[发明专利]用于水下工作的带冷却循环回路的电气构件

说明书

技术领域

本发明涉及一种电和/或电子构件，尤其一种变压器，包括具有热交换单元的冷却循环回路。此外，本发明还包括这种构件在海上平台内的安装以及此类平台的设计。

背景技术

由于适用的内陆地区的缩减以及海上高的风速，使利用海上风能可以成为对于在陆地建立风力发电设备的一种经济的令人感兴趣的替代方案。在海上风力场的网络连接中关键的成本重点是要在海上建造变电站。

所使用的电气构件，例如变压器、整流器和开关，按现有技术或装配在一个处于水上方的平台平面上并进行运行，或安装在用包封部分的内部，例如风力发电设备的塔架内部。例如DE10313036A1介绍了一种建造风力发电设备的方法。在该发明中的功率模块主要是变压器，它具有竖立在风力发电设备的基础上并被风力发电设备的塔架紧邻地完全包围的支架。

然而该发明的缺点是，由于变压器运行产生的热能无控制地在风力发电设备的塔架内上升，以及没有相宜地从变压器中导出。采用该发明不能保证变压器有效和均匀地散热。

此外，以此方式只能安装其尺寸明显小于塔架直径的电气构件。长期以来由现有技术已知，将电气构件安置在海面上方的远处。

基于海上平台这种高的结构方式，为了在海上区域设计所需要的平台，将所谓的百年波作为结构计算的基础，百年波相当于有关区域内近一百年最大可能的潮浪。基于结构上的这些边界条件，海上的电气构件如变压器以及变电站的其他部件，为防止被百年波破坏而设置在明显高于水面的平台平面上，这牵扯到用于平台建立及运行的昂贵费用。由于在结构上如此设计的平台在海面上方大的高度，平台的结构及所使用的材料必须满足很高的稳定性要求。例如由DE10310708A1已知风力发电设备的基础以及需要高的结构费用。

此外，要导出的热能通过附加的散热器和风扇排出是现有技术，其中，散热器和风扇并列装在变压器的容器壁上。为了充分散热，有必要在变压器的容器壁上大面积地布置多个散热器。在散热器旁安装风扇用于变压器容器壁的垂直或水平通风，由此增大了变压器所需的空间体积。使用风扇同样需要配置用于提供电源和控制风扇的辅助设备和开关装置。为此必须在变压器近旁提供附加的位置。风扇的能耗同样造成费用支出。风扇的控制器必须安装在带有开关设备的专用开关柜内。在使用风扇时，为了安全和控制必须在变压器上安装变压器保护开关和监控设备，它们一方面造成高的设备配置成本及运行成本。此外，需要风扇开关柜与风扇之间的电连接，这种连接必须根据海上区域的环境条件绝对安全。风扇控制柜和风扇本身还需要定期检查和维护，尤其对于海上设备而言，这与高昂的成本相关联。此外，由于海上区域的天气和季节条件，不可能由工作人员在当地随时实施检查和维护作业。

按另一种方案，由现有技术，例如由DE10127276A1已知一种水下变压器，它设计用于在海面下运行。对于水下变压器的运行，通常在海面上方不需要平台。但迄今的水下变压器的缺点是，这些水下变压器没有相宜地散热，并因而尺寸设计为大于实际所需。

此外，这些水下变压器需要复杂的装置，用于保证在温度引起冷却介质和/或绝缘介质体积变动时的压力平衡。

在EP1082736B1中介绍了另一种水下变压器，它有一个完全包围第一容器并配备有压力密封的电缆插座的第二容器。确切地说规定用于极深海中的小型配电网变压器的这种设计，也没有解决所列举的问题以及并不保证有效冷却。

发明内容

因此本发明所要解决的技术问题是，提供一种较少维护的电气和/或电子构件，它在深海运行时可以有效散热并与此同时保证电气和/或电子构件小的尺寸。此外，本发明所要解决的技术问题是设计一种与现有技术相比经济得多的海上变电站。

下面在本发明的范围内电气构件理解为电气和/或电子构件或相应构件的组合。

名称变压器用作电气构件的代表。

按照本发明上述技术问题通过权利要求1的特征得以解决。在这里规定，热交换单元的至少一个冷却元件可被第一种液体、尤其海水绕流，其中，冷却元件之间的距离和冷却元件的尺寸选择为，使第一种液体围绕冷却元件产生一种紊流的绕流。根据所选择的第一种液体的粘度来选择冷却元件的尺寸和各自的距离。通过如此布局，可以保证有效地排出在电气构件运行期间产生的热量，因为通过紊流的流动可导致使大的液体量与热交换单元接触，以及吸收从热交换单元发出的热量并迅速排出。当电气构件在海上区域使用时，热交换单元设在海面下方的平台平面上，以及由此实现与现成的作为第一种液体的海水进行热交换。海水的平均温度例如在北海和东海最高为20℃，并因此非常适合作为用于冷却在电气构件内产生的热能的冷却源，这种热能通过热交换单元输送给周围的海水。