本公開內(nèi)容大體上涉及高壓功率轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域，且關(guān)于此類高壓功率轉(zhuǎn)換器的閥單元中的電絕緣。本公開內(nèi)容具體涉及閥單元，其中絕緣借助于氣體和絕緣固體材料來(lái)獲得。本公開內(nèi)容的閥單元可適用于例如離岸平臺(tái)。

背景技術(shù)：

高壓直流(HVDC)轉(zhuǎn)換器站點(diǎn)是適于將高壓直流(DC)轉(zhuǎn)換成交流(AC)或反過(guò)來(lái)的一類站點(diǎn)。HVDC轉(zhuǎn)換器站點(diǎn)可包括多個(gè)元件如轉(zhuǎn)換器自身(或串聯(lián)或并聯(lián)連接的多個(gè)轉(zhuǎn)換器)、交流開關(guān)裝置、變壓器、電容器、濾波器、直流開關(guān)裝置和其它輔助元件。電子轉(zhuǎn)換器可歸類為例如使用晶閘管作為開關(guān)的線路整流轉(zhuǎn)換器，或者使用晶體管如絕緣柵極雙極晶體管(IGBT)作為開關(guān)(例如，切換裝置)的電壓源轉(zhuǎn)換器。多個(gè)固態(tài)半導(dǎo)體裝置如晶閘管或IGBT可由電容器包繞且連接在一起，例如，串聯(lián)，以形成HVDC轉(zhuǎn)化器的構(gòu)造塊或閥單元。

HVDC轉(zhuǎn)換器站點(diǎn)的構(gòu)造和設(shè)計(jì)中的挑戰(zhàn)在于HVDC轉(zhuǎn)換器站點(diǎn)的不同部分的電絕緣，因?yàn)镠VDC轉(zhuǎn)換器站點(diǎn)的各種部分之間的距離增大改善絕緣，但同時(shí)導(dǎo)致HVDC轉(zhuǎn)換器站點(diǎn)具有較大的尺寸。這可引起例如關(guān)于特別是離岸應(yīng)用的安裝、運(yùn)輸和成本的許多困難。對(duì)于至少此類應(yīng)用，大體上需要更緊湊的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開內(nèi)容的至少一些實(shí)施例的目的完全或部分地克服了現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)的以上缺點(diǎn)，且提供了現(xiàn)有技術(shù)的更緊湊的備選方案。

該目的和其它目的借助于所附獨(dú)立權(quán)利要求中限定的閥單元和方法來(lái)達(dá)成。其它實(shí)施例由從屬權(quán)利要求限定。

根據(jù)第一總體方面，提供了一種包括封殼、多個(gè)基元和高壓(HV)防護(hù)組件的閥單元。封殼沿軸向方向延伸，且包括固體絕緣材料。封殼至少部分地填充有絕緣氣體。多個(gè)基元在封殼內(nèi)布置為疊層。疊層包括多個(gè)電容器防護(hù)元件，其中疊層的兩個(gè)相繼的基元由電容器防護(hù)元件分開。HV防護(hù)組件設(shè)置在封殼與疊層之間。HV防護(hù)組件包括至少一個(gè)HV防護(hù)電極，其至少部分地插入封殼中，且與電容器防護(hù)元件中的至少一個(gè)進(jìn)行電接觸。

在上文限定的閥單元中，電絕緣借助于氣體和固體絕緣材料來(lái)獲得?；M與地極(即，封殼(其可涂布有導(dǎo)電層或可為金屬容器)的外表面)之間的絕緣通過(guò)封殼的固體絕緣材料獲得，同時(shí)基元之間的絕緣經(jīng)由封殼中包圍的氣體獲得。

在閥單元的操作下，基元組的HV電容器防護(hù)件呈現(xiàn)出相對(duì)于地極的高電勢(shì)。就上文所述的閥單元而言，HV電容器防護(hù)元件與插入絕緣封殼中的HV電極之間的接觸防止氣體中的局部放電，因?yàn)楣腆w絕緣物經(jīng)歷HV電容器防護(hù)件對(duì)地極的高電壓。封殼的絕緣固體材料可呈現(xiàn)出與氣體相比的高絕緣強(qiáng)度，這是以上實(shí)施例中限定的閥單元的設(shè)計(jì)所利用的性質(zhì)。

就上文限定的閥單元而言，提供了更緊湊的解決方案，因?yàn)殚y單元中的絕緣至少部分依靠固體絕緣材料。在此閥單元中，基元與封殼之間的電壓施加到絕緣固體材料上，絕緣固體材料可具有高于例如用于絕緣的空氣或其它流體冷卻介質(zhì)的電擊穿屬性。因此，沿徑向方向(即，沿橫向于(如，垂直于)封殼的軸向方向的方向)的絕緣所需的距離減小。

將認(rèn)識(shí)到的是，封殼可由固體絕緣材料制成，但也可在其外表面上涂布有導(dǎo)電層或插入金屬容器內(nèi)，以進(jìn)行接地。

基元疊層可包括一定數(shù)目的基元和HV電容器防護(hù)件(或HV電暈防護(hù)件)?；B層沿軸向方向(封殼沿該軸向方向延伸)布置，使得沿軸向方向限定一定數(shù)目的位置，且基元布置在這些位置處。

根據(jù)實(shí)施例，HV防護(hù)組件可包括多個(gè)HV防護(hù)電極，各個(gè)電極均與疊層的電容器防護(hù)元件進(jìn)行電接觸。本實(shí)施例限定了第一構(gòu)造，其中多個(gè)HV防護(hù)電極(或元件)沿軸向方向布置。例如，在基元布置在其中的圓柱形封殼的情況中，一系列碟形HV防護(hù)電極可沿圓柱的軸向方向布置，使得HV防護(hù)電極(或元件)接觸疊層的HV電容器防護(hù)元件。在本實(shí)施例中，HV防護(hù)電極可具有環(huán)面形式。

根據(jù)實(shí)施例，HV防護(hù)組件可包括導(dǎo)電部件，其沿軸向方向延伸，且至少部分地插入封殼中。導(dǎo)電部件可與至少一個(gè)HV防護(hù)電極接觸。本實(shí)施例限定了第二構(gòu)造，其中替代多個(gè)HV防護(hù)電極，導(dǎo)電部件沿軸向方向布置。HV防護(hù)部件與一個(gè)HV電容器防護(hù)元件之間的接觸可借助于HV防護(hù)件連接器建立。在該實(shí)施例中，就傳導(dǎo)部件作為插入封殼的絕緣固體材料內(nèi)的防護(hù)件的布置而言，HV防護(hù)電極的數(shù)目減少。在特定實(shí)施例中，HV防護(hù)部件可鑄造在封殼的絕緣材料中。此外，HV防護(hù)部件可具有符合封殼的內(nèi)壁形狀的形狀。在特定實(shí)例中，HV防護(hù)部件可具有圓柱形。

盡管導(dǎo)電部件可經(jīng)由一定數(shù)目的HV防護(hù)電極與HV基元(或電容器防護(hù)元件)接觸，但根據(jù)實(shí)施例，HV防護(hù)組件可包括設(shè)置在傳導(dǎo)部件與一個(gè)HV電容器防護(hù)元件之間的單個(gè)HV防護(hù)件連接器。具體而言，單個(gè)HV防護(hù)件連接器可與位于疊層內(nèi)的中心位置中的HV電容器防護(hù)元件接觸。

此外，HV防護(hù)組件可包括導(dǎo)電部件和在其邊緣(末梢)處的僅兩個(gè)HV防護(hù)電極。以此方式，邊緣附近的固體材料中的局部場(chǎng)增強(qiáng)可改善。換言之，傳導(dǎo)部件可從位于疊層的一端處的第一防護(hù)元件(或電極)延伸至位于疊層的另一端(相對(duì)側(cè))處的第二防護(hù)元件(或電極)。封殼的厚度可甚至進(jìn)一步改善，尤其是在兩個(gè)相對(duì)地布置的電極之間的區(qū)域中。

根據(jù)實(shí)施例，至少一個(gè)HV防護(hù)電極可完全嵌入或插入封殼的絕緣材料中。具體而言，HV防護(hù)電極可鑄造在固體絕緣材料中，其中接觸區(qū)域在封殼的內(nèi)表面(或內(nèi)壁)上。HV防護(hù)電極也可稱為HV插入電極。

根據(jù)實(shí)施例，封殼的固體材料可為聚合物。更具體而言，封殼的固體絕緣材料可包括環(huán)氧樹脂或熱塑性材料。

根據(jù)實(shí)施例，絕緣氣體可為六氟化硫(SF₆)、氮(N₂)、空氣和干空氣。將認(rèn)識(shí)到的是，氣體可為不同氣體的混合物，如，SF₆和N₂的混合物。此外，氣體可在壓力下，使得其可在下文中稱為壓縮氣體。將認(rèn)識(shí)到的是，本公開內(nèi)容不限于此氣體，且可構(gòu)想出其它絕緣氣體。

根據(jù)實(shí)例，封殼可由環(huán)氧樹脂制成，且氣體可為SF₆。然而，將認(rèn)識(shí)到的是，SF₆和環(huán)氧樹脂的組合僅為實(shí)例，且其它氣體和其它固體材料也可用于絕緣。

根據(jù)實(shí)施例，疊層中的基元可包括電容器元件和至少一個(gè)半導(dǎo)體構(gòu)件(例如，包括晶閘管或IGBT)。在更具體的實(shí)施例中，基元為碟型基元，具有半導(dǎo)體構(gòu)件布置在其內(nèi)的碟形電容器元件。

根據(jù)實(shí)施例，至少一個(gè)基元、一組基元或疊層可分離地布置，使得其可從封殼移除。就本實(shí)施例而言，有可能更換基元、一組基元或甚至基元的整個(gè)疊層來(lái)用于修理、更新或改變基元位置。

根據(jù)實(shí)施例，閥單元還可包括覆蓋封殼的一端的至少一個(gè)蓋。蓋可包括沿封殼的外壁延伸的一部分。蓋可包括絕緣材料。就本實(shí)施例而言，提出了封殼(也在線纜末端處)的端部處的(氣體)空隙的要求，且有可能進(jìn)一步減小閥單元的大小，特別是沿軸向方向。

根據(jù)實(shí)施例，閥單元還可包括封殼的一端處的插入線纜末端，用于匯流排的連接。在圓柱狀封殼(或容器)的情況中，第一插入線纜末端可布置在圓柱狀封殼的第一基部處，且第二插入線纜末端可布置在與第一基部相對(duì)的圓柱狀封殼的第二基部處。

根據(jù)一些實(shí)施例，提供了高壓直流(HVDC)轉(zhuǎn)換器或HVDC轉(zhuǎn)換器站點(diǎn)，其包括如前述實(shí)施例中任一項(xiàng)中限定的閥單元。具體而言，提供了包括至少兩個(gè)如前述實(shí)施例中任一項(xiàng)限定的閥單元的HVDC轉(zhuǎn)換器。閥單元的不同布置是可能的。

根據(jù)實(shí)施例，至少兩個(gè)閥單元可同軸地布置。盡管HVDC轉(zhuǎn)換器沿軸向方向延伸更多，該實(shí)施例提供了沿徑向方向的更緊湊的解決方案。

根據(jù)實(shí)施例中，包括絕緣材料的間隔元件可布置在至少兩個(gè)閥單元之間的接合部處。間隔元件包括沿橫向于軸向方向的方向延伸的第一部分，以及沿第一閥單元的封殼的外壁和第二閥單元的封殼的外壁中的至少一個(gè)延伸的第二部分。

根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例中，至少兩個(gè)閥單元可并排布置，且至少兩個(gè)閥單元中的第一個(gè)的線纜末端輸出可連接到至少兩個(gè)閥單元中的另一個(gè)上。

根據(jù)實(shí)施例，線纜可為嵌入絕緣材料中的匯流排或布置在兩個(gè)閥單元外部的線纜中的任一個(gè)。

本公開內(nèi)容適用于其中期望提供絕緣環(huán)境的具有各種電壓水平的高壓功率設(shè)備。本公開內(nèi)容大體上有利于期望更緊湊的功率設(shè)備的應(yīng)用，如，電功率設(shè)備的安裝空間有限的應(yīng)用和/或離岸風(fēng)場(chǎng)應(yīng)用。

將認(rèn)識(shí)到的是，可構(gòu)想出使用上述實(shí)施例中敘述的所有可能的特征組合的其它實(shí)施例。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在將參照以下附圖來(lái)更詳細(xì)描述示例性實(shí)施例：

圖1示出了根據(jù)實(shí)施例的閥單元的示意圖；

圖2示出了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的閥單元的示意圖；

圖3示出了根據(jù)實(shí)施例的基元的示意圖；

圖4示出了根據(jù)實(shí)施例的具有覆蓋閥單元的封殼的一端的蓋的閥單元的示意圖；

圖5示出了根據(jù)實(shí)施例的HVDC的閥單元的布置的示意圖；

圖6示出了根據(jù)實(shí)施例的HVDC的閥單元的布置的另一個(gè)示意圖；

圖7示出了根據(jù)實(shí)施例的HVDC的閥單元的布置的另一個(gè)示意圖；以及

圖8示出了根據(jù)實(shí)施例的HVDC的閥單元的布置的另一個(gè)示意圖。

如附圖中所示，元件、層和區(qū)域的尺寸可出于示范目的擴(kuò)大，且因此提供來(lái)示出實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)。相似的參考標(biāo)號(hào)表示各處相似的元件。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將在下文中參照附圖來(lái)更完整地描述示例性實(shí)施例，附圖中示出了當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例。然而，本發(fā)明可體現(xiàn)為許多不同形式，且不應(yīng)當(dāng)解讀為限于本文提出的實(shí)施例；相反，這些實(shí)施例針對(duì)徹底性和完整性提供，且將本發(fā)明的范圍完整傳達(dá)給技術(shù)人員。

參看圖1，描述了根據(jù)實(shí)施例的閥單元100。

圖1示出了閥單元100的截面視圖，其包括封殼130和在封殼130內(nèi)布置為疊層的多個(gè)基元120?；?20布置在彼此的頂部上，且串聯(lián)連接來(lái)形成封殼130內(nèi)的電氣設(shè)備或系統(tǒng)。

封殼130主要沿軸向方向112延伸，且例如可具有從一個(gè)凸緣(或基部表面或區(qū)域)118延伸至另一個(gè)凸緣(或其它基部表面或區(qū)域)119的圓柱狀形狀。封殼130可由絕緣固體材料制成。在特定實(shí)施例中，封殼130為沿軸向方向112延伸的圓柱，且基元120沿軸向方向112布置在彼此頂部上，從而限定沿軸向方向112的一定數(shù)目的基元位置。封殼130可包括導(dǎo)電層110，或可插入金屬容器110內(nèi)。封殼130的導(dǎo)電外表面110可用于接地。

如參照?qǐng)D3更詳細(xì)所述，基元可包括電容器元件和半導(dǎo)體構(gòu)件。標(biāo)為122的高壓電容器防護(hù)組件在基元120之間，使得疊層中的兩個(gè)相繼的基元120由HV電容器防護(hù)件122分開。換言之，在閥單元100的疊層中，基元120夾在兩個(gè)HV電容器防護(hù)件122之間(或布置在附近)。將認(rèn)識(shí)到的是，HV電容器防護(hù)件也可稱為基元的一部分，使得基元包括半導(dǎo)體構(gòu)件、電容器元件和其電容器防護(hù)件，在此情況下，疊層包括設(shè)置在彼此頂部上的一系列基元?；碾娙萜鞣雷o(hù)件然后將限定為布置在下一個(gè)基元附近。在本公開內(nèi)容中，可考慮到基元120布置為在兩個(gè)相繼的基元120之間具有中間HV電容器防護(hù)件122的疊層。

封殼130的外表面110可由導(dǎo)電材料制成，如，金屬，或可由導(dǎo)電材料覆蓋，使得封殼130的外表面可接地。包括金屬涂層或金屬容器110的封殼130可由布置在封殼130的端部或基部表面處的一個(gè)或多個(gè)蓋閉合或密封。

此外，對(duì)于基元120之間的電絕緣，封殼130至少部分地填充有絕緣氣體115，其例如可為SF₆、N₂、干空氣或這些氣體的混合物。然而，將認(rèn)識(shí)到的是，本公開內(nèi)容不限于這些實(shí)例，且具有相似的絕緣性質(zhì)的其它氣體(特別是無(wú)SF₆的氣體)也可使用。此外，可使用具有大約幾bar的壓力的壓縮氣體。例如，封殼130可填充有處于2bar的壓力下的SF₆。

封殼130的絕緣材料可為聚合物，如，環(huán)氧樹脂或熱塑性聚合物。然而，將認(rèn)識(shí)到的是，本公開內(nèi)容不限于這些實(shí)例，且可構(gòu)想出用于絕緣和制造目的的具有相似性質(zhì)的其它絕緣固體材料。

閥單元100還包括設(shè)置在封殼130與基元120的疊層之間的HV防護(hù)組件140。大體上，HV防護(hù)組件140可包括至少部分地插入封殼130中且與電容器防護(hù)元件122中的至少一個(gè)進(jìn)行電接觸的至少一個(gè)HV防護(hù)電極142。

在圖1中所示的構(gòu)造中，HV防護(hù)組件140包括分別接觸疊層的電容器防護(hù)元件122的多個(gè)HV防護(hù)電極或元件142。HV防護(hù)元件142可由導(dǎo)電材料如金屬制成。

在圖1中所示的特定實(shí)施例中，各個(gè)基元120或更具體地各個(gè)HV電容器防護(hù)件122與HV防護(hù)電極142連接。參看封殼130為圓柱或具有圓柱狀形狀的實(shí)施例，HV防護(hù)電極142可為環(huán)面形，以便符合封殼130的形狀。圖1也示出了特定構(gòu)造，其中HV防護(hù)電極142可至少部分地嵌入或插入封殼130的絕緣材料中。此外，在圖1中所示的構(gòu)造中，多個(gè)HV防護(hù)電極沿軸向方向112分布在對(duì)應(yīng)于基元120(或HV電容器防護(hù)件122)的安放點(diǎn)(位置)的位置處。

HV防護(hù)元件142和封殼130因此可在閥單元中形成單個(gè)機(jī)械塊，且基元的疊層可與此機(jī)械塊分離(或可移除)，這例如對(duì)于基元疊層、基元組或甚至整個(gè)疊層的修理或替換有利。參看圖1，基元120的疊層可通過(guò)移除安裝在圓柱狀封殼130的端部處的凸緣118,119從而打開封殼130來(lái)插入或從封殼130移除。圓柱狀疊層可在圓柱狀封殼130內(nèi)沿軸向方向112滑動(dòng)。閥單元100然后可配備有緊固器件(或支座)來(lái)用于沿軸向方向112將基元疊層保持在HV防護(hù)元件142連接到HV電容器防護(hù)件122所處的位置。將認(rèn)識(shí)到的是，盡管圓柱狀形狀提供了此類電氣設(shè)備中引起的電場(chǎng)的均一性的一些優(yōu)點(diǎn)，但本公開內(nèi)容不限于封殼的此形狀，且也可構(gòu)想出其它幾何形狀。

圖1還示出了閥單元100可包括兩個(gè)插入式線纜末端(或線纜末端或線纜連接器)160，在封殼130的各端處有一個(gè)，以用于匯流排往返于閥單元100的連接。插入式線纜末端160可設(shè)計(jì)成防止絕緣氣體從封殼130泄漏，即，插入式線纜末端可布置成密封封殼130。用于連接到另一個(gè)閥單元上或用于連接到電氣系統(tǒng)上的外部匯流排可連接到(內(nèi)部)導(dǎo)線上，或?qū)⒒?20在封殼130內(nèi)連接在一起的一些類型的線纜上。例如，閥單元100可為轉(zhuǎn)換器，且可用于將到來(lái)的AC信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出的DC信號(hào)。

閥單元100的構(gòu)件或元件，例如，如，各個(gè)基元、一組基元、基元疊層、一個(gè)或多個(gè)插入式線纜末端和凸緣，可移除或模塊化，以便于其替換而不影響其它元件。更具體參看HVDC應(yīng)用，如參照?qǐng)D1所述的具有一定數(shù)目的基元位置的圓柱型HVDC轉(zhuǎn)換器優(yōu)于傳統(tǒng)離岸轉(zhuǎn)換器站點(diǎn)，因?yàn)槠浔苊饣蛑辽贉p少人工接近閥單元的元件的空隙的需要。

因此，圖1繪出了第一構(gòu)造，其中電容器之間的絕緣由基元/電容器之間的絕緣氣體和絕緣物提供，且地極由固體絕緣材料提供。在特定實(shí)施例中，可使用作為固體絕緣材料的環(huán)氧樹脂和作為壓縮氣體的SF₆的組合。

在該構(gòu)造中，基元120的電容器(或HV電容器防護(hù)件122)與地極之間的電壓暴露于封殼130的絕緣固體材料，例如，環(huán)氧樹脂本體。沿徑向方向(即，橫向于軸向方向112)的絕緣距離取決于制造封殼或本體130的固體絕緣材料的介電性質(zhì)。就固體絕緣材料而言，例如，如，環(huán)氧樹脂，封殼130的厚度可制造成小于其它絕緣手段，如油。

此外，基元120的電容器之間的電壓(其可為大約幾kV)將暴露于包圍在封殼130內(nèi)的壓縮氣體。

此外，將認(rèn)識(shí)到的是，適合的絕緣距離設(shè)在封殼130的端部中的各個(gè)處，以便插入式線纜末端160與氣體之間的界面和封殼130的內(nèi)表面與氣體之間的界面可經(jīng)得與地極的DC電壓。

參看圖2，描述了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的閥單元200。

圖2示出了閥單元200的截面視圖，其包括帶金屬外表面210的封殼230，以及在封殼230內(nèi)布置為疊層的多個(gè)基元120。基元220布置在彼此的頂部上，其中電容器防護(hù)件122布置在兩個(gè)相繼的基元120之間(或?yàn)榛?20的一部分)。

圖2中所示的閥單元200等同于參照?qǐng)D1所述的閥單元100，只是使用了另一類型的HV防護(hù)組件240。具體而言，HV防護(hù)組件240包括導(dǎo)電部件244、HV防護(hù)件連接器242和至少兩個(gè)HV防護(hù)元件或電極246,248。

導(dǎo)電部件244可沿軸向方向212(封殼230沿其延伸)延伸，且可至少部分地插入封殼230中。導(dǎo)電部件與HV防護(hù)電極246,248和HV防護(hù)件連接器242接觸。在圖2中繪出的特定實(shí)施例中，導(dǎo)電部件244完全鑄造或插入在封殼230的絕緣材料中。導(dǎo)電部件244可形成在封殼230的內(nèi)表面處，以便其符合封殼230的形狀。因此，在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電部件244也可具有圓柱形。

此外，導(dǎo)電部件244借助于HV防護(hù)件連接器242與基元120的HV電容器防護(hù)件122接觸。盡管閥單元原則上可配備有一個(gè)以上的HV防護(hù)件連接器242(分別連接HV電容器防護(hù)件)，但圖2中所示的構(gòu)造在導(dǎo)電部件244與一個(gè)基元120之間包括單個(gè)HV防護(hù)件連接器242。在該特定實(shí)施例中，單個(gè)HV防護(hù)件連接器242與位于疊層內(nèi)的中心位置的基元120'的HV電容器防護(hù)件122'接觸。因此，導(dǎo)電部件244具有與中間電容器或HV電容器防護(hù)件122'相同的電勢(shì)。將HV防護(hù)件連接器242置于中間閥基元位置電容器處減小了HV電容器防護(hù)件122與布置在封殼230中的導(dǎo)電部件244之間的最大電壓。

導(dǎo)電部件244可在布置于其末端處的至少兩個(gè)HV防護(hù)元件之間延伸，即，布置成與基元疊層(即，疊層的第一基元處)的一端處的導(dǎo)電部件244接觸的第一HV防護(hù)元件246，以及布置成與基元疊層的相對(duì)端處(即，疊層的至少一個(gè)基元處)的導(dǎo)電部件244接觸的第二HV防護(hù)元件248。HV防護(hù)電極246,248可至少部分地，且甚至在一些實(shí)施例中完全地嵌入(插入)封殼230的絕緣固體材料中。將認(rèn)識(shí)到的是，HV防護(hù)電極246,248可布置在導(dǎo)電部件244的邊緣處，以便邊緣附近的固體材料中的局部場(chǎng)增強(qiáng)可改善。為了進(jìn)一步加強(qiáng)閥單元的緊湊性，HV防護(hù)電極246,248可沿軸向方向212布置在與疊層中的第一基元和最后的基元相同的位置處。根據(jù)實(shí)例，HV防護(hù)元件246,248可為環(huán)面形或環(huán)形。

由于該不同構(gòu)造，故圖2中所示的閥單元200的封殼230可至少在布置于導(dǎo)電部件244的末端處的電極246,248之間保持比參照?qǐng)D1描述的閥單元100的構(gòu)造的封殼130更薄。然而，將認(rèn)識(shí)到的是，封殼230的絕緣材料的厚度可沿軸向方向212變化，且特別是絕緣本體230可在HV防護(hù)元件246,248布置在該處的導(dǎo)電部件244的末端處較厚。換言之，在圖2中所示的構(gòu)造中，僅存在絕緣本體230中的僅一個(gè)圓柱狀防護(hù)件(導(dǎo)電部件244)，且HV防護(hù)電極246,248僅需要布置在圓柱狀防護(hù)件244的端部或末端處。因此，所得的閥單元200可制造成較輕。

參看圖3，描述了根據(jù)實(shí)施例的基元120。圖3示出了基元120包括電容器元件125和半導(dǎo)體構(gòu)件127。在圖3中所示的實(shí)施例中，電容器元件125包繞半導(dǎo)體構(gòu)件127，且為碟形。電容器元件125包括中心孔，半導(dǎo)體構(gòu)件127可置于中心孔中。因此，圖3中所示的基元120特別適用于圓柱狀封殼。半導(dǎo)體構(gòu)件可取決于期望的電氣設(shè)備(例如，轉(zhuǎn)換器類型)而為一個(gè)或多個(gè)晶閘管或IGBT的組件。多個(gè)基元120可布置在彼此的頂部上，以結(jié)構(gòu)上形成疊層(如，多個(gè)碟形基元疊加的情況中的圓柱)，且電連接在一起來(lái)形成期望的電氣設(shè)備。

盡管在本公開內(nèi)容中，HV電容器防護(hù)件122描述為不同于基元120的單獨(dú)元件，但基元120也可限定進(jìn)一步包括布置在電容器元件125的頂部上的這種HV電容器防護(hù)件。

圖1和2示出了多層轉(zhuǎn)換器的實(shí)例，其可包括諸如參照?qǐng)D3所述的基元。

將認(rèn)識(shí)到的是，疊層中的兩個(gè)相繼的基元可與彼此相同或不同。

參看圖4，描述了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的閥單元400。

圖4示出了閥單元400，其類似于參照?qǐng)D1所述的閥單元100，只是閥單元400包括覆蓋封殼130的至少一個(gè)端部119a,119b的至少一個(gè)蓋450。

圖4示出了實(shí)施例，其中蓋450安裝在封殼130的端部119a,119B中的各個(gè)處。由于圖4中所示的兩個(gè)蓋是相似的，故將僅參照布置在封殼130的端部119a處的蓋450。然而，將認(rèn)識(shí)到的是，閥單元400是對(duì)稱的，且其同樣適用于布置在封殼130的端部119b處的蓋450。

圖4示出了兩個(gè)示意圖，其中左手側(cè)視圖示出了從封殼130的端部119a,119b分離的蓋450，而右手側(cè)視圖示出了安裝在封殼130的端部119a,119b處的蓋450。

蓋或帽450可定形為匹配封殼130的一端119a的形狀的帽子狀物。蓋450可為U形，且因此配合(封裝)圓柱形封殼130的一端119a。封殼130可包括在其外壁處的凸起或環(huán)的形式的凸緣(或止擋件)113，使得蓋450在將安裝在封殼130的一端處時(shí)抵接在凸緣(或止擋件)113上。圖4示出了布置在封殼130的一端119a附近的第一凸緣113，以及布置在封殼130的相對(duì)端119b附近的第二凸緣114。從第一凸緣113延伸至第二凸緣114的封殼130的外壁的區(qū)域可由導(dǎo)電材料(例如，金屬)制成或涂布，且可針對(duì)閥單元的操作來(lái)接地。

蓋或帽450可由固體絕緣材料如聚合物制成，例如，環(huán)氧樹脂或熱塑性材料，這由圖4中標(biāo)為454的本體表示，且可由導(dǎo)電材料如金屬涂布在本體454的外表面處。蓋450的部分(或U形蓋的腿部)可沿封殼130的外壁延伸，其提供了用于飛弧事件的較長(zhǎng)路徑。蓋450可在閥單元的操作期間接地。就蓋450而言，疊層的基元與封殼130的末端(或端部)之間的空隙所需的大小減小，從而進(jìn)一步提高了閥單元的緊湊性。

參看圖5-8，描述了形成較大HVDC轉(zhuǎn)換器的閥單元的不同可能布置。

圖5示出了兩個(gè)閥單元740,745同軸地布置在其中的組件700的第一備選方案。

圖5示出了類似于參照?qǐng)D4所述的閥單元400的第一閥單元735，其中蓋750安裝在閥單元735的一端處，只是另一個(gè)閥單元745連接在閥單元735的相對(duì)端處，替代了具有另一個(gè)蓋(相比于圖4的閥單元400)。因此，組件700還包括第二閥單元745，其可類似于上文參照?qǐng)D1-4所述的閥單元中的任一個(gè)。第二閥單元745為組件700中的中間閥，且并不包括任何蓋。

閥單元735和745沿軸向方向112布置，且包括絕緣材料如環(huán)氧樹脂的特殊設(shè)計(jì)的間隔元件(或間隔件)770布置在第一閥單元735與第二閥單元745之間的接合部處。間隔件770降低了兩個(gè)閥單元之間的空隙的需要，從而提供了更緊湊的布置。

間隔件700可包括沿橫向于軸向方向112的方向延伸的第一部分776，以將閥單元735與第二閥單元745分開。間隔件(或接頭)770還可包括沿第一閥單元735和第二閥單元745的封殼的外壁延伸的第二位置774。在圖5中所示的特定實(shí)施例中，第二部分774從第一閥單元735的第二凸緣114延伸至第二閥單元745的第一凸緣113。因此，凸緣113,114可用于連接兩個(gè)閥單元。

圖6示出了組件800的另一個(gè)實(shí)施例，其中三個(gè)閥單元100并排布置。閥單元中的各個(gè)可類似于前述實(shí)施例中參照?qǐng)D1-4描述的任何一個(gè)閥單元。然而，圖6繪出了很類似參照?qǐng)D1所述的閥單元的閥單元。

在圖6中所示的組件800中，閥單元中的第一個(gè)的線纜末端輸出經(jīng)由線纜805連接到閥單元中的另一個(gè)上。例如，閥單元100可由絕緣線纜805(如，交聯(lián)的聚乙烯、XLPE、線纜)經(jīng)由插入式線纜末端160連接到其它閥單元上。

圖7示出了包括六個(gè)閥單元990-995的組件900的另一個(gè)實(shí)施例。閥單元中的各個(gè)可等同于前述實(shí)施例中參照?qǐng)D1-4描述的任何一個(gè)閥單元。然而，圖7繪出了一個(gè)組件，其中第一閥單元990布置在兩個(gè)閥單元的組件的側(cè)部上，即，第二閥單元991和第三閥單元992同軸地布置，如，例如圖5中所述，即，借助于布置在第二閥單元991與第三閥單元992之間的接合部處的間隔件926。

在圖7中所示的組件900中，第一閥單元990的輸出借助于固體絕緣匯流排908連接到第二閥單元991的輸入上，即，無(wú)露天的任何線纜或匯流排。

更具體而言，圖7示出了一個(gè)實(shí)施例，其中使第一閥單元990與第二閥單元991連接的固體絕緣匯流排908填充有類似于設(shè)置在閥單元990,991的封殼的內(nèi)側(cè)壁處的層的絕緣材料(例如，環(huán)氧樹脂)的固體絕緣材料。在圖7中所示的組件900中，第一閥單元990布置在第二閥單元991和第三閥單元992形成的同軸組件的一側(cè)上，且包括導(dǎo)體906和固體絕緣材料的彎曲的固體絕緣條用于使第一閥單元990與第二閥單元991連接。

類似地，第三閥單元992借助于包括導(dǎo)體906的固體絕緣匯流排908連接到第四閥單元993上。圖7中所示的組件是對(duì)稱的，使得第五閥單元993和第五閥單元992以與第二閥單元991和第三閥單元992相似的方式連接和布置。第六閥單元995以與第一閥單元990連接到第二閥單元991上相似的方式連接到第五閥單元994上。在該組件中，第一閥單元990和第六閥單元991中的各個(gè)配備有一個(gè)插入式線纜末端160來(lái)連接到電氣系統(tǒng)(或外部匯流排)上。

圖8示出了包括三個(gè)閥單元1110-1130的組件1000的另一個(gè)實(shí)施例。閥單元1110-1130中的各個(gè)均可類似于參照?qǐng)D1-4的前述實(shí)施例中所述的任何一個(gè)閥單元。

圖8繪出了一個(gè)組件，其中第一閥單元1110可與第二閥單元1120同軸地布置，如，例如圖5中所述，即，借助于布置在第一閥單元1110與第二閥單元1120之間的接合部處的間隔件1126。

在圖8中所示的組件1000中，第二閥單元1120借助于氣體絕緣節(jié)點(diǎn)元件1050(諸如用于氣體絕緣站點(diǎn)中的)來(lái)連接到第三閥單元1130上。對(duì)于參照?qǐng)D7所述的固體絕緣匯流排908，氣體絕緣節(jié)點(diǎn)元件1050并未涉及露天的任何線纜或匯流排，這在離岸應(yīng)用中是有利的。

更具體而言，圖8示出了L形節(jié)點(diǎn)元件1050，其提供閥單元的組件中的90度的轉(zhuǎn)向。第一閥單元1110和第二閥單元1120的封殼延伸所沿的軸向方向垂直于第三閥單元1130延伸所沿的軸向方向。

L形節(jié)點(diǎn)元件1050借助于間隔件1127與第二閥單元1120(如參照?qǐng)D5所述)分開，且借助于間隔件1128與第三閥單元1130分開。L形節(jié)點(diǎn)元件1050可為填充有絕緣氣體(例如，如，SF₆、N₂、干空氣或這些氣體的混合物)的L形管，且還包括用于第二閥單元1120的最后的基元與第三閥單元1130的第一基元的連接的H形導(dǎo)體1056。

在圖8中所示的該組件中，第一閥單元1110和第三閥單元1130中的各個(gè)配備有一個(gè)插入式線纜末端160來(lái)連接到電氣系統(tǒng)(或外部匯流排)上。

盡管上文以特定組合描述了特征和元件，但各個(gè)特征或元件可在無(wú)其它特征和元件的情況下單獨(dú)使用，或在具有或沒有其它特征和元件的各種組合中使用。

此外，公開實(shí)施例的其它變型可由技術(shù)人員在通過(guò)研究附圖、公開內(nèi)容和所附權(quán)利要求而實(shí)施提出的本發(fā)明中理解和實(shí)現(xiàn)。在權(quán)利要求中，詞語(yǔ)"包括"并未排除其它元件，且不定冠詞"一"或"一種"并未排除多個(gè)。某些特征在相互不同的從屬權(quán)利要求中敘述的事實(shí)并不表示這些特征的組合不可有利使用。