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Title:
MAGNETICALLY CONTROLLABLE INDUCTOR COIL IN A SERIES CIRCUIT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/126249
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device (1) for dynamic load-flow control in a high-voltage network (17), which has at least one phase conductor (16) and at least one first high-voltage terminal (42), each first high-voltage terminal being designed to be connected to one phase conductor (16). For each first high-voltage terminal (42), a first and a second core portion (5, 6), which are part of a closed magnetic circuit, a first high-voltage winding (5), which surrounds the first core portion (3), and a second high-voltage winding (6), which surrounds the second core portion (4) and is connected in parallel with the first high-voltage winding (5), are provided. The core portions and the windings are located in a tank filled with ester fluids. Furthermore, the device according to the invention has at least one saturation switching branch (10, 11), which is arranged outside of the tank, is designed to saturate the core portions (3, 4) and has controllable power semiconductor switches (20, 21, 22, 23). A control unit is used to control the power semiconductor switches, the first and the second high-voltage winding being connected at their high-voltage end (7) to the associated first high-voltage terminal (42) and being connectable at their low-voltage side (9) to one or the saturation switching branch (10, 11). The device (1) according to the invention can be connected in series into the high-voltage network (17), the saturation switching branches (10, 11) being installed in such a way that the saturation switching branches are electrically insulated from the ground potential.

Inventors:
FRITSCHE RONNY (DE)
HAMMER THOMAS (DE)
KÜSTERMANN MATTHIAS (DE)
MANTHE THOMAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/081582
Publication Date:
June 25, 2020
Filing Date:
November 18, 2019
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
H02J3/18; H01F29/14; H01F38/00
Foreign References:
CN107134957A2017-09-05
EP3168708A12017-05-17
US20170316864A12017-11-02
US2169093A1939-08-08
EP3168708A12017-05-17
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Claims:
Patentansprüche

1. Vorrichtung (1) zur dynamischen Lastflusssteuerung in ei nem wenigstens einen Phasenleiter (16) aufweisenden Hochspan nungsnetz ( 17 ) mit wenigstens einem ersten Hochspannungsan- schluss (42), der zur Verbindung mit jeweils einem Phasenlei ter (16) eingerichtet ist , wobei für j eden ersten Hochspan nungsanschluss ( 42 )

- ein erster und ein zweiter Kernabschnitt (5,6), die Teil eines geschlossenen Magnetkrei ses und in einem Tank an geordnet sind,

- eine erste Hochspannungswicklung (5), die den ersten Kernabschnitt (3) umschließt , und

- eine zweite HochspannungsWicklung (6), die den zweiten Kernabschnitt (4) umschließt und parallel zur ersten Hochspannungswicklung (5) geschaltet ist,

- wenigstens ein Sättigungsschaltzweig (10,11) , der zum Sättigen der Kernabschnitte (3,4) eingerichtet ist und ansteuerbare LeistungshalbleiterSchalter (20,21,22,23) aufweist , und

- eine Steuerungseinheit zum Ansteuern der Leistungshalb leiterschalter vorgesehen sind,

wobei die erste und die zweite Hochspannungswieklung an den ersten Hochspannungsanschluss angeschlossen und mit einem o- der dem Sättigungsschalt zweig (10, 11) verbindbar sind, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h,

einen zweiten HochspannungsanSchluss (44), der ebenfalls zum Anschluss an den besagten Phasenleiter (16) vorgesehen ist und über einen oder j eden Sättigungsschalt zweig ( 10 , 11 ) oder direkt mit den Hochspannungswie lungen (5,6) verbunden ist , wobei j eder Sättigungszweig (10,11) außerhalb des Tanks (2) angeordnet und gegenüber Erdpotential elektrisch isoliert aufgestellt ist .

2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 ,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass

j eder Sättigungsschaltzweig (10, 11 ) auf einer Hochspannungs- plattform ( 50 ) angeordnet ist, die ein mittels elektrisch isolierenden Tragsäulen (51) am Erdboden abgestützte Trags truktur (52) aufweist.

3. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass

j eder Sättigungsschaltzweig (10,11) über wenigsten eine am Tank (2) installierte Hochspannungsdurchführung (8) mit der oder den Hochspannungswicklungen (5,6) verbunden ist .

4. Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass

wenigstens eine Hochspannungswicklung (5,6) einen Mittenan- schluss (53) aufweist , über den die j eweilige Hochspannungs- wicklung (5,6) an einen Sättigungszweig (10,11) angeschlossen ist, wobei die Wicklungsenden (7,9) der jeweiligen Hochspan nungswieklung (5,6) mit dem ersten (42) beziehungsweise zwei ten Hochspannungsanschluss (44) verbunden sind .

5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass

jede Hochspannungswicklung (5,6) einen Mittenanschluss (53) aufweist , der mit einem oder dem Sättigungsschaltzweig

(10,11) verbunden ist.

6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass

jeder Sättigungsschaltzweig (10,11) wenigstens ein zweipoli ges Submodul ( 12 ) mit einer Brückenschaltung aufweist , die über Leistungshalbleiterschalter (20,21,22,23) und eine

Gleichspannungsquelle (24) verfügt, so dass je nach Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter (20,21,22,23) die

Gleichspannungsquelle entweder in Reihe zu wenigstens einer Hochspannungswicklung (10,11) schaltbar oder überbrückbar ist .

7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass jedes Submodul (12) eine Vollbrückenschaltung ausbildet, die einen ersten Reihenschaltungszweig (33) und einen zweiten Reihenschaltungszweig (34) aufweist, die der Gleichspannungs- quelle (24) jeweils parallel geschaltet sind, jeder Reihen- schaltungs zweig (33,34) eine Reihenschaltung aus zwei Leis tungshalbleiterschaltern (20,21,22,23) aufweist, wobei der Potenzialpunkt zwischen den Leistungshalbleiterschaltern (20,21) des ersten Reihenschaltungszweigs (33) mit einer ers ten Anschlussklemme (13) des Submoduls (12) und der Potenzi- alpunkt zwischen den Leistungshalbleiterschaltern (22,23) des zweiten Reihenschaltungszweigs (34) mit der zweiten An schlussklemme (14) des Submoduls (12) verbunden ist.

8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass

jeder Leistungshalbleiterschalter (20,21,22,23) ein IGBT (31) ist mit gegensinnig parallel geschalteter Freilaufdiode (32), ein GTO oder ein Transistorschalter ist. 9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass

jede Gleichspannungsquelle (24) einen Energiespeicher um fasst . 10. Vorrichtung (1) nach Anspruch 9,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass

der Energiespeicher an ein Versorgungsnetz anschließbar ist.

11. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass

Ausgleichswicklungen (35) vorgesehen sind, die induktiv mit den Hochspannungswicklungen (5,6) gekoppelt sind, wobei die Ausgleichswicklungen (36) mit wenigstens einem kapazitiv wir kenden Bauteil (35) verschaltet sind.

12. Vorrichtung (1) nach Anspruch 11,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass

das kapazitiv wirkende Bauteil Kondensatoren (46) aufweist.

Description:
Beschreibung

Magnetisch regelbare Drosselspule in Reihenschaltung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Blindleistungs kompensation in einem wenigstens einen Phasenleiter aufwei senden Hochspannungsnetz mit wenigstens einem ersten Hoch spannungsanschluss, der zur Verbindung mit jeweils einem Pha senleiter eingerichtet ist, wobei für jeden ersten Hochspan nungsanschluss ein erster und ein zweiter Kernabschnitt, die Teil eines geschlossenen Magnetkreises sind und in einem Tank angeordnet sind, eine erste Hochspannungswicklung, die den ersten Kernabschnitt umschließt, und eine zweite Hochspan nungswicklung, die den zweiten Kernabschnitt umschließt und parallel zur ersten Hochspannungswicklung geschaltet ist, we nigstens ein Sättigungsschaltzweig, der zum Sättigen der Kernabschnitte eingerichtet ist und ansteuerbare Leistungs halbleiterschalter aufweist, und eine Steuerungseinheit zum Ansteuern der Leistungshalbleiterschalter vorgesehen sind, wobei die erste und die zweite Hochspannungswicklung an den ersten Hochspannungsanschluss angeschlossen und mit einem o- der dem Sättigungsschaltzweig verbindbar sind.

Eine solche Vorrichtung ist aus der EP 3 168 708 Al bereits bekannt. Dort ist ein so genannter „Full Variable Shunt Reac- tor" (FVSR) offenbart. Die vorbekannte Vorrichtung verfügt über zwei einander parallel geschaltete Hochspannungswicklun gen je Phase, die jeweils einen Kernschenkel eines geschlos senen Eisenkerns umschließen und an ihrem Hochspannungsende an einen Phasenleiter eines Hochspannungsnetzes angeschlossen sind. Die Niederspannungsseiten der Hochspannungswicklungen sind mit Hilfe eines Transistorschalters entweder mit einem zweckmäßig polarisierten Umrichter oder direkt mit einem Erd anschluss verbindbar. Der Umrichter ist zum Erzeugen eines Gleichstroms in der mit ihm verbundenen Hochspannungswicklung eingerichtet. Dabei wird der Gleichstrom so eingestellt, dass der von der Wicklung umschlossene Kernschenkel in einen ge wünschten Sättigungszustand getrieben wird. In diesem Sätti- gungszustand weist das Kernmaterial beispielsweise eine sehr kleine magnetische Permeabilität auf, wodurch sich der magne tische Widerstand der Wicklung erhöht und deren Induktivität abgesenkt wird. Die Sättigung der besagten Kernabschnitte ist polarisationsabhängig, so dass ein über die Wicklungen flie ßender Wechselstrom je nach seiner Polarisierung im Wesentli chen nur über eine der beiden Hochspannungswicklungen fließt. So fließt beispielsweise ein positiver Wechselstrom über die erste Hochspannungswicklung während ein negativer Wechsel strom über die zweite Hochspannungswicklung zur Erde hin ab fließt. Wird der Strom nur über eine Hochspannungswicklung getrieben, kann die jeweils andere Wicklung, die gerade nicht vom Wechselstrom durchströmt wird, mit einem Gleichstrom be aufschlagt werden, um den von ihr umschlossenen Kernschenkel in dem gewünschten Maß zu sättigen.

Der vorbekannten Vorrichtung haftet der Nachteil an, dass diese nur in Parallelschaltung mit dem oder den Phasenleitern des Versorgungsnetzes verbunden werden kann. Bei einer paral lel geschalteten Vorrichtung ist diese mit ihrer einen Seite an das Hochspannungspotenzial des Phasenleiters angeschlos sen, wobei die vom Hochspannungsanschluss abgewandte Seite auf Erdpotenzial liegt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten bereitzustellen, bei seriell ins Hochspannungsnetz geschaltet werden kann und die weiterhin kostengünstig ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen zweiten Hoch spannungsanschluss, der ebenfalls zum Anschluss an den besag ten Phasenleiter vorgesehen ist und über einen oder jeden Sättigungsschaltzweig oder direkt mit den Hochspannungswick lung verbunden ist, wobei jeder Sättigungszweig außerhalb des Tanks angeordnet und gegenüber Erdpotential elektrisch iso liert aufgestellt ist.

Im Rahmen der Erfindung ist der zweite Anschluss ein Hoch spannungsanschluss. Dieser zweite Hochspannungsanschluss ist ebenfalls zur Verbindung mit dem Phasenleiter vorgesehen, so dass die gesamte Vorrichtung in Reihe in den jeweiligen Pha senleiter geschaltet ist. Der Sättigungsschaltzweig kann im Rahmen der Erfindung direkt, also - mit Ausnahme von Durch führungen - ohne Zwischenschaltung weiterer Komponenten oder Bauteile, mit dem zweiten Hochspannungsanschluss verbunden sein. Alternativ dazu ist es im Rahmen der Erfindung jedoch auch möglich, weitere Komponenten im Strompfad zwischen dem Sättigungsschaltzweig und dem zweiten Hochspannungsanschluss anzuordnen .

Die oder der Sättigungsschaltzweig ist im Rahmen der Erfin dung außerhalb des Tanks isoliert aufgestellt und beispiels weise auf einer Hochspannungsplattform angeordnet, wobei die Sättigungszweige mit ihren Leistunghalbleiterschaltern und Leistungselektronik beim Betrieb auf einem Hochspannungspo tential liegen können. Dies erleichtert die Verbindung mit den Hochspannungswicklungen im Tank. Zwischen den auf der Hochspannungsplattform angeordneten Komponenten treten Span nungsabfälle, beispielsweise im Mittelspannungsbereich von 1 kV bis 50 kV, auf. Diese Mittelspannungsabfälle sind jedoch im Vergleich zu Hochspannungsabfällen von in der Regel 100 kV bis 800 kV kostengünstiger zu handhaben, wobei die dazu ver wendeten Komponenten aus der Mittelspannungstechnik bekannt sind. Auf der Hochspannungsplattform können im Rahmen der Er findung weitere Komponenten, beispielsweise kapazitive Bau teile und dergleichen, angeordnet sein.

Gemäß einer ersten Variante der Erfindung sind die erste und zweite Hochspannungswicklung mit dem ersten Hochspannungsan schluss verbunden. Zwischen dem ersten Hochspannungsanschluss und den Hochspannungswicklungen können zusätzliche Bauteile oder Komponenten zugeordnet sein.

Allerdings ist zwischen dem zweiten Hochspannungsanschluss und den Hochspannungswicklungen kein Sättigungszweig angeord net . Dadurch, dass jede Hochspannungswicklung in einem mit einem Isolierfluid befüllten Tank und jeder Sättigungsschaltzweig außerhalb des Tanks angeordnet sind, kann der Tank mit seinen induktive Komponenten und die leistungselektronischen Kompo nenten des Sättigungsschaltzweiges unabhängig voneinander hergestellt und transportiert werden können. Die induktiven Komponenten umfassen neben dem Tank auf Erdpotential die im Betrieb auf einem Hochspannungspotential liegenden Hochspan nungswicklungen, die in dem Tank angeordnet sind. Zur Isolie rung und Kühlung dient das flüssige oder gasförmige Isolier fluid, das darüber hinaus auch zur Kühlung der Hochspannungs wicklungen dient. Gemäß dieser Variante ist es nicht mehr er forderlich die Leistungselektronik des isoliert aufgeständer- ten Sättigungszweiges hochspannungsfest aufzustellen oder zu isolieren. Auf der Hochspannungsplattform unterscheiden sich die elektrischen Potentiale der dort angeordneten Komponenten lediglich im Bereich von 1 bis 52 kV. Die besagten Komponen ten können daher näher zueinander aufgestellt werden als bei höheren Spannungen. Dies führt zu einer kompakteren Vorrich tung und reduzierten Kosten.

Vorteilhafterweise ist jeder Sättigungsschaltzweig auf einer elektrisch isoliert aufgestellten Hochspannungsplattform an geordnet .

Bei diesen Varianten ist es ferner vorteilhaft, wenn jeder Sättigungsschaltzweig über wenigsten eine Hochspannungs durchführung mit der oder den Hochspannungswicklungen verbun den ist. Die Hochspannungsdurchführungen ermöglichen den An schluss des jeweiligen Sättigungsschaltzweiges an die Kompo nenten der Vorrichtung, die in dem Tank angeordnet sind.

Als Isolierfluid kommt beispielsweise ein mineralisches Öl, ein Esteröl oder dergleichen in Betracht. Es können unter schiedliche Isolierfluids in verschiedenen Tanks vorgesehen sein. Bevorzugt ist jedoch das Isolierfluid in allen Tanks das gleiche. Das Isolierfluid kann abweichend davon auch als Schutzgas ausgeführt sein. Mehrere Tanks sind beispielsweise erforderlich, wenn für jede Phase des Hochspannungsnetzes ein Tank vorgesehen ist.

Vorteilhafterweise verfügt wenigstens eine Hochspannungswick lung über einen Mittenanschluss, über die die besagte Hoch spannungswicklung an einen oder den einen Sättigungszweig an geschlossen ist. Die Wicklungsenden der Hochspannungswicklun gen sind dabei mit dem ersten beziehungsweise zweiten Hoch spannungsanschluss verbunden.

Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung weist jede Hochspannungswicklung einen Mittenanschluss auf, der mit einem oder dem Sättigungsschaltzweig verbunden ist.

Vorzugsweise verfügt jeder Sättigungsschaltzweig über wenigs tens ein zweipoliges Submodul mit einer Brückenschaltung, die über Leistungshalbleiterschalter und eine Gleichspannungs quelle verfügt, so dass je nach Ansteuerung der Leistungs halbleiterschalter die Gleichspannungsquelle entweder in Rei he zu wenigstens einer Hochspannungswicklung schaltbar oder überbrückbar ist. Die Gleichspannungsquelle stellt bei zweck mäßiger Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter dann die notwenigen Spannungen und Gleichströme zum Sättigen des Kerns der Hochspannungswicklungen bereit.

Bevorzugt ist jedes Submodul als Vollbrückenschaltung ausge bildet, die einen ersten Reihenschaltungszweig und einen zweiten Reihenschaltungszweig aufweist, die der Gleichspan nungsquelle jeweils parallel geschaltet sind. Jeder Reihen schaltungszweig weist eine Reihenschaltung aus zwei Leis tungshalbleiterschaltern auf, wobei der Potenzialpunkt zwi schen den Leistungshalbleiterschaltern des ersten Reihen schaltungszweiges mit einer ersten Anschlussklemme des Submo duls und der Potenzialpunkt zwischen den Leistungshalbleiter schaltern des zweiten Reihenschaltungszweigs mit der zweiten Anschlussklemme des Submoduls verbunden ist. Vollbrücken schaltungen ermöglichen eine Polarisationsumkehr an den An schlussklemmen, die mit einer so genannten Halbbrückenschal- tung, die lediglich einen Parallelzweig mit zwei Leistungs halbleiterschaltern aufweist, nicht möglich ist.

Bevorzugt ist jeder Leistungshalbleiterschalter ein IGBT mit gegensinnig parallel geschalteter Freilaufdiode, ein so ge nannter GTO oder ein Transistorschalter. Vorteilhaft ist im Rahmen der Erfindung, dass jeder Leistungshalbleiterschalter sowohl von seiner Unterbrecherstellung, in der ein Stromfluss über den Leistungshalbleiterschalter nicht möglich ist, in seine Durchlassstellung oder umgekehrt überführbar ist, in der ein Stromfluss über den Leistungshalbleiterschalter er möglicht ist. Solche Leistungshalbleiterschalter werden auch abschaltbare Leistungshalbleiterschalter genannt, die sogar einen über sie fließenden Kurzschlussstrom unterbrechen kön nen, wenn geeignete Maßnahme getroffen wurden, um die dabei entstehenden Energien abzubauen.

Bevorzugt ist jede Gleichspannungsquelle ein Energiespeicher. Als Energiespeicher kommen vorteilhafterweise elektrische Energiespeicher in Betracht, die vorzugsweise unipolar sind. So kommen als Energiespeicher beispielsweise Kondensatoren, Superkondensatoren, supraleitende Spulen, Batterieakkumulato ren, Supercaps oder dergleichen in Betracht. Die aufgezählten oder andere Energiespeicher können in einem Submodul einzeln auftauchen oder aber mehrere von ihnen sind in Reihe geschal tet. Auf diese Reihenschaltung wird im Rahmen der hier vor liegenden Erfindung mit dem Begriff „Energiespeicher" insge samt Bezug genommen.

Zweckmäßigerweise ist der Energiespeicher mit einer Ladeein heit zum Aufladen des Energiespeichers verbunden. Bevorzugt ist der Energiespeicher an ein Versorgungsnetz anschließbar. Dies erfolgt zweckmäßigerweise über eine Ladeeinheit, die im Rahmen der Erfindung grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein kann. Wesentlich ist jedoch, dass über die Ladeeinheit dem Versorgungsnetz Energie entnommen und in dem Energiespeicher gespeichert werden kann. Diese Energie ermöglicht dann den Stromfluss zur Sättigung der jeweiligen Hochspannungswick lung .

Zweckmäßigerweise sind Zusatzwicklungen vorgesehen, die in duktiv mit den Hochspannungswicklungen gekoppelt sind, wobei die Zusatzwicklungen mit wenigstens einem kapazitiv wirkenden Bauteil verschaltet sind. Die Zusatzwicklungen sind im Rahmen der Erfindung mit wenigstens einer der Hochspannungswicklun gen des FVSR induktiv gekoppelt. Dabei sind die Zusatzwick lungen mit einem kapazitiv wirkenden Bauteil verschaltet. Mit dem Begriff „verschaltet" ist gemeint, dass jedes kapazitiv wirkende Bauteil galvanisch entweder direkt oder über ein elektrisches Bauteil, wie beispielsweise eine Schalteinheit mit wenigstens einer der Zusatzwicklungen verbunden ist. Das kapazitive Bauteil, beispielsweise ein Kondensator oder eine mit Kondensatoren ausgerüstete „Flexible AC Transmission Sys tem" (FACTS) - Komponente, wie beispielsweise ein „Static Synchronous Compensator" (STATCOM) , kann so Einfluss auf den Grad und Richtung einer Blindleistungskompensation nehmen.

Die FVSR dient in erster Linie der Lastflussregelung, der Strombegrenzung oder der dynamischen Filterung.

Zweckmäßigerweise weist das kapazitive Bauteil Kondensator oder eine Kondensatorbatterie auf.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Aus führungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Bauteile verweisen und wobei

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen

Vorrichtung in einer schematischen Darstel lung,

Figur 2 die Sättigungsschaltzweige der Vorrichtung ge mäß Figur 1, Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin

dungsgemäßen Vorrichtung,

Figur 4 ein weitere Ausführungsbeispiel der erfin

dungsgemäßen Vorrichtung mit aufgeständerten Sättigungsschaltzweigen,

Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin

dungsgemäßen Vorrichtung und

Figur 6 noch weiteres Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Vorrichtung zeigen.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, die einen mit einem Isolierfluid befüllten Tank 2 aufweist. Als Isolierfluid kommen mineralische Öle, aber auch Esterflüssigkeiten oder dergleichen in Betracht. Auch gasförmige Isolierfluide sind im Rahmen der Erfindung möglich .

Das Isolierfluid stellt zum einen die notwendige Spannungs festigkeit für Bauteile der Vorrichtung 1, die auf einem Hochspannungspotenzial liegen, gegenüber dem Tank 2 bereit, der auf Erdpotenzial liegt. Darüber hinaus dient das Isolier fluid zur Kühlung der beim Betrieb Wärme entwickelnden Kompo nenten. In dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Tank mit einer Esterflüssigkeit befüllt.

Innerhalb des Tanks 2 ist ein Kern angeordnet, der aus einem magnetisierbaren Material, bevorzugt einem ferromagnetischen Material wie beispielsweise Eisen besteht. Zur Vermeidung von Wirbelströmen, ist der Kern an flächig aneinander anliegenden Eisenblechen, zusammengesetzt. Dabei bildet der Kern einen ersten Kernschenkel 3 sowie einen zweiten Kernschenkel 4 als Kernabschnitte aus.

Der erste Kernschenkel 3 wird von einer ersten Hochspannungs wicklung 5 umschlossen. Der zweite Kernschenkel 4 ist von ei ner zweiten Hochspannungswicklung 6 umgeben. Zur Ausbildung eines geschlossenen Magnet- oder Eisenkreises, die in figür lich nicht dargestellte Joche, die sich von dem oberen Ende des Kernschenkels 3 zum oberen Ende des Kernschenkels 4 sowie vom unteren Ende des Kernschenkels 3 zum unteren Ende des Kernschenkels 4 erstrecken. Darüber hinaus sind zwei figür lich ebenfalls nicht dargestellte Rückflussschenkel vorgese hen, die von keiner Wicklung umgeben sind und sich rechts und links parallel zu den Kernschenkeln 3 beziehungsweise 4 er strecken. Mit anderen Worten ist ein so genannter 2/2-Kern bereitgestellt .

Die erste Hochspannungswicklung 5 und die zweite Hochspan nungswicklung 6 weisen jeweils ein Wicklungsende 7 auf, mit dem diese mit einer Hochspannungsdurchführung 8 verbunden sind, mit dem die beim Betrieb auf einem Hochspannungspoten zial liegenden Anschlussleitungen durch die auf Erdpotenzial liegende Wandung des Tanks 2 geführt werden.

Die Hochspannungsdurchführung 8 durchgreift dabei die Wand des Tanks 2 und ist an ihrem freien außerhalb des Tanks 2 an geordneten Ende mit einem Freiluftanschluss ausgerüstet. Der figürlich nicht dargestellte Freiluftanschluss dient zum An schluss eines luftisolierten Leiters 40, über den die Hoch spannungswicklungen 5 und 6 mit einem ersten Hochspannungsan schluss 42 verbunden, über den die gesamte Vorrichtung 1 mit einem Phasenleiter 16 eines Hochspannungsversorgungsnetzes verbunden werden kann. Für jeden anderen Phasenleiter des Hochspannungsnetzes, die aus Gründen der Übersicht hier nicht gezeigt sind, verfügt die Vorrichtung 1 über einen identi schen Aufbau wie derjenige, der in Figur 1 gezeigt ist. Auch diese Komponenten sind aus Gründen der Übersicht nicht ge zeigt. Selbstverständlich sind auch Kabelverbindungen im Rah men der Erfindung möglich.

An ihren vom ersten Hochspannungsanschluss 42 abgewandten En den 9 sind die erste Hochspannungswicklung 5 und die zweite Hochspannungswicklung 6 jeweils mit einem außerhalb des Tanks 2 angeordneten Sättigungsschaltzweig 10 beziehungsweise 11 verbunden, wobei jeder Sättigungsschaltzweig 10, 11 ein zwei poliges Submodul 12 aufweist, das mit einer ersten Anschluss klemme 13 mit der jeweiligen Hochspannungswicklung 5 bezie hungsweise 6 verbunden ist. Über ihre zweite Anschlussklemme 14 sind die Submodule 12 mit dem zweiten Hochspannungsan schluss 44 verbunden. Eine Durchführung 8 dient wieder zum Hindurchführen der Verbindungsleitung zwischen Hochspannungs wicklung 5, 6 und Sättigungsschaltzweig 10, 11 durch die Wand des Tanks 2. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der zweite Hochspannungsanschluss 44 ebenfalls mit dem Phasenlei ter 16 verbunden. Mit anderen Worten ist die gezeigte erfin dungsgemäße Vorrichtung 1 in Reihe in das Versorgungsnetz mit dem Phasenleiter 16 geschaltet.

Wesentlich im Rahmen der Erfindung ist, dass jeder Sätti gungsschaltzweig 10 beziehungsweise 11 ein zweipoliges Submo dul 12 aufweist, das über eine Brückenschaltung aus Leis tungshalbleiterschaltern 20, 21, 22 und 23 und eine Gleich spannungsquelle 24 verfügt, die bevorzugt unipolar ausgebil det ist und somit einen festen Plus- und einen festen Minus pol aufweist. Die Sättigungsschaltzweige 10, 11 sind gegen über dem Erdpotential isoliert aufgestellt. Hierzu dienen zweckmäßige Isolierbauteile, wie z.B. Stützer oder derglei chen .

Die Brückenschaltung kann im Rahmen der Erfindung eine Halb brücke oder eine Vollbrücke sein. In Figur 1 verfügt jedes Submodul über eine Vollbrücke und umfasst vier Leistungshalb leiterschalter 20, 21, 22 und 23. Eine Halbbrücke umfasst le diglich zwei der Leistungshalbleiterschalter. Zum zweckmäßi gen Ansteuern der vier Leistungshalbleiterschalter 20, 21, 22 und 23 ist eine Steuerungseinheit 26 vorgesehen, die ein gangsseitig mit Sollwerten für die Spannung UACS O II, den Wech selstrom IACS O II und die Blindleistung QACS O II versorgt werden kann. Zum Erfassen des von dem Phasenleiter 16 zu den Hoch spannungswicklungen fließenden Wechselstromes IAC dient ein Stromsensor 27, wobei ein Spannungssensor 28 die hochspan- nungsseitig der Hochspannungswicklungen 5 und 6 abfallende Spannung erfasst. Der Stromsensor 27 und der Spannungssensor

28 sind über figürlich nicht dargestellte Signalleitungen mit der Steuerungseinheit 26 verbunden. Am anderen Ende der Hoch spannungswicklung 5 beziehungsweise 6 sind ebenfalls Sensoren

29 und 30 erkennbar, die ebenfalls über Signalleitungen mit der Steuerungseinheit 26 verbunden sind und Ströme erfassen, die zwischen dem jeweiligen Submodul 12 und der jeweiligen Hochspannungswicklung 5 beziehungsweise 6 fließen. Die Leis tungshalbleiterschalter 20, 21, 22 und 23 eines Submoduls 12 können durch zweckmäßige Ansteuersignale, die durch gestri chelte Linien dargestellt sind, von der Steuerungseinheit 26 von einer Trennstellung, in welcher ein Stromfluss über die Leistungshalbleiterschalter unterbrochen ist, in eine Durch gangsstellung, in der ein Stromfluss über die Leistungshalb leiterschalter möglich ist oder umgekehrt von der Durchgangs stellung in die Trennstellung überführt werden.

Die Betriebsweise der Vorrichtung 1 ist wie folgt: Ist die von dem Spannungssensor 28 erfasste Spannung positiv, sind die Leistungshalbleiterschalter 22 und 23 des Sättigungs schaltzweigs 10 geschlossen. Es sei an dieser vorausgesetzt, dass der Kernschenkel 3 zuvor durch ein von dem Submodul 12 des ersten Sättigungsschaltzweigs 10 zur Hochspannungswick lung 5 fließenden Gleichstroms gesättigt wurde, so dass für die positive Halbwelle der Wechselspannung der Wechselwider stand der Hochspannungswicklung 5 kleiner ist als der Wech selwiderstand der Hochspannungswicklung 6. Somit fließt nahe zu der gesamte Wechselstrom I AC über den mit Ii bezeichneten Strompfad zum zweiten Hochspannungsanschluss 44 hin. In der positiven Halbwelle der Wechselspannung werden daher die Leistungshalbleiterschalter 21 und 22 geschlossen, so dass die Gleichspannungsquelle 24 des Sättigungsschaltkreises 11 einen Gleichstrom treibt, der von der Hochspannungswicklung 6 zum zweiten Hochspannungsanschluss 44 fließt. Während der po sitiven Halbwelle der Wechselspannung im Phasenleiter 16 kann somit der zweite Kernschenkel in der gewünschten Weise gesät tigt werden. Während der negativen Halbwelle, in der die von dem Sensor 28 gemessene Spannung negativ ist, fließt ein Wechselstrom I AC hingegen im Wesentlichen über die zweite Hochspannungswick lung 6, so dass durch Schließen der Leistungshalbleiterschal ter 20 und 23 und Öffnen der Leistungshalbleiterschalter 21 und 22 des Submoduls 12 des ersten Sättigungsschaltzweigs 10 ein Sättigungsgleichstrom erzeugt wird, der von dem Submodul

12 zur ersten Hochspannungswicklung 5 oder umgekehrt fließt und so für die gewünschte Sättigung des Kernschenkels 3 sorgt .

Figur 2 zeigt den Aufbau der Submodule 12 des ersten und zweiten Sättigungsschaltkreises 10, 11 genauer. Es ist er kennbar, dass die Submodule für beide Sättigungsschaltzweige 10 beziehungsweise 11 identisch aufgebaut sind. Es ist ferner erkennbar, dass die Leistungshalbleiterschalter 20, 21, 22 und 23 einen so genannten IGBT 31 umfassen, dem eine Frei laufdiode 32 gegensinnig parallel geschaltet ist. Der Aufbau eines IGBTs mit Freilaufdiode ist grundsätzlich bekannt, so dass an dieser Stelle auf deren Wirkungsweise nicht genauer eingegangen zu werden braucht. Wesentlich ist, dass die Frei laufdiode 32 zum Schutz des IGBTs über Spannungen in Rück wärtsrichtung dient. Dabei sind IGBT 31 und Dioden 32 in ei nem gemeinsamen Schaltergehäuse untergebracht. IGBT 31 und Freilaufdiode 32 werden hier gemeinsam als Leistungshalb leiterschalter bezeichnet.

Jedes Submodul 12 ist als so genannte Vollbrücke ausgebildet und umfasst einen ersten Reihenschaltungszweig 32 und einen zweiten Reihenschaltungszweig 34 aus jeweils zwei in Reihe geschalteten Leistungshalbleiterschaltern 20, 21 beziehungs weise 22 und 23. Der Potenzialpunkt zwischen Leistungshalb leiterschaltern 20 und 21 ist mit der ersten Anschlussklemme

13 und der Potenzialpunkt zwischen den Leistungshalbleiter schaltern 22 und 23 des zweiten Reihenschaltungszweigs 34 mit der Anschlussklemme 14 des Submoduls 12 verbunden. Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Vorrichtung 1, die dem im Zusammenhang mit Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel zum Teil entspricht. Neben den in Figur 1 bereits beschriebenen Bauteilen oder Elementen verfügt das in Figur 7 gezeigte Ausführungsbeispiel der Vor richtung 1 auch über ein kapazitiv wirkendes Bauteil, das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Kondensator 35 ausge führt ist. Der Kondensator 35 ist einer Ausgleichswicklung 36 parallel geschaltet ist, wobei die Ausgleichswicklung 36 aus zwei Teilausgleichswicklungen 37 und 38 besteht, die zueinan der in Reihe geschaltet sind. Die Teilausgleichswicklung 37 ist induktiv mit der ersten Hochspannungswicklung und die zweite Teilausgleichswicklung 38 mit der Hochspannungswick lung 6 induktiv gekoppelt. Dabei sind die Hochspannungswick lungen 5 beziehungsweise 6 und die jeweilige Teilausgleichs wicklung 37 beziehungsweise 38 konzentrisch zueinander ange ordnet, wobei sie den gleichen Kernabschnitt 3 beziehungswei se 4 des ansonsten nicht weiter verdeutlichten Kerns um schließen. In Figur 3 ist lediglich eine Zusatzwicklung 36 für die dort gezeigte Phase verdeutlicht. In dem Tank 2 sind jedoch für die anderen Phasen weitere Ausgleichswicklungen vorgesehen, die identisch aufgebaut und auf die gleiche Art und Weise mit dem Kondensator 35 verschaltet sind. Dabei sind die Ausgleichswicklungen 36 der unterschiedlichen Phasen mit einander in einer Dreiecksschaltung verbunden. Diese Drei ecksschaltung ist durch Pfeile 39a beziehungsweise 39b ange deutet. In dem Parallelzweig der Ausgleichswicklung, in wel cher der Kondensator 35 angeordnet ist, ist ferner ein Schal ter 49 schematisch dargestellt, der in dem gezeigten Ausfüh rungsbespiel zwei gegensinnig parallel geschaltete Thyristo ren umfasst. Mit Hilfe des elektronischen Schalters 49 kann der Kondensator 35 der Ausgleichswicklung 36 parallel ge schaltet werden oder die Wirkung des kapazitiv wirkenden Bau teils 35 unterdrückt werden.

Der Kondensator 35 ist in Figur 3 als einzelner Kondensator dargestellt, der außerhalb des Tanks 2 des FVSR angeordnet ist. Der Kondensator 35 umfasst jedoch eine Anzahl von in Reihe oder parallel zueinander angeordneten Kondensatoren und kann daher auch als Kondensatorbatterie bezeichnet werden. Dabei ist die Anzahl der parallel oder in Reihe geschalteten Kondensatoren von den jeweiligen Anforderungen abhängig, wo bei die kapazitive Wirkung erhöht oder herabgesetzt werden kann .

Der Kondensator oder mit anderen Worten die Kondensatorbatte rie 35 ist wie der Schalter 49 außerhalb des Tanks 2 des FVSR angeordnet. Abweichend hiervon ist natürlich auch die Anord nung in einem gemeinsamen Tank möglich. Um eine elektrische Verbindung zwischen der Ausgleichswicklung 36 in dem Tank 2 zu ermöglichen, sind wieder zweckmäßige Durchführungen 8 vor gesehen, die ein spannungsfestes Durchführen der Hochspan nungsleitungen durch die Wand des Tanks 2, die auf Erdpoten zial liegt, ermöglichen.

Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Vorrichtung 1, die einen ersten Hochspannungsan schluss 42 zum Anschluss des Phasenleiters 16 sowie einen zweiten Hochspannungsanschluss 44 aufweist, der ebenfalls zum Anschluss des Phasenleiters 16 vorgesehen ist. Die Vorrich tung ist somit wieder in Reihe in den Phasenleiter 16 ge schaltet. Wie bei den Figuren 1 und 3 gezeigten Ausführungs beispielen sind die Sättigungsschaltzweige 10 und 11 außer halb des Tanks 2 angeordnet. Zur Verbindung der Sättigungs schaltzweige mit den im Tank 2 angeordneten Hochspannungs wicklungen 5 und 6 dienen wiederum Hochspannungsdurchführun gen 8, welche die Wand des Tanks 2 jeweils durchgreifen, wo bei ein äußerer Isolierkörper die notwendige Spannungsfestig keit gegenüber dem Tank 2 auf Erdpotenzial bereitstellt .

Dabei sind die Sättigungsschaltzweige 10, 11 auf einer Hoch spannungsplattform 50 angeordnet, die eine ebene Tragstruktu ren 51 sowie zwei außen mit Rippen versehene Stützer aus ei nem nichtleitenden Material aufweist. Die Stützer 52 sind mit einem Ende fest im Erdboden verankert und mit ihrem vom Erd boden abgewandten Ende fest mit der Tragplatte 51 verbunden. In den Figuren 4, 5 und 6 sind jeweils zwei Stützer 52 er kennbar. An dieser Stelle wird jedoch darauf hingewiesen, dass weitere figürlich nicht dargestellte Stützer zum Tragen der Tragstruktur 51 möglich sind. Mit Hilfe der Isolatoren oder Stützer 52 ist es möglich, dass die Sättigungsschalt zweige 10 und 11 auf einem Hochspannungspotenzial liegen.

Dies gilt somit für die Leistungselektronik der Leistungs halbleiterschalter. Eine aufwändige Potentialtrennung ist überflüssig geworden.

Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Vorrichtung, die sich von dem in Figur 4 gezeig ten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass der zwei te Hochspannungsanschluss 44 nicht direkt mit den Sättigungs schaltzweigen 10, 11 über einen Sternpunkt verbunden ist.

Vielmehr ist der zweite Hochspannungsanschluss 44 über eine Durchführung 8 direkt mit den im Tank 2 angeordneten Hoch spannungswicklungsenden 9 verbunden. Dabei weisen die Hoch spannungswicklungen 5 und 6 jeweils einen Mittenanschluss 53 auf, der zum Anschluss der auf der Plattform 50 angeordneten Sättigungsschaltzweige 10 und 11 dient. Die Sättigungsschalt zweige 10 und 11 sind über eine zweckmäßige Verschaltung 54 miteinander verbunden.

Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Vorrichtung, die sich von dem in Figur 5 gezeig ten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass auf der Hochspannungsplattform 50 lediglich ein Sättigungsschaltzweig angeordnet ist, der mit beiden Hochspannungswicklungen 5, 6 verbunden ist, wobei zweckmäßige Schalter vorgesehen sind, um die gewünschte Sättigung der Kernabschnitte 3 und 4 herbeizu führen .