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Konzentrisches Drehstrom-System
Bei Drehstrom-Leiter-Systemen, beispielsweise zwischen Generator und Blocktransformator eines
Kraftwerkes werden die Hauptleiter meistens in einer Reihe nebeneinander oder übereinander angeordnet.
Für Hochstromverbindungen, insbesondere solche mit grossen Kurzschlussströmen, ist es jedoch vorteilhafter, die Hauptleiter in zwei oder mehr Teilleiter aufzulösen und letztere in der Reihenfolge R-S-T-R-S-T usf. im symmetrischen Vieleck zu verlegen. Durch die Aufteilung des Gesamtstromes wird ein geringeres äusseres magnetisches Feld erreicht, so dass die induktive Erwärmung der in der Nähe liegenden Eisenteile in tragbaren Grenzen bleibt. Die dynamische Beanspruchung der Isolatoren ist wesentlicher geringer und der induktive Widerstand wird kleiner ; er beträgt beispielsweise bei einem Sechsleiter-Drehstrom-System, bei dem jeder Hauptleiter in zwei Teilleiter aufgelöst ist, die in den Eckpunkten eines gleichmässigen Sechseckes angeordnet sind, nur 55-60% gegenüber dem Dreileiter-System mit gleichem Phasenabstand.
Noch bessere Eigenschaften haben symmetrische Drehstrom-Systeme, die konzentrisch aufgebaut sind. Für kleinere Stromstärken ist ein System bekannt, bei dem die drei Hauptleiter in Rohrform mit verschiedenen Durchmessern konzentrisch ineinandergeschoben und mit Isoliermasse vergossen werden.
In einer andern Ausführung für grössere Stromstärken können die Hauptleiter durch Isolatoren in ihrer konzentrischen Lage festgehalten werden. In diesem Falle müssen die drei Rohre infolge ihres verschieden grossen Durchmessers aus Blechen verschiedener Stärke rund gewalzt und zusammengeschweisst werden, weil sie wegen ihrer Länge und ihrer Durchmesser technisch nicht mehr im Ganzen hergestellt werden können. Die Kontaktflächen der für die Längenkompensaiion erforderlichen flexiblen Ausdehnungsstucke müssen der Rohrform und den verschiedenen Durchmessern angepasst werden, oder es sind Anschweissenden an den Rohren erforderlich. Die innen liegenden Kontaktstellen können nicht überwacht werden und sind nur zugängig, wenn die äusseren Ausdehnungsstücke entfernt sind.
Auch die Anordnung, Überwachung und Reinigung der Isolatoren, sowie die Kühlung der Hauptleiter machen Schwierigkeiten. Nachteilig ist besonders, dass bei einem konzentrischen System mit rohrförmigen Hauptleitern keine Abzweigleitungen möglich sind.
Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe, ein konzentrisches Drehstromsystem für hohe Belastung und grosse Kurzschlussströme, bei welchem sich die Hauptleiter gegenseitig und gegen Erde durch Isolatoren abstützen, bereitzustellen, bei dem erfindungsgemäss und vorteilhafterweise um den inneren, in mehrere Teilleiter aufgeteilten Hauptleiter die beiden andern, in mehrere Teilleiter aufgeteilten Hauptleiter in offenem, oder vieleckigem Aufbau in gleicher oder wechselnder Phasenfolge angeordnet sind. Diese Systeme werden teils in teilkonzentrischer und teils in vollkonzentrischer Anordnung aufgebaut. Dabei setzt sich das teilkonzentrische Drehstromsystem in der Hauptsache aus dem inneren Hauptleiter, z. B. Phase R und den äusseren Hauptleitern Phasen S und T, die sich in wechselnder Phasenfolge auf die Teilleiter Phase R abstützen, zusammen.
Dagegen besteht das vollkonzentrische System aus dem inneren Hauptleiter, z. B. Phase R und konzentrisch dazu und am Umfang mit gleicher Phasenfolge die Teilleiter der beiden äusseren Hauptleiter, Phase S und T.
In den Fig. l - 3 der Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt den Querschnitt eines teilkonzentrischen Drehstrom-Leiter-Systems, bei dem jeder Haupt-
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leiter aus zwei Teilleitern in Form von C-Profilen 1 besteht. Die Teilleiter der beiden Phasen S und T sind bei diesem Beispiel in wechselnder Phasenfolge in die Eckpunkte eines offenen Quadrates verlegt.
Die Teilleiter 1 des inneren Hauptleiters Phase R bilden zusammen ein gleichseitiges, oben und unten offenes Achteck. Sie sind konzentrisch um den Mittelpunkt des Systems angeordnet und die Teilleiter der beiden äusseren Hauptleiter Phase S und T konzentrisch dazu und am Umfang in wechselnder Phasenfolge auf die Teilleiter des innen liegenden Hauptleiters der Phase R abgestützt.
Abgesehen davon, dass ein solches System kleine Abmessungen hat und weniger Aufwand erfordert, wie beispielsweise ein im gleichmässigen Sechseck aufgebautes symmetrisches System gleicher Stromstär- ke, besteht sein wesentlichster Vorzug darin, dass durch die erfindungsgemässe Anordnung der Teilleiter die Stützer 2 bei zweipoligem oder dreipoligem Kurzschluss nur in der Längsachse beansprucht werden.
Bei zweipoligem Kurzschluss zwischen den beiden aussen liegenden Phasen wirken beispielsweise zwei gleich grosse Kurzschlusskräfte jeweils im Winkel von 450 auf die Stützer, so dass die resultierende Kraft ebenfalls in der Stützerachse liegt.
Das magnetische Feld ist bei diesem Beispiel infolge des konzentrischenAufbaues und der Auf teilung der äusseren Phasen auf zwei Teilleiter im Inneren des Systems am stärksten, während das äussere Feld des
Systems erheblich geringer ist, als bei einem Dreileiter-System gleicher Stromstärke.
Um eine gleichmässige Belastung der Teilleiter zu erreichen, empfiehlt es sich, in entsprechenden
Abständen kräftige Ausgleichsverbindungen anzuordnen. In Fig. 1 ist beispielsweise eine derartige Aus- gleichsverbindung 3 zwischen den Teilleitern 1 des Hauptleiters der Phase S mitten durch die Teilleiter 1 des innen liegenden Hauptleiters Phase R hindurchgeführt. Die Ausgleichsverbindung hat eine Teilisola- tion 4. Das gleiche geschieht folgerichtig mit der Phase To Auf diese Weise ergibt sich die kürzeste Ver- bindung mit möglichst günstiger dynamischer Beanspruchung im Kurzschlussfall.
Die Teilleiter l des Haupt- leiters Phase R sind durch kurze blanke Zwischenstücke 5 zu einem offenen, mechanisch besonders widerstandsfähigen Hauptleiter vereinigt, auf den sich das ganze System mittels der Stützisolatoren abstützt. Die Abstützung des Systems gegen Erde erfolgt durch Stützisolatoren 6 über die bei untenliegenden Teilleiter 1. Der Stützpunktabstand gegen Erde kann so gross sein, wie es die Biegungssteifigkeit des gan- zen Systems zulässt. Der Abstand der Stützisolatoren zwischen den Teilleitern ist wesentlich kleiner und richtet sich nach der dynamischen Beanspruchung im Kurzschlussfall.
In Fig. 2 ist ein teilkonzentrisches Drehstrom-Leiter-System im Querschnitt dargestellt, bei dem jeder Hauptleiter aus drei Teilleitern in Form von V-Profilen 7 mit einem Öffnungswinkel von 120 besteht.
Die Teilleiter der beiden äusseren Phasen liegen mit am Umfang wechselnder Phasenfolge in den Eckpunkten eines offenen gleichmässigen Sechseckes. Die mittels blanker Zwischenstücke oder blankerFormstücke 8 zusammengefassten Teilleiter 7 des inneren Hauptleiters Phase R bilden ebenfalls ein offenes gleichmässiges Sechseck. Die Ausgleichsverbindungen 9 zwischen den Teilleitern 7 der Hauptleiter der äusseren Phasen S und T sind bei diesem Beispiel zwischen dem Hauptleiter der inneren Phase R und den Teilleitern 7 der Hauptleiter der äusseren Phasen S und T verlegt. Da sich die Ausgleichsverbindungen 9 mit den Teilleitern 7 kreuzen, werden sie im Kurzschlussfall nicht dynamisch beansprucht. Aus Sicherheitsgründen können die Ausgleichsverbindungen mit Teilisolation 10 ausgeführt werden.
Die Teilleiter 7 der Hauptleiter-Phase S und T werden wieder mit Isolatoren 11 gegen die Teilleiter 7 der Hauptleiter-Phase R abgestützt und die Abstützung des ganzen Systems gegen Erde erfolgt wieder durch Stützisolatoren 12von den beiden unten liegenden Teilleitern 7 aus.
Im übrigen hat dieses System die gleichen Eigenschaften und Vorzüge wie das System nach Fig. 1.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass beide Systeme auch so gebaut werden können, dass die Teilleiter der beiden äusseren Hauptleiter, beispielsweise aus Doppelprofilen, bestehen. Nach Fig. l wäre dann der Hauptleiter der inneren Phase ein Vierfachprofil und nach Fig. 2 ein Sechsfachprofil.
Fig. 3 zeigt den Querschnitt eines vollkonzentrischen Drehstrom-Leiter-Systems für grosse Stromstärken mit zwei offenen und einem geschlossenen Hauptleiter. Bei diesem Beispiel sind die sechs V-förmigen Teilleiter 13 eines jeden Hauptleiters in den Eckpunkten verschieden grosser gleichmässiger Sechsecke angeordnet. Im Gegensatz zu dem vorbeschriebenen System haben alle drei Hauptleiter eine konzentrische Lage zueinander.
Um einen möglichst gedrängten Aufbau des Systems zu erreichen, können die Teilleiter 13 des innersten Hauptleiters Phase R zu einem Sechskantrohr verschweisst oder verschraubt werden. Beim Schwei- ssen genügen kurze Schweissnähte in grösseren Abständen. Die Teilleiter 13 des mittleren und äusseren Hauptleiters werden konzentrisch zu den innen liegenden Teilleitern und mit dem sich hiedurch am Umfang ergebenden Abstand gegeneinander angeordnet und durch zwischen den Teilleitern 13 in entsprechenden Zwischenräumen vorhandene kräftige Ausgleichsverbindungen 14 zu verschieden grossen, sechs-
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eckigen, käfigartigen, stabilen Hauptleitern verschweisst oder verschraubt.
Die zwischen den Teilleitern der verschiedenen Phasen vorgesehenen Stützisolatoren 15 können in der Längsachse des Systems etwas ge- geneinander versetzt werden, wie in der Skizze durch verschiedene Strichstärken angedeutet. Hiedurch wird eine bessere Verschraubungsmöglichkeit mit den Teilleitern 13 erreicht, welche so ausgeführt wird, 5 dass sich letztere in der Längsrichtung verschieden ausdehnen können. Mit Rücksicht auf die Möglichkeit einer Auswechselung kann es zweckmässig sein, die Isolatoren in der Höhe zweiteilig auszuführen, oder auch einteilige Isolatoren zwischen den Ausgleichsverbindungen und nicht zwischen den Teilleitern anzu- ordnen.
Die Abstände zwischen den Teilleitern 13 der mittleren und der äusseren Phase genügen, um gute Beobachtung und Zugängigkeit zu allen Teilen des Systems zu sichern. Sie gewährleisten ausserdem un- gehinderte Luftzirkulation und damit gute Kühlung des Systems. Naturgemäss wird sich der innerste Haupt- leiter am meisten erwärmen. Der Aufbau desselben als geschlossenes Rohr ermöglicht aber eine intensi- vere Kühlung durch zusätzliche Belüftung des Rohrinnenraumes. Es kann sich günstig auswirken, wenn allmählich ein Teil dieser Luft durch die undichten Stellen dieses Leiters, der nur kurze Schweissnähte in grösseren Abständen hat, entweicht und zur Kühlung der Teilleiter des mittleren Hauptleiters bei- trägt.
Der innere und gegebenenfalls auch der mittlere Teilleiter können, um die Temperatur herabzuset- zen, auch durch grössere oder stärkere Profile entsprechend dimensioniert werden.
Der wesentlichste Vorteil vollkonzentrischer Leitersysteme ist das Gleichgewicht der dynamischen
Kräfte bei einem zweipoligen oder dreipoligen Kurzschluss, indem diese Kräfte konzentrisch auf die star- ren Hauptleiter einwirken und von der Hauptleiterkonstruktion aufgenommen werden. Voraussetzung da- für ist, dass die offenen Hauptleiter stabil genug sind, um diesen Kräften ohne Deformierung standzuhal- ten. Durch die zwischen den Teilleitern 13 angeordneten kräftigen Ausgleichsverbindungen 14 lässt sich das ohne grössere Schwierigkeiten erreichen. Der Stützpunktabstand zwischen den Hauptleitern ist abhän- gig von der Stabilität derselben.
Ein weiterer Vorteil ist der eines besonders kleinen äusseren magnetischen Feldes, das ausserdem durch die Abschirmung der Felder der inneren Phasen praktisch nur durch die aussen liegende Phase aufgebaut wird.
Das offene System bietet die Möglichkeit, an verschiedenen Stellen des Umfanges Abzweigleitungen
16 anzuordnen, welche beispielsweise über Durchführungen 17 in den darunter liegenden Raum geführt werden können ; es ist infolgedessen auch gut als Sammelschiene geeignet. Beim Durchgang durch die
Fremdphasen werden die Abzweigleitungen dynamisch nicht beansprucht, weil sie senkrecht zu den Haupt- leitern stehen. Die Abstützung des Systems gegen Erde erfolgt durch Stützer 18 an den beiden unteren
Teilleitern des äusseren Hauptleiters. Diese Stützer sind nur in grösseren Abständen erforderlich. Sie wer- den ausser einzelnen Festpunkten auf Rollen 19 beweglich gelagert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Konzentrisches Drehstromsystem für hohe Belastung und grosse Kurzschlussströme, bei welchem sich die Hauptleiter gegenseitig und gegen Erde durch Isolatoren abstützen, dadurch gekennzeichnet, dass um den inneren in mehrere Teilleiter aufgeteilten Hauptleiter, die beiden andern, in mehrere Teilleiter aufgeteilten Hauptleiterin offenem, rundem, oder vieleckigem Aufbau in gleicher oder wechselnder Pha- senfolge angeordnet sind.