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Hochstromleitung für Wechsel- oder Drehstrom Bei räumlich parallel
verlegten Stromleitern, z. B. bei den Phasenleitern einer Generatorausleitung bzw.
eines Stromschienensystems, kann man feststellen, daß an den einander zugekehrten
Seiten dieser Stromleiter eine erhöhte Stromdichte auftritt. Die übrigen Teile des
Leiterquerschnitts weisen dagegen eine geringere Stromdichte auf. Dies führt unter
anderem zu einer ungleichmäßigen Erwärmung des Leitermaterials, und eine etwa vorhandene
Leiterisolation kann dadurch Schaden nehmen.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es bekannt, die Phasenleiter
von Stromschienen als Rohre auszubilden und mit über die ganze Länge schraubenförmig
verlaufenden Schlitzen zu versehen. Die Strombahnen folgen bei dieser Ausführung
einer zylindrischen Schraubenlinie, und die Erwärmung wird auf diese Weise vergleichmäßigt.
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Auch ist eine Zuleitung für einen Elektroofen bekanntgeworden, bei
der vier elektrisch parallelgeschaltete Leiter in einer Ebene lotrecht übereinander
in größerem Abstand voneinander angeordnet sind. Diese Leiter sind nicht gebündelt,
und ihr Abstand voneinander beträgt ein Mehrfaches des Durchmessers jedes einzelnen
Stromleiters. Diese Leiter ändern ihre Lage innerhalb der vertikalen Ebene, und
zwar so, daß die beiden ursprünglich an oberster bzw. unterster Stelle befindlichen
Stromleiter in der Mitte der Leiterlänge abgewinkelt sind, um dann als Innenleiter
weitergeführt zu werden. In ähnlicher Weise ändern die beiden Innenleiter ihre Lage
innerhalb der vertikalen Ebene und werden ebenfalls in der Mitte der Leiterlänge
abgewinkelt, um anschließend als oberster bzw. unterster Leiter weitergeführt zu
werden. Diese Abwinkelung der Leiter erfolgt mit dem Ziel, daß jeder Leiter auf
der halben Länge der Zuleitung zu dem Elektroofen als Innenleiter mit höherer Induktivität
und als Außenleiter mit niedrigerer Induktivität geführt ist.
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Die Erfindung betrifft eine Hochstromleitung für Wechsel- oder Drehstrom,
insbesondere Drehstromsammelschienen oder Drehstromleitungen zwischen Generatoren
und den zugeordneten Blocktransformatoren. Hier kommt es darauf an, die durch die
Stromverdrängung verursachte schlechtere Ausnutzung der Leiterquerschnitte zu verbessern,
also einen Leiter gegebenen Querschnitts höher belastbar zu machen, ohne daß partiell
oder allgemein die Leitertemperatur beim Betrieb ansteigt, oder aber bei gleichem
Strom den Querschnitt zu verringern. Erfindungsgemäß wird diese Forderung dadurch
erfüllt, daß jeder Phasenleiter aus elektrisch parallelgeschalteten Teilleitern
(Bündelung) besteht, die über die ganze Länge der Leitung räumlich so geführt sind
bzw. in ihrer Lage innerhalb der Bündelung untereinander vertauscht werden, daß
eine annähernd gleiche Strombelastung in den Teilleitern sichergestellt ist. Die
Anordnung kann dabei beispielsweise so getroffen sein, daß die räumliche Führung
der Teilleiter einer zylindrischen Schraubenlinie folgt, wobei bei der mehrschichtigen
Anordnung jeder Teilleiter in jeder Schicht in der Schar der konzentrisch angeordneten
zylindrischen Schraubenlinien etwa die gleiche Weglänge durchläuft. Man kennt zwar
bei elektrischen Maschinen den sogenannten Roebelstab, bei dem die Teilleiter auf
seiner Länge innerhalb des Statoreisens einmal in der unteren, dann in der oberen
Lage liegen. Da es sich meist um sehr tiefe Nuten handelt, ist der Magnetfluß in
der Nähe des Zahnkopfes von dem Fluß am Nutgrund verschieden, und durch die erwähnte
Führung der Teilleiter wird erreicht, daß jeder Teilleiter auf seiner ganzen Länge
insgesamt mit dem gleichen Fluß verkettet ist. Beim Erfindungsgegenstand spielt
die Frage der Verkettung mit verschieden starken Magnetflüssen keine wesentliche
Rolle; es wird aber von diesem Prinzip in neuartiger Weise Gebrauch gemacht, um
die Wirkungen der Stromverdrängung weitgehend zu kompensieren, die Transportfähigkeit
des Leiterquerschnitts zu erhöhen bzw. Leitermaterial einzusparen.
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In der Zeichnung, F i g. 1 und 2, sind Ausführungsbeispiele der Erfindung
schematisch dargestellt, und zwar zeigt die F i g. 1 eine Anordnung, bei der die
angestrebte Wirkung durch Verdrillung von Leiterbündeln entsteht, während bei der
Anordnung nach F i g. 2 die Bauweise an die des Roebelstabes angeglichen ist.
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Bei der Anordnung nach F i g. 1 ist angenommen, daß es sich um die
Verbindung zwischen einem Generator und dem zugehörigen Blocktransformator handelt.
Bei den heute üblichen großen Generatorleistungen führt diese Leitung entsprechend
große
Ströme von mehreren Kiloampere, selbst wenn der Generator
eine Spannung über 10 kV liefert. Die hohen Ströme erfordern große Leiterquerschnitte;
je größer aber die Querschnitte werden, um so ungünstiger wirkt sich die Stromverdrängung
aus. Uni in dieser Hinsicht eine bessere Ausnutzung des Leitermaterials zu erhalten,
wird eine Verdrillung angewandt, die im folgenden beschrieben ist: Jeder der Phasenleiter
besteht aus mehreren, beispielsweise vier Hauptleitern, und zwar gehören die Hauptleiter
11 bis 1.4 zur Phase R, die Hauptleiter 21 bis 24 zur Phase S und die Hauptleiter
31. bis 34 zur Phase T. Die Hauptleiter haben bei diesem Beispiel
Kreisquerschnitt, und es können dafür Freileitungshohlseile, die aus Teilleitern
bestehen, verwendet werden. Die vier Hauptleiter jedes Bündels sind blank und berühren
sich ebenso wie die Teilleiter innerhalb jedes Seiles. Die drei Phasen sind durch
eine sternförmige isolierende Wand getrennt, in der eventuell Metalleinlagen zur
Bildung eines Erdpotentials eingelagert sein können. Die Oxydschicht der Leiteroberflächen
reicht aus für die erforderliche Isolation zwischen allen Leitern einer Phase. Durch
nur schematisch angedeutete Isolierkörper 2. 3, 4 ist die Lage der
Teilleiter festgelegt, und durch eine Halterung 5 wird die ganze Anordnung an einem
Fundament befestigt. Solche Halterungen sind in bestimmten Abständen notwendig,
und zwar bedingt durch die auftretenden mechanischen Kräfte bei etwaigen Kurzschlußströmen.
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Wie die Zeichnung zeigt, werden die Hauptleiter jedes Bündels untereinander
verdrillt, und zwar so, daß jede Mantellinie jedes Hauptleiters über die ganze Länge
einmal jede der möglichen Lagen auf einer angenähert zylindrischen Schraubenlinie
einnimmt.
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In F i g. 2 ist eine andere Ausführungsform mit Rechteckleitern gezeigt.
Es handelt sich dabei um eine Leiteranordnung, bei der sämtliche dargestellten Leiter
einer einzigen Phase angehören. Für die anderen Phasen sind gleichartige Anordnungen
vorhanden. Am Umfang eines zylindrischen Tragkörpers 10 sind Leitergruppen 40, 50,
60, 70 usw. angebracht. Jede Leitergruppe besteht aus drei Rechteckleitern (Flachleitern),
die in radialer Richtung übereinanderliegen. So z. B. enthält die Leitergruppe 60
in radialer Richtung übereinander die Leiter 61, 62, 63. Die Anordnung mit drei
übereinander angeordneten Rechteckleitern ist gewählt, um die Zeichnung nicht zu
komplizieren. Grundsätzlich kann die Zahl der in radialer Richtung übereinander
angeordneten Leiter beliebig sein. Alle Leiter bzw. Leitergruppen gehören, wie bereits
erwähnt, der gleichen Phase, z. B der Phase R, an und sind untereinander elektrisch
parallel geschaltet.
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Jede Leitergruppe für sich ist etwa nach Art eines Roebelstabes geformt,
d. h., der Leiter 61 liegt auf einem Drittel seiner Länge unten, dann auf einem
Drittel seiner Länge in der obersten Lage und schließlich auf einem Drittel seiner
Länge in der Mitte. Es ist auf diese Weise dafür gesorgt, daß jeder der Leiter einer
Leitergruppe alle durch die Zahl der Leiter bestimmte Höhenlage innerhalb des Bündels
einnimmt. Wären in jeder Leitergruppe vier Rechteckleiter übereinander angeordnet,
so müßte die Verroebelung jeweils nach einem Viertel der gesamten Leiterlänge vorgenommen
werden. Sinngemäß die gleiche Anordnung ist auch in den anderen Leitergruppen
40, 50 usw. vorgesehen. Dasselbe gilt schließlich für die in der Zeichnung
nicht dargestellten anderen Phasenleiter S und T. Jedes Bündel eines Phasenleiters
folgt außerdem einer zylindrischen Schraubenlinie, was in der Zeichnung allerdings
der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist. Zwar wird eine Verdrillung auch
bei Hochspannungsfreileitungen angewandt, wobei jeweils nach einigen Spannfeldern
ein Verdrillungsmast vorgesehen wird, an dem die gegenseitige Lage der Freileitungsseile
geändert wird. Eine solche Anordnung dient aber dazu, die Induktivität der Freileitung
herabzusetzen, während es sich bei der Erfindung darum handelt, die ungünstigen
Wirkungen der Stromverdrängung bei Hochstromleitern großen Querschnitts zu beseitigen.
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Durch die geschilderten Anordnungen ist es möglich, den Gesamtquerschnitt
für den Transport eines Stroms bestimmter Stärke zu verrringern bzw. die Stromdichte
in den Leitern zu erhöhen. Man kommt auf diese Weise zu kleineren Leiterquerschnitten.
Der Materialaufwand wird wegen der besseren Querschnittsausnutzung wesentlich verringert.