Коммутационное устройство

Изобретение относится к коммутационному устройству, имеющему коммутационный модуль и канал охлаждения. Техническим результатом является наличие системы охлаждения, имеющей простую, оптимальную по стоимости и удобную в техническом обслуживании конструкцию. Коммутационное устройство (1) включает в себя: корпус (2); коммутационный модуль (3, 3', 3''), который расположен внутри корпуса (2) и имеет коммутационный элемент (4) и канал (5) охлаждения; изоляционную жидкость (6) внутри корпуса (2), которая окружает коммутационный модуль (3, 3', 3''); циркуляционный контур (7) охлаждения, который имеет насос (8), канал (5) охлаждения и теплообменник (10); при этом внутренняя область корпуса (2) и циркуляционный контур (7) охлаждения гидравлически соединены друг с другом. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение касается коммутационного устройства, имеющего коммутационный модуль и канал охлаждения.

Задачей изобретения является предоставить коммутационное устройство, имеющее коммутационный модуль, система охлаждения которого имеет простую, оптимальную по стоимости и удобную в техническом обслуживании конструкцию.

Эта задача решается с помощью коммутационного устройства по независимому пункту формулы изобретения. При этом признаки зависимых пунктов формулы изобретения представляют собой усовершенствованные варианты изобретения.

Изобретение предлагает коммутационное устройство, включающее в себя:

- корпус;

- по меньшей мере один коммутационный модуль, который расположен внутри корпуса и имеет по меньшей мере один коммутационный элемент и по меньшей мере один канал охлаждения;

- изоляционную жидкость внутри корпуса, которая окружает коммутационный модуль;

- циркуляционный контур охлаждения, который имеет насос, каналы охлаждения и теплообменник;

при этом

- внутренняя область корпуса и циркуляционный контур охлаждения гидравлически соединены друг с другом.

Благодаря гидравлическому соединению между циркуляционным контуром охлаждения и внутренней областью корпуса, в которой расположен указанный по меньшей мере один коммутационный модуль, одна и та же изоляционная жидкость может использоваться для охлаждения коммутационных элементов и для изоляции коммутационных модулей. Возможные утечки в канале охлаждения, благодаря использованию одной и той же изоляционной жидкости, оказывают меньшее негативное воздействие на коммутационное устройство, чем, например, при различных изоляционных жидкостях и охлаждающих жидкостях, например, воде. Смешивание различных жидкостей, например, воды и масла, может иметь катастрофические последствия. При этом также значительно облегчается техническое обслуживание. В этом случае должна заменяться только одна изоляционная жидкость вместо двух. Небольшие утечки в канале охлаждения компенсируются гидравлическим соединением, так что не возникает необходимости в немедленном техническом обслуживании и при этом выводе из эксплуатации коммутационного устройства.

Коммутационное устройство может быть выполнено любым образом, например, в виде переключателя ступеней для ступенчатых трансформаторов в области низких, средних и высоких напряжений, в виде переключателя ступеней для ступенчатых трансформаторов, применяющихся в энергосетях или плавильных печах.

Коммутационный модуль коммутационного устройства может выть выполнен любым образом, и, например, состоять из элементов полупроводниковых пластин, в частности, в виде тиристоров, IGBT (англ. insulated-gate bipolar transistor, биполярный транзистор с изолированным затвором, БТИЗ) и пр.

Изоляционная жидкость может быть любой, например, представлять собой изоляционное масло или жидкий сложный эфир.

Коммутационное устройство может содержать любое количество коммутационных модулей, предпочтительно один коммутационный модуль для каждой подключаемой фазы ступенчатого трансформатора.

Соединение между внутренней областью корпуса и циркуляционным контуром охлаждения может быть выполнено любым образом, например, оно может быть расположено в расширительном баке вне коммутационного устройства.

Может быть предусмотрено, чтобы

- коммутационный модуль включал в себя по меньшей мере одну охлаждаемую коробку, в которой выполнены предназначенные для него каналы охлаждения;

- каждая охлаждаемая коробка имела вход для ввода и выход для вывода изоляционной жидкости;

- каждая охлаждаемая коробка и соответствующий коммутационный элемент были термически, электрически и механически соединены друг с другом.

Охлаждаемые коробки выполнены из электрически, а также термически проводящего материала, такого как, например, алюминий. Каналы охлаждения пронизывают внутреннюю область охлаждаемых коробок, например, в меандрической форме.

Может быть предусмотрено, чтобы

- каждый коммутационный модуль имел по меньшей мере одна стойка коммутационного модуля;

- каждая стойка коммутационного модуля включала в себя по меньшей мере одну охлаждаемую коробку и по меньшей мере один коммутационный элемент, которые расположены друг над другом и термически, электрически и механически соединены друг с другом.

Коммутационные элементы могут быть выполнены любым образом и, например, электрически подключаться по отдельности или группами. В группах коммутационные элементы электрически соединены по последовательной или параллельной схеме. Коммутационный модуль может содержать любое количество стоек коммутационного модуля.

Может быть предусмотрено, чтобы

- каждая стойка коммутационного модуля была расположена между верхней стяжной пластиной и нижней стяжной пластиной.

Может быть предусмотрено, чтобы

- каждая верхняя стяжная пластина и ответная нижняя стяжная пластина были механически соединены друг с другом посредством распорных стоек;

- распорные стойки были выполнены полыми;

- верхняя распределительная пластина была расположена над верхней стяжной пластиной и механически соединена с ней;

- нижняя распределительная пластина была расположена под нижней стяжной пластиной и механически соединена с ней;

- распорные стойки были гидравлически соединены с каналами охлаждения;

- нижняя распределительная пластина и по меньшей мере одна из распорных стоек служили подающим устройством, чтобы вводить через них в каналы охлаждения изоляционную жидкость;

- верхняя распределительная пластина и по меньшей мере одна из других распорных стоек служили отводящим устройством, чтобы выводить через них из каналов охлаждения изоляционную жидкость.

Гидравлическое соединение между распорными стойками и каналами охлаждения может реализовываться посредством по меньшей мере одной охлаждаемой коробки, которая посредством трубопроводов соединена с распорной стойкой. Канал охлаждения может быть, например, образован охлаждаемыми коробками, гидравлически соединенными параллельно или последовательно.

Распорные стойки и распределительные пластины могут быть выполнены любым образом, например, из высокопрочного, электрически изоляционного материала, такого как упрочненный стекловолокном полимерный материал.

Может быть предусмотрено, чтобы

- внутренняя область корпуса и циркуляционный контур охлаждения были соединены друг с другом через расширительный бак.

Может быть предусмотрено, чтобы

- коммутационный модуль имел четыре стойки коммутационного модуля;

- у каждой стойки коммутационного модуля были предусмотрены по меньшей мере одна из распорных стоек в качестве подающего устройства, и по меньшей мере один из других распорных стоек в качестве отводящего устройства.

Может быть предусмотрено, чтобы

- стойки коммутационного модуля удерживались в коммутационном модуле посредством узла распределения давления.

Может быть предусмотрено, чтобы

- коммутационное устройство представляло собой переключатель ступеней для регулирования напряжения в ступенчатом трансформаторе, имеющем регулировочную обмотку.

Ниже изобретение и его преимущества описаны подробнее со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

фиг.1: коммутационное устройство, имеющее циркуляционный контур охлаждения;

фиг.2: фрагмент коммутационного модуля;

фиг.3: коммутационный модуль;

фиг.4: коммутационный модуль в сечении (B-B);

фиг.5: коммутационный модуль в корпусе;

фиг.6: узел распределения давления коммутационного модуля.

Для одинаковых и эквивалентных элементов изобретения используются идентичные ссылочные обозначения. Далее, в целях наглядности только на отдельных фигурах изображаются ссылочные обозначения, которые требуются для описания данной фигуры. Изображенные варианты осуществления представляют собой только примеры, каким может быть предлагаемое изобретением коммутационное устройство, и поэтому не являются окончательным ограничением изобретения.

На фиг.1 показано коммутационное устройство 1, в частности переключатель отводов под нагрузкой для регулирования напряжения в регулируемом трансформаторе, имеющем регулировочную обмотку, снабженную циркуляционным контуром 7 охлаждения. Коммутационное устройство 1 включает в себя корпус 2, который наполнен изоляционной жидкостью 6. Внутри корпуса 2 расположены три коммутационных модуля 3, 3', 3''. Каждый коммутационный модуль 3, 3', 3'' имеет по меньшей мере один коммутационный элемент 4 и по меньшей мере один канал 5 охлаждения. Каждый канал 5 охлаждения является частью циркуляционного контура 7 охлаждения. Кроме того, в циркуляционном контуре 7 охлаждения расположены теплообменник 10 и насос 8. Внутренняя область корпуса 2 и циркуляционный контур 7 охлаждения гидравлически соединены друг с другом, т.е. возможен обмен изоляционной жидкостью 6 между циркуляционным контуром 7 охлаждения и внутренней областью корпуса 2. В изображенном здесь варианте осуществления соединение между внутренней областью корпуса 2 и циркуляционным контуром 7 охлаждения реализуется через расширительный бак 11. Изоляционная жидкость предпочтительно представлять собой эфир или изоляционное масло, которое может использоваться как в циркуляционном контуре 7 охлаждения для охлаждения каждого коммутационного модуля 3, 3', 3'', так и внутри корпуса 2 в качестве изоляционного средства. Коммутационный элемент 4 представляет собой элемент полупроводниковой пластины и может быть выполнен, например, в виде тиристора, IGBT и пр.

На фиг.2 показан фрагмент коммутационного модуля 3, в частности несколько коммутационных элементов 4 и охлаждаемых коробок 20, которые поочередно соединены друг с другом механически, термически и электрически. Внутри каждой охлаждаемой коробки 20 выполнен канал 5 охлаждения, по которому подается изоляционная жидкость 6 для охлаждения коммутационного элемента 4. Для этого охлаждаемые коробки 20 имеют каждая вход 21 для ввода изолирующей жидкости 6 и выход 22 для вывода изолирующей жидкости 6.

Коммутационные элементы 4 могут электрически подключаться по отдельности или группами. В группах коммутационные элементы 4 соединены по последовательной или параллельной схеме.

На фиг.3 показан весь коммутационный модуль 3. Он имеет четыре стойка 30 коммутационного модуля, которые состоят каждый из нескольких уложенных стопой друг на друга, механически, термически и электрически соединенных коммутационных элементов 4 и охлаждаемых коробок 20, имеющих выполненные в них каналы 5 охлаждения. Каналы 5 охлаждения отдельных охлаждаемых коробок 20 соединены между собой гидравлически трубопроводами 18. Стойки 30 коммутационного модуля расположены между верхней стяжной пластиной и нижней стяжной пластиной 16. Кроме того, между стяжными пластинами 15, 16 размещено восемь распорных стоек 42. Эти распорные стойки 42 механически соединены со стяжными пластинами 15, 16 и образуют каркас коммутационного модуля 3. Распорные стойки 42 предпочтительно выполнены в виде труб из упрочненного стекловолокном полимерного материала и являются при этом полыми внутри и электрически изолирующими. Кроме того, распорные стойки 42 трубопроводами 18 соединены с охлаждаемыми коробками 20. Охлаждаемые коробки 20 гидравлически соединены друг с другом последовательно или параллельно.

Над верхней стяжной пластиной 15 расположена верхняя распределительная пластина 50, а под нижней стяжной пластиной 16 - нижняя распределительная пластина 51. Верхняя, служащая отводящим устройством 61 распределительная пластина 50 имеет внутри каналы, которые с одной стороны гидравлически соединены с распорными стойками 42, а с другой стороны - с теплообменником 10 или, соответственно, насосом 8 циркуляционного контура 7. Нижняя, служащая подающим устройством 61 распределительная пластина 51 также имеет внутри каналы, которые с одной стороны соединены с распорными стойками 42, а с другой стороны - с теплообменником 10 или, соответственно, насосом 8 циркуляционного контура 7. Нижняя распределительная пластина 51 служит дополнительно для опоры коммутационного модуля 3. Так как обе распределительные пластины 50, 51 состоят из полимерного материала, они служат одновременно для изоляции коммутационного модуля 3 относительно потенциала, имеющегося на корпусе 2.

На фиг.4 показан вид сечения B-B коммутационного модуля 3 с фиг.3, при этом первая распорная стойка 40 механически и гидравлически соединен с нижней стяжной пластиной 16. Дополнительно первая распорная стойка 40 несколькими трубопроводами 18 гидравлически соединен с каналами 5 охлаждения, которые выполнены в охлаждаемых коробках 20. Вторая распорная стойка 41 механически и гидравлически соединен с верхней стяжной пластиной 15. Дополнительно вторая распорная стойка 41 тоже несколькими трубопроводами 18 механически и гидравлически соединен с каналами 5 охлаждения, которые выполнены в охлаждаемых коробках 20. Таким образом, весь коммутационный модуль 3 может рассматриваться как один канал 5 охлаждения. При этом охлаждаемые коробки 20 могут быть гидравлически соединены параллельно или последовательно друг с другом между двумя распорными стойками 40, 41.

На фиг.5 показан коммутационный модуль 3 в корпусе 2 коммутационного устройства 1. В этом случае отводящее устройство 61 и подающее устройство 60, в частности верхняя и нижняя распределительные пластины 50, 51, трубопроводами 36 соединены с расположенным вне корпуса 2 насосом 8 и теплообменником 10. Коммутационный модуль 3 окружен здесь изоляционной жидкостью 6.

На фиг.6 показан детальный вид коммутационного модуля 3. Чтобы можно было фиксировать стойки 30 коммутационного модуля в коммутационном модуле 3, между крайней верхней охлаждаемой коробкой 20 и верхней стяжной пластиной 15 вводится узел 70 распределения давления. Узел 70 распределения давления в области, расположенной возле охлаждаемой коробки 20, имеет фланец 71. Верхняя область узла 70 распределения давления имеет резьбу 72, на верхнем конце которой расположена винтовая гайка 74. Между фланцем 71 и винтовой гайкой 74 расположены тарельчатые пружины 73 и накладка 75 тарельчатых пружин. Предварительно узел 70 распределения давления под прессом настраивается на заданную, необходимую для коммутационного модуля 3 силу предварительного натяга. При стягивании тарельчатые пружины через накладку 75 тарельчатых пружин прижимаются к фланцу 71 и арретируются винтовой гайкой 74. Узел 70 распределения давления через накладку 75 тарельчатых пружин ввертывается в стяжную пластину 15 до прилегания узла 70 распределения давления к крайней верхней охлаждаемой коробке 20 данной стойки 30 коммутационного модуля. Затем узел 70 распределения давления арретируется и фиксируется от прокручивания. Путем ослабления винтовой гайки 74 заданный предварительный натяг тарельчатых пружин 73 передается на стойку 73 коммутационного модуля.

Так как каждая стойка 30 коммутационного модуля стягивается посредством отдельного узла 70 распределения давления, эти две стойки 73 коммутационного модуля механически не связаны друг с другом, и поэтому возможна компенсация различий высоты.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1 Коммутационное устройство

2 Корпус

3, 3', 3'' Коммутационный модуль

4 Коммутационный элемент

5 Канал охлаждения

6 Изоляционная жидкость

7 Циркуляционный контур охлаждения

8 Насос

10 Теплообменник

11 Расширительный бак

15 Верхняя стяжная пластина

16 Нижняя стяжная пластина

18 Трубопроводы

20 Охлаждаемая коробка

21 Вход

22 Выход

30 Стойка коммутационного модуля

36 Трубопроводы

40 Первый распорный столбик

41 Второй распорный столбик

42 Распорные стойки

50 Верхняя распределительная пластина

51 Нижняя распределительная пластина

60 Подающее устройство

61 Отводящее устройство

70 Узел распределения давления

71 Фланец

72 Резьба

73 Тарельчатые пружины

74 Винтовая гайка

75 Накладка тарельчатых пружин

1. Коммутационное устройство (1), включающее в себя:

- корпус (2);

- коммутационный модуль (3, 3', 3''), который расположен внутри корпуса (2) и имеет коммутационный элемент (4) и канал (5) охлаждения;

- изоляционную жидкость (6) внутри корпуса (2), которая окружает коммутационный модуль (3, 3', 3'');

- циркуляционный контур (7) охлаждения, который имеет насос (8), канал (5) охлаждения и теплообменник (10);

при этом

- внутренняя область корпуса (2) и циркуляционный контур (7) охлаждения гидравлически соединены друг с другом.

2. Коммутационное устройство (1) по п. 1, в котором

- коммутационный модуль (3, 3', 3'') включает в себя охлаждаемую коробку (20), в которой выполнен канал (5) охлаждения;

- охлаждаемая коробка (20) и коммутационный элемент (4) термически проводящим соединением соединены друг с другом.

3. Коммутационное устройство (1) по п. 2, в котором

- коммутационный модуль (3, 3', 3'') имеет стойку (30) коммутационного модуля;

- стойка (30) коммутационного модуля включает в себя охлаждаемую коробку (20) и коммутационный элемент (4), которые расположены друг над другом и термически проводящим соединением соединены друг с другом.

4. Коммутационное устройство (1) по п. 3, в котором

- стойка (30) коммутационного модуля расположена между верхней стяжной пластиной (15) и нижней стяжной пластиной (16).

5. Коммутационное устройство (1) по п. 4, в котором

- верхняя стяжная пластина (15) и нижняя стяжная пластина (16) посредством распорных стоек (42) механически соединены друг с другом;

- распорные стойки (42) выполнены полыми;

- верхняя распределительная пластина (50) расположена над верхней стяжной пластиной (15) и механически соединена с ней;

- нижняя распределительная пластина (51) расположена под нижней стяжной пластиной (16) и механически соединена с ней;

- распорные стойки (42) гидравлически соединены с каналами (5) охлаждения;

- нижняя распределительная пластина (51) и одна из распорных стоек (42) служат подающим устройством (60), чтобы вводить через них в каналы (5) охлаждения изоляционную жидкость (6);

- верхняя распределительная пластина (50) и одна из других распорных стоек (42) служат отводящим устройством (61), чтобы выводить через них из каналов (5) охлаждения изоляционную жидкость (6).

6. Коммутационное устройство (1) по одному из пп. 1-5, в котором

- внутренняя область корпуса (2) и циркуляционный контур (7) охлаждения соединены друг с другом через расширительный бак (11).

7. Коммутационное устройство (1) по п. 1, в котором

- коммутационный модуль (3, 3', 3'') имеет четыре стойки (30) коммутационного модуля;

- у каждой стойки (30) коммутационного модуля предусмотрены одна из распорных стоек (42) в качестве подающего устройства (60), а другая из распорных стоек (42) - в качестве отводящего устройства (61).

8. Коммутационное устройство (1) по п. 7, в котором

- стойки (30) коммутационного модуля удерживаются в коммутационном модуле (3, 3', 3'') посредством узла (70) распределения давления.

9. Коммутационное устройство (1) по одному из пп. 1-5, 7, 8, при этом

- коммутационное устройство (1) представляет собой переключатель ступеней для регулирования напряжения в ступенчатом трансформаторе, имеющем регулировочную обмотку.