipped with a cooling system that can be used to improve the cooling performance. In addition to the transformer and the converter, such high-voltage DC transmission systems have chokes, filter circuits, switching units and the like, so that the entire high-voltage DC transmission system is extensive and takes up a lot of space. However, there is more and more the need to make such arrangements or, in other words, high-voltage direct current transmission systems as compact as possible.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anordnung der ein gangs genannten Art bereitzustellen, die kompakt und kosten günstig ist. The object of the invention is therefore to provide an arrangement of the type mentioned above that is compact and inexpensive.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Leistungs halbleiterschalter zumindest teilweise in einem Gehäuse ange ordnet sind, das mit einem zweiten Isolierfluid befüllt ist. The invention solves this problem in that the power semiconductor switches are at least partially arranged in a housing that is filled with a second insulating fluid.
Im Rahmen der Erfindung ist eine Anordnung bereitgestellt, die wenigstens aus einem Umrichter und einem Transformator besteht. Der Transformator verfügt über einen Transformator kessel, der mit einem Isolierfluid, beispielsweise einem mi neralischen Öl, einem Esteröl oder dergleichen, befüllt ist. In dem Transformatorkessel ist das Aktivteil des Transforma tors angeordnet, das im Rahmen der Erfindung aus wenigstens einer Wicklungsanordnung und einem Kern besteht, wobei der Kern einen geschlossenen Magnetkreis ausbildet. Die Wick lungsanordnung verfügt für jede Phase über wenigstens zwei Wicklungen, die induktiv miteinander gekoppelt sind. Dabei umschließt jede Wicklung einen Kernabschnitt des geschlosse nen Magnetkreises . Hierbei kann es sich um den gleichen Kern abschnitt, beispielsweise einen Kernschenkel oder aber unter schiedliche Kernabschnitte handeln. Die Wicklungen des Wick lungspaares sind hinsichtlich ihrer Windungszahlen so einge stellt, dass ausgangsseitig des Transformators die gewünschte Wechselspannung bereitgestellt ist, mit welcher der Umrichter wechselspannungsseitig gespeist wird. In the context of the invention, an arrangement is provided which consists of at least one converter and one transformer. The transformer has a transformer tank which is filled with an insulating fluid, for example a mineral oil, an ester oil or the like. In the transformer tank, the active part of the transformer is arranged, which in the context of the invention consists of at least one winding arrangement and a core, the core forming a closed magnetic circuit. The winding arrangement has at least two windings for each phase, which are inductively coupled to one another. Each winding encloses a core section of the closed magnetic circuit. This can be the same core section, for example a core leg, or different core sections. With regard to their number of turns, the windings of the winding pair are set so that the desired AC voltage is provided on the output side of the transformer, with which the converter is fed on the AC voltage side.
Der Umrichter umfasst im Rahmen der Erfindung Leistungshalb leiterschalter, wie beispielsweise Thyristoren, IGBTs, GTOs oder dergleichen. Leistungshalbleiterschalter sind im Rahmen der Erfindung in einem Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse ist mit einem Isolierfluid befüllt. Die Leistungshalbleiterschal ter vorbekannte Umrichter sind entweder wasser- oder luftge- kühlt und sind nicht in einem Kessel oder Gehäuse angeordnet, das mit einem Isolierfluid befüllt ist. Vorbekannte Umrichter benötigen daher eine wesentliche größere Betriebsfläche als die erfindungsgemäße Anordnung. Erfindungsgemäß ist somit ein Umrichter bereitgestellt, der wesentlich kompakter ausgestal tet werden kann, als vorbekannte Umrichter. In the context of the invention, the converter includes power semiconductor switches, such as thyristors, IGBTs, GTOs or the like. Power semiconductor switches are arranged in a housing within the scope of the invention. The housing is filled with an insulating fluid. The power semiconductor switch known converters are either water or air cools and are not arranged in a boiler or housing that is filled with an insulating fluid. Previously known converters therefore require a significantly larger operating area than the arrangement according to the invention. According to the invention, a converter is thus provided, which can be configured much more compactly than previously known converters.
Der Umrichter verfügt im Rahmen der Erfindung auch über eine Schutz- oder Regeleinheit, die außerhalb des Gehäuses oder Tanks angeordnet sind, in dem die Leistungshalbleiterschalter untergebracht sind. Die Regeleinheit, die gleichzeitig auch zum Schutz des Umrichters dient, ist über Steuer- und Mess leitungen mit den Leistungshalbleiterschaltern innerhalb des Gehäuses verbunden. Within the scope of the invention, the converter also has a protection or control unit which is arranged outside the housing or tank in which the power semiconductor switches are accommodated. The control unit, which also serves to protect the converter, is connected to the power semiconductor switches inside the housing via control and measuring lines.
Die Topologie des Umrichters ist im Rahmen der Erfindung grundsätzlich beliebig. So kann der Umrichter beispielsweise ein dreistufiger Umrichter, ein netzgeführter Zweistufen- Umrichter, ein selbstgeführter Mehrstufen-Umrichter oder der gleichen sein. Der Umrichter kann im Rahmen der Erfindung auch mehrere Gehäuse aufweisen, in denen Teile des Umrichters angeordnet sind, wobei zweckmäßige Verbindungsleitungen, wie beispielsweise Verbindungskabel oder luftisolierte Leitungen, für die notwendige elektrische Verbindung der Komponenten in den Gebäuden dienen. Durch die Anordnung der mit Hochspannung beaufschlagten Bauteile kann auf eine große Ventilhalle, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, verzichtet werden. The topology of the converter is basically arbitrary within the scope of the invention. For example, the converter can be a three-stage converter, a line-commutated two-stage converter, a self-commutated multi-stage converter or the same. Within the scope of the invention, the converter can also have several housings in which parts of the converter are arranged, with appropriate connecting lines, such as connecting cables or air-insulated lines, serving for the necessary electrical connection of the components in the buildings. The arrangement of the components subjected to high voltage means that a large valve hall, as is known from the prior art, can be dispensed with.
Vorteilhafterweise ist das Gehäuse das Transformatorgehäuse, wobei das erste Isolierfluid und das zweite Isolierfluid identisch sind. Mit anderen Worten ist im Rahmen dieser Wei terentwicklung der Erfindung lediglich ein Kessel oder Gehäu se vorgesehen, in dem das Aktivteil des Transformators als auch die Leistungshalbleiterschalter des Umrichters angeord net sind. Das Transformatorgehäuse kann unterschiedliche Kam mern aufweisen, wobei in der einen Kammer das Aktivteil und in der anderen Kammer die Leistungshalbleiterschalter des Um richters angeordnet sind. Abweichend davon ist es im Rahmen der Erfindung jedoch auch möglich, dass das Transformatorge häuse lediglich einen nicht unterteilten Innenraum ausbildet, in dem sowohl das Aktivteil, das aus Kern und Wicklungen be steht, als auch die Leistungshalbleiterschalter angeordnet sind. Als Isolierfluid kommt daher selbstverständlich nur ein Isolierfluid in Betracht, das für beide Komponenten die not wendige Isolierung aber auch Kühlung bereitstellt . Da ledig lich ein Kessel oder Gehäuse vorgesehen ist, ist eine noch kompaktere Bauweise der erfindungsgemäßen Anordnung ermög licht . The housing is advantageously the transformer housing, the first insulating fluid and the second insulating fluid being identical. In other words, as part of this further development of the invention, only a boiler or housing is provided in which the active part of the transformer and the power semiconductor switch of the converter are net angeord. The transformer housing can have different chambers, the active part in one chamber and the power semiconductor switches of the converter being arranged in the other chamber. Deviating from this, it is within the framework According to the invention, however, it is also possible that the transformer housing only forms an interior space that is not subdivided, in which both the active part, which consists of the core and windings, and the power semiconductor switches are arranged. Therefore, of course, only an insulating fluid that provides the necessary insulation for both components but also provides cooling can be used as the insulating fluid. Since only Lich a boiler or housing is provided, an even more compact design of the arrangement according to the invention is made light.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung ist eine Glättungsdrossel vorgesehen, die gleichspannungsseitig mit dem Umrichter verbunden ist, wobei die Glättungsdrossel in einem Drosselgehäuse angeordnet ist, das mit einem dritten Isolierfluid befüllt ist. Eine solche Glättungsdrossel ist insbesondere bei netzgeführten Umrichtern erforderlich, da die Thyristoren lediglich ein- jedoch nicht wieder ausge schaltet werden können. Die gleichspannungsseitig angeordnete Glättungsdrossel glättet daher den Gleichstrom und dient gleichzeitig als Energiespeicher und sorgt somit für eine ge wisse Kontinuität der Hochspannungsgleichstromübertragung. According to a further advantageous variant of the invention, a smoothing choke is provided which is connected to the converter on the DC voltage side, the smoothing choke being arranged in a choke housing which is filled with a third insulating fluid. Such a smoothing choke is necessary in particular with line-commutated converters, since the thyristors can only be switched on but not switched off again. The smoothing choke arranged on the DC voltage side therefore smooths the direct current and at the same time serves as an energy store and thus ensures a certain continuity of the high-voltage direct current transmission.
Gemäß einer hiervon abweichenden Variante ist statt einer Glättungsdrossel ein Kondensator vorgesehen, der ebenfalls in einem Kessel oder Gehäuse, in diesem Fall einem Kondensator gehäuse, angeordnet ist. Das Kondensatorgehäuse ist wieder mit einer Flüssigkeit befüllt, die sowohl zur Isolation als auch zur Kühlung des Kondensators dient. Ein solcher Konden sator wird üblicherweise im Zusammenhang mit Umrichtern ein gesetzt, die als so genannte Voltage Source Converter be zeichnet werden. Solche Voltage Source Converter sind selbst geführte Umrichter. Sie weisen als Leistungshalbleiterschal ter ein- und abschaltbare Leistungshalbleiterschalter auf, denen zum Schutz vor Überspannungen jeweils eine Freilaufdio de gegensinnig parallelgeschaltet ist. Die Einheiten aus Freilaufdiode und ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiter schalter werden in Reihe geschaltet und gleichzeitig ange- steuert, wobei der Umrichter als Brückenschaltung ausgeführt ist. In diesem Fall dient der Kondensator in dem Kondensator tank als zentraler Energiespeicher, wobei der Umrichter ein so genannter Zweistufen-Umrichter ist. Selbstverständlich ist es in diesem Fall auch möglich, dass die Glättungsdrossel o- der der zentrale Kondensator ebenfalls in dem Transformator gehäuse angeordnet ist. In diesem Fall sind somit das Aktiv teil, Leistungshalbleiterschalter des Umrichters als auch die Glättungsdrossel beziehungsweise der zentrale Kondensator in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Die ermöglicht eine noch kompaktere Bauweise. According to a variant deviating from this, a capacitor is provided instead of a smoothing choke, which is also arranged in a boiler or housing, in this case a capacitor housing. The capacitor housing is again filled with a liquid that serves both for insulation and for cooling the capacitor. Such a capacitor is usually used in connection with converters, which are referred to as voltage source converters. Voltage source converters of this type are self-commutated converters. As power semiconductor switches, they have power semiconductor switches that can be switched on and off, each of which is connected in parallel in opposite directions to protect against overvoltages. The units of free-wheeling diode and power semiconductor switch that can be switched on and off are connected in series and connected at the same time. controls, whereby the converter is designed as a bridge circuit. In this case, the capacitor in the capacitor tank serves as a central energy store, the converter being a so-called two-stage converter. Of course, in this case it is also possible for the smoothing choke or the central capacitor to also be arranged in the transformer housing. In this case, the active part, the power semiconductor switch of the converter and the smoothing inductor or the central capacitor are arranged in a common housing. This enables an even more compact design.
Vorteilhafterweise ist für jedes Wicklungspaar ein separates Transformatorgehäuse vorgesehen. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung ist die Anordnung gemäß der Erfindung ein phasig ausgestaltet. Mit anderen Worten verfügt die Anordnung nicht über einen einzigen dreiphasigen Transformator, sondern über beispielsweise drei einphasige Transformatoren, wobei jeder einphasige Transformator sein eigenes separates Gehäuse aufweist. In jedem Gehäuse sind dann entweder zwei Wicklungen angeordnet, die induktiv über einen Kern miteinander gekop pelt sind. Abweichend davon können auch drei Wicklungen vor gesehen sein, wobei eine Primärwicklung induktiv mit zwei Se kundärwicklungen gekoppelt ist. Die Sekundärwicklungen sind unterschiedlich verschaltet. So weist beispielsweise eine Se kundärwicklung eine Dreiecksschaltung auf, wobei die andere Sekundärwicklung zu einem Sternpunkt mit den anderen einpha sigen Transformatoren verschaltet ist. Somit wird eine Pha senverschiebung herbeigeführt, so dass ein so genannter A separate transformer housing is advantageously provided for each winding pair. According to this advantageous further development, the arrangement according to the invention is designed in a phase. In other words, the arrangement does not have a single three-phase transformer but, for example, three single-phase transformers, each single-phase transformer having its own separate housing. In each case, either two windings are arranged which are inductively coupled to one another via a core. Notwithstanding this, three windings can also be seen, with a primary winding being inductively coupled to two secondary windings. The secondary windings are connected differently. For example, one secondary winding has a delta connection, the other secondary winding being connected to a star point with the other single-phase transformers. A phase shift is thus brought about, so that a so-called
Zwölfpunkt-Transformator bereitgestellt ist. Twelve point transformer is provided.
Ein Zwölfpunkt-Transformator ist dem Fachmann jedoch bekannt, so dass an dieser Stelle auf detailliertere Ausführungen ver zichtet werden kann. A twelve-point transformer is known to the person skilled in the art, so that more detailed explanations can be dispensed with at this point.
Wesentlich ist, dass bei der einphasigen Ausgestaltung des Transformators drei Transformatorgehäuse mit drei Aktivteilen bzw. drei Kernen und drei Wicklungsanordnungen vorgesehen sind . It is essential that with the single-phase design of the transformer, three transformer housings with three active parts or three cores and three winding arrangements are provided.
Mit einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Umrichter wenigstens ein Phasenmodul auf, das einen Wechsel spannungsanschluss und wenigstens einen Gleichspannungsan schluss aufweist, wobei sich zwischen dem Wechselspannungsan schluss und jedem Gleichspannungsanschluss ein Phasenmodul zweig erstreckt, der eine Reihenschaltung aus Leistungshalb leiterschaltern oder aus zweipoligen Submodulen ausbildet, wobei jedes Submodul Leistungshalbleiterschalter und einen Kondensator aufweist, die miteinander zu einer Halb- oder Vollbrücke verschaltet sind. Gemäß dieser vorteilhaften Wei terentwicklung weist der Umrichter eine Topologie auf, die auch als Brückenschaltung bezeichnet wird. In einer Brücken schaltung kommen Phasenmodule zum Einsatz, deren Anzahl der Anzahl der Phasen des angeschlossenen Wechselspannungsnetzes entspricht. Jedes Phasenmodul ist mit anderen Worten mit ei ner Phase des angeschlossenen Wechselspannungsanschlusses verbindbar. Dazu weist jedes Phasenmodul einen Wechselspan nungsanschluss auf. Ein Phasenmodul verfügt über eine Reihen schaltung aus zweipoligen Leistungshalbleiterschaltern mit jeweils gegensinnig paralleler Freilaufdiode und aus zweipo ligen Submodulen. Der Wechselspannungsanschluss ist in der Regel in mittiger Position der Reihenschaltung vorgesehen, während an den beiden Enden eines jeden Phasenmoduls ein Pol bzw. Gleichspannungsanschluss ausgebildet ist. Zwischen dem Wechselspannungsanschluss und jedem Gleichspannungsanschluss erstreckt sich eine Reihenschaltung aus zweipoligen Komponen ten, die hier als Phasenmodulzweig bezeichnet ist. Ist der Phasenmodulzweig als Reihenschaltung von Thyristoren ausge führt, wird der Phasenmodulzweig auch als Stromventil be zeichnet. Die Thyristoren eines Stromventils werden alle syn chron oder gleichzeitig gezündet. Eine aktive Überführung der Thyristoren in die Sperrsteilung ist, wie bereits eingangs erläutert wurde, nicht möglich. Erst wenn aufgrund des anlie genden Wechselstroms der Stromfluss über den jeweiligen Thy- ristor unter einen so genannten Haltestrom abfällt, wird der Thyristor passiv wieder in seine Sperrsteilung überführt. With a preferred embodiment of the invention, the converter has at least one phase module which has an AC voltage connection and at least one DC voltage connection, a phase module branch extending between the AC voltage connection and each DC voltage connection, which forms a series circuit of power semiconductor switches or of two-pole submodules , each submodule having power semiconductor switches and a capacitor, which are interconnected to form a half or full bridge. According to this advantageous further development, the converter has a topology which is also referred to as a bridge circuit. In a bridge circuit, phase modules are used, the number of which corresponds to the number of phases of the connected AC voltage network. In other words, each phase module can be connected to a phase of the connected AC voltage connection. For this purpose, each phase module has an AC voltage connection. A phase module has a series connection of two-pole power semiconductor switches with free-wheeling diodes in opposite directions and two-pole submodules. The AC voltage connection is usually provided in the central position of the series circuit, while a pole or DC voltage connection is formed at the two ends of each phase module. A series circuit of two-pole components, which is referred to here as a phase module branch, extends between the AC voltage connection and each DC voltage connection. If the phase module branch leads out as a series connection of thyristors, the phase module branch is also referred to as a flow control valve. The thyristors of a current valve are all triggered synchronously or simultaneously. An active transfer of the thyristors to the blocking division is not possible, as already explained at the beginning. Only when the current flow through the respective Thy- ristor drops below a so-called holding current, the thyristor is passively converted back into its blocking division.
Abweichend davon ist es jedoch auch möglich, jeden Phasenmo dulzweig als Reihenschaltung von zweipoligen Einheiten auszu gestalten, die aus ein- und einschaltbaren Leistungshalb leiterschaltern und einer Freilaufdiode bestehen, wobei die Freilaufdiode dem zugeordneten ein- und abschaltbaren Leis tungshalbleiterschalter gegensinnig parallel oder mit anderen Worten antiparallel geschaltet ist. Der ein- und abschaltbare Leistungshalbleiterschalter ist bevorzugt ein so genannter IGBT, ein IGCT, ein GTO oder dergleichen. Ein solcher Umrich ter wird als so genannter dreistufen VSC bezeichnet. Er weist als Energiespeicher beispielsweise einen zentralen Kondensa tor im Gleichspannungskreis auf. In contrast to this, however, it is also possible to design each phase module branch as a series connection of two-pole units, which consist of switchable power semiconductor switches and a freewheeling diode, the freewheeling diode in opposite directions parallel to the associated power semiconductor switch, which can be switched on and off, or in other words anti-parallel is switched. The power semiconductor switch that can be switched on and off is preferably a so-called IGBT, an IGCT, a GTO or the like. Such a converter is referred to as a so-called three-stage VSC. As an energy store, it has, for example, a central capacitor in the direct voltage circuit.
Darüber hinaus ist es auch möglich, dass jeder Phasenmodul zweig einer Reihenschaltung aus zweipoligen Submodulen aus bildet, wobei jedes Submodul einen dezentralen Kondensator aufweist. Ferner sind Leistungshalbleiterschalter vorgesehen, die mit dem Kondensator zusammen eine Voll- oder Halbbrücken schaltung ausbildet. Bei einer Halbbrückenschaltung ist dem Kondensator ein erster Parallelzweig parallel geschaltet, in dem zwei Leistungshalbleiterschalter, beispielsweise IGBTs mit gegensinniger Freilaufdiode, in Reihe geschaltet sind. Dabei ist der Potenzialpunkt zwischen den beiden Leistungs halbleiterschaltern mit einer ersten Anschlussklemme und ein Pol des Kondensators mit einer zweiten Anschlussklemme des Submoduls verbunden. Je nach Schaltstellung kann somit an den Anschlussklemmen entweder eine Nullspannung oder die an dem Kondensator abfallende Kondensatorspannung erzeugt werden.In addition, it is also possible that each phase module forms a branch of a series circuit of two-pole submodules, each submodule having a decentralized capacitor. Furthermore, power semiconductor switches are provided, which together with the capacitor forms a full or half-bridge circuit. In the case of a half-bridge circuit, a first parallel branch is connected in parallel with the capacitor, in which two power semiconductor switches, for example IGBTs with opposing free-wheeling diodes, are connected in series. The potential point between the two power semiconductor switches is connected to a first connection terminal and one pole of the capacitor is connected to a second connection terminal of the submodule. Depending on the switching position, either a zero voltage or the capacitor voltage drop across the capacitor can be generated at the connection terminals.
Bei einer Reihenschaltung solcher Halbleitermodule ist es da her möglich, die Spannung des Phasenmoduls stufenweise zu verändern, wobei die Kondensatorspannung der Höhe der Stufen entspricht. Der Aufbau der Submodule ist dabei grundsätzlich identisch . Bei einer Vollbrückenschaltung sind dem Kondensator zwei Pa rallelzweige parallelgeschaltet. Ein erster Parallelzweig weist eine Reihenschaltung aus zwei Leistungshalbleiterschal tern auf, wobei der zweite Parallelzweig ebenfalls eine Rei henschaltung aus zwei Leistungshalbleiterschaltern aufweist. Die erste Anschlussklemme ist mit dem Potenzialpunkt zwischen den Leistungshalbleiterschaltern des ersten Parallelzweiges und die zweite Anschlussklemme mit dem Potenzialpunkt zwi schen den Leistungshalbleiterschaltern des zweiten Parallel zweigs verbunden. An den Anschlussklemmen kann somit eine Nullspannung, die an dem Kondensator abfallende Kondensator spannung oder aber die inverse Kondensatorspannung erzeugt werden . When such semiconductor modules are connected in series, it is therefore possible to change the voltage of the phase module in steps, the capacitor voltage corresponding to the height of the steps. The structure of the submodules is basically identical. In the case of a full bridge circuit, two parallel branches are connected in parallel to the capacitor. A first parallel branch has a series connection of two power semiconductor switches, the second parallel branch likewise having a series connection of two power semiconductor switches. The first connection terminal is connected to the potential point between the power semiconductor switches of the first parallel branch and the second connection terminal to the potential point between the power semiconductor switches of the second parallel branch. A zero voltage, the capacitor voltage dropping across the capacitor or the inverse capacitor voltage can thus be generated at the connection terminals.
Als Leistungshalbleiterschalter sind bevorzugt IGBTs mit an tiparallel geschalteter Freilaufdiode vorgesehen. Umrichter mit einer solchen Topologie werden auch als Multilevel- Umrichter bezeichnet. IGBTs with free-wheeling diodes connected in tip-parallel are preferably provided as power semiconductor switches. Converters with such a topology are also referred to as multilevel converters.
Ihr Aufbau ist jedoch grundsätzlich bekannt, so dass an die ser Stelle auf Details verzichtet werden kann. However, their structure is known in principle, so that details can be dispensed with at this point.
Zweckmäßigerweise entspricht die Anzahl der Phasenmodule und die Anzahl der Wicklungenanordnungen der Anzahl der Phasen des Wechselspannungsnetzes. The number of phase modules and the number of winding arrangements expediently correspond to the number of phases of the AC voltage network.
Weist der Umrichter eine Brückentopologie auf, kann es zweck mäßig sein, dass für jedes Phasenmodul ein eigenes separates Gehäuse vorgesehen ist, in dem Phasenmodul angeordnet ist.If the converter has a bridge topology, it can be useful that a separate housing is provided for each phase module, in which the phase module is arranged.
Mit anderen Worten ist der Umrichter einphasig gekapselt. Weist also das Wechselspannungsnetz drei Phasen auf, sind drei separate Gehäuse für den Umrichter vorgesehen, wobei in jedem Gehäuse die Leistungshalbleiterschalter eines Phasenmo duls angeordnet ist. In other words, the converter is encapsulated in a single phase. So if the AC voltage network has three phases, three separate housings are provided for the converter, the power semiconductor switch of a phase module being arranged in each housing.
Bevorzugt ist eine Kühlanlage zum Kühlen des ersten oder zweiten Isolierfluids vorgesehen. Die Kühlanlage ist bei spielsweise eine passive Kühlanlage, die ohne Pumpen und Yen- tilatoren auskommt. Darüber hinaus kann die jedoch die Kühl anlage eine Pumpe aufweisen, mit der das Isolierfluid über die Kühlanlage umgewälzt wird. Eine solche Pumpe für das Iso lierfluid erhöht die Kühlleistung der Pumpe. A cooling system is preferably provided for cooling the first or second insulating fluid. The cooling system is, for example, a passive cooling system that works without pumps and yen fans. In addition, however, the cooling system can have a pump with which the insulating fluid is circulated through the cooling system. Such a pump for the insulating fluid increases the cooling capacity of the pump.
Sind Umrichter und Transformator in unterschiedlichen Gehäu sen oder Kesseln angeordnet, sind auch unterschiedliche Kühl anlagen im Rahmen der Erfindung vorgesehen. Bei einer einpha sigen Ausführung von Umrichter und Transformator, wobei für jede Phase ein eigenes separates Gehäuse vorgesehen ist, ist auch die Kühlanlage entsprechend aufgefächert, so dass jedes Gehäuse oder jeder Kessel mit einer auf die jeweilige Wärme entwicklung abgestimmte Kühleinheit aufweist. If the converter and transformer are arranged in different housings or tanks, different cooling systems are also provided within the scope of the invention. In the case of a single-phase version of the converter and transformer, where a separate housing is provided for each phase, the cooling system is also fanned out accordingly, so that each housing or boiler has a cooling unit tailored to the respective heat generation.
Im Rahmen der Erfindung ist es ferner möglich, dass die Glät tungsdrossel oder der zentrale Kondensator, das Aktivteil des Transformators und die Leistungshalbleiterschalter des Um richters in einem gemeinsamen Kessel oder in dem Transforma torgehäuse angeordnet sind. In diesem Fall sind das erste, zweite und dritte Isolierfluid identisch. Es ist jedoch dann auch möglich, die Isolierfluide identisch auszuwählen, wenn die eben genannten Komponenten in unterschiedlichen Kesseln oder Gehäusen vorgesehen sind. Natürlich ist es im Rahmen der Erfindung ferner vorgesehen, dass die Isolierfluide unter schiedlich sind. In the context of the invention, it is also possible that the smoothing choke or the central capacitor, the active part of the transformer and the power semiconductor switch of the converter are arranged in a common boiler or in the transformer housing. In this case the first, second and third isolating fluids are identical. However, it is then also possible to select the insulating fluids identically if the components just mentioned are provided in different tanks or housings. Of course, it is also provided within the scope of the invention that the insulating fluids are different.
Gemäß einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen Einrich tung sind mehrere erfindungsgemäße Anordnungen parallel zuei nander angeordnet. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwick lung kann ein größerer Strom und somit eine höhere Leistung über die erfindungsgemäße Einrichtung fließen. According to a further variant of the device according to the invention, several arrangements according to the invention are arranged parallel to one another. According to this advantageous further development, a larger current and thus a higher power can flow through the device according to the invention.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Aus führungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Bauteile verweisen und wobei Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung in einer schematischen Darstellung, Further useful embodiments and advantages of the inven tion are the subject of the following description of exemplary embodiments of the invention with reference to the figures of the drawing, the same reference numerals referring to components having the same effect and wherein Figure 1 shows an embodiment of the arrangement according to the invention in a schematic representation,
Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin Figure 2 shows another embodiment of the inven
dungsgemäßen Anordnung in einer schematischen Darstellung, proper arrangement in a schematic representation,
Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin Figure 3 shows another embodiment of the inven
dungsgemäßen Anordnung in einer schematischen Darstellung und proper arrangement in a schematic representation and
Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin Figure 4 shows another embodiment of the inven
dungsgemäßen Einrichtung schematisch verdeut lichen . proper device schematically clarify union.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung 1 schematisch in einer Seitenansicht. Die Anordnung 1 verfügt über ein Transformatorgehäuse 2, also beispielswei se einem Tank oder Kessel, in dem eine Wicklungsanordnung 3, Leistungshalbleiterschalter eines Umrichters 4 sowie eine Glättungsdrossel 5 angeordnet sind. Die Wicklungsanordnung 3 weist hier eine Primärwicklung 6 sowie eine Sekundärwicklung 7 auf, die mit Hilfe eine figürlich nicht dargestellten mag netisierbaren Kerns induktiv miteinander gekoppelt sind. Die Wicklungsanordnung 3 ist dreiphasig ausgeführt, wobei in Fi gur 1 aus Gründen der Übersichtlich lediglich eine Phase ge zeigt ist. Wie durch die drei schräg gestellten Striche, die außerhalb des Kondensators des Gehäuses 2 eingangsseitig dar gestellt ist, sind jedoch drei Phasen vorgesehen, die jeweils über eine Durchführung 8 durch die Erdpotenzial liegende Wand des Transformatorgehäuses 2 geführt werden. Durchführungen sind dem Fachmann jedoch bekannt, so dass an dieser Stelle auf deren genaue Ausgestaltungen nicht näher eingegangen zu werden braucht. Die Wechselspannungsseite der Anordnung 1 ist in Figur 1 mit der englischen Abkürzung „AC" verdeutlicht. Figure 1 shows an embodiment of the arrangement 1 according to the invention schematically in a side view. The arrangement 1 has a transformer housing 2, so for example a tank or boiler in which a winding arrangement 3, power semiconductor switches of a converter 4 and a smoothing choke 5 are arranged. The winding arrangement 3 here has a primary winding 6 and a secondary winding 7, which are inductively coupled to one another with the aid of a magnetizable core, not shown in the figures. The winding arrangement 3 has a three-phase design, with only one phase being shown in FIG. 1 for reasons of clarity. As indicated by the three oblique lines that are placed outside the capacitor of the housing 2 on the input side, however, three phases are provided, each of which is passed through a bushing 8 through the wall of the transformer housing 2 which is at ground potential. However, bushings are known to the person skilled in the art, so that their precise configurations need not be discussed in more detail at this point. The alternating voltage side of the arrangement 1 is illustrated in FIG. 1 with the English abbreviation “AC”.
Außerhalb des Transformatorgehäuses 2 ist eine Schutz- und Regeleinheit 9 vorgesehen, die über Signalleitungen und Steu- erleitungen 10 mit den ansteuerbaren Leistungshalbleiter schaltern Umrichter 4 verbunden ist. Darüber hinaus sind Messwandler 11 erkennbar, die jeweils zum Erfassen des Stroms vorgesehen sind. Die Messwandler 11 sind über Signalleitungen 12 mit der Schutz- und Regeleinheit 9 verbunden. Der Umrich ter 4, 9 ist in dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel als so genannter netzgeführter Umrichter 4 ausgeführt. Er weist drei figürlich nicht dargestellten Phasenmodule auf, die jeweils einen Wechselspannungsanschluss und zwei Gleich spannungsanschlüsse aufweisen. Der Wechselspannungsanschluss eines jeden Phasenmoduls ist mit einer Phase des Wechselspan nungsnetzes verbunden. Zwischen dem Wechselspannungsanschluss und jedem Gleichspannungsanschluss des Phasenmoduls erstreckt sich ein Stromventil, das aus einer Reihenschaltung von Thy ristoren besteht. Die Thyristoren werden nun von der Schutz- und Regeleinheit 9 so angesteuert bzw. gezündet, dass gleich spannungsseitig des Umrichters 4 die gewünschte Gleichspan nung bereitgestellt ist. Die Gleichspannungsseite der Anord nung 5 ist in Figur 1 mit DC verdeutlicht. Outside the transformer housing 2, a protection and control unit 9 is provided, which via signal lines and control Erleitung 10 with the controllable power semiconductor switches converter 4 is connected. In addition, measuring transducers 11 can be seen, each of which is provided for detecting the current. The measuring transducers 11 are connected to the protection and control unit 9 via signal lines 12. The converter 4, 9 is designed as a so-called line-commutated converter 4 in the exemplary embodiment shown in FIG. It has three phase modules, not shown in the figures, each having an AC voltage connection and two DC voltage connections. The AC voltage connection of each phase module is connected to a phase of the AC voltage network. Between the AC voltage connection and each DC voltage connection of the phase module extends a flow valve, which consists of a series connection of Thy transistors. The thyristors are now controlled or ignited by the protection and control unit 9 in such a way that the desired DC voltage is provided on the same voltage side of the converter 4. The DC voltage side of the arrangement 5 is shown in Figure 1 with DC.
Es sei angemerkt, dass sich gleichspannungsseitig des Umrich ters 4 ein Gleichstromkreis erstreckt, der zwei Gleichspan nungsleitungen oder Pole aufweist, die eine positive Polari tät bzw. eine negative Polarität aufweist. It should be noted that the DC voltage side of the converter 4 extends a DC circuit which has two DC voltage lines or poles which have a positive polarity or a negative polarity.
Jedes Phasenmodul ist über seinen ersten oder positiven Each phase module is above its first or positive
Gleichspannungsanschluss, der mit dem positiven Pol des DC voltage connection connected to the positive pole of the
Gleichspannungszwischenkreises verbunden, wobei der zweite Gleichspannungsanschluss und dem negativen Pol mit dem nega tiven Pol des Gleichspannungszwischenkreises verbunden ist. Von den beiden Polen des Gleichspannungszwischenkreises ist in Figur 1 jedoch lediglich ein Pol aus Gründen der Übersicht gezeigt, wobei jedoch durch den außerhalb des Transformator gehäuses angefügten schräggestellten Doppelstriches angedeu tet ist, dass auf die Darstellung des zweiten Pols des DC voltage intermediate circuit connected, wherein the second DC voltage connection and the negative pole is connected to the nega tive pole of the DC voltage intermediate circuit. Of the two poles of the DC voltage intermediate circuit, only one pole is shown in FIG. 1 for the sake of clarity. However, the oblique double line added outside of the transformer housing indicates that the second pole of the
Gleichspannungszwischenkreises verzichtet wurde. In wenigstens einem der Pole ist eine Glättungsdrossel 5 vor gesehen, wobei jeder Pol wieder durch eine Hochspannungs durchführung aus dem Transformatortank herausgeführt ist. Au ßerhalb des Tanks sind Kabelleiter luftisolierte Leiter vor gesehen, die sich beispielsweise über eine größere Strecke hinweg erstrecken und mit der Gleichspannungsseite eines wei teren Umrichters, der hier nicht gezeigt ist, verbunden sind. Je nach Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter des Um richters 4 ist eine Leistungsübertragung über die Anordnung 1 in beide Richtungen ermöglicht. DC voltage intermediate circuit was waived. In at least one of the poles, a smoothing choke 5 is seen before, each pole being led out of the transformer tank again through a high-voltage bushing. Outside the tank, cable conductors and air-insulated conductors are provided which, for example, extend over a longer distance and are connected to the DC voltage side of a white converter, which is not shown here. Depending on the control of the power semiconductor switch of the order converter 4, power transmission via the arrangement 1 in both directions is possible.
Zur Kühlung des Isolierfluids, das in dem in Figur 1 gezeig ten Ausführungsbeispiel eine Esterflüssigkeit ist, dient eine Kühlanlage 13, die als passive Kühlanlage ausgeführt ist. So weist die Kühlanlage 13 beispielsweise mehrere Radiatoren auf, über die das Isolierfluid beim Betrieb der Anordnung 1 umgewälzt wird. Das Umwälzen erfolgt in diesem Fall passiv, d.h. allein aufgrund der unterschiedlichen Dichte des Iso lierfluids, wenn dieses beim Betrieb der Anordnung aufgeheizt wird. Aufgeheiztes oder erwärmtes Isolierfluid dehnt sich aus und weist daher eine geringere Dichte auf als das kühlere Isolierfluid. Das erwärmte Isolierfluid gelangt über ein obe res Sammelrohr in die Kühlanlage, wird dort abgekühlt, wobei das abgekühlte schwerere Isolierfluid dann über ein unteres Sammelrohr wieder zurück in den Innenraum des Transformator kessels oder Gehäuses 2 gelangt. A cooling system 13, which is designed as a passive cooling system, serves to cool the insulating fluid, which in the exemplary embodiment shown in FIG. 1 is an ester fluid. For example, the cooling system 13 has several radiators via which the insulating fluid is circulated when the arrangement 1 is in operation. In this case, the circulation takes place passively, i.e. solely due to the different density of the insulating fluid when it is heated during operation of the arrangement. Heated or warmed up insulating fluid expands and therefore has a lower density than the cooler insulating fluid. The heated insulating fluid reaches the cooling system via an upper collecting pipe, where it is cooled, the cooled, heavier insulating fluid then returning to the interior of the transformer boiler or housing 2 via a lower collecting pipe.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Anordnung, das sich von dem in Figur 1 darge stellten Ausführungsbeispiel dahin unterscheidet, dass die Wicklungsanordnung 3 in einem separaten Transformatorgehäuse 2 angeordnet ist. Für die Leistungshalbleiterschalter des Um richters 4 sowie für die Glättungsdrossel 5 ist ein eigenes Gehäuse 14 bereitgestellt. Zum Überführen der mit Hochspan nung beaufschlagten Leiter in das Innere des Gehäuses 14 sind wiederum Durchführungen vorgesehen, die aus Gründen der Über sicht in Figur 2 nicht gezeigt sind. Sowohl das Transforma torgehäuse 2 als auch das Gehäuse 14 sind jeweils mit einer Kühlanlage 13 ausgestattet, die wieder als passive Kühlanlage ausgeführt ist. Zum Zünden der Thyristoren dient wieder die Schutz- und Regeleinheit 9. In dem in Figur 2 gezeigten Fall ist jedoch auch das Transformatorgehäuse mit einer Messein heit 15 ausgerüstet, die in diesem Fall lediglich mit den Messsensoren des Transformators verbunden ist. Die Messein heit 15 ist mit der Steuer- und Regeleinheit 9 über eine Sig nalleitung 16 verbunden. Die Messeinheit weist mehrere Ein gänge auf und ist über eine Fernsignalverbindungseinheit mit einer Datenverarbeitungscloud verbunden. FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the arrangement according to the invention, which differs from the exemplary embodiment shown in FIG. 1 in that the winding arrangement 3 is arranged in a separate transformer housing 2. A separate housing 14 is provided for the power semiconductor switch of the converter 4 and for the smoothing reactor 5. In order to transfer the conductors acted upon by high voltage into the interior of the housing 14, bushings are again provided which are not shown in FIG. 2 for reasons of clarity. Both the transformer housing 2 and the housing 14 are each with a Equipped cooling system 13, which is again designed as a passive cooling system. The protection and control unit 9 is again used to ignite the thyristors. In the case shown in FIG. 2, however, the transformer housing is also equipped with a measuring unit 15, which in this case is only connected to the measuring sensors of the transformer. The measuring unit 15 is connected to the control and regulation unit 9 via a signal line 16. The measuring unit has several inputs and is connected to a data processing cloud via a remote signal connection unit.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Anordnung 1, wobei jedoch die sich von dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel dahin unterscheidet, dass auch die Leistungshalbleiterschalter 1 des Umrichters 4 als auch die Glättungsdrossel 5 in unterschiedlichen Gehäusen 2, 14, 17 angeordnet sind. In dem gezeigten Ausführungsbei spiel ist für die Glättungsdrossel 5 ein Drosselgehäuse 17 vorgesehen. Dabei ist auch das Glättungsdrosselgehäuse 17 wieder mit einer netzwerkfähigen Messeinheit 15 ausgerüstet, die außerhalb des Gehäuses 17 angeordnet ist. Figure 3 shows another embodiment of the inventive arrangement 1, but differs from the embodiment shown in Figure 2 in that the power semiconductor switch 1 of the converter 4 and the smoothing choke 5 are arranged in different housings 2, 14, 17. In the game Ausführungsbei shown, a throttle housing 17 is provided for the smoothing throttle 5. The smoothing throttle housing 17 is again equipped with a network-compatible measuring unit 15 which is arranged outside the housing 17.
Figur 4 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ein richtung 18, die aus mehreren Anordnungen 1 gemäß der Figuren 1, 2 oder 3 besteht. In dem in Figur 4 gezeigten Ausführungs beispiel sind beide Pole des Gleichspannungszwischenkreises gezeigt, wobei der Minuspol der obersten Anordnung 1 mit dem Pluspol der nächstfolgenden Anordnung 1 verbunden ist. Mit anderen Worten sind die Anordnungen 1 einander parallelge schaltet. Durch die Parallelschaltung kann der Strom und so mit die Leistung auf die jeweiligen parallelgeschalteten An ordnungen aufgeteilt werden. Es ist ein erhöhter Leistungs fluss ermöglicht. FIG. 4 shows an exemplary embodiment of the device 18 according to the invention, which consists of several arrangements 1 according to FIGS. 1, 2 or 3. In the embodiment shown in FIG. 4, both poles of the DC voltage intermediate circuit are shown, the negative pole of the top arrangement 1 being connected to the positive pole of the next arrangement 1. In other words, the assemblies 1 are switched on in parallel. Through the parallel connection, the current and thus the power can be divided between the respective parallel-connected arrangements. An increased power flow is enabled.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Anordnung (1) zum Anschluss an ein Wechselspannung führen des Hochspannungsnetz mit 1. Arrangement (1) for connection to an alternating voltage carry the high-voltage network with
- einem Transformator, der - a transformer that
einen magnetisierbaren Kern, a magnetizable core,
eine Wicklungsanordnung (3) mit Wicklungen, die einen Abschnitt des Kerns umschließen und induktiv miteinan der gekoppelt sind, und a winding arrangement (3) with windings which enclose a portion of the core and are inductively coupled to one another, and
ein Transformatorgehäuse (2) aufweist, das mit einem ersten Isolierfluid befüllt ist und in dem der Kern und die Wicklungsanordnung (3) angeordnet sind, und mit a transformer housing (2) which is filled with a first insulating fluid and in which the core and the winding arrangement (3) are arranged, and with
- einem Leistungshalbleiterschalter (4) aufweisenden Umrich ter (4,9), der zum Umrichten einer Wechselspannung oder ei nes Wechselstromes in eine Gleichspannung bzw. einen - A power semiconductor switch (4) having Umrich ter (4,9), which is used to convert an AC voltage or an AC current into a DC voltage or a
Gleichstrom oder umgekehrt eingerichtet ist, wobei der Um richter (4,9) wechselspannungsseitig mit dem Transformator (2,3) verbunden ist, Direct current or vice versa is set up, the converter (4,9) being connected on the AC voltage side to the transformer (2,3),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that
die Leistungshalbleiterschalter (3) zumindest teilweise in einem Gehäuse (2) angeordnet sind, das mit einem zweiten Iso lierfluid befüllt ist. the power semiconductor switches (3) are at least partially arranged in a housing (2) which is filled with a second insulating fluid.
2. Anordnung (1) nach Anspruch 1, 2. Arrangement (1) according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that
das Gehäuse das Transformatorgehäuse (2) ist, wobei das erstethe housing is the transformer housing (2), the first
Isolierfluid und das zweite Isolierfluid identisch sind. Isolation fluid and the second isolation fluid are identical.
3. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass 3. Arrangement (1) according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
eine Glättungsdrossel gleichspannungsseitig mit dem Umrichter verbunden ist, wobei die Glättungsdrossel (5) in einem Dros selgehäuse (17) angeordnet ist, das mit einem dritten Iso lierfluid befüllt ist. a smoothing choke is connected to the converter on the DC voltage side, the smoothing choke (5) being arranged in a choke housing (17) which is filled with a third insulating fluid.
4. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass für jede Wicklungsanordnung (3) ein eigenes separates Trans formatorgehäuse (2) vorgesehen ist. 4. Arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a separate transformer housing (2) is provided for each winding arrangement (3).
5. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass 5. Arrangement (1) according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
der Umrichter (4,9) wenigstens ein Phasenmodul aufweist, das einen Wechselspannungsanschluss und wenigstens einen Gleich spannungsanschluss aufweist, wobei sich zwischen dem Wechsel spannungsanschluss und jedem Gleichspannungsanschluss ein Phasenmodulzweig erstreckt, der eine Reihenschaltung aus Leistungshalbleiterschaltern oder aus zweipoligen Submodulen ausbildet, wobei jedes Submodul Leistungshalbleiterschalter und einen Kondensator aufweist, die miteinander zu einer Halb- oder Vollbrücke verschaltet sind. the converter (4,9) has at least one phase module which has an AC voltage connection and at least one DC voltage connection, a phase module branch extending between the AC voltage connection and each DC voltage connection, which forms a series circuit of power semiconductor switches or of two-pole submodules, with each submodule power semiconductor switch and has a capacitor which are interconnected to form a half or full bridge.
6. Anordnung (1) nach Anspruch 5, 6. arrangement (1) according to claim 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that
die Anzahl der Phasenmodule und die Anzahl der Wicklungsan ordnungen (3) der Anzahl der Phasen des Wechselspannungsnet zes entsprechen. the number of phase modules and the number of Wicklungsan regulations (3) correspond to the number of phases of the AC voltage network.
7. Anordnung (1) nach Anspruch 6, 7. Arrangement (1) according to claim 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that
für jedes Phasenmodul in einem eigenen separaten Gehäuse (14) angeordnet ist. is arranged for each phase module in its own separate housing (14).
8. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass 8. Arrangement (1) according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
wenigstens eine Kühlanlage (13) zum Kühlen des ersten at least one cooling system (13) for cooling the first
und/oder zweiten Isolierfluids vorgesehen ist. and / or second insulating fluid is provided.
9. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, 9. Arrangement (1) according to one of claims 5 to 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that
der Phasenmodulzweig eine Reihenschaltung aus Thyristoren aufweist, so dass ein Stromventil ausgebildet ist. the phase module branch has a series connection of thyristors so that a flow control valve is formed.
10. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, 10. Arrangement (1) according to one of claims 5 to 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass jeder Phasenmodulzweig ein- und abschaltbare Leistungshalb leiterschalter aufweist, wobei jedem ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter eine Freilaufdiode gegensinnig parallelgeschaltet ist, wobei die Schalteinheiten bestehend aus ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiter und gegensin nig parallel geschaltete Freilaufdiode miteinander in Reihe geschaltet sind oder Teil eines zweipoligen Submoduls sind. characterized in that Each phase module branch has power semiconductor switches that can be switched on and off, with each power semiconductor switch that can be switched on and off, a free-wheeling diode being connected in parallel in opposite directions, the switching units consisting of power semiconductors that can be switched on and off and free-wheeling diodes connected in parallel are connected in series with one another or are part of a two-pole submodule .
11. Anordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass 11. Arrangement (1) according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
der erste, zweite und dritte Isolierfluid identisch sind. the first, second and third isolation fluids are identical.
12. Einrichtung (18) zum Anschluss eines Wechselspannung füh rendes Hochspannungsnetzes, 12. Device (18) for connecting an alternating voltage leading high-voltage network,
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h marked by
mehrere Anordnungen (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Anordnungen elektrisch parallel zueinander angeord net sind. a plurality of arrangements (1) according to any one of the preceding claims, wherein the arrangements are net angeord electrically parallel to one another.
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