EP0223954A1 - Ventildrossel, insbesondere für Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlagen - Google Patents

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winding
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valve throttle
primary winding
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Siemens Corp
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Siemens Corp
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F27/30—Fastening or clamping coils, windings, or parts thereof together; Fastening or mounting coils or windings on core, casing, or other support
    • H01F27/306—Fastening or mounting coils or windings on core, casing or other support
    • H—ELECTRICITY
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/18—Rotary transformers

Definitions

  • the invention relates to a valve throttle for high-voltage direct current transmission systems.
  • HVDC systems are generally used today to distribute electrical energy as a link between two three-phase systems; network-controlled controllable semiconductors (thyristors) convert the three-phase current on the transmitting side for transmission into direct current and on the receiving side back into three-phase current.
  • thyristors network-controlled controllable semiconductors
  • the highest achievable thyristor voltage is small compared to the valve voltage necessary for economical transmission.
  • a large number of thyristors must therefore be connected in series for an HVDC valve.
  • a valve choke with a liquid-cooled choke coil and choke core is also connected in series with the individual thyristors.
  • each HVDC valve consists of a larger or smaller number of identical thyristor and throttle modules, which are combined in a tower-like manner in a tower base frame, depending on the voltage to be controlled.
  • a compact valve throttle should be able to be created with simple manufacturing technology, which can nevertheless ensure the insulation strength and freedom from partial discharge required for all load cases between the components which are under different voltages.
  • the arrangement of the entire choke coil winding in a potting block held in a frame by means of mounting pins and thus contact-free to only one leg of the self-potted choke core allows a high level of insulation and maximum creepage distances with a compact and easy-to-assemble construction, and thus a high degree of freedom from partial discharge as well as very good cooling properties.
  • a particularly high degree of compactness, in particular a low overall height, can be achieved for the choke coil mounted on only one leg of the choke core in that it has two layers with a first winding part and a second winding part concentric therewith and with a core potential center connection approximately in the center of the winding, i.e. in the transition from the first winding part is provided for the second winding part; as a result, the voltage stress between the choke core and the choke winding, which is supported in a cantilever manner to one leg of the choke core, can be reduced to half the nominal voltage, and the maximum necessary clearance or creepage distance can also be reduced by half.
  • the particularly good possibility of heat dissipation also contributes to the compactness of the valve throttle according to the invention, in particular due to the casting a cooling pipe through which the cooling medium flows to the surrounding primary winding and, on the other hand, the non-potting of the choke core, material accumulations and thus the risk of increased material tensions due to different temperature expansion coefficients being advantageously avoided in comparison with valve chokes with an integrally molded choke coil and choke core.
  • the clamping frame which is used on the one hand for fastening the throttle core and on the other hand for the self-supporting mounting of the choke coil, is made of plastic, which, in addition to a simple specific shape for the mounting receptacles, also results in additional losses in the sense of great compactness of the valve throttle can be reduced by stray fields.
  • a cutting band throttle core 5 In a ribbed plastic tenter frame 6, the most important parts of the valve throttle are a cutting band throttle core 5 and a casting block 1, into which a primary winding 2, 3 and a secondary winding 4 are cast.
  • the double U-shaped cutting band throttle core 5 held together by tensioning straps 52 is held in the tensioning frame 6 by means of tie rods 51.
  • One left leg of the cutting band choke core 5 is encased without contact by the casting block 1, in which the primary winding 2, 3 and the secondary winding 4 are cast.
  • the casting block 1 is supported in the clamping frame 6 in a cantilever manner to the left leg of the cutting band throttle core 5.
  • Rubber buffers 7 serve as lower receptacles, while funnel-shaped depressions 11 are cast into the casting block 1 as upper receptacles, engage in the stud screws 8, the penetration depth of which can be adjusted relative to the clamping frame 6 and can be fixed after the desired setting depth has been reached.
  • the primary winding 2, 3 of the choke coil is wound in two layers with a first winding part 2 with the outer connection 21 and and a second inner winding part 3 concentric with it, with an outer connection 31 and a core potential center connection M in the middle of the winding, ie in the transition area from the outer first winding part 2 to the inner second winding part 3.
  • a single-layer secondary winding 4 protrudes from the casting block 1 with its outer connections 41, 42.
  • a water-flowed stainless steel cooling tube 9 with the outer connections 91, 92 serves to cool the primary winding 2, 3; for better thermal contact between the cooling tube 9 and the secondary winding 2, 3, which is expediently surrounding in the form of an upright wound copper hollow profile conductor is the space between the cooling tube 9 and the primary winding - as can be seen from the partial section in the left part of Figure 2 - also filled with a potting compound 10.
  • the cooling tube provided here within the primary winding, which is preferably designed as a hollow profile with a cooling tube running inside the hollow profile, it can also be ensured by expanding the pressure of the cooling tube or by shrinking the hollow profile onto the cooling tube that this is in particularly good thermal contact with the primary winding.
  • the leg of the cutting band choke core 5 encompassed by the potting block 1 is held in contact-free distance from the potting block 1 on all sides, so that compared to the usual windings wedged on the choke core, the dimensions are much higher in comparison Partial discharges exist or the throttle module can be built much more compactly with the same good prevention of partial discharges.

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Abstract

Es soll mit einfachen fertigungstechnischen Mitteln eine kompakte Ventildrossel geschaffen werden, die trotzdem die für alle Lastfälle geforderte Isolierfestigkeit und Teilentladungsfreiheit zwischen den unter unterschied­licher Spannung stehenden Bauteilen gewährleisten kann; dazu werden u.a. folgende Maßnahmen vorgeschlagen:
  • a) Die Drosselspule (2,3,4) ist freitragend zu einem Schenkel des Drosselkerns (5) in einem Spannrahmen (6) angeordnet;
  • b) die Drosselspule (2,3,4) ist allwicklungsseitig ver­gossen und der Vergußblock (1) ist über Aufnahmen (Gummipuffer 7, Stiftschrauben 8) in dem Spannrahmen (6) gelagert;
  • c) der Drosselkern (5) besteht aus zwei U-Kernen und ist in dem Spannrahmen (4) befestigt (Zugstangen 51);
  • d) die Drosselspule (2,3,4) enthält eine zweilagig ge­wickelte Primärwicklung (2,3) mit einem ersten Wick­lungsteil (2) und einem dazu konzentrischen zweiten Wicklungsteil (3) sowie mit einem Kernpotentialmitten­anschluß (M) etwa in der Wicklungsmitte zwischen dem ersten Wicklungsteil (2) und dem zweiten Wicklungs­teil (3).

Description

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

Claims (6)

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

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