WO2024074270A1

WO2024074270A1 - Kombinierte erdungs- und schutzeinrichtung für einen modular aufgebauten spannungs- und leistungswandler

Info

Publication number: WO2024074270A1
Application number: PCT/EP2023/075065
Authority: WO
Inventors: Christian Hammer; Josef Wittmann; Axel Brandt; Sebastian BRÜSKE
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Scheubeck GmbH and Co
Priority date: 2022-10-05
Filing date: 2023-09-13
Publication date: 2024-04-11
Anticipated expiration: 2025-04-05
Also published as: DE102022125675A1; EP4599517A1; CN119999064A; JP2025533595A

Abstract

Dargestellt und beansprucht ist eine kombinierte Erdungs- und Schutzeinrichtung für einen modular aufgebauten Spannungs- und Leistungswandler zur Wandelung einer Primärwechselspannung mit einer oder mehreren Phasen in eine Sekundärspannung. Die kombinierte Erdungs- und Schutzeinrichtung umfasst Eingangskontakte und Ausgangskontakte, die mit Spannungseingängen und Spannungsausgängen von Einzelmodulen des Wandlers leitend verbunden werden. Die Eingangs- und Ausgangkontakte, die mit dem gleichen Einzelmodul verbunden werden, sind mit einem Varistor verbunden, der leitend wird, wenn die über den Varistor abfallende Spannung einen ersten Schwellwert überschreitet. Eine nichtleitende Schaltleiste mit Brückenkontakten kann von einer Betriebsposition in eine Erdungsposition bewegt werden. In der Erdungsposition verbinden die Brückenkontakt die Eingangs- und Ausgangkontakte der Einzelmodule miteinander und mit einem Masseanschluss. In der Betriebsposition sind dieselben Eingangs- und Ausgangskontakte nicht durch die Brückenkontakte und auch nicht mit dem Masseanschluss verbunden.

Description

Kombinierte Erdungs- und Schutzeinrichtung für einen modular aufgebauten Spannungs- und Leistungswandler

Die vorliegende Erfindung betrifft eine kombinierte Erdungs- und Schutzeinrichtung für einen modular aufgebauten Spannungs- und Leistungswandler zur Wandelung einer Primärwechselspannung mit einer oder mehreren Phasen in eine Sekundärspannung. Der modular aufgebaute Spannungs- und Leistungswandler umfasst für jede Phase der Primärwechselspannung eine Mehrzahl von in Reihe zu schaltenden Einzelmodulen. Jedes Einzelmodul weist zur Aufnahme einer Phase der Primärwechselspannung einen Spannungseingang und einen Spannungsausgang auf.

Modular aufgebaute Spannungs- und Leistungswandler in Form von Solid State Transformatoren (SST), die auch als leistungselektronische Transformatoren bezeichnet werden, sollen in speziellen Anwendungen die Funktion von herkömmlichen 50Hz Öl- oder Gießharztransformatoren ersetzen, um beispielsweise eine dreiphasige Hochspannung in eine Gleichspannung umzuformen. Die leistungselektronischen Transformatoren sind hierzu aus einer Vielzahl von Einzelstromrichtern aufgebaut, wobei für jede Phase der Hochspannung mehrere Einzelstromrichter in Reihe geschaltet werden und die in Reihe geschalteten Einzelstromrichter wiederum insgesamt parallel geschaltet sind.

Die Einzelstromrichter, die auch als Zellen bezeichnet werden, befinden sich im Normalbetrieb auf einem Hochspannungspotential und sind daher für Personen nicht zugänglich. Wenn dennoch Wartungen oder andere Arbeiten an dem SST durchgeführt werden müssen, sind verschiedene Sicherheitsregeln zu beachten. Insbesondere muss die Spannungsfreiheit festgestellt und für jede der Zellen eine Erdungsgarnitur umgelegt werden, so dass jede Zelle geerdet ist. Aufgrund der Vielzahl von Einzelzellen, die ein SST umfasst, sind die vorbereitenden Arbeiten vor einer Wartung daher sehr aufwendig und zeitraubend.

Zudem kann es problematisch sein, wenn eine einzelne Zelle aufgrund eines Fehlers in der Zelle keinen Strom mehr führen kann, da in diesem Fall die Leiter-Leiterspannung der Hochspannung, beispielsweise 20 kV, über die Trennstelle abfällt, was beispielsweise zu einer explosionsartigen Zerstörung der Zelle führen kann. Durch die Überreste der explosionsartig zerstörten Zelle können zudem weitere Zellen zerstört werden, die benachbart angeordnet sind, so dass der Schaden nicht auf eine einzelne Zelle begrenzt ist. Vor diesem Hintergrund stellt sich dem Fachmann die Aufgabe, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der zumindest einige der vorstehend geschilderten Probleme gelöst werden können.

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch eine kombinierte Erdungs- und Schutzeinrichtung gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der kombinierten Erdungs- und Schutzeinrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Gemäß einem erstem Aspekt ist eine kombinierte Erdungs- und Schutzeinrichtung für einen modular aufgebauten Spannungs- und Leistungswandler zur Wandelung einer Primärwechselspannung mit einer oder mehreren Phasen in eine Sekundärspannung vorgesehen. Der Spannungs- und Leistungswandler weist für jede Phase der Primärwechselspannung eine Mehrzahl von in Reihe zu schaltenden Einzelmodulen auf. Jedes Einzelmodul weist zur Aufnahme einer Phase der Primärspannung einen Spannungseingang und einen Spannungsausgang auf. Die kombinierte Erdungs- und Schutzeinrichtung umfasst eine Mehrzahl von Eingangskontakten und eine Mehrzahl von Ausgangskontakten, die so konfiguriert sind, dass jeweils ein Eingangskontakt mit einem Spanungseingang eines Einzelmoduls des Spannungsund Leistungswandlers leitend verbindbar ist und jeweils ein Ausgangskontakt mit einem Spannungsausgang eines Einzelmoduls des Spannungs- und Leistungswandlers leitend verbindbar ist. Zudem sind jeweils der Eingangskontakt und der Ausgangkontakt, die mit dem Spannungseingang und dem Spannungsausgang des gleichen Einzelmoduls verbindbar sind, mittels eines Varistors verbunden. Der Varistor ist dazu konfiguriert, den Eingangskontakt leitend mit dem Ausgangskontakt zu verbinden, wenn die über den Varistor abfallende Spannung einen ersten Schwellwert überschreitet. Die kombinierte Erdungs- und Schutzeinrichtung umfasst weiterhin eine nichtleitende Schaltleiste mit einer Mehrzahl von Brückenkontakten. Die Schaltleiste ist dazu konfiguriert, von einer Betriebsposition in eine Erdungsposition bewegt zu werden. Wenn die Schaltleiste in der Erdungsposition ist, verbindet jeweils ein Brückenkontakt der Mehrzahl von Brückenkontakten den Eingangskontakt leitend mit dem Ausgangkontakt, die mit dem Spannungseingang und dem Spannungsausgang des gleichen Einzelmoduls verbindbar sind. Zudem sind die durch die Brückenkontakte leitend verbundenen Eingangskontakte und Ausgangskontakte mit einem Masseanschluss verbunden. Wenn die Schaltleiste in der Betriebsposition ist, sind die Eingangskontakte und die Ausgangskontakte, die mit dem Spannungseingang und dem Spannungsausgang des gleichen Einzelmoduls verbindbar sind, nicht durch die Brückenkontakte leitend verbunden und die Eingangskontakte und Ausgangskontakte auch nicht mit dem Masseanschluss verbunden.

Damit ist eine Einrichtung oder Vorrichtung vorgesehen, die aufgrund ihres vorteilhaften Aufbaus drei Funktion auf einmal übernimmt: sie verbindet Ausgangs- und Eingangskontakte von in der Reihenschaltung direkt aufeinanderfolgenden Einzelzellen oder Einzelmodulen des modularen Spannungs- und Leistungswandlers, schaltet die Einzelmodule also in Reihe, schützt durch die Varistoren jedes der Einzelmodule für sich vor Überspannung und ermöglicht durch die leitende Verbindung der Eingangs- und Ausgangskontakte, wenn die Schaltleiste in der Erdungsposition ist, sämtliche in Reihe geschalteten Einzelmodule durch die Bewegung der Schaltleiste mit einem Masseanschluss zu verbinden und somit zu erden.

Mit anderen Worten umfasst die vorliegende Vorrichtung eine Mehrzahl von Eingangs- und Ausgangskontakten, die jeweils zur Kontaktierung von entsprechenden Spannungseingängen und Spannungsausgängen von Einzelmodulen des kombinierten Spannungs- und Leistungswandlers vorgesehen sind. Die Anzahl der Eingangskontakte und die Anzahl der Ausgangskontakte der Erdungs- und Schutzeinrichtung entspricht somit jeweils der Anzahl der Einzelzellen. Jeweils ein Paar bestehend aus einem Eingangskontakt und einem Ausgangskontakt ist einem Einzelmodul zugeordnet und dazu vorgesehen, mit dem Spannungseingang bzw. dem Spannungsausgang des jeweiligen Einzelmoduls verbunden zu werden.

In einer beispielhaften Ausführungsform ist jede kombinierte Erdungs- und Schutzeinrichtung dazu vorgesehen, sämtliche Einzelmodule eines modularen Spannungs- und Leistungswandlers zu erden und zu schützen, die für die Wandlung einer Phase der Primärwechselspannung vorgesehen sind. Daher ist für jede der Phasen der Primärwechselspannung eine getrennte kombinierte Erdungs- und Schutzeinrichtung vorzusehen. Beispielsweise sind bei einem modularen Spannungs- und Leistungswandler, mit dem eine dreiphasige Hochspannung in eine Gleichspannung umgeformt werden soll, drei Gruppen von Einzelmodulen vorgesehen, jeweils eine Gruppe von Einzelmodulen für jede Phase, und es sind entsprechend auch drei kombinierte Erdungs- und Schutzeinrichtungen vorgesehen.

Um die Einzelmodule vor Überspannung zu schützen, sind jeweils die paarweise einem Einzelmodul zugewiesenen Eingangs- und Ausgangskontakte mit einem Varistor verbunden. Die Varistoren sind dazu vorgesehen, die Eingangs- und Ausgangskontakte leitend miteinander zu verbinden, also die Einzelmodule zu überbrücken, wenn die über den Varistor abfallende Spannung einen ersten Schwellwert überschreitet. Die Varistoren wirken daher bei einem Defekt eines Einzelmoduls und dem damit einhergehenden Spannungsanstieg zwischen dem Spannungseingang und Spannungsausgang der Zelle bzw. den zugeordneten Eingangs- und Ausgangskontakten als spannungsbegrenzend.

Zudem umfasst die kombinierten Erdungs- und Schutzeinrichtung eine Mehrzahl von leitenden Brückenkontakten, die Teil einer nichtleitenden Schaltleiste sind. Die Schaltleiste kann zwischen zwei Positionen bewegt werden, von denen eine als Betriebsposition bezeichnet wird und die andere als Erdungsposition. Beispielsweise kann die Bewegung der Schaltleiste zwischen der Betriebsposition und der Erdungsposition eine Translationsbewegung in einer Richtung sein, die Schaltleiste wird also von der Betriebsposition in die Erdungsposition oder umgekehrt verschoben.

Wenn die Schaltleiste in der Erdungsposition ist, verbindet jeweils einer der Brückenkontakte einen Eingangskontakt mit einem Ausgangskontakt, wobei die miteinander verbundenen Kontakte dem gleichen Einzelmodul zugeordnet sind. Die Brückenkontakte stellen damit in der Erdungsposition eine leitende Verbindung zwischen den Eingangs- und Ausgangskontakten her und schließen diese kurz. Die Anzahl der Brückenkontakte entspricht damit der Anzahl der Einzelmodule, für die die kombinierte Erdungs- und Schutzeinrichtungen vorgesehen ist.

Um die kurzgeschlossenen Einzelmodule zu erden, also mit Masse zu verbinden, ist zudem ein Masseanschluss vorgesehen. Der Masseanschluss kann mit Masse verbunden werden. Die kombinierte Erdungs- und Schutzeinrichtung ist so ausgestaltet, dass in der Erdungsposition die durch die Brückenkontakte kurz geschlossenen Eingangs- und Ausgangskontakte auch mit dem Masseanschluss verbunden sind und damit alle Einzelmodule der kombinierten Erdungs- und Schutzeinrichtung auf Masse liegen.

Wird die Schaltleiste hingegen in die Betriebsposition bewegt, beziehungsweise wenn sich die Schaltleiste in der Betriebsposition befindet, werden die Brückenkontakte in eine Position verschoben, in der sie die Eingangs- und Ausgangskontakte nicht leitend miteinander verbinden, diese also nicht kurzgeschlossen sind. Auch besteht keine Verbindung mehr zwischen dem Masseanschluss und den Eingangs- und Ausgangskontakten, sodass diese auch nicht mehr auf Masse liegen, also nicht mehr geerdet sind. Damit stellt die vorliegende kombinierte Erdungsund Schutzeinrichtung auf vorteilhafte Weise eine Möglichkeit bereit, mit der die Einzelmodule sowohl vor einer Überspannung geschützt werden können als auch, beispielsweise zur Wartung, geerdet werden können.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erdungs- und Schutzeinrichtung ist zur Reihenschaltung der Einzelmodule des Spannungs- und Leistungswandlers der Ausgangskontakt, der mit dem Spannungsausgang eines in Reihe vorausgehend zu schaltenden Einzelmoduls verbindbar ist, mittels eines Strombands leitend mit dem Eingangskontakt verbunden, der mit dem Spannungseingang des in Reihe nachfolgend zu schaltenden Einzelmoduls verbindbar ist. In der bevorzugten Ausführungsform übernimmt die Erdungs- und Schutzeinrichtung damit auf vorteilhafte Weise auch die Reihenschaltung all derer Einzelmodule, die zur Aufnahme der gleichen Phase in dem modular aufgebauten Spannungs- und Leistungswandler vorgesehen sind.

Mit anderen Worten umfasst die Erdungs- und Schutzeinrichtung in der bevorzugten Ausführungsform eine Mehrzahl von Strombändern, die beispielsweise durch leitende Metallschienen gebildet werden können. Die Anzahl der Strombänder oder Stromschienen ist dabei um eins kleiner als die Anzahl der Einzelmodule, die mit der Erdungs- und Schutzeinrichtung geschützt und geerdet werden sollen. Jedes der Strombänder verbindet einen Ausgangskontakt der Erdungs- und Schutzeinrichtung mit einem Eingangskontakt der Erdungs- und Schutzeinrichtung. Dabei wird der Ausgangskontakt mit dem Eingangskontakt leitend verbunden, die dazu vorgesehen sind, mit jeweils dem Spannungsausgang und dem Spannungseingang von direkt hintereinander in Reihe zu schaltenden Einzelmodulen verbunden zu werden.

Die zur Erdung der Einzelmodule verwendeten Brückenkontakte können beispielsweise in der Erdungsposition der Schaltleiste die beiden Strombänder leitend miteinander verbinden, die mit dem Eingangskontakt und dem Ausgangskontakt verbunden sind, die jeweils zur Verbindung mit dem gleichen Einzelmodule vorgesehen sind. Somit werden durch die leitende Verbindung der Strombänder die Eingangs- und Ausgangskontakte kurzgeschlossen, wenn der modular aufgebaute Spannung- und Leistungswandler geerdet werden soll. In diesem Fall würden zudem die Strombänder leitend mit dem Masseanschluss verbunden und damit geerdet. Dazu kann beispielsweise ein zusätzliches Stromband vorgesehen sein, das angepasst ist, um mit dem Spannungsausgang des in der Reihenschaltung letzten Einzelmoduls verbunden zu sein, und das in der Erdungsposition der Schaltleiste mit dem Masseanschluss elektrisch verbunden ist und in der Betriebsposition elektrisch von diesem getrennt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist jeweils zwischen dem Eingangskontakt und dem Ausgangkontakt, die mit dem Spannungseingang bzw. dem Spannungsausgang des gleichen Einzelmoduls verbindbar sind, eine Funkenstrecke ausgebildet, die so konfiguriert ist, dass es zu einem Spannungsüberschlag kommt, wenn der Spannungsabfall über die Funkenstrecke einen zweiten Schwellwert überschreitet, wobei der zweite Schwellwert vorzugsweise größer als der erste Schwellwert ist. Sollte in einem extremen Fehlerfall, beispielsweise bei Durchschlag der Hochspannungsisolation eines Einzelmoduls, die Netzspannung über nur wenigen verbleibenden Einzelmodule abfallen und sollten die zum Schutz der Einzelmodule vorgesehenen Varistoren versagen, werden die Einzelmodule ergänzend über die Funkenstrecken geschützt, über die die Spannung in diesem Fall abfällt.

Vorzugsweise ist die Funkenstrecke jeweils zwischen einem zweiten Ende des Strombands, das mit dem Eingangskontakt verbunden ist, und einem ersten Ende des Strombands ausgebildet, das mit dem Ausgangskontakt verbunden ist. Für die Funkenstrecken müssen daher keine zusätzlichen Komponenten vorgesehen werden. Vielmehr werden diese auf vorteilhafte Weise durch geeignete Ausbildung und Anordnung der bereits vorgesehenen Strombänder geformt.

Zur Verbindung der Strombänder mit den Brückenkontakten sind vorzugsweise gefederte Kontaktbolzen vorgesehen. Diese sind vorzugsweise in einem gemeinsamen Träger aus einem nichtleitenden Material gehaltert. Die gefederten Kontaktbolzen können beispielsweise auf die Brückenkontakte hin vorgespannt sein, um eine verlässliche Kontaktierung der Brückenkontakte zu ermöglichen, wenn diese verschoben werden.

Es ist weiter bevorzugt, wenn jedes Stromband zwei Kontaktbolzen umfasst, die in der Betriebsposition der Schaltleiste jeweils mit dem gleichen Brückenkontakt in Kontakt sind und die in der Erdungsposition der Schaltleiste jeweils mit unterschiedlichen Brückenkontakten in Kontakt sind. In der bevorzugten Ausführungsform ist somit vorgesehen, dass im Normalbetrieb die Brückenkontakte, die von dem gleichen Stromband ausgehen, mit ihren Kontaktflächen an dem gleichen Brückenkontakt anliegen bzw. diesen berühren. Die Kontaktbolzen, die dem gleichen Stromband zugeordnet sind, sind somit in der Betriebsposition der Schaltleiste sowohl durch das Stromband als auch durch einen Brückenkontakt leitend verbunden. In der Erdungsposition der Schaltleiste sind die Kontaktbolzen, die dem gleichen Stromband zugeordnet sind, nur noch durch das Stromband leitend verbunden. Über die Brückenkontakte werden sie hingegen mit anderen Strombändern verbunden, um die Einzelmodule kurzzuschließen und damit zu erden.

Vorzugsweise umfasst die Erdungs- und Schutzeinrichtung einen elektrischen Antrieb, der die Schaltleiste von der Betriebsposition in die Erdungsposition bewegt. Der elektrische Antrieb bewegt die Schaltleiste weiter vorzugsweise über eine Gewindespindel.

Der Masseanschluss wird in einer bevorzugten Ausführungsform von einer Masseschiene gebildet, und die Schaltleiste ist so konfiguriert, dass ein mit den Brückenkontakten leitend verbundenes Kontaktmesser in die Masseschiene eingreift, wenn die Schaltleiste von der Betriebsposition in die Erdungsposition bewegt wird. Mit anderen Worten wird durch einen mechanischen Eingriff zwischen einem Kontaktmesser, das mit der Schaltleiste leitend verbunden ist bzw. Teil der Schaltleiste ist, und einer Masseschiene eine elektrische Verbindung zur Masse hergestellt. Hierdurch kann durch eine einfache visuelle Überprüfung, ob das Kontaktmesser mit der Masseschiene in Kontakt ist, festgestellt werden, ob die Einzelmodule des modular aufgebauten Spannung- und Leistungswandlers geerdet sind.

Vorzugsweise rastet das Kontaktmesser mit der Masseschiene ein, wenn die Schaltleiste von der Betriebsposition in die Erdungsposition bewegt wird. So wird verhindert, dass sich die Verbindung zwischen Kontaktmesser und Masseschiene ohne äußere Einwirkung bzw. Betätigung lösen kann.

Die Erdungs- und Schutzeinrichtung umfasst vorzugsweise einen Hebel, mit dem die Schaltleiste manuell von der Betriebsposition in die Erdungsposition bewegt werden kann, wobei ein Bediener der Erdungs- und Schutzeinrichtung vorzugsweise aus einer Stellung des Hebels erkennen kann, ob die Schaltleiste in der Betriebsposition oder Erdungsposition ist. So kann ein Bediener des modularen Spannung- und Leistungswandlers unmittelbar aus der Position des Hebels erkennen, ob die Vorrichtung in Betrieb ist oder geerdet ist.

Gemäß einem zweiten Aspekt ist ein modular aufgebauter Spannungs- und Leistungswandler zur Wandelung einer Primärwechselspannung mit einer oder mehreren Phasen in eine Sekundärspannung mit einer oder mehreren kombinierten Erdungs- und Schutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ausführungsformen vorgesehen. Der Spannungs- und Leistungswandler umfasst für jede Phase der Primärwechselspannung eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Einzelmodulen, wobei jedes Einzelmodul zur Aufnahme einer Phase der Primärspannung einen Spannungseingang und einen Spannungsausgang aufweist, wobei jeweils ein Spannungseingang mit einem Eingangskontakt der Erdungs- und Schutzeinrichtung leitend verbunden ist und jeder Spannungsausgang mit einem Ausgangskontakt der Erdungsund Schutzeinrichtung leitend verbunden ist.

Die Vorteile des Spannungs- und Leistungswandlers entsprechen den Vorteilen der kombinierten Erdungs- und Schutzeinrichtung, die darin Verwendung findet.

Vorzugsweise umfasst jedes Einzelmodul einen Transformator zur Spannungs- und Leistungswandlung zwischen einer Eingangsseite des Einzelmoduls und einer Ausgangsseite des Einzelmoduls sowie eine Funkenstrecke, wobei der Spannungseingang und der Spannungsausgang des Einzelmoduls an der Eingangsseite des Einzelmoduls angeordnet sind und wobei die Funkenstrecke parallel zu dem Transformator angeordnet und derart konfiguriert ist, dass es zu einem Spannungsüberschlag kommt, wenn der Spannungsabfall über die Funkenstrecke einen dritten Schwellwert überschreitet. Die Funkenstrecke innerhalb der Einzelmodule kann zu einer kontrollierten Zerstörung der Einzelmodule im Fehlerfall führen, insbesondere wenn die Varistoren und/oder die Funkenstrecken der kombinierten Erdungs- und Schutzeinrichtung nicht ausreichen sollten.

Jedes Einzelmodul umfasst vorzugsweise ein Gehäuse, das so ausgebildet ist, dass bei einer Zerstörung eines Einzelmoduls aufgrund einer Überspannung benachbart zu dem zerstörten Einzelmodul angeordnete Einzelmodule nicht beschädigt werden. So wird auf vorteilhafte Weise der Schaden durch die Zerstörung einzelner Einzelmodule begrenzt, und der Spannungs- und Leistungswandler bleibt grundsätzlich betriebsbereit.

Vorzugsweise sind die Varistoren so angeordnet, dass bei einer Zerstörung eines Einzelmoduls aufgrund einer Überspannung der Varistor, der den Eingangskontakt mit dem Ausgangskontakt verbindet, die jeweils mit dem Spannungseingang und dem Spannungsausgang des zerstörten Einzelmoduls verbunden sind, nicht beschädigt wird. Dies kann insbesondere dadurch gewährleistet werden, dass der Varistor den Strangstrom bis zu dessen Abklingen übernehmen kann und gleichzeitig mit seiner Varistor-Spannung anstelle der Zelle zur Gegenspannung des Strangs beiträgt. So kann der Spannungs- und Leistungswandler weiterbetrieben werden, da der Varistor das zerstörte Einzelmodul überbrückt und selber nicht beschädigt wird. Nachfolgend werden wir die vorliegende Erfindung bezugnehmend auf die Zeichnung näher erläutern. Darin zeigt

Figur i einen schematischen Aufbau eines Ausführungsbeispiels eines modular aufgebauten Spannungs- und Leistungswandlers,

Figur 2 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Spannungs- und Leistungswandlers mit einer Erdungs- und Schutzeinrichtung in einer Betriebsposition,

Figur 3 eine schematische Ansicht des Ausführungsbeispiels aus Figur 2 in einer Erdungsposition,

Figur 4 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Spannungs- und

Leistungswandlers mit einem Ausführungsbeispiel einer Erdungs- und Schutzeinrichtung in einer Erdungsposition,

Figur 5 eine zweite perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels aus Figur 4, bei dem die Erdungs- und Schutzeinrichtung in einer Betriebsposition ist,

Figur 6 eine Schnittansicht durch einen Teil des Ausführungsbeispiels einer Erdungsund Schutzeinrichtung aus den Figuren 4 und 5 in der Betriebsposition,

Figur 7 eine weitere Schnitteinsicht eines Teils des Ausführungsbeispiels einer Erdungs- und Schutzeinrichtung aus den Figuren 4-6 in der Erdungsposition,

Figur 8 eine perspektivische Ansicht eines Teils des Ausführungsbeispiels einer Erdungs- und Schutzeinrichtung aus den Figuren 4-7 in der Betriebsposition,

Figur 9 eine weitere perspektivische Ansicht eines Teils des Ausführungsbeispiels einer

Erdungs- und Schutzeinrichtung aus den Figuren 4-8 in der Erdungsposition,

Figur 10 eine perspektivische Detailansicht eines weiteren Teils des Ausführungsbeispiels aus den Figuren 4-10,

Figur 11 eine Schnittansicht eines weiteren Teils des Ausführungsbeispiels aus den Figuren 4-10 und

Figur 12 eine schematische Darstellung eines Aufbaus eines Einzelmoduls eines modular aufgebauten Spannung- und Leistungswandlers.

Figur 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines modular aufgebauten Spannungs- und Leistungswandlers 1, mit dem eine dreiphasige Hochspannung in eine Gleichspannung umgeformt wird. In Figur 1 ist als Beispiel für einen modular aufgebauten Spannungs- und Leistungswandler 1 ein Solid State Transformator 2 gezeigt, der auch als leistungselektronischer Transformator bezeichnet wird. Die Hochspannung kann beispielsweise eine Dreiphasen- Wechselspannung mit einer Spannung von 20 kV sein, während die Gleichspannung bei +/- 750 V liegt.

Der Spannungs- und Leistungswandler 1 verfügt für jede Phase der dreiphasigen Hochspannung über einen Phasenleiter R, S, T und über zwei Ausgangsleiter 3, 4 für die Gleichspannung. Der erste Ausgangsleiter 3 liegt beispielsweise auf einer Spannung von -750 V, während der zweite Ausgangsleiter 4 entsprechend auf einer Spannung von +750 V liegt.

Der Spannungs- und Leistungswandler 1 verfügt für jede Phase der Primärwechselspannung jeweils über sechs in Reihe geschaltete Einzelmodule 5. Insgesamt verfügt der in Figur 1 gezeigte Spannungs- und Leistungswandler somit über 18 Einzelmodule. Da die Einzelmodule 5, die auch als Zellen oder Einzelzellen bezeichnet werden können, in Reihe geschaltet sind, fällt über jedes Einzelmodule nur ein Teil der Hochspannung ab. In Figur 1 sind nur wenige der Einzelmodule 5 mit Bezugszeichen versehen, damit die Figur insgesamt lesbar bleibt. Jedes Einzelmodul 5 umfasst Leistungselektronik, mit der ein Teil einer Phase der Hochspannung in eine Gleichspannung gewandelt wird. Der Aufbau der (identischen) Einzelmodule 5 wird an anderer Stelle bezugnehmend auf Figur 12 näher erläutert.

In den Figuren 2 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer kombinierten Erdungs- und Schutzeinrichtung 6 für einen modular aufgebauten Spannungs- und Leistungswandler 1, wie beispielsweise in Figur 1 gezeigt, offenbart. Figur 2 zeigt die kombinierte Erdungs- und Schutzeinrichtung 6 in einer Betriebsposition oder Betriebsstellung, und Figur 3 zeigt die Erdungsund Schutzeinrichtung 6 in einer Erdungsposition.

Von dem modular aufgebauten Spannungs- und Leistungswandler 1 sind in den Figuren 2 und 3 beispielhaft vier Einzelmodule 5 gezeigt, die für die Wandelung einer Phase der Primärspannung verwendet werden. Jedes Einzelmodule 5 verfügt über einen Spannungseingang 7 und einen Spannungsausgang 8. Um die Einzelmodule 5 in Reihe zu schalten, wird jeweils ein Spannungsausgang 8 eines in Reihe zu schaltenden Einzelmoduls 5 mit einem Spannungseingang 7 des nachfolgenden, in Reihe zu schaltenden Einzelmoduls 5 leitend verbunden. Hierzu umfasst die kombinierte Erdungs- und Schutzeinrichtung 6 eine Mehrzahl von Strombändern 9. Jedes Stromband 9 verbindet den Spannungsausgang 8 eines Einzelmoduls 5 mit dem Spannungseingang 7 des nachfolgenden Einzelmoduls 5. Die Strombändern 9 stellen somit einerseits Eingangskontakte 11 dar, mit denen die Strombänder 9 jeweils mit den Spannungseingängen 7 der Einzelmodule 5 unmittelbar leitend verbunden sind. Andererseits bilden die Strombänder 9 auch Ausgangskontakte 12, an denen die Strombänder 9 unmittelbar leitend mit den Spannungsausgängen 8 der Einzelmodule 5 verbunden sind. Die Eingangs- und Ausgangskontakte 11, 12 können beispielsweise in direktem physischen Kontakt mit den Spannungseingängen 7 bzw. Spannungsausgängen 8 stehen. Um die Darstellung in den Figuren 2 und 3 nicht zu Überfrachten, ist nur jeweils ein Eingangskontakt 11 und ein Ausgangskontakt 12 mit einem Bezugszeichen versehen.

Das Stromband 9, das mit dem Spannungseingang 7 eines Einzelmoduls 5 unmittelbar leitend verbunden ist, und das Stromband 9, das mit dem Spannungsausgang 8 des gleichen Einzelmoduls 5 unmittelbar leitend verbunden ist, sind jeweils über einen Varistor 10 verbunden. Die Varistoren 10 sind so konfiguriert, dass sie die direkt aufeinander folgenden Strombänder 9 leitend miteinander verbinden, wenn der Spannungsabfall zwischen dem Eingangskontakt 11 und dem Ausgangskontakt 12, die dem gleichen Einzelmodul 5 zugeordnet sind bzw. die mit dem Spannungseingang 7 und dem Spannungsausgang 8 des gleichen Einzelmoduls 5 unmittelbar verbunden sind, einen ersten Grenzwert oder Schwellwert überschreitet.

Kommt es zu einem Defekt in einem Einzelmodul 5, im Rahmen dessen der Stromfluss innerhalb des Einzelmoduls 5 oder zwischen den Strombändern 9 und dem Einzelmodul 5 unterbrochen ist, würde die Leiter-Leiterspannung des Hochspannungsnetzes, beispielsweise also 20 kV, direkt über die Trennstelle abfallen, was entsprechende Zerstörungen nach sich zieht. Insbesondere kann es zu einer vollständigen Zerstörung des Einzelmoduls 5 kommen, die wiederum die Zerstörung weiterer Einzelmodule 5 und damit im Ergebnis des gesamten modularen Spannungs- und Leistungswandlers 1 nach sich zieht. Als Schutzmaßnahme sind für diesen Fall die Varistoren 10 vorgesehen, die den maximalen Spannungsabfall über die Einzelmodule 5 auf den ersten Schwellwert begrenzen.

Ein Abstand d zwischen einem zweiten Ende 13 eines Strombands 9, das mit dem Spannungseingang 7 eines Einzelmoduls 5 unmittelbar leitend verbunden ist, und einem ersten Ende 14 des Strombands 9, das mit dem Spannungsausgang 8 des gleichen Einzelmoduls 5 unmittelbar leitend verbunden ist, wurde so gewählt, dass zwischen dem ersten Ende 14 und dem zweiten Ende 13 der Strombänder eine Funkenstrecke 15 ausgebildet ist. Aufgrund der Wahl des Abstands d schlägt die Spannung über die Funkenstrecke 15 über, wenn der Spannungsabfall über die Funkstrecke 15 einen zweiten Schwellwert überschreitet. Der zweite Schwellwert ist größer als der erste Schwellwert, bei dessen Überschreiten die Varistoren io die Eingangsund Ausgangskontakte 11, 12 zweier direkt aufeinanderfolgender Strombänder 9 miteinander verbinden.

Die Funkenstrecke 15 dient damit als zusätzliche Sicherheit, wenn bei einem extremen Fehlerfall, beispielsweise einem Durchschlag der Hochspannungsisolation eines Einzelmoduls 5, die Hochspannung von beispielsweise 20 KV über nur wenige verbleibende Einzelmodule 5 abfällt und zusätzlich einer der Varistoren 10 ausfällt. Der Kurzschlussstrom wird in diesem Fall von der Funkenstrecke 15 übernommen, die zwischen zwei Strombänder 9 ausgebildet ist. Hierdurch werden weitere Schäden verhindert bzw. die Entstehung von Schäden wird begrenzt. In den Figuren 2 und 3 ist nur eine der Funkenstrecken 15 mit einem Bezugszeichen versehen, um die Zeichnung nicht mit Bezugszeichen zu Überfrachten.

Schließlich umfasst die kombinierte Erdungs- und Schutzeinrichtung noch eine nicht leitende Schaltleiste mit einer Mehrzahl von Brückenkontakten 16. Die Schaltleiste ist in den Figuren 2 und 3 nicht dargestellt, wird aber im weiteren Verlauf bezugnehmend auf weitere Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

Die Anzahl der Brückenkontakte 16 entspricht der Anzahl der Einzelmodule 5, für die die kombinierte Erdungs- und Schutzeinrichtung 6 in den Figuren 2 und 3 vorgesehen ist, d. h. für jedes Einzelmodul 5 ist ein Brückenkontakte 16 vorgesehen und diesem auch zugeordnet. Die in den Figuren 2 und 3 nicht dargestellte Schaltleiste kann zwischen einer Betriebsposition und einer Erdungsposition hin und her bewegt werden. Die Brückenkontakte 16 sind so an der Schaltleiste angeordnet, dass sie sich mit dieser zwischen der Betriebsposition und der Erdungsposition hin und her bewegen.

Dabei sind die Brückenkontakte 16 insbesondere so an der Schaltleiste angeordnet, dass jeder Brückenkontakte 16 den Eingangskontakt 11 mit dem Ausgangskontakt 12 leitend verbindet, die dem gleichen Einzelmodul 5 zugeordnet sind, wenn die Schaltleiste in der Erdungsposition ist. Mit anderen Worten schließen die Brückenkontakte 16 in der Erdungsposition der Schaltleiste jeweils die Eingangskontakte 11 und die Ausgangskontakte 12 kurz, die zum Anschluss an das gleiche Einzelmodule 5 vorgesehen sind. Befindet sich die Schaltleiste in der Betriebsposition, werden die Eingangskontakte 11 und die Ausgangskontakte 12, die dem gleichen Einzelmodul 5 zugeordnet sind, nicht durch die Brückenkontakte 16 verbunden. Die Eingangsund Ausgangskontakte 11, 12 sind daher nicht kurzgeschlossen. Schließlich verfügt die in Figuren 2 und 3 gezeigte kombinierte Erdungs- und Schutzeinrichtung noch über ein Erdungselement 17, über das die kurz geschlossenen Eingangs- und Ausgangskontakte 11, 12 mit einem Masseanschluss 18 verbunden werden können. In dem Ausführungsbeispiel in den Figuren 2 und 3 ist das Erdungselement 17 wie auch die Brückenkontakte 16 an der nicht dargestellten Schaltleiste befestigt und wird zusammen mit der Schaltleiste zwischen einer Betriebsposition und einer Erdungsposition hin und her bewegt.

In Figur 3 ist die Erdungs- und Schutzeinrichtung 6 in einem Erdungszustand dargestellt, in dem sich die nicht dargestellte Schaltleiste in der Erdungsposition befindet. In dieser Position verbindet das Erdungselement 17 das Stromband 9, dessen erstes Ende 14 mit dem Spannungsausgang 8 des letzten in Reihe geschalteten Einzelmoduls 5 verbunden ist, mit dem Masseanschluss 18. Sämtliche Strombänder 9 sind über die Brückenkontakte 16 leitend miteinander verbunden bzw. kurzgeschlossen. Daher werden auch sämtliche Strombänder 9 und damit auch die Einzelmodule 5 mit dem Masseanschluss 18 und damit mit Masse 19 verbunden. Die mit der kombinierten Erdungs- und Schutzeinrichtung 6 verbundenen Einzelmodule 5 sind daher im Erdungszustand derselben stromlos.

Der Betriebszustand der Erdungs- und Schutzeinrichtung 6 ist in Figur 2 dargestellt. In diesem befindet sich die nicht dargestellte Schaltleiste in der Betriebsposition, sodass die einzelnen Strombänder 9 nicht mehr durch die Brückenkontakte 16 verbunden sind und auch keine Verbindung zwischen dem letzten Stromband 9 und dem Masseanschluss 18 durch das Erdungselement 17 hergestellt ist. Die Einzelmodule 5, die durch die Erdungs- und Schutzeinrichtung 6 geschützt werden sollen, sind daher betriebsbereit und können die anliegende Phase einer Hochspannung in eine Gleichspannung wandeln.

Nachfolgend wird bezugnehmend auf die Figuren 4 bis 11 ein Ausführungsbeispiel eines modular aufgebauten Spannungs- und Leistungswandlers 1 mit sechs Ausführungsbeispielen von kombinierten Erdungs- und Schutzeinrichtungen 6 beschrieben. Die Figuren 4 und 5 zeigen dabei perspektivische Außenansichten des modular aufgebauten Spannungs- und Leistungswandlers 1, während die Figuren 6-11 verschiedene Details des Spannungs- und Leistungswandlers 1 bzw. der kombinierten Erdungs- und Schutzeinrichtungen 6 zeigen.

Bei dem in den Figuren 4 und 5 gezeigten Spannungs- und Leistungswandler 1 handelt es sich wieder um einen Solid State Transformator (SST) 2, der zur Wandlung einer dreiphasigen 20 kV Eingangswechselspannung in eine +/-750 V Gleichspannung vorgesehen ist. In Figur 4 ist der Spannungs- und Leistungswandler 1 mittels der kombinierten Erdungs- und Schutzeinrichtungen 6 geerdet, während der Wandler i in Figur 5 betriebsbereit ist.

Der Wandler 1 verfügt zur Wandlung jeder Phase der Eingangswechselspannung bzw. Hochspannung über 28 in Reihe geschaltete Einzelmodule 5. Von den Einzelmodulen 5 sind in den Figuren 4 und 5 jeweils nur einzelne durch Bezugszeichen gekennzeichnet, um die Lesbarkeit nicht zu beeinträchtigen. Die Einzelmodule 5 sind in dem modularen Wandler 1 jeweils in Stapeln bzw. Spalten 20 angeordnet, wobei jeweils die Einzelmodule 5 von zwei Spalten 20 in Reihe geschaltet sind, um eine der drei Phasen der Eingangswechselspannung in einen Gleichstrom bzw. eine Gleichspannung zu wandeln.

In Figur 5 ist zudem zu erkennen, dass jedes Einzelmodule 5 in einem eigenen Gehäuse 21 angeordnet ist. Die Gehäuse 21 sind beispielsweise aus Metall gebildet und so ausgestaltet, dass bei einer explosionsartigen Zerstörung der Komponenten eines Einzelmoduls 5 aufgrund einer Überspannung die benachbarten Einzelmodule 5 nicht oder zumindest nur wenig beschädigt werden.

Für jede Spalte bzw. jeden Stapel 20 von Einzelmodule 5 verfügt der modulare Spannung- und Leistungswandler 1 über eine gesonderte kombinierte Erdungs- und Schutzeinrichtung 6. Es ist also für jede Phase der Hochspannung nicht nur genau eine kombinierte Erdungs- und Schutzeinrichtung 6 vorgesehen, sondern zwei kombinierte Erdungs- und Schutzeinrichtung 6. Die Details der Erdungs- und Schutzeinrichtungen 6 werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 6-11 näher erläutert. Es sei jedoch bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass jede der Erdungs- und Schutzeinrichtungen 6 über einen Hebel 22 verfügt, dessen Stellung anzeigt, ob die jeweilige Erdungs- und Schutzeinrichtung 6 bzw. die mit dieser verbundenen Einzelmodule 5 in Betrieb sind (wie in Figur 5) oder geerdet sind (wie in Figur 4).

Um zwischen der Betriebsposition und der Erdungsposition bzw. dem entsprechenden Zustand zu wechseln, kann ein Nutzer manuell den Hebel 22 der jeweiligen Erdungs- und Schutzeinrichtungen 6 hin und her bewegen, der mit einer Schaltleiste verbunden ist. Alternativ kann eine Umschaltung auch automatisch über elektrische Stellantriebe 23 in Form von Spindelantrieben 23 erfolgen, die ebenfalls die Schaltleiste und damit auch die Hebel 22 bewegen. Von den Spindelantrieben 23 sind nur einige mit Bezugszeichen versehen, um die Zeichnung nichts überfrachtet. An der Stellung der Hebel 22 kann ein Nutzer bzw. Bediener der Vorrichtung auf vorteilhafte Weise unmittelbar sehen, ob der Wandler i stromlos, d.h., geerdet ist, oder nicht.

Die Figuren 6 bis 9 zeigen einen Abschnitt des Ausführungsbeispiels einer kombinierten Er- dungs- und Schutzeinrichtung 6 aus den Figuren 4 und 5. Dabei zeigen die Figuren 6 und 7 Schnitte durch einen Abschnitt der Erdungs- und Schutzeinrichtung 6, und die Figuren 8 und 9 zeigen perspektivische Ansichten, bei denen einige Elemente der Einrichtung 6 transparent dargestellt sind. In den Figuren 6 und 8 ist die Erdungs- und Schutzeinrichtung 6 in der Betriebsposition dargestellt, und in den Figuren 7 und 9 ist die Erdungs- und Schutzeinrichtungen 6 in der Erdungsposition dargestellt. Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass die Figuren 6-9 leicht unterschiedliche Abschnitte der kombinierten Erdungs- und Schutzeinrichtung 6 zeigen.

Das Ausführungsbeispiel einer kombinierten Erdungs- und Schutzeinrichtung 6 umfasst zunächst eine Trägerschiene 37, auf der mehrere Varistoren 10 angeordnet sind. In den Figuren 6-9 ist jeweils nur ein Varistor 10 dargestellt. Insgesamt umfasst die kombinierte Erdungsund Schutzeinrichtung 6 14 Varistoren, einen für jedes Einzelmodul 5, das durch die Einrichtung 6 geschützt werden soll. In den dargestellten Abschnitten ist noch ein weiterer Varistor angeordnet, wie an den jeweils dargestellten Befestigungsmitteln 24 zu erkennen ist. Von der Darstellung dieser Varistoren wurde jedoch abgesehen, um die dahinterliegende Ausgestaltung der Erdungs- und Schutzeinrichtung 6 nicht zu verdecken.

Wie bereits bezugnehmend auf die Figuren 2 und 3 erläutert, sind die Varistoren 10 dazu vorgesehen, leitend mit dem Spannungseingang 7 und dem Spannungsausgang 8 eines Einzelmoduls 5 verbunden zu werden. Die Varistoren 10 sind konfiguriert, um den Spannungseingang 7 leitend mit dem Spannungsausgang 8 des jeweiligen Einzelmoduls 5 zu verbinden, wenn der Spannungsabfall über den Varistor 10 einen ersten Schwellwert überschreitet. Damit verhindern die Varistoren 10 eine Zerstörung der Einzelmodule 5 bei einer Überspannung, die höher liegt als der erste Schwellwert.

Die Erdungs- und Schutzeinrichtung 6 umfasst weiterhin eine Mehrzahl von Strombändern 9, die jeweils dazu vorgesehen sind, den Spannungsausgang 8 eines in der Reihenschaltung der Einzelmodule 5 vorausgehenden Einzelmoduls 5 mit dem Spannungseingang 7 des in der Reihenschaltung der Einzelmodule 5 nachfolgenden Einzelmoduls 5 leitend zu verbinden. Die den Kontakt zwischen den Strombändern 9 und den Spannungsein- und -ausgängen 7, 8 herstellenden Eingangs- und Ausgangskontakte 11, 12 der Einrichtung 6 sind in den Figuren 6-9 nicht dargestellt.

Zudem umfasst die Erdungs- und Schutzeinrichtung 6 eine Mehrzahl von Brückenkontakten 16, die auf einer nichtleitenden Schaltleiste 25 angeordnet sind. Die Brückenkontakte 16 sind so auf der Schaltleiste 25 angeordnet, dass sie sich mit der Schaltleiste 25 entlang einer Verstellrichtung 26 bewegen, in der die Schaltleiste 25 zwischen einer Erdungsposition (dargestellt in den Figuren 7 und 9) und einer Betriebsposition (dargestellt in den Figuren 6 und 8) verschoben wird.

Befindet sich die Schaltleiste 25 in der Betriebsposition, ist jeder Brückenkontakt 16 jeweils über zwei federvorgespannte Kontaktbolzen 27, 28 mit nur genau einem der Strombänder 9 verbunden. Damit bilden die Brückenkontakte 16 in der Betriebsposition einen parallelen Strompfad zu den Strombändern 9 und tragen damit zur Reihenschaltung der Einzelmodule 5 bei.

Ist die Schaltleiste 25 hingegen in der Erdungsposition angeordnet, wie sie in den Figuren 7 und 9 dargestellt ist, so verbindet jeder der Brückenkontakte 16 einen federvorgespannten Kontaktbolzen 27 eines in der Reihenschaltung der Einzelmodule 5 vorausgehenden Strombands 9 mit einem federvorgespannten Kontaktbolzen 28 eines in der Reihenschaltung der Einzelmodule 9 nachfolgenden Strombands 9. Dadurch werden die Strombänder 9 und damit die Einzelmodule kurzgeschlossen, deren Spannungsein- bzw. -ausgänge jeweils mit zwei durch einen Brückenkontakt 16 leitend verbundenen Strombändern 9 verbunden sind, und die Einzelmodule 5 werden bei gleichzeitiger Verbindung der Brückenkontakte 16 mit Masse stromlos gestellt.

Schließlich ist zwischen den ersten und zweiten Enden 13, 14 der Strombänder 9 eine Funkenstrecke 15 ausgebildet, die so konfiguriert ist, dass die Spannung vom zweiten Ende 14 eines in der Reihenschaltung vorausgehenden Strombands 9 zum ersten Ende 13 eines in der Reihenschaltung nachfolgenden Strombands 9 überschlägt, wenn die Spannung zwischen den Enden 13, 14 eine zweiten Schwellwert überschreitet, der größer als der erste Schwellwert ist. Der zweite Schwellwert kann über den Abstand d zwischen dem ersten Ende 13 und dem zweiten Ende 14 eingestellt werden. Die Funkenstrecken 15 sind somit parallel zu den Varistoren 10 angeordnet und schützen die Einzelmodule 5 vor Beschädigungen durch Überspannungen, falls die Varistoren 10 ausfallen sollten. In Figur io ist der Aufbau der Hebelanordnung 29 näher gezeigt, über die die Schaltleisten 25 zwischen der Betriebsposition und der Erdungsposition hin und her bewegt werden können. Die Schaltleisten 25 werden im Regelfall durch die Stellmotoren 23 bewegt, die über eine externe Stromquelle (nicht dargestellt) versorgt werden. Die Stellmotoren 23 haben eine nicht selbsthemmende Gewindespindel und verfügen über eine Bremse. Fallen die Motoren aus, können die Schaltleisten 25 von Hand mittels der Hebel 22 bewegt werden.

Durch die Bewegung der Schaltleisten 25 wird zudem ein Kontaktmesser 30 bewegt, das die Strombändern 9 mit einem Masseanschluss 18 verbindet. Das Kontaktmesser 30 rastet mit dem Masseanschluss 18 ein, so dass es einer zusätzlichen Kraft bedarf, um das Kontaktmesser 30 wieder aus dem Eingriff mit dem Masseanschluss 18 zu bringen.

Figur 11 zeigt ein weiteres Detail des Aufbaus der Hebelanordnung 29. Insbesondere ist ein Bolzen 31 gezeigt, der Kontaktmesser 30, (verlängertes) Stromband 9, Schaltleiste 25 sowie ein Stellelement 32 verbindet. Über das Stellelement 32 kann der Stellmotor 23 die Position der Schaltleiste 25 verändern. Das Kontaktmesser 30 und das verlängerte Stromband 9 sind leitend miteinander verbunden, während eine Tellerfeder 33 einen leitenden Kontakt zwischen dem Kontaktmesser 30 und dem Stellelement 32 verhindert. Der Bolzen 31 ist ebenfalls nichtleitend ausgebildet.

In Figur 12 ist schließlich ein Ersatzschaltbild für ein Einzelmodul 5 gezeigt. Das Einzelmodul 5 umfasst einen Spannungseingang 7 und einen Spannungsausgang 8, über die die zu wandelnde Hochspannung aufgenommen wird. Zudem verfügt das Einzelmodul 5 über zwei Gleichspannungsausgänge 34. Zentrales Element des Einzelmoduls ist ein kleinformatiger Transformator 35, der in vorteilhafter Weise ein Mittelfrequenztransformator mit einer Frequenz von 10 kHz bis 100 kHz sein kann, da dies in einfacher Weise eine kleinformatige Ausgestaltung ermöglicht. Sollte dieser Transformator 35 aufgrund einer Überspannung versagen, ist zusätzliche eine weitere Funkenstrecke 36 vorgesehen. Die Funkenstrecke 36 im Innern der Einzelmodule 5 ist so ausgelegt, dass es bei Überschreiten eines dritten Schwellwerts zu einem Spannungsüberschlag kommt, wobei der dritte Schwellwert größer als der zweite Schwellwert ist. Die Funkenstrecke 36 verhindert bzw. beschränkt die Zerstörung der Einzelmodule 5 in extremen Fehlerfällen, bei denen es im Wesentlichen zum Abfall der gesamten Hochspannung über das Einzelmodul 5 kommt. Bezugszeichenliste

1 modularer Spannungs- und Leistungswandler

2 Solid State Transformator, leistungselektronischer Transformator

R, S, T Phasenleiter

3, 4 Ausgangsleiter Gleichstrom

5 Einzelmodule, Einzelzelle, Zelle

6 kombinierte Erdungs- und Schutzeinrichtung

7 Spannungseingang

8 Spannungsausgang

9 Stromband

10 Varistor

11 Eingangskontakt

12 Ausgangskontakt

13 zweites Ende eines Strombands 9

14 erstes Ende eines Strombands 9

15 Funkenstrecke d Abstand zwischen dem zweiten Ende eines Strombands 9 und dem ersten Ende eines nachfolgenden Strombands 9

16 Brückenkontakt

17 Erdungselement

18 Masseanschluss

19 Masse

20 Spalte bzw. Stapel von Einzelmodulen

21 Gehäuse eines Einzelmoduls

22 Hebel

23 Stellantrieb, Spindelmotor

24 Befestigungsmittel

25 Schaltleiste

26 Verstellrichtung

27 Kontaktbolzen

28 Kontaktbolzen

29 Hebelanordnung

30 Kontaktmesser

31 Bolzen

32 Stellelement

33 Tellerfeder

34 Gleichstromausgänge

35 Transformator

36 Funkenstrecke

37 Trägerschiene

Claims

Ansprüche Kombinierte Erdungs- und Schutzeinrichtung (6) für einen modular aufgebauten Spannungs- und Leistungswandler (1) zur Wandelung einer Primärwechselspannung mit einer oder mehreren Phasen in eine Sekundärspannung, wobei der Spannungs- und Leistungswandler (1) für jede Phase der Primärwechselspannung eine Mehrzahl von in Reihe zu schaltenden Einzelmodulen (5) umfasst, wobei jedes Einzelmodul (5) zur Aufnahme einer Phase der Primärspannung einen Spannungseingang (7) und einen Spannungsausgang (8) aufweist, wobei die kombinierte Erdungs- und Schutzeinrichtung (6) eine Mehrzahl von Eingangskontakten (11) und eine Mehrzahl von Ausgangskontakten (12) umfasst, die so konfiguriert sind, dass jeweils ein Eingangskontakt (11) mit einem Spanungseingang (7) eines Einzelmoduls (5) des Spannungs- und Leistungswandlers (1) leitend verbindbar ist und jeweils ein Ausgangskontakt (12) mit einem Spannungsausgang (8) eines Einzelmoduls (5) des Spannungs- und Leistungswandlers (1) leitend verbindbar ist, und jeweils der Eingangskontakt (11) und der Ausgangkontakt (12), die mit dem Spannungseingang (7) und dem Spannungsausgang (8) des gleichen Einzelmoduls (5) verbindbar sind, mittels eines Varistors (10) verbunden sind, wobei der Varistor (10) dazu konfiguriert ist, den Eingangskontakt (11) leitend mit dem Ausgangskontakt (12) zu verbinden, wenn die über den Varistor (10) abfallende Spannung einen ersten Schwellwert überschreitet, und wobei die kombinierte Erdungs- und Schutzeinrichtung (6) weiterhin eine nichtleitende Schaltleiste (25) mit einer Mehrzahl von Brückenkontakten (16) umfasst, wobei die Schaltleiste (25) dazu konfiguriert ist, von einer Betriebsposition in eine Erdungsposition bewegt zu werden, wobei wenn die Schaltleiste (25) in der Erdungsposition ist, jeweils ein Brückenkontakt (16) der Mehrzahl von Brückenkontakten (16) den Eingangskontakt (11) mit dem Ausgangkontakt (12) leitend verbindet, die mit dem Spannungseingang (7) und dem Spannungsausgang (8) des gleichen Einzelmoduls (5) verbindbar sind, und die durch die Brückenkontakte (16) leitend verbundenen Eingangskontakte (11) und Ausgangskontakte (12) mit einem Masseanschluss (18) verbunden sind, und wobei wenn die Schaltleiste (25) in der Betriebsposition ist, die Eingangskontakte (11) und die Ausgangskontakte (12), die mit dem Spannungseingang (7) und dem Spannungsausgang (8) des gleichen Einzelmoduls (5) verbindbar sind, nicht durch die Brückenkontakte (16) leitend verbunden sind und die Eingangskontakte (11) und Ausgangskontakte (12) auch nicht mit dem Masseanschluss (18) verbunden sind. Erdungs- und Schutzeinrichtung (6) nach Anspruch 1, wobei zur Reihenschaltung der Einzelmodule (5) des Spannungs- und Leistungswandlers (1) der Ausgangskontakt (12), der mit dem Spannungsausgang (8) eines in Reihe vorausgehend zu schaltenden Einzelmoduls (5) verbindbar ist, mit dem Eingangskontakt (11) mittels eines Strombands (9) leitend verbunden ist, der mit dem Spannungseingang (7) des in Reihe nachfolgend zu schaltenden Einzelmoduls (5) verbindbar ist. Erdungs- und Schutzeinrichtung (6) nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeweils zwischen dem Eingangskontakt (11) und dem Ausgangkontakt (12), die mit dem Spannungseingang (7) und dem Spannungsausgang (8) des gleichen Einzelmoduls (5) verbindbar sind, eine Funkenstrecke (15) ausgebildet ist, die so konfiguriert ist, dass es zu einem Spannungsüberschlag kommt, wenn der Spannungsabfall über die Funkenstrecke (15) einen zweiten Schwellwert überschreitet, wobei der zweite Schwellwert vorzugsweise größer als der erste Schwellwert ist. Erdungs- und Schutzeinrichtung (6) nach Anspruch 2 und 3, wobei die Funkenstrecke (15) jeweils zwischen einem zweiten Ende (13) des Strombands (9) ausgebildet ist, das mit dem Eingangskontakt (11) verbunden ist, und einem ersten Ende (14) des Strombands (9) ausgebildet ist, das mit dem Ausgangskontakt (12) verbunden ist. Erdungs- und Schutzeinrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Verbindung der Strombänder (9) mit den Brückenkontakten (16) gefederte Kontaktbolzen (27, 28) vorgesehen sind, die vorzugsweise in einem gemeinsamen Träger aus einem nichtleitenden Material gehaltert sind. Erdungs- und Schutzeinrichtung (6) nach Anspruch 5, wobei jedes Stromband (9) zwei Kontaktbolzen (27, 28) umfasst, die in der Betriebsposition der Schaltleiste (25) jeweils mit dem gleichen Brückenkontakt (16) in Kontakt sind und die in der Erdungsposition der Schaltleiste (25) jeweils mit unterschiedlichen Brückenkontakten (16) in Kontakt sind. - Erdungs- und Schutzeinrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erdungs- und Schutzeinrichtung (6) einen elektrischen Antrieb (23) umfasst, der die Schaltleiste (25) von der Betriebsposition in die Erdungsposition bewegt, wobei der elektrische Antrieb (23) die Schaltleiste (25) vorzugsweise über eine Gewindespindel bewegt. . Erdungs- und Schutzeinrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Masseanschluss (18) von einer Masseschiene gebildet wird und wobei die Schaltleiste (25) so konfiguriert ist, dass ein mit den Brückenkontakten (16) leitend verbundenes Kontaktmesser (30) in die Masseschiene (18) eingreift, wenn die Schaltleiste (25) von der Betriebsposition in die Erdungsposition bewegt wird. . Erdungs- und Schutzeinrichtung (6) nach Anspruch 8, wobei das Kontaktmesser (30) mit der Masseschiene (18) einrastet, wenn die Schaltleiste (25) von der Betriebsposition in die Erdungsposition bewegt wird. 0. Erdungs- und Schutzeinrichtung (6) nach Anspruch 9, wobei die Erdungs- und Schutzeinrichtung (6) einen Hebel (22) umfasst, mit dem die Schaltleiste (25) manuell von der Betriebsposition in die Erdungsposition bewegt werden kann, wobei ein Bediener der Erdungs- und Schutzeinrichtung (6) vorzugsweise aus einer Stellung des Hebels (22) erkennen kann, ob die Schaltleiste (25) in der Betriebsposition oder Erdungsposition ist. 1. Modular aufgebauter Spannungs- und Leistungswandler (1) zur Wandelung einer Primärwechselspannung mit einer oder mehreren Phasen in eine Sekundärspannung mit einer oder mehreren kombinierten Erdungs- und Schutzeinrichtungen (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Spannungs- und Leistungswandler (1) für jede Phase der Primärwechselspannung eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Einzelmodulen (5) umfasst, wobei jedes Einzelmodul (5) zur Aufnahme einer Phase der Primärspannung einen Spannungseingang (7) und einen Spannungsausgang (8) aufweist, wobei jeweils ein Spannungseingang (7) mit einem Eingangskontakt (11) der Erdungs- und Schutzeinrichtung (6) leitend verbunden ist und jeder Spannungsausgang (8) mit einem Ausgangskontakt (12) der Erdungs- und Schutzeinrichtung (6) leitend verbunden ist. Spannungs- und Leistungswandler (1) nach Anspruch 11, wobei jedes Einzelmodul (5) einen Transformator (35) zur Spannungs- und Leistungswandlung zwischen einer Eingangsseite des Einzelmoduls (5) und einer Ausgangsseite des Einzelmoduls (5) sowie eine Funkenstrecke (36) umfasst, wobei der Spannungseingang (7) und der Spannungsausgang (8) des Einzelmoduls (5) an der Eingangsseite des Einzelmoduls (5) angeordnet sind und wobei die Funkenstrecke (36) parallel zu dem Transformator (35) angeordnet und derart konfiguriert ist, dass es zu einem Spannungsüberschlag kommt, wenn der Spannungsabfall über die Funkenstrecke (36) einen dritten Schwellwert überschreitet. Spannungs- und Leistungswandler (1) nach Anspruch 11 oder 12, wobei jedes Einzelmodul (5) ein Gehäuse (21) umfasst, das so ausgebildet ist, dass bei einer Zerstörung eines Einzelmoduls (5) aufgrund einer Überspannung benachbart zu dem zerstörten Einzelmodul (5) angeordnete Einzelmodule (5) nicht beschädigt werden. Spannungs- und Leistungswandler (1) nach Anspruch 11, 12 oder 13, wobei die Varistoren (10) so angeordnet sind, dass bei einer Zerstörung eines Einzelmoduls (5) aufgrund einer Überspannung der Varistor (10), der den Eingangskontakt (11) mit dem Ausgangskontakt (12) verbindet, die jeweils mit dem Spannungseingang (7) und dem Spannungsausgang (8) des zerstörten Einzelmoduls (5) verbunden sind, nicht beschädigt wird.