Вентильный преобразователь тока Советский патент 1980 года по МПК H01L25/02 

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

Известны вентильные преобразователи тока, содержащие группы последовательно соединенных тиристоров, Ю к которым электрически присоединены блоки управления, и монтажные блоки ИТакие вентильные преобразователи тока имеют воздушную или масляную 5 изоляцию, воздушное или жидкостное охлаждение и применяются в выпрями- 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 rpyn- Q

пы тиристоров или тири(/торных столбов вентиля вставлены в бачок с масляным охлаждением, в целях безопаст ностичасти исключается, так как масло является горючим 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 модули, состЬящиё из групп последовательно соединенных в .столб таблеточных тиристоров, которые вместе с соответствующими блоками управления и по kpaйнeй 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 SFj, цилиндрическую напорную трубу, в которую герметично введен электрический вывод 2.

Известный вентильный преобразователь тока может иметь компактную конструкцию и удовлетворяет требовання безопасности, однако его монтаж и техническое обслуживание затруднены. Для технического обслуживания такого преобразователя тока, например замены зышедшего из строя тиристора, должен быть разгерметизирован . весь преобразователь, открыта напорная труба и извлечен трубчатый вкладчиц, на котором крепятся модули, чтобы Открыть доступ к тиристо|эным группаи. Это техническое обслуживание требует много времени и тем самым длительных простоев, которые при преобразователях тока, предназначенных для высоковольтных выпрямительных установок, нежелательны. Поэтому во избежание больших рабочих потерь известный преобразователь рассчитывается на большее число тиристоров, чтобы не было надобности принимать меры при каждом отказе тиристора. Это связано с большими экономическими 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, содержащем модули, состоящие из групп последовательно соединенных в столб таблеточных тиристоров,- которые вместе с соответствующими блоками управления и по крайней мере частью коммутационных 6ЛОКС1В окружены размещенным на электроизолирующих опорах изогнутым металлическим экраном, электрически с ним соединены и помещены в герметично Замкнутую и заполненную под давлением газом SFp цилиндрическую напорную трубу, в которую герметично вве Дёй Электрический вывод, каждый моДуЛ1Ь помещен в отдельную напорную трубу, имеющую по крайней мере с одной стороны элемент для разъемного МёХанйч ёското соединения с соседней напорной трубой, и закрытую с двух сторон переборкой из электроизолирующего материала, через которую герметично введен электрический вывод, соединенный разъёмно с электрическим выводом,введенным через переборку соседней напорной трубы, при этом Tpynrnj THpHctogjOS вместе с размещенными между ними радиаторами, частично Являющимися токоподводами, удерживаются в столбе с помощью пружины.

Кроме того, 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.

В стенке патрубка выполнено гер йёШчйбзаКрЫваёМое монтажное отверс тйеГ.

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

Узловой элемент выполнен в виде трубообразной, детали с выступами, р через которую проходит электрический

вывод и в стенке которой выполнено , герметично закрываемое .отверстие.

Цель достигается также тем, что Q вентильный преобразователь тока содержит модули, расположенные этажами в двух вертикальных столбах, напорные трубы которых объединены соединительной трубкой, заполненной газом f SF(j и в которой проходит электрический вывод.

Соединительная трубка выполнена и - образной.

В соединительной трубке расположена вентильная дроссельная секция. 0 Цель достигается, кроме того, тем, что между узловыми элементами следующих друг за другом этажей установлены трубообраэные опорные элементы.

Некоторые из опорных элементов заполнены под давлением газа S F, и содержат компенсирующий конденсатор.

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

Q На фиг. 1 показан разрез одного модуля вентиля преобразователя тока; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 схематически изображен вентиль преобразователя тока, вид сбоку; на 5 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. б и 7 схематически показан другой вариант конструкции вентильного преобразователя тока, соответственно виды сбоку и спереди. .

Вентильный преобразователь тока содержит по крайней мере один модуль 5 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 выполQ нения тйристорный 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 охлаждаквдей среды используется газ S F.

Установленные друг над другом табле:точныё тиристоры 3 и радиаторы 4 закреплены изолятором б и нажимной деталью 7 в раме 8. Радиаторы 4 на 0 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 последовательно. 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

11на фиг, 1 для наглядности.не указаны....

Тиристорные столбы и блоки 11 окружены осесимметричным металлическим экраном 12, который в данном исполнении 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. Элeктp fчecкий 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 управляювщх 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 значитель но большее количество деталей.

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

12закреплен в цилиндрической напорной 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 S Fjj .

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 выполнения показаны две различные конструк ции 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

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 могут быть изготовлены из одного куска или

5 могут .соединяться друг с другом винтами через кольцевой фланец. РазъемНое электрическое соединение между 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 штеп- .

5 сельное соединение может быть доступно через монтагкное отверстие 23, выполненное в стенке патрубка 18 и герметически закрываемое крышкой 24. Если такой модуль 1 должен быть,

Q например, из-за дефекта вынут и заменен, следует дегазировать -только дефектный модуль 1, открыть монтажные отверстия 23 в обоих патрубках 18, - штепсельные соединения открыть пос, редством 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 те- чение нескольких минут. Оснащенный

0 такими модулями вентиль преобразователя тока легко доступен для обслуживания.

Находящийся на правой стороне на- , порного 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.

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

0 соединительном штуцере 27 может быть предусмотрена отдельная перемычка, которая герметично закрывает узловой элемент. Электрический соединительный элемент 20 через трубообразный выступ 26 проходит через перегородку

19 патрубка 18. Проходящая через трубообразныП выступ 26 часть соединительного элемента 20 оснащена присоединительными элементами 29, доступ Kf которым возможен через монтажное отверстие 30 в стенке трубообразкого выступа 26 и которые могут быть соединены, 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, в которых установлены другие электрическиедетали конструкции, например секции вентильных дросселей или компенсирующие конденсаторы, или они могут быть соединены винтами с трубами в 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

ШЛаясда ющёй среды и трубопровода 5 для охлаадающей среды на фиг. 1 не

П&к53акы, По той же причине светопровод 35 изображен только схематическй

Трубопроводы 36 для охлаждающей

среды я свётопровод 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 ввоиться В патрубки 14 спиралеобразно в целях удлинения изоляционного пути. Если будут применяться патрубки 14 из Литьевой смолы, то светопроводы 3.7 могут быть залиты в патрубок 14

и окно в напорном цилиндре 15 могут быть доступными оптически.

В варианте конструкции,показанном на фиг,. 2, мёталлй сёбкйй экран12 составлен из двух чаш 38 и 39, имеющих в основном полукруглое поперечное, сечение. Находящиеся друзг против друга концы 40 чаш 38 и 39 согнуты внутрь для получения хорошего распределения поля в напорной трубе 15. При такой конструкции тиристорнйе столбы, управляющие и коммутационные блоки 11, которые находятся в металлическом экране 12, лёгкЪ доступны. Если метаЛлйческий экран 12 будет вынут из напорной трубы 15, то чашу 38 нужно будет только снять или приподнять для того, чтобы блоки 11 и тиристорныё столбы оказались доступными для . Этим еще более повышается.

8

удобство ремонта и обслуживания мо дуля.

В данном примере выполнения два тиристорных столба 2 расположены в чаше 39 р1ядом друг с другом. В той же J чаше 39 находятся монтажные сопротивления 41 и монтажные конденсаторы 42. При этом сопротивления 41 охлаждаютса охлаждающей средой трубопровода 4. В чаше 38 расположены управляющие и

Q коммутационные блоки 11. (Штыри, посредством которые в чашах 38 и 39 закреплены тиристорн:ые столбы, а также монтажные сопротивления 41,-монтажные конденсаторы 42 и блоки фиг. 2 не показаны).

5 - .- - - , - . .: .1В вентилбком преобразователе, показанном на фиг. 3, в четырех этажах 43-46 расположены в 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

5 опорные элементы 48 и 49. При- этим соединительные трубки 47 и опорные элементы 48 выполнены в виде напор-. . ных труб, оснащенных элементами кон-, струкций и заполненных газом SFg .

0 Опорные элементы 49 служат только

для механического соединения и опоры. При таком ycTppjftcTBeможет быть получана самонесугцая ;конструкция, которая не требует дополнительного кар5 -каса. Однако дополнительный каркас может быть предусмотрен и неподвижно соединен с узловьлми элементами 25 в виде механических опор вентильной конструкции. В соединительных трубках 47 установлены вентильные дроссельные секции, необходимые для монтажа указанного вентиля преобразователя тока. Эти вентильные дроссельные секции мОгут быть вставлены также ив

5 модуль.1. В этом случае в соединительные трубки 47 -проводят только герметизиров.анный электрический соединительный провод, который последовательно включае;т этажи 43-46. Запол0 нейная вентильными дроссельными секциями соединительная трубка 47 может быть также выполнена в виде модуля. Такой модуль показан в разрезе на фиг. 4. Оснащейные ферромагнитными

e сердечниками 50 обмотки 51 секционирдванных дросселей установлены вместе с сопротивлениями 52, охлаждаемыми с . помощью радиаторов 53, в металлическом экране 54, который может быть вы-, полнен аналогично мeтaлличecкo y эк0 рану12 (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

цилиндрический металлический экран 54 замыкается с обеих сторон. В этих опорных пластинах 56 находятся также электрические соединительные элемейты 57, соединенные проводом 58 с обмотками 51 дросселя. Металлический экран 54 закреплен электричедки изолированными опорными стойками 59 в металлическом напорном цилиадрё 60) заполненном газом SF, 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 соединительные элементы 57.

-В опорных элементах 48 установлены компенсирующие конденсаторы (фиг. 6), предназначенные длярегулирования потенциала 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 соединит:ельными элементами 63, закреплен электрически изолированными опорными стойками 64 в напорной трубе 65 из металла, наполненной газом SFe, , которая также может быть соединена винтами через кольцевой фланец 66 с воронкообразными соединительными штуцерами 27 узлового элемента 25. Напорная труба может также иметь на сторонах перемычки,

С описанными выше модулями может быть смонтирован вентиль преобразователя тока из унифицированных узлов (фиг. 3), состоящих из неболь шого 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 получаются 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 отдель-. ности, 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

над другом в этажах 43-46, однако модули следующих друг за другом этажей прилегают один к другому, что увеЛй,чйвает уст6йчивость 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 S.f . Эти U-образно согнутые соединительные трубки

o 47. непосредственно соединены с, модулями 1 разъемно и герметично. Между обоими модулями 1 каждого этажа также установлен узловой элемент 25, боковые воронкооб1эазные соединительные

5 штуцеры 27 которого отходят в сторону и соединены винтами с сдединительнымйштуцерами 67 опорных элементов, наполненных газом SF или модулей 48, которые тоже согнуты U-образно и в

0 которых находятся компенсирующие кон-денсаторы. Эти модули 48 расположены сбоку от установленных друг на. друге модулей 1 (фиг. 7). Кроме того, напорные трубки модулей в этажах 43-46 имеют разные диаметры,которые соот5ветствуют потенциалу тиристорных столбов в соответствующих этажах. При этом в данном примере выполнения предусмотрено, чтобы присоединение высокого напряжения к модулю было про0ведено в этаже 43. Уменьшающийся диаметр трубок в последующих этажах 44-46 соответствует потенциалу внутри вентиля, который уменьшаемся относительно потенциала земли.

5

Предлагаемый вентильный преобразователь тока состоит из унифицированных элементов-модулей, которые по отдельности помещены в кожухе и запол.нены изолирующим газом. Этим обес0печивается полное заземление и герметичность конструкции вентиля стати ческого преобразователя тока при небольших размерах. Аварии, вызванные применением горючих материалов, исключаются, и вентиль статического преоб5разователя тока легко доступен для ремонта и обслуживания, так как при ремонте не нужно дегазировать всю i установку, а только модуль, который должен быть для этого удален из уста0новки. Такая замена модулей требует мало времени (несколько минут), поэтому исключаются длительные перерывы в работе. Кроме того, вентильный пре-, образователь тока состоит из немногих .

5 детсшей, которые изготовляются и могут применяться в различных конструк-. днях преобразователя тока, поэтому изготовление вентильного преобразователя тока относительно дешевО.

0

Формула изобретения

1. Вентильный преобразователь тока, содержащий модули, состоящие из групп, последовательно соединенных в столб таблеточных тиристоров, которые вместе с соответствующими блоками управле ния 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 S F цилиндрическую напорну трубу, в которую герметично введен электрический вывод, отличающи и с я тем, что, с целью упрощения монтажа и технического обслужива ния, каждый модуль помещен в отдельную напорную трубу, имеющую по крайней мере с ОДНОЙ стороны элементы дл разъемного механического соединения с соседней напорной трубой, и закрытую с двух сторон переборкой из элек роизолирующего материала, через кото рую герметично введен электрический вывод, соединенный разъемно с электрическим выводом,.введенным через пер борку соседней напорной трубы, при этом группы тиристоров вместе с размещенными между ними радиаторами, ча тично являющимися токоподводами, уде живаются в столбе с помощью пружины. 2.Преобразователь тока по п. 1, отличающийся тем, что каждая напорная труба соединена с соседней напорной трубой с помощью трубообразного патрубка, герметично и разъемно .соединенного с указаннрй трубой и закрытого переборкой из электроизолирующего материала. 3.Преобразователь тока попп.1и. 2, о тлйч а ющ и и с.я тем, что в стенке патрубка выполнено герметич но закрываемое монтажное отверстие. 4.Преобразователь тока, по пп 1о т л и ч а ю щ и и с я тем, что по крайней мере к одному из трубообразных патрубков присоединен узловой опорный элемент. 5.Преобразователь тока по пп. 1отличающийся тем, что /7 fS 16 П 18322730 33 27 20 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 соединительной трубкой, заполненной газом -SFj, и в которой проходит электрический вывод. 7.Преобразователь тока по пп 1-6, отличаю а1ийся тем, что соединительная трубка выполнена U-образной. . 8.Преобразователь тока по пп.1-7, о т ли чающи и с я 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. , 10.Преобразователь, тока. по пп. 1-9,отличающийся тем, что некоторые из опорных элементов заполнены под давлением газом S Fj и содержат компенсирующий конденсатор. 11.Преобразователь тока по nij. 1-10, отлич. ающийся тем, что напорные трубы модулей разных этажей выполнены различного диаметра. Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе 1.Заявка ФРГ № 563403, кл. 21 g 11/02, опублик. 1974. 2.Патент США 3398359, .. кл. 321-5, опублик. 196,8 (прототип). 25 29 Jf