DE99598C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate und Maschinen.

in KÖLN-NIPPES.

Wechselst romkabeln et z.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 12. Juli 1896 ab.

Infolge der grofsen Phasenverschiebung zwischen Strom und Maschinenspannung, welche hauptsächlich durch Motoren und Drosselspulen hervorgerufen wird, mufs das Elektricitätswerk in Wechselstromnetzen meist mehr Strom liefern, als nutzbar gemacht wird. Infolge ihrer elektrostatischen Capacität rufen nun die gebräuchlichen Kabel eine Phasenverschiebung hervor, die der oben genannten Verschiebung gerade entgegengesetzt ist. Es liegt also nahe, mit der einen Phasenverschiebung die andere aufzuheben und dadurch eine bessere Ausnutzung der Maschinenkraft zu ermöglichen. Die resultirende Verschiebung ist Null, wenn

die Gleichung erfüllt ist Lw=: —-^- ? wenn L

w C

der Inductionscoefficient, C die Capacität bedeutet und ω = 2 πρ ist (ρ ist die Periodenzahl des Wechselstromes). Wenn w L >

C dann eilt der Strom der Spannung voraus.

Ist hingegen ω L < ——, dann ist der Strom u) L

gegen die Spannung verzögert.

Zeichnet man daher die Capacität als Abscisse eines rechtwinkligen Coordinatensystems, die zugehörige, zur Erzeugung einer bestimmten Energie bei constanter Spannung erforderliche Stromstärke als Ordinate und verbindet die erhaltenen Punkte, so erhält man eine Curve, die, von der Ordinatenachse ausgehend, sich der Abscissenachse nähert, um sich dann mit wachsender Capacität von derselben wieder zu entfernen. Die Werthe zwischen der Ordinatenachse und dem Minimum der Stromstärke entsprechen der Gleichung

U)L < -^r

und dem Falle, dafs das Netz sehr stark durch Motoren und Drosselspulen belastet ist, und es ist in diesen Fällen zweckdienlich, die Capacität zwischen den beiden Leitern, die' die Hin- und Rückleitung bilden, zu vergröfsern.

Dies wird erreicht durch eine Schaltung, welche in der englischen Patentschrift Nr. 2394 A. D. 1881 mitgetheilten Schaltung ähnlich ist. Nach diesem Patent sollen lediglich zur Beseitigung der Selbstinduktion zwei Leitungen so mit einander verbunden werden, dafs die Leitung α die Leitung, b eine Strecke sölenoidal umgiebt, während in der folgenden Strecke die Leitung b die Leitung α in gleicher Weise umschliefst. Diese solenoidale Anordnung erfüllt jedoch ihren Zweck nicht. Die vorliegende Erfindung benutzt die bekannte gekreuzte Schaltungsweise zur Aenderung der Capacität zwecks Verminderung der Phasenverschiebung und der Gefahr beim Anfassen. Dies wird dadurch erreicht, dafs bei einem concentrischen Kabelnetz die Innenleiter an die Aufsenleiter, die Aufsenleiter an die Innenleiter angeschlossen sind. Es ist in diesem Falle die Capacität der Leiter gegen einander (c_f C₁₁ . . .) vermehrt um die Capacität der beiden hinter einander geschalteten Condensatoren Innenleiter-Erde! und Erde-Aufsenleiter.

Weit gröfser wird der Spielraum für die Aenderung der Capacitäten und entsprechend der Inductionen, wenn man noch die Querschnitte ändert und dadurch verschiedene grofse Oberflächen schafft. In den Fällen, in welchen die oben gestellte Grenzbedingung nicht erreicht werden kann, mufs man sich mit einer Annäherung begnügen, da auch durch die etwa erhöhten Kosten des Kabels bei Aenderung der . Querschnitte eine Grenze bedingt wird.

Ein weiterer Punkt spricht zu Gunsten der Erfindung. Bisher wurden bei concentrischen Kabeln die Leiter im Netze so verbunden, dafs die Innenleiter (B, B¹.. .) mit den Innenleitern, die Aufsenleiter (A, A¹...) mit den Aufsenleitern verlöthet sind (Fig. i). Die Innenleiter besitzen in diesem Falle gegen Erde die volle Maschinenspannung. Es kommt dieses daher, dafs der Aufsenleiter bei concentrischen Kabeln durch seine Capacität gegen den Bleimantel, also durch einen Condensator (C, C¹ . . .). an. Erde liegt. Der Innenleiter aber liegt ebenfalls, allerdings durch einen sehr kleinen Condensator an Erde (Verschiebungslinien, die etwa von den frei liegenden Enden der Innenleiter zum Bleimantel verlaufen). Es ist demnach zwischen dem Innenleiter und dem Aufsenleiter noch eine Verbindung vorhanden durch die beiden Condensatoren, nämlich Innenleiter-Erde und Erde-Aufsenleiter. Zwischen den beiden äufseren Platten dieser Condensatoren (den beiden Leitern) herrscht die Spannung der Maschine. Da nun die Spannung zwischen den Endplatten einer Reihe von Condensatoren gleich der Summe der Spannungen an den einzelnen Condensatoren ist, so mufs die Spannung zwischen Innenleiter und Erde plus der Spannung zwischen Aufsenleiter und Erde gleich der Maschinenspannung sein. Es verhalten sich nun ferner bei hinter einander geschalteten Condensatoren die Plattenspannungen umgekehrt wie die Capacitäten. Da die Capacität des Innenleiters gegen Erde sehr klein ist im Verhältnifs zur Capacität des Aufsenleiters gegen Erde, so ist die Spannung des Innenleiters gegen Erde sehr grofs im Verhältnifs zur Spannung des Aufsenleiters gegen Erde, oder mit anderen Worten: zwischen dem Innenleiter und dem Bleimantel ist die Maschinenspannung vorhanden. Man kann nun diese Spannung erniedrigen, indem man entweder die Capacität des Innenleiters gegen Erde erhöht oder die Capacität des ■ Aufsenleiters gegen Erde (C, C¹. . .) erniedrigt oder durch beides zugleich, wie bei der vorliegenden kreuzweisen Schaltung (Fig. 2), bei welcher die Innenleiter (B) von Strecke zu Strecke mit dem Aufsenleiter (A) verbunden sind. In diesem Falle sind die Capacitäten der beiden Leitungen einander gleich. Daher ist auch die Spannung derselben gegen Erde dieselbe und gleich der Hälfte der- Maschinenspannung. Es ist augenscheinlich, dafs die Isolation des Netzes in diesem Falle weniger beansprucht ist, da der Innenleiter nur die Hälfte der bisherigen Spannung gegen Erde auszuhalten hat. Besonders wichtig ist dies für die Hausanschlufskabel, Muffen und Endanschlüsse, die im Allgemeinen die schwächsten Stellen eines Netzes darstellen und für die Transformatoren, auf deren Sicherung und Isolation gegen Erde. wegen ihrer Verbindung mit dem Secundärnetz besondere Aufmerksamkeit gelegt werden mufs. Auch die Spannungserhöhung, welche beim Ein- und Ausschalten eines Zweiges vom Hauptnetz zuerst von Neustadt beobachtet wurde, läfst sich, wie bei dem Netze in seiner gebräuchlichen Form (Innenleiter an Innenleiter, Aufsenleiter an Aufsenleiter), auch bei der kreuzweisen Schaltung vermeiden. Es sind aber die Spannungen gegen Erde bei der kreuzweisen Schaltung bei' sonst gleichen Verhältnissen immer geringer, da die Capacitäten der Aufsenleiter gegen Erde immer gröfser sind. Es ist dieses von Werth, wenn durch Zufall (Durchschmelzen der Sicherung des Aufsenleiters) der Innenleiter des Zweignetzas allein an das Hauptnetz angeschlossen ist.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Verfahren zur Erhöhung der Capacität in einem Wechselstromnetz zwecks Verminderung der Phasenverschiebung durch kreuzweise Schaltung von concentrischen Wechselstromkabeln in der Art, dafs der Innenleiter einer Kabellänge mit dem Aufsenleiter der nächstfolgenden Länge verbunden ist, der Aufsenleiter dieser zweiten Länge mit dem Innenleiter der dritten Länge u. s. f. durch die ganze Schaltung, wobei die Theillängen einer Kabelstrecke im Aufsenleiter und Innenleiter ungleiche Querschnitte besitzen können, um für die Capacität einen bestimmten Werth zu erzielen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.