Вентильный преобразователь тока

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕпТУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< 117765 81 (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 26 04 76 (21) 2348552/18-25 (51) м. к,.

H 01 1 25/02 (32) 04. 07. 75 (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (31) Р2529954. 1 (33) ФРГ

Опубликовано 301080.Бюллетень Мо 40 (53) УДК 621. 382 (088. 8) Дата опубликования описания 30.10.80

Иностранцы

Курт 113иллинг, Манфред Шраудольф, Герд Тиле, Юрген Вебер (ФРГ) >

7 (72) Авторы изобретения

Иностранная фирма

"Сименс АГ" (ФРГ) (71) Заявитель

I (54) BEHTHJIbHblA ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТОКА

Изобретение относится к области электротехники, в частности к вентильным преобразователям тока высокого напряжения, применяемым, напри- 5 мер, в установках для передачи постоянного тока высокого напряжения.

Известны вентильные преобразователи тока, содержащие группы последовательно соединенных тиристоров, к которым электрически присоединены блоки управления, и монтажные блоки (1» .

Такие вентильные преобразователи тока имеют воздушную или масляную изоляцию, воздушное или жидкостное охлаждение и применяются в выпрямителях высоких напряжений, например, в установках для передачи постоянного тока высокого напряжения. 20

При эксплуатации таких установок в целях экономии места требуются конструкции возможно меньших размеров. Это требование может быть выполнено только посредством полностью 25 герметизированных вентилей с заземленным корпусом, для чего воздушная изоляция непригодна. Применение вентилей с масляным охлаждением и с масляной изоляцией, при которых груп-30 пы тиристоров или тиристорных столбов вентиля вставлены в бачок с масляным охлаждением, в целях безопас ности часто исключается, так как масло является гор|очим веществом. Кроме того, возникают трудности при ремонте, так как для этого необходимо открывать и опоражнивать бачок, вследствие чего работа всей установки должна приостанавливаться.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является вентильный преобразователь тока, содержащий модулй, состЬящие из групп последовательно соединенных в столб таблеточных тиристоров, которые вместе с соответствующими блоками управления и по Крайней мере частью коммутационных блоков окружены размещенным на электроизолирующих опорах изогнутым металлическим экраном, электрически с ним соединены и помещены в герметично замкнутую и заполненную под давлением газов SFI цилиндрическую напорную трубу, s которую герметично введен электрический вывод 2 .

Известный вентильный преобразователь тока может иметь компактную конструкцию и удовлетворяет требова776581 ния безопасности, однако его монтаж и техническое обслуживание затруднены. для технического обслуживания такого преобразователя тока, например дпя замены вышедшего из строя тиристора, должен быть разгерметизирован весь преобразователь, открыта напорная труба и извлечен трубчатый вкладыш, на котором крепятся модули, чтобы открыть доступ к тиристорным группам. Это техническое обслуживание требует много времени и тем самым длйтельных простоев, которые при преобразователях тока, предназначенных для высоковольтных выпрямительных установок, нежелательны. Поэтому во избежание больших рабочих потерь из- 15 вестный преобразователь рассчитывается на большее число тиристоров, чтобы не было надобности принимать меры при каждом отказе тиристора. Это связано с большими экономическими 20 затратами и, кроме того, приводит к тому, что конструктивные размеры преобразователя бывают большими, чем это необходимо.

Цель изобретения — упрощение монтажа и технического обслуживания.

Цель достигается тем, что в вентильном преобразователе тока, содер жащем модули, состоящие из групп последовательно соединенных в столб таблеточных тиристоров, которые вместе с соответствующими блоками управления и по крайней мере частью коммутацион-. ных блоков окружены размещенным на электроизолирующих опорах изогнутым металлическим .экраном, электрически с ним соедийены и помещены в герметично з амкнутую и заполненную под давлением газом SF цилиндрическую напорную трубу, в которую герметично вве- 40 ден электрический вывод, каждый модуль помещен в отдельную напорную трубу, имеющую по крайней мере с одной сторонй элемейт для разъемного

Механического соединения с соседней напорной трубой, и закрытую с двух сторон переборкой из электроизолирующего материала, через которую герметично введен электрический вывод, соединенный разъемно с электрическим выводом, введенным через переборку соседней напорной трубы, при этом группы гирйстороВ вместе с размещенными между ними радиаторами, частично являющимися .токоподводами, удерживаются в столбе а помощью пружины.

Кроме того, каждая напорная труба соединена с соседней напорной трубой с помощью трубообразного патрубка, "герметично и разъемно соединенного с 40 указанной трубой и закрытого переборкой из электроизолирующего материала.

В стенке патрубка выполнено гер"Мтйчно закрываемОе монтажное отверстие.

По крайней мере к одному из трубообразных патрубков присоединен узловой опорный элемент.

Узловой элемент выполнен в виде трубообразной детали с. выступами, через которую проходит электрический вывод и в стенке которой выполнено герметично закрываемое отверстие.

Цель достигается также тем, что вентильный преобразователь тока содержит модули, расположенные этажами в двух вертикальных столбах, напорные трубы которых объединейы соединительной трубкой, заполненной газом

SF и в которой проходИт электрический вывод.

Соединительная трубка выполнена

U — образной.

В соединительной трубке расположена вентильная дроссельная секция.

Цель достигается, кроме того, тем, что между узловыми элементами следующих друг за другом этажей установлены трубообразные опорные элементы, Некоторые из опорных элементов заполнены под давлением газа SF è содержат компенсирующий конденсатор.

Кроме того, напорные трубы модулей разных этажей выполнены различного диаметра.

На фиг. 1 показан разрез одного модуля вентиля преобразователя тока; на фиг. 2 — сечение A-A на фиг. 1; на фиг. 3 схематически изображен вентиль преобразователя тока, вид сбоку на фиг. 4 в разрезе показана соединительная трубка, выполненная в виде модуля; на фиг. 5 дан в разрезе вариант выполнения опорного элемента в виде модуля; на фиг. 6 и 7 схематически показан другой вариант конструкции вентильного преобразователя тока, соответственно виды сбоку и спереди.

Вентильный преобразователь тока содержит по крайней мере один модуль

1, который состоит из по меньшей мере одной группы 2 последовательно соединенных таблеточных тиристоров 3, к каждой стороне которых примыкает радиатор 4. В данном примере выполнения тиристорный столб охлаждается с помощью жидкости, которая подводится по трубопроводу 5. В других вариантах выполнения могут применяться также радиаторы с газовым охлаждением, при этом в качестве газообразной охлаждающей среды используется газ SF> .

Установленные друг над другом таблеточные тирйсторы 3 и радиаторы 4 закреплены изолятором 6 и нажимной деталью 7 в раме 8. Радиаторы 4 на обоих концах тиристорного столба присоединены проводом 9 к электрическому выводу 10. В этом примере выполнения все радиаторы 4 служат для прохождения электрического тока и все таблеточные тиристоры 3 включены последо776581

50 нения показаны две различные конструк-Щ вательно. Каждый тиристор 3 соединен с относящимися к нему управляющим и коммутационным блокам 11. Электрические соединительные провода между таблеточными тиристорами 3 и управляющими и коммутационными блоками

11 на фиг. 1 для наглядности.не указаны.

Тиристорные столбы и блоки 11 окружены осесимметричным металлическим экраном 12, который в данном исполне.нии является цилиндром. На обоих концах металлического экрана 12 закреплены опорными пластинами 13 из изоляционного материала электрические соединительные элементы 10. Через одну из опорных пластин 13 проходит также трубопровод 5 для охлаждающей среды. Опорные пластины 13 могут быть изготовлены, например, из литьевой смолы. Металлический экран 12 имеет потенциал, .который приблизительно соответствует среднему потенциалу тиристорного столба. Электрический вывод, по которому этот потенциал направляется к металлическому экрану 12, на фиг. 1 также не показан. В отличие от примера выполнения, приведенного на фиг. 1, для каждого таблеточного тиристора 3 и соответствующих управляющих и коммутационных блоков 11 может быть предусмотрен специальный металлический экран, при этом экраны располагаются на расстоянии друг от друга. При таких отдельных металлических экранах каждый экран имеет потенциал данного таблеточного тиристора. Вследствие этого диаметр металлического..экрана и размеры конструкции могут быть еще более уменьшены, для чего однако, необходимо значительно большее количество деталей.

Посредством патрубков 14, которые могут быть, например, патрубками из литьевой смолы, металлический экран

12 закреплен в цилиндрической напор- ной трубе 15, которую изготавливают из стали, алюминия или меди. Напорная труба 15 наполнена газом SF@ и заземлена. Напорная труба 15 в виде цилиндра обладает благоприятной геометрией для принятия внутреннего давления модуля 1 и может быть рассчитана с относительно небольшой толщиной стенок для давления от 2 до 3 бар, с которыми вводится в модуль 1 изолирующий газ SF

На своих обоих концах напорный цилиндр 15 соединен кольцевым фланцем 16 с кольцевым фланцем 17 патрубка 18, при этом между кольцевыми фланцами 16 и 17 обеспечено герметичное соединение. В этом примере выполции патрубков 18. Патрубок 18 на левом конце напорной трубы 15 служит только для перегородки напорной трубы и для механического и электрического соединения с соседней напорной

t0

ЗО

В трубой. Патрубок 18 на правом конце напорной трубы 15 выполнен, кроме того, в качестве узлового элемента и механической опорной детали.

Трубообразный патрубок 18 перекрыт перегородкой 19, выполненной в виде плоской пластины из электроизоляцион- . ного материала, например из литьевой смолы, и расположенной в основном перпендикулярно и осесимметрично к средней оси модуля 1. Через перегородку 19 газонепроницаемо проходит соединительный элемент 20. На патрубке 18 закреплен патрубок 18 следующего модуля 1. Оба патрубка 18 могутбыть изготовлены из одного куска или могут соединяться друг с другом винтами через кольцевой фланец, Разъемное электрическое соединение межцу двумя соединительными элементами 10 и 20 осуществляется муфтой 21, которая передвигается вручную в направлении стрелки 22. Этим обеспечивается легкоразъединяемое штепсельное соединение между электрическими соединительными элементами 10 и 20. Это штепсельное соединение может быть доступно через монтажное отверстие 23, выполненное в стенке патрубка 18 и.герметически закрываемое крышкой 24.

Если такой модуль 1 должен быть, например, из-за дефекта вынут и заменен, следует дегазировать -только дефектный модуль 1, открыть монтажные отверстия 23 в обоих патрубках 18, штепсельные соединения открыть посредством перемещения муфты 21 и затем разъединить винтовое соединение между кольцевыми фланцами 16 и .17. После этого модуль 1 может быть вынут и заменен другим, исправным модулем в течение нескольких минут. Оснащенный такими модулями вентиль преобразователя тока легко доступен для обслуживания.

Находящийся на правой стороне напорного цилиндра 15 патрубок 18 является в той части, которая обращена к напорной трубе, идентичным патрубку

18, находящемуся с левой стороны.

Кроме того, этот патрубок 18 выполнен в качестве механической опоры.

В устройстве предусмотрен узловой элемент 25. Патрубок 18 имеет трубообразный выступ 26, который переходит в патрубок 18 следующего модуля 1.

Выступ 26 снабжен двумя воронкообраэными соединительными штуцерами 27, которые. могут быть соединены винтами посредством кольцевого фланца 28 с другими модулями, оснащенными напорными трубами. При этом, в отличие от данного примера выполнения, в каждом соединительном штуцере 27 может быть предусмотрена отдельная перемычка, которая герметично закрывает узловой элемент. Электрический соединительный элемент 20 через трубообразный выступ 26 проходит через перегородку

776581

19 патрубка 18. Проходящая через трубоббразный выступ 26 часть соединительного элемента 20 оснащена присоединительными элементами 29, доступ к которым возможен через монтажное отверстие 30 в стенке трубообразного выстуйа 26 и которые могут быть соеди иены, например, штепсельным соединением с электросоединительным элементом другого модуля. Монтажное отверстие 30 закрывается также герметично крышкой 31.

Воронкообразные штуцеры 27 могут соединяться винтами с напорными трубами модулей, н которых установлены другие электрические детали конструкции, например секции вентильных дросселей или компенсирующие конденсаторы, или они могут быть соединены винтами с трубами н виде опорных элементов, служащих для механической опоры вентиля преобразователя тока.

В патрубках предусмотрено по одному отверстию для впуска или удаления газа, по одному отверстию для впуска

32 и отвода 33 охлаждающей среды, а также отверстие 34, через которое проходит светопровод 35, по которому подаются сигнальные импульсы коммутационным блоком 11. Конструктивное выполнение впускных 32 и выпускных

34 отверстий и соединения между отверстиями для впуска 32 и отвода 33 - "охлаждающей среды и трубопровода 5 для охлаждающей среды на фиг. 1 не

" показаны. По той же причине светопровод 35 изображен только схематичес-, ки.

Трубопроводы 36 для охлаждающей среды и светопровод 37 могут быть установлены в патрубках 14 из литьевой смолы и проходить через стенки напорной трубы 15. Как трубопровод

36, так и светопровод 37 могут ннодиться в патрубки 14 спиралеобразно в целях удлинения изоляционного пути.

Если будут применяться патрубки 14 из литьевой смолы, то светопроводы

37 могут быть залиты в патрубок 14 и через окно в напорном цилиндре 15 могут быть доступными ойтически.

В варианте конструкции, показанном на фиг. 2, металлический зкрай 12 составлен из двух чаш 38 и 39, имеющих в основном полукруглое поперечное сечение, Находящиеся друг против друга концы 40 чаш 38 и 39 согнуты внутрь для получения хорошего распределения поля в напорной трубе 15. При такой конструкции тиристорно столбы, управляющие и коммутационные блоки

11, которые находятся в металлическом экране 12, легко доступны. Если ме-, таллический экран 12 будет вынут из напорной трубы 15, то чашу 38 нужно будет только снять или приподнять для того, чтобы блоки 11 и тиристорные столбы оказались доступными для ос-!

" моrpa. Этйм еще более повышается. удобство ремонта и обслуживания модуля.

В данном примере выполнения дна тиристорных столба 2 расположены в чаше 39 рядом друг с другом. В той же чаше 39 находятся монтажные сопротивления 41 и монтажные конденсаторы 42.

При этом сопротивления 41 охлаждаютсн охлаждающей средой трубопровода 4.

В чаше 38 расположены управляющие и коммутационные блоки 11. (Штыри, пос редством которыми в чашах 38 и 39 закреплены тиристорные столбы, а также монтажные сопротивления 41, монтажные конденсаторы 42 и блоки 11 на

t фиг. 2 не показаны).

15 I

В вентилЬНом преобразователе, показанном на фиг. 3, н четырех этажах

43-46 расположены н прямоугольной форме два модуля 1, которые электрически последовательно соединены. Оба модуля 1 в каждом этаже от 43 до 46 механически и электрически соединены друг с другом узловым опорным элементом 25. Между этажами 43-46 установлены соединительные трубки 47 и

25 опбрные элементы 48 и 49. При этом . соединительные трубки 47 и опорные элементы 48 выполнены н виде напорных труб, оснащенных элементами конструкции и заполненных газом 5Г

Зо Опорные элементы 49 служат только для механического соединения и опоры.

При таком устройстве может быть полу чена самонесущая конструкция, которая не требует дополнительного кар35 каса. Однако дополнительный каркас может быть предусмотрен и неподвижно соединен с узловыми элементами 25 н виде механических опор вентильной конструкции.

В соединительных трубках 47 установлены вентильные дроссельные секции, необходимые для монтажа RC-Е укаэанного вентиля преобразователя тока. Эти вентильные дроссельные секции могут быть вставлены также и в

45 модуль,1. В этом случае в соединительные трубки 47 проводят только герметизированный электрический соединительный провод, который последовательно включает этажи 43-46. Запол5Q ненная вентильными дроссельными секциями соединительная трубка 47 может быть также выполнена в ниде модуля.

Такой модуль показан в разрезе на фиг. 4. Оснащенные ферромагнитными сердечниками 50 обмотки 51 секционированных дросселей установлены вместе с сопротивлениями 52, охлаждаемыми с помощью радиаторов 53, в металлическом экране 54, который может быть вы-. полнен аналогично металлическому эк60 рану 12 (фиг. 2).

Радиаторы 53 заполнены охлаждающей средой через трубопровод 55. Трубопровод 55 для охлаждающей среды проходит через одну из опорных пластин 56 из изоляционного материала, которыми

776581

60 цилиндрический металлический экран

54 замыкается с обеих сторон. В этих опорных пластинах 56 находятся также электрические соединительные элементы 57, соединенные проводом 58 с обмотками 51 дросселя. Металлический экран 54 закреплен электрически изолированными опорными стойками 59 в металлическом напорном цилиндре 60, заполненном газом БГ„., который через кольцевой фланец 61 может быть соединен винтами с воронкообразными соединительными штуцерами 27 узло- вого элемента 25.

Модуль может быть перекрыт с обеих сторон перемычкой, через которую герметически проходят электрические сое- динительные элементы 57.

- В опорных элементах 48 установлены компенсирующие конденсаторы (фиг. 6), предназначенные для регулирования потенциала между этажами 43-46 вентиля преобразователя тока. Опорный элемент 47 может быть выполнен как модуль. Пример выполнения такого модуля приведен на фиг. 5 в разрезе. Конденсатор 62, оснащенный электрическими соединительными элементами 63, закреплен электрически изолированными опорными стойками 64 в напорной трубе 65 из металла, наполненной газом

SF, которая также может быть соединена винтами через кольцевой фланец бб с воронкообразными соединительными штуцерами 27 узлового элемента 25.

Напорная труба может также иметь на обеих сторонах перемычки.

С описанными выше модулями может быть смонтирован вентиль преобразователя тока из унифицированных узлов (фиг. 3), состоящих из небольшого числа деталей разных типов, изготовленных серийно. С такими модулями могут быть осуществлены разные конструкции вентилей, что значительно удешевляет изготовление этих вентилей

Кроме того, с этими модулями получают ся полностью герметичные, заземленные вентили небольших размеров, которые могут применяться надежно и безопасно и, кроме того, они легко доступны для ремонта и обслуживания. Модули

1 могут быть заменены в любое время без дегазации всей установки. Замена модулей 47 и 48 может также производиться без затруднений. При этом следует отметить, что модули 47 и 48 также могут дегазироваться в отдельности, когда в узловых элементах 25 в воронкообразных соединительных штуцерах 27 имеются междуфазные перегородки. Кроме того, объем газа у такого вентиля статического преобразователя тока незначителен, так как напорные трубы должны иметь только такой диаметр, который соответствует потенциалу вентиля. у вентиля показанного на фиг. 6 и 7,модули 1 также расположены друг

J над другом в этажах 43-46, однако модули следующих друг за другом этажей прилегают один к другому, что увеличйвает устойчивость вентиля статического преобразователя тока. Соединительные трубки 47, в которых также и в этом примере выполнения, установлены вентильные дроссельные секции, согнуты U --образно и наполнены под давлением газом SF . Эти U-образно согнутые соединительные трубки

47. непосредственно соединены с,модулями 1 разъемно и герметично. Между обоими модулями 1 каждого этажа также установлен узловой элемент 25, боковые воронкообразные соединительные штуцеры 27 которого отходят в сторону и соединены винтами с соединительными штуцерами 67 опорных элементов, наполненных газом SF или модулей 48, которые тоже согнуты U- îáðàçíî и в

20 которых находятся компенсирующие кон-денсаторы. Эти модули 48 расположены сбоку от установленнйх друг на друге модулей 1 (фиг. 7). Кроме того, напорные трубки модулей в этажах 43-46

g5 имеют разные диаметры, которые соответствуют потенциалу тиристорных столбов в соответствующих этажах. При этом в данном примере выполнения предусмотрено, чтобы присоединение высокого напряжения к модулю было проведено в этаже 43. Уменьшающийся диаметр трубок в последующих этажах

44-46 соответствует потенциалу внутри . вентиля, который уменьшается относительно потенциала земли.

Предлагаемый вентильный преобразователь тока состоит из унифицированных элементов-модулей, которые по отдельности помещены в кожухе и заполненй изолирующим газом, Этим обес4Q печивается полное заземление и герметичность конструкции вентиля статического преобразователя тока при небольших размерах. Аварии, вызванные применением горючих материалов, исклю45 чаются, и вентиль статического преобразователя тока легко доступен для ремонта и обслуживания, так как при ремонте не нужно дегазировать всю установку, а только модуль, который должен быть для этого удален из установки. Такая замена модулей требует мало времени (несколько минут), поэтому исключаются длительные перерывы в работе. Кроме того, вентильный пре-, образователь тока состоит из немногих деталей, которые изготовляются и могут Применяться в различных конструкциях преобразователя тока., поэтому изготовление вентильного преобразователя тока относительно дешево.

Формула изобретения

1. Вентильный преобразователь тока, содержащий модули, состоящие из групп последовательно соединенных в столб

776581

12 лс

17 16

3 27 ГО Z5 51 таблеточных тиристоров, которые вместе с соответствующими блоками управления и по крайней мере частью коммутационных блоков окружены размещенным на электроизолирующей опоре изогнутым металлическим экраном„ электрически, с ним соединены и помещены в герметич но замкнутую и заполненную под давлением газом ЯГ„ цилиндрическую напорную трубу, в которую герметично введен электрический вывод, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью упрощения монтажа и технического обслуживания, каждый модуль помещен в отдельную напорную трубу, имеющую по крайней мере с одной стороны элементы для разъемного механического соединения i5 с соседней напорной трубой, и закрытую с двух сторон переборкой из электроизолирующего материала, через которую герметично введен электрический вывод, соединенный разъемно с злект- Щ рическим выводом,.введенным через переборку соседней напорной трубы, при этом группы тиристоров вместе с размещенными между ними радиаторами, частично являющимися токоподводами, удер-25 живаются в столбе с помощью пружины.

2. Преобразователь тока по п. 1, отличающийсятем,что каждая напорная труба соединена с соседней напорной трубой с помощью трубообразного патрубка, герметично и разъемно, соединенного с указанной трубой и закрытого переборкой из электроизолирующего. материала.

3. Преобразователь ток а по пп. 1 и.

2, о т л и ч а ю щ и и с.я тем, что в стенке патрубка выполнено герметично закрываемое монтажное отверстие.

4. Преобразователь тока, по пп 1-3, отличающийся тем, что по крайней мере к одному из трубооб- Д() разных патрубков присоединен узловой опорный элемент.

5. Преобразователь тока по пп. 1-4, отличающийся тем, что узловой элемент выполнен в виде трубообразной детали с выступами, через которую проходит электрический вывод и в стенке которой выпОлнено герметично закрываемое отверстие.

6. Преобразователь тока по пп 1-5, отличающийся тем, что он содержит модули, расположенные этажами в двух вертикальных столбах, напорные трубы которых объединены соедичительной трубкой, заполненной газом SF< и в которой проходит электрический вывод.

7. Преобразователь тока по пп 1-6, о т л и ч а ю щ и и сятем,,что соединительная трубка выполнена U-образной.

В. Преобразователь тока по и 1-7, отличающийся тем, что в соединительной трубке расположена вентильная. дроссельная секция., 9. Преобразователь тока по пп. 1 — 8, отличающийся тем, что между узловыми элементами следующих друг за другом этажей установлены трубообразные опорные элементы.

l0. Преббразователь тока. по пп. 1-9, отличающийся тем, что некоторые из опорных элементов заполнены под давлением газом 5Г и содержат компенсирующий конденсатор.

11. Преобразователь тока по пв. 1-10, отличающийся тем, что напорные трубы модулей разных этажей выполнены различного диаметра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка ФРГ М 563403, кл. 21 g 11/02, опублик. 1974.

2. Патент СШР N -3398359, кл. 321-5, опублик. 196,8 (прототип)..776581

46

47

46

4g

44.

47

43

49

Фиг. 2

6О

56

57 иг.

67 г7

Фиг. 6

Фиг. 7

Составитель A. Прохорова

Редактор Т. Рыбалова Техред И.достало Корректор М ° A< «

Заказ 7 810/71 Тираж 844 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4