Модуль вентильного преобразователяТОКА Советский патент 1981 года по МПК H01L25/02 

Изобретение относится к электротехнике, и в частности к модулям вен тильного преобразователя тока высоко го напряжения, например в установках передачи постоянного тока высокого напряжения. -известны модули вентильных преобр зователей тока, в которых к группам последовательно соединенных тиристоров электрически присоединены блоки управления и монтажные блоки Такие модули имеют воздушную или масляную изоляцию, воздушное жидкост ное охлаждение или газовое охлаясдение. При использовании таких модулей в установках передачи постоянного тока высокого напряжения в ряде обла тей необходимо уменьшение габаритов для экономии места. По производствен но-техническим причинам для вентильных преобразователей тока с полность закрытыми вентилями могут быть приме ,нены вентили с заземленной капсулой. Это требование выполняется с маслоизолированными вентилями, у которых тиристорные столбы установлены в резервуар, заполненный маслом. Однако применение масла как горючей среды в целях безопасности зачастую исключается. Кроме того, при ремонте резервуар должен быть открыт, для чего установка на длительное время выключена, что создает значительные неудобства в работе. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является модуль вентильного преобразователя тока, содержащий по крайней мере несколько тиристорных столбов, которые вместе с соответствующими блоками управления и по крайней мере частью соответствующих коммутационных блоков окружены размещенными на электроизолирующих опорах изогнутым металлическим экраном, электрически с ним соединены и помещены в герметично замкнутую и наполненную под давлением газом SFj, цилиндрическую напорную трубу, в которую через перегородки из электроизолирующего материала герметично введены злектричес-. кие выводы, разъемно соединенные с электрическими вьшодами тиристорных столбов, при этом тиристоры вместе с расположенными между ними радиаторами, частично являющимися токоподводами, удерживаются в столбе с помощью пружины 2 . В известном устройстве напорная труба с обеих сторон соединена через

уплотняющие поверхности с перегородками, что приводит к большим длинам уплотнякхцих поверхностей, что усложняет герметизацию модуля, а кроме того усложняет его монтаж.

Цель изобретения - упрощение герметизации модуля и .его монтажа.

Поставленная цель достигается тем, что в модуле вентильного преобразователя тока, содержащем по крайней мере несколько тиристорных столбов,которые вместе с соответствующими блоками управления и по крайней мере частью соответствукадих коммутационных блоков окружены размещенным на электроизблируквдих опорах изогнутым металлическим экране, электрически с ним соединены и помещены в герметично-.замкнутую и наполненную под давлением газом Sf цилиндрическую напорную трубу, в которую через перегородки из электроизолирующего материала герметично введены электрические выводы, разъемно соединенные с электрическими выводами тиристорных столбов, при этом тиристоры вместе с расположенными между ними радиаторами, частично являющимися токоподводами, удерживаются в столбе -С помощью пружины, напорная труба представляет собой цельный кожух с одной выпуклой торцовой поверхностью и с другой стороны герметично и разъемно соединенный с узловым элементом, в стенках которого размещены две перегородки из электроизолирующего материала, чецез которые выведены электрические выводы, соединенные с электрическими выводами, выходящими из кожуха. Две перегородки в узловом элементе расположены по одной оси.

Кроме того, электрические выводы в узловом элементе имеют изгиб, который окружен электропроводявцим экраном, электрически соединенньм с одним КЗ электрических выводов.

Экран выполнен шарообразным и закреплен на одном из электрических выводов после его изгиба со стороны перегородки и имеет отверстие, через которое выведен второй вывод послеего изгиба.

Внутри экрана расположен дополнительный электропроводящий экран в форме шарового сегмента, который экранирует второй электрический вывод, опирается на него и электрически с ним соединен.

Кроме It-oro, узловой элемент выполнен с трубчатыми патрубкгЫи, закрытыг,1И перегородками из электроизолирующего материала.

Причем трубчатые патрубки и электрические выводы, выведенные через патрубки,соединены с патрубками и электрическими выводами узловых элементов соседних модулей.

В соединенных друг с другом трубчапгх патрубках выполнена только

одна перегородка, общая для двух соседних узловых элементов.

Общая перегородка имеет механическое разъемное соединение с трубчатыми патрубками соседних узловых элементов.

Кроме того, в области разъемного соединения кожуха и узлового элемента выполнено штепсельное соединение для каждого электрического вывода, а узловой элемент выполнен из синтетического материала и по крайней мере одна из его поверхностей металлизирована.

На фиг. 1 изображен модуль, разрез , на фиг, 2 - то же, разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - конструкция части вентиля преобразователя тока, состоящего из нескольких рядом расположенных модулей.

Модуль содержит тиристорный столб

1,состоящий из дисковых тиристоров

2,к каждой стороне которого прижат охлаждающий радиатор 3. В данном примере исполнения представлен тиристорный столб 1, охлаждаемый жидкос ью. По трубопроводу 4 хладагент подводится к охла ждакядим радиаторам 3. Кроме этого могут быть установлены газоохлаждающие радиаторы, причем в качестве газообразной охлаждающей среды может быть использована газообразная шестифтористая сера S.F . Установленные друг на друге дисковые тиристоры

2 и охлаждающие радиаторы 3 закреплены посредством изолятора 5 и прижимного элемента 6 на каркасе - стойке 7

Охлаждающие радиаторы 3 на обоих концах тиристорного столба проводами 8 соединены с электрическими выводами 9. Каждому дисковому тиристору 2 соответствует при необходимости управляющий и монтажный блок 10, который в даннс случае расположен рядом с тиристорньм столбом 1.

Тиристорный столб 1 и блоки 10 окружены симметричным относительно оси вращения электропроводящим экраном 11, которий являетЬя цилиндром, закрыть с одной стороны торца выпуклой поверхностью. Этот.экран 11 котлообразного вида может быть изготовлен из металла или синтетического материала, внутренняя и/или наружная поверхность которого покрыта металлсгм. В качестве синтетического мате-г риала может быть применена ненас1211енная полиэфирная смола. В примере исполнения представлен металлический экран 11, на котором раздельно укреплен каждый из проводников 8 и 9. Таким образец, металлический экран 11 использован для подвода тока, для служит также опора 12.

Через опору 13, которая, например, может быть столбиксш из пластичной смолы, экран 11 закреплен в электропроводящей герметичной напорнгой трубе 14« Напорная труба 14 может быть изготовлена из металла, например из стали,алюминия или меди. В данном случае напорная труба 14 изготовлена .например, из ненасыщенной полиэфирно смолы, армированной стекловолокном, а ее наружная поверхность металлизирована и может быть заземлена. При использовании такой напорной трубы из пластмассы может быть повышена герметичность и снижен вес, причем стоимость изготовления ниже, чем сто имость такой же металлической трубы. Напорная труба 14 заполнена газообра ной шестифтористой серой S( . БЛагодаря котлообразной конструкции труба 14 имеет выгодную геометрию для ТОГО чтобы можно было воспринять внутреннее давление тиристорного устройств и рассчитать незначительную толщину стенки при давлении от 2 до 3 бар, при котором изолирующий газ (шестифтористая сера) заполняет устройство Торцовая поверхность экрана 11 через опору 13 закреплена на выпуклой торцовой поверхности герметичной трубы 14, Разумеется, что может быть предусмотрено несколько опор 13, которые главным образом создаю.т опору между симметричной относительно оси вращения частью экрана 11 и трубой 14. Предлагаемая конструкция особенно пригодна для вертикально расположенной напорной трубы 14, в которой закреплены экран 11 и заключенньй в нем подвешенный или стоящий вертикально тиристорный столб. Для крепления, при котором экран 11 и тиристорный столб 1 установлены вертикально, необходимо самонесущее исполнение конструктивных элементов. Для крепления (фиг. 1), при котором экран 11, тиристорный столб 1 и блоки 10 подвешены с помощью опоры 13, необходима только одна опора, вследствие чего значительно уменьшено количество изолирующего твердого вещества. Это даёт существенный экономический эффект. Кроме того, при таком типе крепления можно увеличить длину тиристорного столба и вмест.е с тем число тиристоров, которые можно присоединить к тиристорному стайбу. Это также дает снижение затрат, особенно вследствие уменьшения числа отдельных модулей, которые необходимы в конструкции вентиля преобразователя тока. Преимуществом предлагаемой конструкции следует также назвать более легкий монтаж и удобство технического обслуживания, так как напорную трубу можно устанавливать и монтировать только в одном направлении, что возможно сделать, например, с помощью легкого подъемного устройства. На открытом конце напорная труба 14 снабжена фланцем 15, который .резьбовым соединением закреплен на фланцах 16 узлового элемента 17, причем благодаря прокладкам между I кольцевыми фланцами 15 и 16 обеспе чивается надежное герметичное механическое соединение. В зоне кольцевых фланцев 15 и 16, кроме того, предусмотрено штепсельное соединение для электрических выводов 9, которое в примере исполнения осуществлено в виде двух контактных муфт 18, через которые выводы 9 электрически соединены с выводами 19 в узловом элементе 17. При этом контактные муфты 18 могут быть укреплены либо на выводах 19, либо на йыводах 9. Монтажные отверстия, через которые должно производиться разъединение выводов 9 и 19 перед снятием напорной трубы 14, не нужны, вследствие чего уменьшается величина площади герметизации. Узловой эл«и1ент 16 имеет герметичную емкость с двумя трубчатыми патрубками 20 и 21, которые соответственно герметично закрыты перегородками 19, являющимися ограничителями расположения дуги, выполненными из электроизолирующего материала, которые може быть, например, литьевая смола. Чере: каждый ограничитель 22 герметично проходит проводник 19. Как и напорная труба 14, так и узловой элемент 17 может быть выполнен из упомянутых металлов или синтетического вещества. В данном примере показан узловой элемент из синтетического вещества, наружная поверхность которой имеет заземленный слой 23 металла. Как для. напорной трубы, так и для узлового элемента из синтетического вещества можно воспользоваться преимуществом уменьшения веса и большей герметичности. Напорная труба 14 и герметичная емкость узлового элемента 17 образуют единую изолированную от внешней среды газовую полость, которая заполнена под давлением газообразной шестифтористой серой S F(, и к тому обладает тем преимуществом, что величина площади герметизации в механическом соединении, например, фланца 15 и 16 является очень незначительной. В связи с этим упрощается проблема герметизации и, кроме того, упрощается монтаж модуля и уменьшается стоимость изготовления. Соединительные проводники 19 в узловом элементе 17 имеют соответственно изгиб 24 и после изгиба проходят через ограничители 22 патрубкЪв 20 и 2l которые находятся друг против друга почти соосно. Изгиба 24 окружены экраном 25, который в примере исполнения выполнен шарообразной формы и опирается на вывод 19 после места изгиба. Для второго вывода 19 предусмотрено отверстие 26 в экране 25, через которое выводы выведены наружу. Дополнительный экран 27 в виде шарового сегмента может быть расположен внутри экрана 25 для экранирования второго проводника 19, на который он опирается. Этот экран в виде шаро вого сегмента показан пунктирной ли ;Нией (фиг. 1). Экраны 25 и 27 могут быть также изготовлены из металла или синтетического вещества. В примере показан экран 25 из синтетического вещества, на внутренней поверхности которого нанесено экранирующее металлическое покрытие. В узловом элементе 16 внутри шарообразного экрана 25 расположены для каждого вывода вентильные ограничительные дроссели-28. Они необходимы для RCL-монтажа вентиля преобразователя тока. Кроме того, внутри экрана 25 между обоими проводниками 19 включен компенсационный конденса тор 29, который необходим для регулирования потенциала между последов тельными участками вентиля преобразователя тока. Вентильные ограничительные дроссели 28 и компенсационный конденсатор 29 входят в тиристорное устройс во. Этим самым уменьшено пространст во, необходимое для вентиля преобра .зователя тока и снижены затраты на его изготовление. КроМе того/ как вентильные ограничительные дроссели 28, так и компенсационный конденсатор 29 легко доступны, когда напорн труба 14 снята с узлового элемента, 19. Однако следует отметить, что и вентильные ограничительные дроссели и компенсационные конденсаторы могу быть расположены в собственных герм тичных модулях, которые в конструкц вентиля преобразователя тока при не обходимости могут быть включены меж тиристоркыми устройствами. На фиг. 1 показаны дальнейшие кон структивные возможности выполнения тиристорного устройства. Трубообразные патрубки 20 и 21, по которым эле трические выводы 19 проходят через ограничители распространения дуги 22, соединены с трубообразными патру ками 20 или 21 соседнего узловогоэлемента. При этом ограничитель 22 может быть общим для обоих узловых элементов, что приводит к дальнейшему удешевлению. Кроме того, оба трубчатых патрубка соседних узловых элементов (на фиг. 1 для слева расположенного патрубка 20) могут быть выполнены в виде одной детали или ограничитель 22 может быть использован как /механическое разъемное соединение между трубчатыми патрубками соседних узловых элементов 17, как это показано на. патрубке 21, который расположен справа. В этом случае ограничитель 22 соединен резьбовь№1 соединением с кольцевым фланцем 30 трубчатого патрубка 21 соседнего узлового элемента 17. В трубе модуля предусматривают отверстия для подачи и отвода газа, отверстия для подвода и отвода хладагента, а также отверстия, через которые в трубу может быть введен световод или направлен свет, с помощью которого на блоки 10 управления подают импульсы управления. Подводят по меньшей мере трубопровод 31 для подачи хладагента через опору 13, которая связана с трубопроводом 4. Дополнительно к этому через опору 13 в напорную трубу 14 может быть введен световод. Предусмотрена также другая возможность. От блоков 10 световод 32 идет к стеклянной линзе 33/ установленной герметично в стенке напорной трубы 14. Посредством фотодиода (не показан), который может быть установлен, например, на наружной стенке напорной трубы 14, управляющие импульсы подводятся в световод 32. Такое исполнение облащает тем преимуществом что шестифтористая сера SF.J может быть использована как изоляция для разделения потенциалов в канале передачи управлякзщих импульсов. В качестве газовпускного или га-, зовыпускного отверстия в шарообразной части узлового элемента 16 установлен вентиль 34. В экране 11 установлены два тиристорных столба, расположенных рядом. Кроме того,внутри экрана 11 находятся монтажные сопротивления 35 и монтажные конденсаторы 36. При этом монтажные сопротивления 36 могут охлаждаться посредством трубопровода 4. На фиг. 2 показаны условно резьбовые отверстия в кольцевом фланце, которые предназначены для резьбового соединения напорной трубы 14 узлового элемента 17. В конструкции части вентиля преобразователя тока (фиг. 3) расположены рядом модули, включенные последовательно. С помощью такого вентиля можно создать, например ветвь вентильного преобразователя тОка, Часть .вентиля преобразователя тока собрана из нескольких модулей. Причем для нескольких, узловых элементов 17 TpV64aтые патрубки 20 выполнены в виде одной детали, так как один комбинированный модуль 37 выполнен с несколькими узловыми элементами 17. у этого комбинированного модуля 37 остается свободный доступ к отдельным узловым элементам 17, так как между узловыми элементами предусмотрен общий ограничитель 22. Кремле того, при таком комбинированном модуле 37 величина площади герметизации еще больше увеличивается, так как резьбовое соединение является оейцим для соединения соседних узловых элементов на патрубках 21 по кольцевым фланцам 30 и для общих ограничителей,22 соответствующих нескольких узловых элементов 17. с помощью описанных конструктивных эле ментов вентиль преобразователя тока (фиг, 3) может собираться в унифици|рованную систему из малого числа раз личных типов конструктивных элементов, которые-могут быть изготовлены серийно. При этом могут быть реализованы различные конструкции вентилей. Кроме того, с помощью этого модуля можно получить полностью герметичные, заземляемые вентили уменьшенных конструкций. Напорные трубы 14 с тиристорными столбами 1 могут быть заменены без дегазации всей установки, а также возможна замена вентильных ограничительных дросселей и компенсационных конденсаторов при снятых.напорных трубах 14. Модуль вентильного преобразователя тока позволяет просто выполнять статические преобразователи тока раз личных конструкций. Он полностью закрыт и напорная труба может быть заземлена. Этим исключаются (при очень компактных конструкциях) несчастные случаи. Тем более, что цилиндрическая напорная труба имеет подходящую геометрию для выдерживания внутреннего давления. Кроме того диаметр напорной трубы соответствует потенциалу модуля, поэтому необходим только незначительный объем газа. Благодаря ограничителю распространения дуги можно собирать и, разбирать модуль простым способом, для чего должен быть дегазирован только сменяемый модуль. Для герметичного закрытия напорно трубы узловой элемент имеет электропроводную герметичную емкость, которая герметично связана с незакрытым концом котлообразной напорной трубы разъемным механическим соединением и имеет по меньшей мере одно закрыто ограничителем отверстие, через которое выведен по меньшей мере один электрический вывод. Узловой элемент 17 образуетвмест с напорной трубой 14 единую закрытую газовую полость. Для обслуживания этого блока необходимо решить задачу механического соединения напорной трубы а узловым элементом при случае съема напорной трубы с помощью грузо подъемного устройства. Специальные монтажные отверстия вследствие этого становятся ненужными, а внутренняя полость напорной трубы и внутренняя полость узлового элемента становятся легко доступными через соответствующие соединительные ,отверстия.Предпочтительно разместить в емкости узлового элемента для по меньшей мере одного вывода вентильный ограничительный дроссель, а также при необхо димости разместить дополнительно в герметичной емкости узлового элеменrs- между обоими выводами компенсационный конденсатор. Выгодно, когДа вентильный ограничительный дросс.ель и/или компенсационный ко :денсатор рас-. положены внутри шарового экрана. Благодаря этому конструктивные элементы, необходимые для изготовления вентиля преобразователя тока из нескольких тиристорных устройств, соединены в тиристорную установку, причем вентильные ограничительные дроссели и компенсационный конденсатор являются свободно доступными для монтажа и обслуживания через соединительное отверстие узлового элемента при снятой напорной трубе. Предпочтительно выполнить отверстия в герметичной емкости узлового элемента в виде трубчатого патрубка, который закрыт ограничителем распространения дуги, через который проходит электрический вывод. Трубообразные патрубки нескольких узловых элементов и электрические выводы, проходящие через патрубки, могут быть связаны друг с другом при сборке вентиля преобразователя тока, причем желательно предусмотреть в соединенных между собой трубчатых патрубках только один ограничитель, общий для двух узловых элементов, причем общий ограничитель может быть выполнен между трубчатыми патрубкаиии двух узловых элементов в виде механического разъемного соединения. При таком исполнении становится возможным собирать простым способом вентили преобразования тока с модулем, которые, например, могут образовать ветвь статического преобразователя тока. При этом несколько узловых элементов или комбинированных модулей составляют блок, причем соседние узловые элементы имеют общие ограничители распространения дуги. Благодаря соединительным отверстиям узловых элементов или их герметичных емкостей остается доступной внутренность этого узла, составленного из нескольких узловых элементов, и остается простым монтаж и техническое обслуживание для вентиля преобразователя тока. Предпочтительно симметричный относительно оси вращения экран, расположенный в напорной трубе,закончить с одной стороны торцовым листом. Преимущественно при таком исполнении только торцовой лист симметричного относительно оси вращения экрана укреплен через изолирующую опору на торцовой поверхности напорной трубы. Этим выполняется компоновка, при которой тиристорный столО подвешен в напорной трубе или самонесуще стоит прямо. Твердая изол5щия, необходимая для опор, будет, таким образом, существенно уменьшена. Дополнительно, особенно для подвешенного положения тиристорного столба. Можно выполнить МОДУЛЬ с более длинными тиристорньии стдлбами, т.е. с большим числом тиристоров. Это приводит, глав ым образом для вентиля выпрямителя тока к уменьшению расходов за счет уменьшения необходимого числа тиристорных устройств, согласно изобретению, или отдельных модулей. Как напорная труба, так и герметичная емкость узлового элемента могут быть изготовлены из искусствен ных материалов и на их наружной и/ил внутренней поверхностях может быть н несен металл xaic электропроводное шзкрытие, которое может быть заземле но. Заземленная капсула из искусственного материала, выполненная вмест с этой напорной трубой и этой герметичной емкостью, может .быть рассчита на на необходимое внутреннее давлени от двух до трех бар и изготовлена, например, недорогим спгособсии формова ния раздувом. Этим, наряду с уменьше нием расходов,- получают значительное снижение веса, так как при требуемом расчете вес трубы из искусственного материала меньше веса такой же трубы из металла. Кроме того, изготовленны из синтетического материала как напо . ная -Труба, так и узловой элемент обе печивают более высокую герметичность так как у труб из синтетического материала сварные швы не выступают в о личие от соответствукяцих металлических труб. Допо-лнительно по меньшей мере оди из экранов ожет быть изготовлен из синтетического материала и на его наружную и/или внутреннюю поверхност нанесен слой металла. Вес и стоимост модуля вследствие этого будут еще меньшими. В качестве синтетического материа ла может быть применена в дaннcяvI слу чае армированная стекловолокном ненасьаценная полиэфирная смола. Формула изобретения 1. Модуль вентильного преобразователя тока, содержащий по крайней мере несколько тиристорных столбов, которые вместе с соответствующими блоками управления и по крайней мере частью соответствую1ци5с коммутационных блоков окружены размещенным на электроизолирующих опорах изогнутым металлическим экраном, электрически с ним соединены и помещены в герметично замкнутую и наполненную под давлением газсм SF цилиндрическую напорную трубу, в которую через перегородки из электроизолирующего материала ге ялетично введены электрические выводы, разъемно соединенные с электрическими выводами тиристорных столбов, при этом тиристоры вместе с расположенными между ними радиаторами, частично являющимися токопод водами, удерживаются в столбе с помодью пружины/ отличающийс я тем, что, с целью упрощения герметизации модуля и упрощения его монтажа, напорная труба представляет собой цельный кожух с одной выпуклой торцовой поверхностью и с другой стороны герметично и разъемно соединенный с узловьм элементом, в стенках которого размещены две перегородки из электроизолирующего материала, через которые выведены электрические выводы, соединенные с электрическими выводами, выходящими из кожуха. 2.Модуль ПОП.1, отличающийся тем, что две перегородки в узловом элементе расположены по одной оси. 3.Модуль по пп.1-2, отличающ и й.с я тем, что электрические выводы в узловом элементы имеют изгиб. 4.Модуль по nnil-3, о т л и ч аю щ и и с я тем, что изгиб каждого электрического вывода окружен электропроводящим экраном, электрически соединенным с одним из электрических выводов. . 5. Модуль по пп.1-4, отличающийся тем, что экран выполнен шарообразным и закреплен на .одном из электрических выводов после его изгиба со стороны перегородки и имеет отверстие, через которое выведен второй вывод после «го изгиба, 6.Модуль по пп.1-5, о т л и чающийся тем, что внутри экрана расположен дополнительный электропроводящий экран в форме шарового сегмента, который экранирует второй электрический вывод, опирается на него и электрически с ним соединен. 7.Модуль по пп.1-б, о т л и чающ и и с я тем, что узловой элемент вьлполнен с трубчатыми патрубками, закрытыми, перегородками из электроизолирующего материала. 8.Модуль по пп. 1 - 7, о т л ичающийся тем, Что трубчатые патрубки и электрические выводы, выведенные через патрубки соединены с патрубками и электрическими выводами узловых элементов соседних модулей. 9.Модуль по ПП.1 - 8, о т л ичг-ающийся тем, что в соединенных друг с другом трубчатых патрубках выполнена только одна перегородка, общая для двух соседних узловых элементов. 10.Модуль ; по пп.1-9, , отличающийся тем, что общая перегородка имеет механическое разъемное соединение с трубчатыми патрубками соседних узловых элементов. 11.Модуль по ПП.1-10, о т л и чающийся тем, что в области разъемного соединения кожуха и узлового элемента выполнено штепсельное

соединение для каждого электрического, вывода.

12. Модуль по пп. 1 - 11, о т л ичающийся тем, что узловой элемент вьтолнен из синтетического материала и по крайней мере одна из его поверхностей металлизирована,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Заявка ФРГ 15634СЗ, кл. 21 g 11/02, опублик. 1974.

2.Патент СССР по заявке

2348552/18-25, кл. Н 01 L 25/02, 1975 (прототип).

17

30

II

--1Ч