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Strombegrenzende Reaktanzspule mit mehreren parallel geschalteten
Leitern. Die Erfindung betrifft strombegrenzende Reaktanzspulen, besonders solche,
die in elektrische Kraftstromkreise eingeschaltet werden, um die stromerzeugende
Ausrüstung einer Kraftstation zu schützen.
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Bei elektrischen Kraftsystemen ist es sehr wichtig, daß der Dienst
ununterbrochen ist und daß die krafterzeugenden Apparate gegen Kurzschlüsse, Störungen
o. dgl. geschützt sind. Besonders ist es wünschenswert, jeden der Stromerzeuger
gegen schwere Beanspruchungen zufolge . Kurzschlüssen zu schützen. und die mögliche
lokale Kraftkonzentration in solchen Fällen zu begrenzen.
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Wenn bei einer der Speise- oder Verteilungsleitungen einer Kraftstation
ein Kurzschluß vorkommt, wird jeder .der Stromerzeuger, die den Sammelschienen Kraft
liefern, momentan in abnormer Weise belastet, bis die mit der betreffenden Leitung
verbundenen Stromkreisausschalter hinlänglich Zeit bekommen, um den Stromkreis zu
öffnen und dadurch die Verbindung mit den Sammelschienen zu lösen, oder bis die
Geschwindigkeit der Stromerzeuger so weit vermindert ist, um eine fernere Abgabe
von Ström von abnormer Größe zu verhindern.
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Da ein schnellaufender Turboalternator von großer Leistung die gewöhnliche
Form von elektrischen Krafterzeugern in modernen Kraftstationen ist, kann ein solcher
Krafterzeuger durch einen Kurzschluß stark beschädigt werden, weil er eine hohe
Geschwindigkeit lange Zeit hindurch auch bei schwerer Belastung bewahren kann, und
weil er eine niedrige, innere Reaktanz besitzt. Ein momentaner Kurzschlußstrom,
der dreißig oder vierzigmal so groß als die Vollbelastung ist, ist nicht ungewöhnlich,
und solche in die Wicklungen des Stromerzeugers fließenden Strommengen können Verzerrung
oder Verschiebung der Spulen bewirken. Um die Größe eines momentanen Kurzschlußstromes
derart zu begrenzen, daß derselbe nicht den Stromerzeuger schädigen und somit die
Gleichmäßigkeit des Betriebes ernstlich beeinflussen kann, ist eine Reaktanz in
den Stromkreis eingeschaltet. Dies kann durch Einschaltung einer äußeren kraftbegrenzenden
Reaktanz stattfinden oder dadurch erreicht werden, daß der Stromerzeuger derart
berechnet wird, daß seine selbstinduktive Reaktanz vergrößert wird, oder durch eine
Kombination der beiden erwähnten Mittel. Die vorliegende Erfindung betrifft nur
eine außerhalb des zu schützenden Stromerzeugers angeordnete kraftbegrenzende Reaktanz
(Drosselspule).
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Die Erfindung will eine kraftbegrenzende Reaktanzspule (Drosselspule)
mit mehreren parallel geschalteten in Form von flachen Windungen angeordneten Leitern
herstellen,
die großen Beanspruchungen Widerstand leisten kann,
billig zu fabrizieren ist, deren Spulenwindungen leicht von sich selbst ventiliert
werden, und die eine minimale Verlustziffer und einen hohen Wirkungsgrad hat.
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Dies geschieht der Erfindung gemäß dadurch, daß die Anfänge der einzelnen
parallelen Leiter derart gegeneinander versetzt sind, daß die Leiter genau gleiche
Länge erhalten und dementsprechend. einen gleichen Umkreisteil j eder Windring einnehmen,
so daß alle Leiter gleichermaßen der Wirkung eines Magnetfeldes gleicher Intensität
unterliegen, wodurch die Verluste infolge innerhalb der Spule zirkulierender Ströme
auf ein Mindestmaß verringert werden.
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In der Zeichnung ist Fig. i eine Seitenansicht einer Ausführungsform
einer Drosselspule, teilweise im Schnitt, Fig.2 eine Oberansicht einer der Spulenabteilungen
der Drosselspule, Fig. 3 eine Oberansicht einer der in Fig.2 gezeigten Spulenabteilung
benachbarten Spulenabteilung, Fig.4 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen
Ausführungsforni des Erfindungsgegenstandes, Fig.5 eine Oberansicht der Spule nach
Fig.4, bei welcher die Spulenverbindungen zwischen benachbarten - und konzentrischen
Spulenschichten dargestellt sind, Fig.6 einen Ouerschnitt eines Teiles der Spule,
der die Herstellungsweise der in Fig.4 gezeigten Spule veranschaulicht.
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Fig. 7 ist eine schematische Darstellung eines Verteilungssystems
mit kraftbegrenzenden Reaktanzspulen, und ' Fig. 8 ein ähnliches Bild eines. anderen
Verteilungssystems.
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Bei der Ausführungsform nach'Fig. i und 2 besteht die Drosselspule
i aus mehreren flachen Spiralspulenabteilungen 2, die übereinander gelagert sind.
Die Stromleiter 3 jeder Spulenabteilung sind in Nuten 4 in Radialstäben 5 eingelegt:
Zugstangen 6 sind durch )die vorspringenden Teile . der Stäbe 5- angebracht, um'
die Spulenabteilungen 2 fest zusammenzuhalten. Auf den oberen und unteren Rahmenteilen
der Drosselspule sind Klemmschrauben 8 vorgesehen, um die Spule mit den betreffenden
Teilen eines Leiters des Verteilungssystems zu verbinden. Isolierfüße g, die aus
Porzellanisolatoren io und damit verbundenen Füßen i i bestehen, verhindern, daß
die Spule i an Erde liegt. Da es wünschenswert ist, daß eine Drosselspule eine bedeutende
Reäktanz gegen Kurzschlüsse leistet, ist es gewöhnlich, der Spule nur einen Luftkern
zu geben, was eine geradlinige Charakteristik hervorbringt. Damit eine Spule mit
Eisenkern und einer verhältnisinä'ßig niedrigen Reaktanz eine geradlinige Charakteristik
haben kann, ist es wesentlich, einen sehr großen Kern, der eine erhebliche Eisenmenge
fordert, vorzusehen. Indessen ist es mehr ökonomisch, einen Eisenkern für eine Reaktanzspule
mit verhältnismäßig hoher Reaktanz vorzusehen.
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Bei der bevorzugten Form der Erfindung ist eine Spule aus mehreren
unbekleideten Kupferlitzen gebildet, die parallel geschaltet sind, um angemessene
Querschnittsfläche für den Durchgang des Belastungsstromes ohne ungehörigen Widerstand
zu erhalten. Die Verwendung von mehreren abgesonderten Leitern erhöht das Wärmeausstrahlungsvermögen
und verhindert in gewissem Grade die inneren Zirkulationsströme, wodurch der Wirkungsgrad
der Spule vergrößert wird. Um ferner die Verluste zu vermindern, die durch die inneren
Zirkulationsströme, die von ungleichen Potentialen zwischen den verschiedenen Leitern
herrühren, bewirkt werden, ist eine neue Wicklungsform vorgesehen, wodurch die elektrischen
Verluste in den die Spulen enthaltenden Leitern zu einem Minimum reduziert werden.
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In der Zeichnung besteht die Wicklung aus drei nebeneinandergeschalteten
Leitern, aber es ist selbstverständlich, daß jede passende Anzahl von Leitern verwendet
werden kann. -Die in Fig. 2 gezeigten drei Litzen 12, 13 und 14 sind mit den entsprechenden
Klemmschrauben 8 verbunden und spiralförmig gewickelt, um die flache Spule zu bilden.
Die Punkte 15, 1511 und i5b, wo die Anfänge der Leiter in die Radialstäbe 5 eingreifen,
haben dieselbe Entfernung voneinander auf dem inneren Umkreis der Spule. Indem dabei
die Nuten 4, in welche die Leiter eingreifen, voneinander entfernt angeordnet sind,
wird eine vollständige Lüftung der Leiter erreicht. Jede Spulenschicht 2, bestehend
aus den drei Leitern 12, 13 und 14,- wird in folgender Weise g@w,,@ickelt. Der --:Leitei=
12 erstreckt sie i9 @ von der betreffenden Klemmschraube 8 nach der inneren Nut
15' des Stabes 16. Der Leiter ist in die entsprechende Nut des folgenden Stabes
1611 eingelegt und dann derart radial nach außen geführt, daß er in die zweite Ntit'des
Stabes 17 eingelegt werden kann, während der Leiter 13 in die innerste Nut 1511
desselben Stabes eingreift. Die Leiter 12 und 13 greifen in die entsprechenden Nuten
des folgenden Stabes i711, aber wenn sie nach dem Stab 18 kommen, greift der Leiter
12 in die dritte und der Leiter 13 in die zweite Nut dieses:Stabes ein, während
der Leiter 14 in die innerste Nut i 5b des betreffenden Stabes eingreift. Die drei
Leiter
greifen in die entsprechenden Nuten des Stabes 1811 ein,
aber wenn sie den Stab 16 erreichen, wird der Leiter 1,4 in die zweite, der Leiter
13 in die dritte und der Leiter 12 in die vierte Tut eingelegt usw.
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Jeder Leiter nimmt somit ein Drittel des inneren Umkreises dieser
Schicht ein. Wenn die Wicklung fortgesetzt wird, und die erste Schicht beinahe fertig
ist, wird der Leiter r2, nachdem. er in die äußerste Nut des Stabes 1811 eingelegt
ist, nach unten geführt, um in die entsprechende Nut des Stabes 16 der in Fig.3
dargestellten Spulenschicht eingelegt zu werden, welche Schicht der in Fig. 2 dargestellten,
obersten Schicht benachbart ist. In derselben Weise werden die Leiter 13 und 14
allmählich .in die äußersten Nuten der betreffenden Stäbe 5 der zweiten Schicht
eingelegt, und sämtliche Leiter sind derart gewickelt, daß sie sich dem Zentrum
der Spule nähern. Wenn die zweite Schicht fertiggewickelt ist, werden die Leiter
nach unten nach einer dritten Schicht geführt, die in derselben Weise wie die erste
gewickelt wird, und dieses Wicklungsverfahren wird fortgesetzt, bis eine hinlängliche
Anzahl von Schichten vorhanden sind, um eine angemessene Reaktanz der Drosselspule
zu sichern, wonach die Leiter nach den unteren Klemmschrauben 8 geführt werden.
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Da die Leiter 12, 13 und 14 gleich große Umkreisstücke in jeder Windung
der einzelnen Spulenschichten einnehmen, wird jeder Leiter gleichzeitig von demselben
Gesamtflux durchsetzt, so daß das Vorhandensein von ungleich großen Potentialen
zwischen den einzelnen Leitern ausgeschlossen wird. In dieser Weise ist der Lauf
von inneren Zirkulationsströmen ausgeschlossen, wodurch der Wirkungsgrad der vorliegenden
Spule gegenüber demjenigen der bisher bekannten strombegrenzenden Spulen wesentlich
erhöht wird.
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In Fig. q. und 5 ist eine andere Ausführungsform der Reaktanzspule
schematisch gezeigt, bei welcher gleichfalls die inneren Zirkulationsströme dadurch
ausgeschlossen werden, daß die Leiter derart gegenüber dem durch die Spule erzeugten
Magnetfeld angeordnet werden, daß jeder Leiter von annäherungsweise derselben Gesamtkraftlinienzahl
während jedes Stromimpulses durchsetzt wird.
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Fig. 4. ist eine Darstellung der äußeren Schicht der Spule, die aus
mehreren konzentrischen Schichten von der in Fig. 5 gezeichneten Art besteht, indem
die Gesamtzahl der Schichten in der fertigen Spule von der Größe der darin gewünschten
Reaktanz abhängt.
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Drei parallel geschaltete Leiter i9, 2o und 21 sind gezeigt, aber
eine andere passende Zahl von Leitern kann nach Bedarf verwendet werden.
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Stäbe 22 mit Nuten 23 zum Einlegen der Leiter sind vorgesehen, und
Stäbe und Nuten sind; derart voneinander entfernt, daß eine völlige Lüftung der
Spule erreicht wird. Die Stäbe 24., ?5 und 26, die die Einführungsstellen der Leiter
i9, 2o, 21 bilden, sind in gleichen Abständen rund um den Umkreis jeder Spulenschicht
angeordnet. Bei dieser Ausführungsform sind also die Leiter nach unten oder nach
oben, statt nach außen oder nach innen, wie in Fig.2 und 3 gezeigt, in den nacheinanderfolgenden
Schichten verschoben, j e nachdem das Wicklungsverfahren vorwärts schreitet. Wenn
eine der konzentrischen Schichten fertig ist, sind die Leiter gewickelt, um die
nächste Schicht entweder nach oben oder nach unten zu bilden, indem die Wicklungrichtung
derjenigen der vorhergehenden entgegengesetzt ist.
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Auch bei dieser Wicklungsart der Spule werden die Leiter derart im
Magnetfeld angeordnet, daß sie gleichzeitig von Bleichgroßen Mengen von magnetischer
Strömung durchsetzt werden. Dadurch werden innere Zirkulationsströme vermieden.
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In Fig. 7 und 8 sind Reakfanzspulen 27 gezeichnet, die die Stromerzeuger
28, die in die Hauptsammelschienen 29 speisen, schützen. Die Speiseleitungen liefern
Kraft für Apparate mit einem hohen Leistungsfaktor, wie Umformer 30, für Apparate
mit einem niedrigen Leistungsfaktor, wie einen Indukdionsmotor 31, und für eine
synchrone Maschine 32. Bei der Anordnung nach Fig. 7 sind die Spwlen 117 in die
Stromerzeugerleitungen eingeschaltet, bevor diese mit den Sammelschienen 29 verbunden
werden, -während bei der Anordnung nach Fig. 8 die Spulen zwischen die Sammelschienen
und die verschiedenen Stromverbraucher eingeschaltet sind.