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Elektrische Leitung mit Bündelleitern.
Man hat zum Verringern der Corona-Verluste an Freileitungen vorgeschlagen, jeden Leiter in mehrere in geringem Abstand parallel oder verdrillt geführte Teilleiter zu zerlegen. Der so gebildete Bündelleiter hat infolge seines grösseren Durchmessers eine geringere Feldstärke an der Oberfläche und daher eine höhere ,,kritische Spannung" als der unzerteilte Leiter von gleichem Querschnitt. Der Erfindung liegt nun die neue Erkenntnis zugrunde, dass bei Bündelleitern die kritische Spannung und andere besonders für lange Hochspannungsleitungen wesentliche Erscheinungen von dem Verhältnis zwischen dem Abstand a der Teilleiter und dem Teilleiterdurchmesser 2r (r = Teileiterradius) in besonderer Weise abhängen. Es gibt für jeden Gesamtquerschnitt des Bündelleiters ein bestimmtes Verhältnis a/2r, bei dem die kritische Spannung ein Optimum wird.
Die Erfindung besteht zunächst darin, in Bündelleitem dem Verhältnis der Teilleiterabstände zum Teilleiterdurchmesser wesentlich jenen Wert zu geben, der dem Optimum der kritischen Spannung entspricht.
In der Zeichnung sind für verschiedene Gesamtquerschnitte eines vieraderigen Bündelleiters Kurven U wiedergegeben, die die Abhängigkeit der kritischen Spannung Uvon dem Verhältnis a'//- darstellen. Die kritische Spannung ist in Kilovolt als Ordinate, die Verhältniszahl avals Abszisse aufgetragen. Es zeigt sich die überraschende Tatsache, dass für ganz verschiedene Teilleiterquerschnitte die Punkte U1, U2, U3 der optimalen kritischen Spannung fast senkrecht übereinanderfallen, also fast ein und demselben Verhältniswert aj, ? r entsprechen. Die drei Kurven sind für die weit auseinanderliegenden Gesamtquerschnitte von 70mm2, ISOM und 240mm2 entworfen.
Der günstigste Verhältniswert aj, 2r bleibt auch bei verschiedenen Teilleiterzahlen für die praktisch vorzugsweise in Betracht kommenden geringen Unterteilungen mit drei, vier, fünf usw. Teilleitern derselbe. Diese Untersuchungen liefern also die überaus einfache Regel, dass das für die kritische Spannung günstigste Verhältnis s/t'ungefähr bei acht bis zehn liegt.
Der Bündelleiter ist danach erfindungsgemäss sehr locker auszuführen, nämlich so, dass der Teilleiterabstand ungefähr den acht-bis zehnfachen Teilleiterdurchmesser beträgt. So lockere Bündelleiter wurden bisher nicht vorgeschlagen. Sie haben für lange Hochspannungsleitungen noch den weiteren Vorteil, dass sie infolge ihrer grossen Kapazität der Leitung einen kleinen Wellenwiderstand verleihen, worauf bei den bisherigen kürzeren Leitungslängen nicht so sehr zu achten war. Ausserdem hat die Leitung bei der angegebenen Bemessung der Bündelleiter schon eine sehr güngstige ,,natürliche Leistung".
Unter der natürlichen Leistung einer Leitung versteht man bekanntlich jene, bei der der Quotient aus Betriebsspannung und Belastungsstrom gleich dem Wellenwiderstand der Leitung ist. Hiebei kompensieren sich die Selbstinduktion der Leitung und ihre Kapazität gegenseitig ohne besondere Hilfsmittel. Der Wellenwiderstand und mit ihm die natürliche
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Leistung hat ähnlich wie die kritische Spannung bei einem bestimmten, aber jetzt höher liegenden Wert von a/2r bei sonst gleicher Anordnung der Leitungsstränge ein Optimum. Überraschenderweise liegt auch dieses für verschiedene Gesamtquerschnitte des Bündelleiters und
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für verschiedene Teilleiterzahlen fast an der gleichen Stelle, nämlich bei Werten zwischen dreizehn und achtzehn.
Nach der weiteren Erfindung wird also das Verhältnis zwischen Teilleiterabstand und Teilleiterdurchmesser nicht mit Rücksicht auf das Optimum der kritischen Spannung bemessen, sondern wesentlich so gross gewählt, dass bei sonst gleicher Anordnung der Leitungsstränge die natürliche Leistung der Leitung ein Maximum wird.
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gewählte Ordinatenmassstab ist in Megawatt aufgetragen.
Wie die Rechnung ergibt, liegt das günstigste Verhältnis aj2r für die grösste natürliche Leistung bei geringeren Teilleiterzahlen etwas höher als bei grösseren Teílleiterzahlen. Erfindungs- gemäss werden daher die Teilleiter vorzugsweise entweder in einem Dreieck mit einer Seitenlänge von rund fünfzehn bis achtzehn Teilleiterdurchmessern oder in einem Viereck von rund vierzehn bis siebzehn oder in einem Fünfeck von rund dreizehn bis sechzehn Teilleiterdurchmessern Seitenlänge angeordnet.
Die vorstehenden Bemessungsregeln gelten für Volleiter vorzugsweise aus gut leitendem Stoff (Kupfer oder Aluminium). Werden an deren Stelle kombinierte Leiter (Stahlaluminium- seile, Kupferpanzerstahldraht od. dgl. ) oder Hohlleiter als Teilleiter verwendet, so ist das günstigste Verhältnis auf ungefähr um eine Einheit niedriger. Während also dieses Verhältnis erfindungsgemäss zur Erreichung oder Überschreitung des Optimums der kritischen Spannung bei Volleitern grösser als acht gemacht wird, soll es nach der weiteren Erfindung bei kombinierten Leitern oder Hohlleitern grösser als sieben gewählt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Leitung mit Bündelleitern, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Teilleiterabstände zum Teilleiterdurchmesser wesentlich so gross oder vorzugsweise grösser ist, als dem Optimum der kritischen Spannung entspricht.