DE211486C

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Publication number: DE211486C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

■ - M 21148.6-KLASSE 21 c. GRUPPE

in FRANKFURT a. M. , .

elektrisch gekuppelter Schutzhülle aus leitendem Material.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 21. Februar 1908 ab.

In Wechsel- und Mehrphasenstromanlagen treten beim Abschalten von Transformatoren, Motoren oder einzelnen Leitungssträngen so- \vie auch bei Kurzschlüssen Überspannungserscheinungen auf, durch welche die Betriebssicherheit in hohem Maße gefährdet wird. Da einerseits die Überspannungsicherungen im allgemeinen noch nicht derart ausgebildet sind, um Störungen in den Anlagen mit

ίο Sicherheit vorbeugen zu können, und da andererseits derartige Schutzmaßnahmen den Einbau kostspieliger Sicherheitsvorrichtungen erforderlich machen, so hat man nach anderen Mitteln gesucht, diese Erscheinungen unschädlich zu machen. Die Kabel oder die Leitungen gegen Überspannungserscheinungen dadurch widerstandsfähiger zu machen, daß man das die Kabelseele umgebende Isolationsmaterial in konzentrische Schichten geteilt hat, die durch auf bestimmte elektrische Potentiale gehalteneLeiterröhren getrennt waren, so daß die spezifische dielektrische Beanspruchung des Isolationsmaterials und damit die Durchschlagsspannung in keiner der Schichten gewisse Grenzen überschritt, ist natürlich nur ein Notbehelf, der gegenüber den außerordentlich hohen Überspannungen keinen ausreichenden Schutz zu bieten vermag". Vom technischen sowohl als wirtschaftlichen Standpunkte aus erscheint es daher vorteilhaft, nicht die Widerstandsfähigkeit gegen Überspannungen zu "erhöhen, sondern die Entstehung der durch die Kapazität des Leitungssystemes bedingten Überspannungserscheinungen zu ver- · eiteln bzw. von den empfindlichen Stellen abzulenken. Die Kapazität hat ihren Sitz hauptsächlich in der Leitung selbst, was insbesondere bei Hochspannungskraftübertragungen auf große Entfernungen, bei hohen Spannungen und vorzüglich bei Kabelleitungen der Fall ist.

Um auf Kapazitätserscheinungen beruhende plötzliche Spannungssteigerungen zu vermeiden, ist nun in Vorschlag gebracht worden, den Widerstand des Leiters zu erhöhen. Um jedoch hierbei den Nachteil zu vermeiden, daß die Leitfähigkeit für den Betriebsstrom unwirtschaftlich beeinflußt wird, hat man den Leiter für den Betriebsstrom mit einem Leiter umgeben, der ausschließlich die Kapazitätsströme aufzunehmen hat und einen entsprechenden Widerstand besitzt, um oscillatorische Ladungs- und Entladungserscheinungen zu vermeiden. Es entstanden jedoch hierbei zwischen dem äußeren und inneren Leiter Spannungsdifferenzen, die es bei größerer Netzausdehnung erforderlich machten, die Kapazitätsleitung· mit der Betriebsleitung streckenweise zu.verbinden. Hierdurch wurde nicht nur die Verlegung des Kabels erschwert, sondern die Kapazitätsströme wurden auch aus den Betriebsleitungen nicht völlig fern gehalten.

Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch behoben, daß dem äußeren und

inneren Leiter auf ihrer ganzen Strecke das gleiche oder doch tunlichst gleiches Potential verliehen wird. Die Anordnung ist auf der Zeichnung in beispielsweiser Ausführungsform dargestellt:

In der Fig. ι bedeuten A und B zwei Leitungen, die an eine Stromquelle Q angeschlossen sind. Jede der beiden Leitungen ist in ihrer ganzen Länge von einer von ihr isolierten, konachsialen Röhre α bzw. b aus leitendem Material umgeben. Die beiden Leiter α und b sind an eine zweite Stromquelle q angeschlossen, deren Spannung in jedem Augenblick konform und gleich groß derjenigen von Q ist, und ferner ist dafür Sorge getragen, daß das Potential des Leiters α stets das gleiche ist wie dasjenige von A.

Wenn man vom Spannungsabfall der Leitungen A, B und a, b vorläufig absieht, so gilt, daß in dem von den beiden röhrenförmigen Leitern α und b eingeschlossenen Räumen an allen Stellen Potentialgleichheit besteht, d. h. die beiden Leiter A und B. befinden sich in einem elektrostatischen Felde von der Stärke Null. Ist dies aber der Fall, so ist die Dichte der elektrostatischen Ladungen auf der Oberfläche der Leiter A₁ B gleich Null, oder mit anderen Worten, es ist ihre Kapazität in bezug aufeinander, auf dieErde oder auf irgendeinem außerhalb der Röhren befindlichen Leiter infolge der Gegenwart von α und b gleich Null.

* Also ist das Leitungssystem kapazitätsfrei, und so ist denn auch die Entstehungsursache der Überspannungserscheinungen, von der Kapazität der Verbrauchsapparate abgesehen, beseitigt. Hingegen sind die Leiter a, b zum Träger der Kapazitätserscheinungen geworden, indem jetzt von ihrer Oberfläche elektrostatische Kraftlinien nach der Erde bzw. zueinander übertreten, in ähnlicher Weise, wie dies bei den Leitern A, B der Fall wäre, wenn sie nicht mit den Schutzhüllen a, b versehen wären. Die ganze Anlage besitzt also Kapazität in gleicher Weise, wie sie die ungeschützten Leiter A, B besitzen würden; der Unterschied besteht aber darin, daß die Kapazitätsströme nicht mehr von der Stromquelle Q₁ sondern von der Hilfsstromquelle q geliefert werden, also die Kraftübertragungsanlage selbst von Kapazitätserscheinungen frei ist.

In Wirklichkeit ist das Potential längs der Leitungen A, B₁ wie auch längs der Leiter a, b infolge des längs dieser statthabenden Spannungsabfalles etwas veränderlich, und bei Wechselstrom ist außerdem der zeitliche Verlauf der Potentialdifferenz zwischen A₁ B einerseits und a, b andererseits etwas veränderlich. Aus diesem Grunde wird das oben genannte Ziel niemals vollkommen erreichbar sein, aber doch immerhin angenähert, wenn man dafür Sorge trägt, daß der Spannungsabfall in den Hilfsleitern a, b demjenigen längs der Hauptleiter A₁ B gleich ist.

Die vorbeschriebene Anordnung läßt sich sowohl für Gleichstrom, wie für intermittierenden Gleichstrom, Wellenstrom, . Wechselstrom und Mehrphasenströme anwenden. Bei Wechselstrom im allgemeinen ist darauf zu achten, daß nicht nur die effektiven Werte der von den beiden Stromquellen Q und q gelieferten Spannungen gleich sind, sondern'zwischen ihnen S)>-nchrc>nismus, Phasengleichheit und, für beide gleiche Kurvenform besteht. Dies kann nach der in Fig. 1 dargestellten Anordnung dadurch erreicht werden, daß man als Hilfsstromquelle q einen mit dem Generator Q gekuppelten Generator verwendet, der bei Belastung mit dem Leitungssystem a, b eine Spannung gleicher Kurvenform liefert wie der Hauptgenerator Q, und mit Hilfe eines Phasenmeters die Phasengleichheit der von beiden Generatoren gelieferten Spannungen einstellt.

Da infolge von Störungen im Isolationszustände der beiden Leitungssysteme trotz Gleichheit der beiden Generatorspannungen eine Verschiedenheit der Potentiale der Leiter A₁ α und ebenso der Leiter B₁ b sich ergeben könnte, so sind die beiden Systeme miteinander einpolig zu kuppeln, indem man entweder, wie in der Fig. 1 durch die gestrichelte Verbindung c angedeutet ist, die beiden Leiter A und a, oder noch vorteilhafter, indem man die Mittelpunkte der Ankerwicklungen miteinander leitend verbindet. Wird eine derartige, z. B. die gestrichelt angedeutete Verbindung c hergestellt, so kann natürlich die eine Leitung ganz normal ausgeführt werden, und braucht nur die andere eine Schutzhülle zu besitzen.

Es ist nicht unbedingt notwendig, die Schutzleitungen an eine fremde Stromquelle anzuschließen, wenn nur dafür Sorge getragen wird, daß der in die Schutzleitungen fließende Strom vor der Hauptleitung abgezweigt wird. So ist in Fig. 3 eine zweite Schaltungsweise angegeben, die darin besteht, . daß man die Hilfsleiter an einen von der Hauptleitung gespeisten Transformator anschließt. Schaltet man mit den Schutzleitungen a, b einen induktiven Widerstand in Reihe, so wird sich die Phasengleichheit der auf die Hilfsfelder aufgedrückten Wechselspannung mit der Hauptspannung erreichen lassen. Bei dieser Schaltungsweise wird es empfehlenswert sein, die Mittelpunkte der Transformatorwicklungen miteinander oder mit der Erde leitend zu verbinden. Ebenso kann auch an Stelle des Transformators irgendeine andere Art von Umformern verwendet werden.

Der von den Hilfsleitern abfließende Kapa-

zitätsstrom bedingt eine konstante Belastung des Transformators bzw. Umformers. Wird er auch mittelbar von derselben Stromquelle geliefert wie der Hauptstrom, so ist doch der Hauptstromkreis von der Kapazität des Leitungssystems unbeeinflußt, also kapazitätsfrei. Dieselbe Anordnung, die hier in bezug auf Zweileitersysteme erörtert worden ist, kann ohne weiteres auch auf beliebige Mehrphasenströme ausgedehnt werden.

Die Fig. 4 und 5 zeigen Ausführungsbeispiele der Anwendung der vorbeschriebenen Anordnung bei elektrischen Kabeln.

Fig. 4 stellt den Querschnitt eines einfachen Kabels dar. A ist die Kabelseele, die mit der Isolierschicht d umgeben und durch diese von der mit der Kabelseele konachsialen Leitung a isoliert ist. Die Isolierschicht D dient zur Isolation der Leitung α gegen Erde. Indem das Potential der Leitung a mit Hilfe eines der beschriebenen Mittel demjenigen der Leitung A in jedem Augenblick gleich gemacht wird, gewinnt letztere die Eigenschaft, kapäzitätsfrei zu sein.

Da infolge von Isolationsfehlern bzw. infolge Versagens, einer der beiden zur Speisung der Leitung A bzw. α dienenden Stromquellen zwischen A und α eine Potentialdifferenz auftreten und diese den Wert der B.etriebsspannung annehmen kann, so ist die Isolationsschicht d für die volle Betriebsspannung zu bemessen. Die Leitung α kann vermöge des Umstandes, daß sie der Hauptsache nach nur mit dem Kapazitätsstrom der Leitung belastet ist, einen geringen Querschnitt erhalten; sie kann aus dünnem Band bzw. Draht gewickelt sein.

In Fig. 5 ist eine Anwendung der beschriebenen Anordnung auf ein Drehstromkabel dargestellt. Die miteinander verseilten Leitungen A, B und C sind je mit einer konachsialen Schutzleitung a, b bzw. c umgeben, deren Potentiale mit demjenigen der entsprechenden Leiter A, B und C gleich gemacht werden.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Anordnung zum Fernhalten von Kapazitätsströmen aus Leitungssystemen mittels vom Leiter durch eine Isolierschicht getrennter und mit diesem elektrisch gekuppelter Schutzhülle aus leitendem Material, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer besonderen Stromquelle das Potential der Schutzhülle in jedem Punkte des Systems gleich oder tunlichst gleich demjenigen des von ihr umhüllten Leiters ge- · macht wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Speisung des 'Schutzleitungssystems von einer noch anderweitig belasteten Stromquelle die zwischen den Schutzleitungen einerseits und den zugehörigen Hauptleitungen andererseits bestehenden Spannungen durch bekannte Mittel, wie Drosselspulen, zusätzliche Stromaufnehmer o. dgl., auf gleiche Größe, Phase und Kurvenform gebracht werden.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromquelle zur Speisung des Schutzleitungssystems ein vor den zu schützenden Leitungen abgezweigter Umformer benutzt wird, dessen Spannung in jeder Phase mit bekannten Mitteln mit derjenigen der. Hauptquelle gleich groß und konform gemacht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.