[0001] Die Erfindung betrifft eine elektrische Vorrichtung mit einem Haltegerüst und mit
Hochspannung beaufschlagbaren und von dem Haltegerüst gehaltenen Komponenten, wobei
das Haltegerüst zumindest ein aus faserverstärktem Kunststoff bestehendes Halteelement
aufweist, an dem mindestens eine Komponente elektrisch isoliert befestigt ist, wobei
das Halteelement als Profilträger ausgestaltet ist.
[0002] Aus der
WO 93/07630 A1 ist ein Ableiter bekannt, der einen rohrförmigen Isolator aus faserverstärktem Kunststoff
aufweist, in dessen Inneren mit Hochspannung beaufschlagte Komponenten angeordnet
sind.
[0003] Die
EP 0 299 275 A1 betrifft einen Umrichter einer Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage, der gleichspannungsseitig
mit einem weiteren Umrichter und wechselspannungsseitig mit einem Wechselspannungsnetz
verbunden ist.
[0004] Aus dem Bereich der Hochspannungs-Gleichstromübertragung (HGÜ) sind Ventiltürme bekannt,
die unter Ausbildung eines Umrichters miteinander verschaltet sind. Der Umrichter
ist zwischen einem Wechselspannungsnetz und einem Gleichspannungsnetz der HGÜ-Anlage
angeordnet und ist zur Umwandung von Wechselspannung in Gleichspannung oder umgekehrt
eingerichtet. Jedes seiner Ventiltürme weist eine Vielzahl an Submodulen auf. Die
während des Betriebs des Ventilturms mit Hochspannung beaufschlagten Submodule sind
in einem Haltegerüst gegeneinander und gegenüber der Umgebung isoliert angeordnet.
[0005] Aus dem Bereich der Überspannungsableiter, welche der Ableitung von Überspannungen
in elektrischen Energieversorgungsnetzen dienen, sind sogenannte Metalloxid-Überspannungsableiter
bekannt, welche mit Hochspannung beaufschlagbare Metalloxid-Widerstände aufweisen.
Die Metalloxid-Widerstände bilden innerhalb des Überspannungsableiters aufeinander
geschichtet eine Widerstandssäule, welche von einem Haltegerüst aus faserverstärkten
Kunststoff-Vollstäben im Inneren des Überspannungsableiters gehalten wird.
[0006] Ferner sind aus dem Brückenbau tragende Stützkonstruktionen bekannt, welche als Profilträger
ausgestaltete und aus faserverstärktem Kunststoff gefertigte Stützelemente aufweisen.
[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Vorrichtung der eingangs
genannten Art anzugeben, welche sich durch besonders geringe Herstellungskosten des
Haltegerüsts auszeichnet.
[0008] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Halteelement ein T-Profilträger,
U-Profilträger, I-Profilträger oder L-Profilträger ist oder das Halteelement ein viereckiges
Hohlprofil aufweist.
[0009] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass - entgegen der bisher herrschenden
Meinung - die elektrisch isolierenden Eigenschaften von faserverstärkten Kunststoff-Vollstäben
sich nicht wesentlich dadurch verändern, dass von den bislang üblichen massiven Vollstäben
abgewichen wird. Dies gilt insbesondere auch im Hochspannungsbereich. Mit Vollstäben
seien hier Stäbe mit kreisförmigem oder rechteckigem Querschnitt bezeichnet. Die Vollstäbe
könnten auch mit Vollprofil-Stäben bezeichnet werden. Aus dem Stand der Technik sind
faserverstärkte Kunststoff-Vollstäbe oder Kunststoff-Platten zum Isolieren von Hochspannung
bekannt. Diese werden aus im Pressverfahren hergestellten faserverstärkten Kunststoffplatten
gewonnen. Hierzu werden die Vollstäbe aus dem Plattenmaterial ausgesägt oder ausgefräst
beziehungsweise die Kunststoffplatten in geeigneter Weise mechanisch bearbeitet. Die
isolierenden Eigenschaften der so hergestellten Vollstäbe sind für den Einsatz im
Hochspannungsbereich erprobt und geeignet. Der Einsatz von Profilträgern zu Isolationszwecken
im Hochspannungsbereich wurde bisher nicht in Betracht gezogen, da diese aufgrund
ihrer äußeren Form aus dem faserverstärkten Kunststoffplattenmaterial nicht oder nur
unter unwirtschaftlich hohem Aufwand herstellbar wären. Im Gegensatz hierzu werden
die aus dem Brückenbau bekannten Profilträger aus faserverstärktem Kunststoff im sogenannten
Pultrosionsverfahren hergestellt. Der Einsatz von im Pultrosionsverfahren hergestelltem
faserverstärkten Kunststoffmaterial zu Isolationszwecken im Hochspannungsbereich wurde
ebenfalls bisher nicht in Betracht gezogen, da dessen Isolationsvermögen bislang als
unzureichend eingeschätzt wurde.
[0010] Erfindungsgemäß ist das Halteelement ein T-Profilträger, U-Profilträger, I-Profilträger
oder L-Profilträger. Derartige Halteelemente weisen einen belastungsoptimierten Querschnitt
auf bei gleichzeitig besonders geringem Gewicht.
[0011] Erfindungsgemäß kann das Halteelement ein viereckiges Hohlprofil aufweisen. Ein Halteelement
mit einem derartigen gewichts- und belastungsoptimierten Querschnitt ist quer zur
Längsrichtung in allen Richtungen gleichermaßen belastbar.
[0012] Bei den im Kunststoff enthaltenen Fasern kann es sich um Glasfasern handeln. Dieses
Material ist im Handel auch unter der Abkürzung GFK bekannt.
[0013] Erfindungsgemäß ist somit bei einer elektrischen Vorrichtung mit einem Haltegerüst
und mit Hochspannung beaufschlagbaren und von dem Haltegerüst gehaltenen Komponenten
die Möglichkeit gegeben, die zu befestigenden Komponenten mittels leichter und preiswerter
Halteelemente isoliert am Haltegerüst zu befestigen. Hierzu wird mindestens ein Halteelement
aus faserverstärktem Kunststoff verwendet, welches ein belastungsoptimierter Profilträger
ist. Dies ermöglicht eine besonders leichte Bauweise des Haltegerüstes, welches somit
geringeren Belastungen ausgesetzt ist und insgesamt leichter und somit kostengünstiger
ausgeführt werden kann.
[0014] Einen derartigen Profilträger als Halteelemente zu verwenden, an dem mindestens eine
mit Hochspannung beaufschlagte Komponente elektrisch isoliert befestigt ist und welcher
aufgrund dessen selbst mit Hochspannung beaufschlagt ist und zum Isolieren dieser
Hochspannung dient, wurde bisher nicht in Betracht gezogen, da eine vom Vollstab abweichende
Geometrie als nachteilig für die isolierenden Eigenschaften eines faserverstärkten
Kunststoff-Halteelements angesehen wurde.
[0015] Profilträger weisen einen hinsichtlich des Gewichts und hinsichtlich der Belastbarkeit
optimierten Querschnitt auf. Beispielsweise kann es sich bei dem Querschnitt um einen
T-förmigen Querschnitt handeln.
[0016] Derart belastungsoptimierte Profile sind aus dem Stand der Technik bei Halteelementen,
deren stützende und tragende Funktion im Vordergrund steht, bekannt - beispielsweise
aus dem Brückenbau.
[0017] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Haltegerüst
und die mit Hochspannung beaufschlagbaren und von dem Haltegerüst gehaltenen Komponenten
ein Ventilturm eines Umrichters ausbilden, wobei die Komponenten zweipolige Submodule
umfassen, die in Reihe geschaltet sind und einen Energiespeicher sowie eine Leistungshalbleiterschaltung
aufweisen.
[0018] Die Ventiltürme eines Umrichters sind zu einer Stromrichterschaltung miteinander
verbunden. Die Stromrichterschaltung ist beispielsweise Teil einer Anlage zur Energieübertragung.
Bei der Anlage kann es sich beispielsweise um eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage
handeln. Bei derartigen Anlagen sind die Ventiltürme im Gebäude einer Umrichterstation
untergebracht und isoliert auf dem Boden oder an der Decke der Umrichterstation aufgehängt.
Durch das erfindungsgemäß leichte Haltegerüst kann die den Ventilturm an der Decke
haltende Tragkonstruktion kleiner dimensioniert werden, wodurch weitere Kosten eingespart
werden können.
[0019] Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass das Halteelement mindestens zwei
in einer waagerechten Ebene im Haltegerüst angeordnete Submodule gegeneinander isoliert
und an dem Haltegerüst isolierend abstützt.
[0020] Die während des Betriebs der Ventile mit Hochspannung beaufschlagten und in Reihe
geschalteten zweipoligen Submodule bilden die sogenannten Ventil-Zweige des Umrichters
aus. Hierbei sind die Submodule in dem Haltegerüst geeignet isoliert angeordnet, beispielsweise
in zwei übereinander angeordneten waagerechten Ebenen im Haltegerüst. Um diese in
einer waagerechten Ebene angeordneten Submodule geeignet zu befestigen ist erfindungsgemäß
mindestens ein aus faserverstärktem Kunststoff bestehendes Halteelement, welches ein
Profilträger ist, an den Submodulen und dem Haltegerüst befestigt. Die Submodule können
in geeignetem Abstand voneinander an dem Profilträger aufgehängt oder an der Oberseite
des Profilträgers aufmontiert sein. Wie bereits weiter oben beschrieben wurde, weist
jedes Submodul zweckmäßigerweise einen Energiespeicher, beispielsweise einen Kondensator,
sowie eine Leistungshalbleiterschaltung auf. Die Leistungshalbleiterschaltung verfügt
über steuerbare Leistungshalbleiter, mit denen die an dem Energiespeicher abfallende
Spannung oder eine Nullspannung an den Anschluss des Submoduls gelegt werden kann.
Auf diese Weise ist ein so genannter Multilevel-Umrichter bereitgestellt.
[0021] Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der
Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figur der
Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen.
[0022] Dabei zeigt
- Figur 1
- fünf ausgewählte Profilträger im Querschnitt in schematischer Darstellung.
[0023] Die Figur 1 zeigt fünf ausgewählte Profilträger im Querschnitt in schematischer Darstellung.
Es ist ein L-förmiger Profilträger 1, zwei I-förmige Profilträger 2 und 3, ein T-förmiger
Profilträger 4 sowie ein Profilträger mit viereckigem Hohlprofil 5 jeweils im Querschnitt
dargestellt.
[0024] Profilträger mit derartigen Querschnitten weisen ein besonders geringes Gewicht und
gleichzeitig eine hohe Stabilität auf. Die dargestellten Profilträger-Querschnitte
sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt und werden beispielsweise für tragende
Elemente im Brückenbau verwendet.
[0025] Den dargestellten Profilträgern ist gemeinsam, dass diese gegenüber Kräften in Richtung
6 oder in Richtung 7 eine besonders hohe Belastungsstabilität aufweisen.
Bezugszeichenliste
[0026]
- 1
- L-förmiger Profilträger
- 2
- I-förmiger Profilträger
- 3
- I-förmiger Profilträger
- 4
- T-förmiger Profilträger
- 5
- Profilträger mit viereckigem Hohlprofil
- 6
- Richtung einer Kraft
- 7
- Richtung einer Kraft
1. Elektrische Vorrichtung mit
- einem Haltegerüst und
- mit Hochspannung beaufschlagbaren und von dem Haltegerüst gehaltenen Komponenten,
- wobei das Haltegerüst zumindest ein aus faserverstärktem Kunststoff bestehendes
Halteelement aufweist, an dem mindestens eine Komponente elektrisch isoliert befestigt
ist, wobei das Halteelement als Profilträger (1, 2, 3, 4, 5) ausgestaltet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement ein T-Profilträger (4), U-Profilträger, I-Profilträger (2, 3) oder
L-Profilträger (1) ist oder das Halteelement (5) ein viereckiges Hohlprofil aufweist.
2. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Haltegerüst und die mit Hochspannung beaufschlagbaren und von dem Haltegerüst
gehaltenen Komponenten ein Ventilturm eines Umrichters ausbilden, wobei die Komponenten
zweipolige Submodule umfassen, die in Reihe geschaltet sind und einen Energiespeicher
sowie eine Leistungshalbleiterschaltung aufweisen.
3. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (1, 2, 3, 4, 5) mindestens zwei in einer waagerechten Ebene im Haltegerüst
angeordnete Umrichter-Submodule gegeneinander isoliert und an dem Haltegerüst isolierend
abstützt.
1. Electrical apparatus having
- a holding frame and
- components to which high voltage can be applied and which are held by the support
frame,
- wherein the holding frame has at least one holding element which is composed of
fiber-reinforced plastic and to which at least one component is attached in an electrically
isolated manner, wherein the holding element is in the form of a profiled support
(1, 2, 3, 4, 5),
characterized in that
the holding element is a T-profiled support (4), a U-profiled support, an I-profiled
support (2, 3) or an L-profiled support (1), or
the holding element (5) has a quadrilateral hollow profile.
2. Electrical apparatus according to Claim 1,
characterized in that
the holding frame and the components to which high voltage can be applied and which
are held by the supporting frame form a valve tower of a converter, wherein the components
comprise two-pole submodules, which are connected in series and have an energy store
and a power semiconductor circuit.
3. Electrical apparatus according to Claim 2,
characterized in that
the holding element (1, 2, 3, 4, 5) supports at least two converter submodules on
the holding frame in an isolated manner and isolated from one another, which converter
submodules are arranged on a horizontal plane in the holding frame.
1. Dispositif électrique comprenant
- une ossature de maintien et
- des composants pouvant être alimentés en haute tension et maintenus par l'ossature
de maintien,
- dans lequel l'ossature de maintien a au moins un élément de maintien en une matière
plastique renforcée de fibre, auquel est fixé, d'une manière isolée électriquement,
au moins un composant, l'élément de maintien étant conformé en poutrelle (1, 2, 3,
4, 5) profilée,
caractérisé en ce que
l'élément de maintien est une poutrelle (4) profilée en T, une poutrelle profilée
en U, une poutrelle (2, 3) profilée en I ou une poutrelle (1) profilée en L où l'élément
(5) de maintien est un profilé creux quadrangulaire.
2. Dispositif électrique suivant la revendication 1,
caractérisé en ce que
l'ossature de maintien et les composants pouvant être alimentés en haute tension et
maintenus par l'ossature de maintien forment une colonne de soupape d'un convertisseur,
les composants comprenant des sous-modules bipolaires, qui sont montés en série et
qui ont un accumulateur d'énergie ainsi qu'un circuit de puissance à semi-conducteur.
3. Dispositif électrique suivant la revendication 2,
caractérisé en ce que
l'élément (1, 2, 3, 4, 5) de maintien supporte, de manière isolée mutuellement et
isolante sur l'ossature de maintien, au moins deux sous-modules de convertisseur disposés
dans l'ossature de maintien dans un plan horizontal.