DE353142C - Verfahren zum Schuetzen von elektrischen Leitungsnetzen mit vielfache Leitungen enthaltenden armierten Kabeln - Google Patents

Description

Bei der Anbringung von unterirdischen Kabeln zum Verteilen von einfachen oder mehrphasigen Wechselströmen scheut man im allgemeinen die große elektrostatische Kapazität dieser Kabel, welche Veranlassung zu Resonanzerscheinungen und gefährlichen Überspannungen geben kann, wenn sie zufällig oder nicht mit der Selbstinduktion gewisser Apparate, wie Transformatoren, Motoren oder Wechselstrommaschinen zusammentrifft. Wenn dagegen bei den benutzten Kabeln mehrere Leitungen unter derselben Eisenibewehrung· eingeschlossen sind', sei es, daß es sich um zwei Leitungen einer einphasigen Linie handelt oder um die Gesamtleitungen einer mehrphasigen Linie, so ist die normale eigene Selbstinduktion dieser Kabel sehr schwach, trotz der Gegenwart der magnetischen Bewehrung, und sie kann keine weao sentliche Rolle spielen bei den Resonanzerscheinungen und dem Entstehen von Überspannungen. Es wird aber ganz anders, wenn infolge irgendwelcher Zufälle (z.B. Erdschluß eines Leiters des Kabels) die magnet-motorischen Kräfte der verschiedenen Leitungen sich nicht mehr das Gleichgewicht halten. Die in einer oder mehreren Leitungen entstehende Selbstinduktion kann dann gefährlich werden.

Bei einem bewehrten Kabel mit zwei Leitungen übersteigt z. B. die Selbstinduktion für gewöhnlich, wenn die beiden Leitungen von gleichen Strömen in entgegengesetzter Richtung durchflossen werden, nicht ein Zehntausendstel Henry auf den Kilometer, wird aber 40- oder 5omal größer, wenn nur eine Leitung vom Strom durchflossen wird, und 80- oder ioomal größer, wenn die beiden Leitungen von zwei gleichen Strömen in gleieher Richtung durchflossen werden. Man kann auf diese Weise bei bewehrten Kabeln mit mehreren Leitungen, ohne Dazwischenkommen anderer Apparate mit Selbstinduktion, sehr gefährliche Resonanzwirkungen haben, sowohl bei Kabeln für einfachen Wechselstrom oder für mehrphasige Ströme. Wenn man z. B. zwei Kabel von je 30 bis 40 km Länge hat, die von einer einphasigen Wechselstrommaschme von 40 oder 50 Per./Sek. nach zwei beliebigen Richtungen laufen, so genügt es, eines der vier Enden an Erde zu legen, damit eine Resonanz der Grundfrequenz eintritt und in den vier Leitungen in der Nähe des Kraftwerks beträchtliche Überspannungen hervorgerufen werden. Bei den harmonischen Wellen tritt offenbar Resonanz für viel kleinere Längen auf, und wenn das System mehrphasig ist, wird die Bedingung der Resonanz für eine beliebige Frequenz mit noch geringeren Kabeilängen erfüllt.

Es ist nicht einmal notwendig, ein System von zwei oder mehr Kabeln zu haben. Die Rechnung zeigt, daß ein einziges Kabel von etwa 50 bis 60 km Länge mit zwei Leitungen, von denen man eine an dem dem Kraftwerk entgegengesetzten Ende an Erde legt, während das Ende der anderen Leitung isoliert bleibt, in Resonanz mit sich selbst ist für eine Frequenz von 4.0 bis 50 Perioden in der Sekunde, indem die geerdete Leitung als Selbstinduktion, die isolierte Leitung als mit ihr in Serie geschaltete Kapazität wirkt. Ein mehrphasiges Kabel tritt bei einer geringeren Länge in Resonanz.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schütze von elektrischen Leitungsnetzen, die bewehrte Kabel mit mehreren Leitungen enthalten, deren magnetomotorische Kräfte sich für gewöhnlich im Gleichgewicht mit Bezug auf die magnetische Bewehrung des zugehörigen Kabels befinden. Die Anwendung dieses Verfahrens verhindert eine Erhöhung der Selbstinduktion der Leitungen, wenn infolge einer Beschädigung oder einer Störung irgendwelcher Art das Gleichgewicht ihrer magnetomotorischen Kräfte gestört ist. Dieses Verfahren bewirkt außerdem gleichzeitig" im Falle der erwähnten Störungen eine augenscheinliche Erhöhung des Widerstandes der Leitungen, was eine unmittelbare Dämpfung dieser Störungen herbeiführt und die Überspannungen, die sie erzeugen können, verhindert oder mindestens beschränkt. _r_„.

Das Abfahren ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Bewehrung der Kabel mit mehreren Leitungen in einer an sich bekannten Weise von sekundären elektrischen Stromkreisen eingeschlossen ist, in denen durch Induktion elektro-

motorische Kräfte erzeugt werden, sobald in der magnetischen Bewehrung durch eine Beschädigung oder irgendeine Störung veränderliche magnetische Kraftflüsse erzeugt werden. Die in den sekundären elektrischen Stromkreisen entstandenen Ströme wirken ihrerseits auf die Leitungen des Kabels, in denen sie elektromotorische Kräfte induzieren, deren Komponente im Quadrat mit dem

ίο Primärstrom, der den magnetischen Kraftfluß entwickelt, eine entgegengesetzte Richtung hat wie die elektromotorische Kraft der Selbstinduktion und infolgedessen verhindert, daß die Selbstinduktion wächst und die Bedingung der Resonanz sich verwirklicht. Die Komponente in Phase mit dem Strom bewirkt eine augenscheinliche Erhöhung des Widerstandes der Leitungen und infolgedessen eine unmittelbare Beseitigung der Störungen, die die Störung des Gleichgewichts der magnetomotorischen Kräfte der Leitungen mit Bezug auf die Bewehrung hervorgerufen oder begleitet haben. Auf diese Weise wird eine unmittelbare Beseitigung der Überspannungen, welche durch diese Störungen geschaffen werden können, verwirklicht.

Die beiden Wirkungen, die man bei der praktischen Ausführung des vorliegenden Verfahrens unterscheiden kann, sind also gleichzeitig und nicht voneinander zu trennen. Man kann übrigens ihre relative Bedeutung ändern, indem man auf den Widerstand der sekundären Stromkreise einwirkt. Wenn man besonders in einem Leitungsnetz die Verwirklichung der Bedingungen der Resonanz verhindern will, wird man sich einzig daran halten, die Selbstinduktion zu verringern, indem man dem sekundären Widerstand einen kleinen Wert gibt. Man kann aber auch, wenn man die Resonanz nicht zu fürchten hat, die den freien Schwingungen eigene Überspannungen verringern und in diesem Falle dem Widerstand denjenigen Wert geben, der die größte Dämpfung dieser freien Schwingungen bewirkt.

Es können hierbei mehrere Anordnungen zur Anwendung kommen.

Wie in Abb. 1 veranschaulicht, kann die Bleihülle A₁ welche die Isolierung vor Feuchtigkeit schützt, als Teil des Sekundärstromkreises benutzt werden, und man kann den Stromkreis durch einen außerhalb des Kabels liegenden Leiter B schließen, der an den Enden C und D mit der Bleiumhüllung leitend verbunden ist. Dieser Leiter kann von beliebiger Art sein, es genügt, daß sein Widerstand angemessen ist.

Jedes Ende C und D der Bleiumhüllung A kann auch, wie in Abb. 2 dargestellt, über einen geeigneten Widerstand an Erde gelegt sein, wobei natürlich eine gute Erdverbindung notwendig ist. Die beiden Ausführungsformen von Abb. 1 und 2 können bei vorhandenen Anlagen angewandt werden, ohne daß die Kabel aus der Erde herausgenommen werden müssen. Wenn es sich aber um neue Anlagen handelt, ist es vorzuziehen, die in Abb. ι dargestellte Einrichtung so abzuändern, daß der äußere Leiter B auf das Kabel gewickelt wird, nachdem die Eisenbewehrung F (Abb. 3) aufgebracht ist, aber bevor die Umhüllung G von getränktem Hanf, Jute o. dgl. aufgebracht ist, die diesen äußeren Leiter B schützen soll. Dieser Leiter kann aus Drähten, Bändern oder Blättern aus Kupfer oder anderem Metall bestehen.

Wenn mehrere bewehrte Kabel mit mehrfachen Leitungen parallel in demselben Graben verlegt werden sollen oder verlegt sind, sei es, daß sie gleichzeitig benutzt werden sollen oder daß einzelne von ihnen als Ersatz oder Hülse für die anderen dienen sollen, kann man mit dem vorliegenden Verfahren wesentliche Ersparnisse machen. Man kann sich, ganz gleichgültig, ob die Kabel gleichzeitig benutzt werden sollen oder nicht, damit begnügen, eine einzige äußere Leitung (wie B in Abb. 1) zu verwenden, die für alle Kabel gemeinsani ist, indem ihre Schutzhüllen als Blei untereinander und mit der äußeren Leitung parallel geschaltet sind.'

Anstatt an jedem Kabelabschnitt die beschriebenen Einrichtungen zu treffen, kann man sie auch bei Gesamtkabeln anwenden, von denen jedes mehrere aufeinanderfolgende Kabelabschnitte enthält, wobei bei jedem Gesamtkabel dte Bleihüllen der aufeinanderfolgenden Kabelabschnitte leitend untereinander und die Enden der Bleihüllen des ersten und des letzten- dieser Abschnitte leitend unter sich verbunden sind, entsprechend einer der beschriebenen Einrichtungen, um einen geschlossenen Stromkreis zu bilden, in dessen Inneren die magnetische Bewehrung des Kabels liegt.

Wenn man die Bleihülle des Kabels nicht als Teil des Leiters verwenden will, kann man die magnetische Bewehrung vor ihrer Aufbringung oder während derselben mit einer besser leitenden Schicht von geeigneter Dicke umhüllen. Der die Eisenbewehrung bildende Draht kann z. B. mit einer elektrolytisch niedergeschlagenen Schicht B von Kupfer o. dgl. (Abb. 4) versehen werden, bevor er auf das Kabel gewickelt wird. Es kann auch ein Band von Blattmetall um den Eisendraht gewickelt werden, bevor dieser auf das Kabel gewickelt wird oder während dies geschieht.

Es ist im vorstehenden gesagt worden, daß das Metall, das die sekundären elektrischen Stromkreise bildet oder mit der Bleiumhül-

lung einen sekundären Stromkreis bildet, beliebiger Art sein kann, daß aber sein Widerstand oder derjenige dieser Stromkreise geeignet abgepaßt sein muß. Man kann in der Tat je nach den Umständen ein Interesse daran haben, diesen Widerstand mehr oder weniger groß zu machen. Wenn er klein ist, vermindert man die scheinbare Selbstinduktion des Leiters des Kabels beträchtlich,'

ίο aber man vermehrt seinen Widerstand wenig; ist er dagegen sehr groß, so wirkt man weder auf die Selbstinduktion noch auf den Widerstand des Leiters. Bei einem gewissen Wert des sekundären Widerstandes steigt der fiktive Widerstand des Leiters auf ein Maximum. Man muß deshalb diesen sekundären Widerstand danach bemessen, was man sich vorgenommen hat zu tun. In gewissen Fällen wird es notwendig sein, diesen Widerstand veränderlich zu machen, z. B. wenn das Netz seine Ausdehnung ändert. Man kann schließlich auch diesen Widerstand aus dem Eisendraht selbst bilden, um von dem mit der Frequenz sich ändernden Widerstand Vorteil zu ziehen.

Es ist klar, daß, wenn der sekundäre Widerstand so klein wie möglich sein soll, die Widerstände bei dem Erdscb-ΐμβ der Abb. 2 ganz fortgelassen werden können. Es könnte auch bei den Einrichtungen nach Abb. 1, 2 und 3 die Bleiumhüllung verstärkt oder mit einem Überzug von Kupfer'versehen werden.

Claims (7)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Verfahren zum Schütze von elektrischen Leitungsnetzen, die bewehrte Kabel mit mehreren Leitungen besitzen, deren magnetomotorische Kräfte sich für gewöhnlich im Gleichgewicht mit Bezug auf die magnetische Bewehrung des zugehörigen Kabels befinden, gegen die Erhöhung der Selbstinduktion dieser Leitungen bei einer Beschädigung oder einer Störung, die das Gleichgewicht der magnetomotorischen Kräfte unterbricht, und die Gefahren der Resonanz die sich zeigen kann und gegen die Überspannungen beliebiger Art, welche die erwähnte Beschädigungen oder Störungen begleiten, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Bewehrung des Kabels in an sich bekannter Weise von sekundären elektrischen Stromkreisen eingeschlossen ist, wobei diese Stromkreise mit passend gewähltem Widerstand von Induktionsströmen durchflossen werden, wenn zu- fällig in der magnetischen Bewehrung beträchtliche veränderliche magnetische Ströme entstehen.

   Ausführungsform des Verfahrens
2. 2.

   nach Anspruch ι für den Fall, daß als Teil des sekundären Stromkreises der das Kabel umhüllende Bleimantel benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Stromkreis durch einen beliebigen, außerhalb des Kabels liegenden Leiter geschlossen wird, der an den Enden mit der Bleiumhüllung jedes Kabelabschnittes leitend verbunden ist. "
3. 3. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser sekundäre Stromkreis außen durch die Erde geschlossen ist, indem der Bleimantel in an sich bekannter W'eise an jedem Ende der Kabelabschnitte mit guten Endverbindungen versehen ist, die entsprechend berechnete Widerstände enthalten.
4. 4. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch !gekennzeichnet, daß der sekundäre Stromkreis durch einen Leiter geschlossen ist, der nach Aufbringung der magnetischen Bewehrung und vor Umspinnen derselben mit Hanf, Jute o. dgl. um das Kabel gewickelt wird.
5. 5. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundären Stromkreise aus einer metallischen, gut leitenden Bekleidung bestehen, die- elektrolytisch oder sonstwie auf dem die magnetische Bewehrung bildenden Draht angebracht wird, bevor derselbe auf das Kabel gewickelt wird, oder auch aus einem Band von Blattmetall, das um den die magnetische Bewehrung bildenden Draht gewickelt ist.
6. 6. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1 für mehrere parallel und dicht beieinander" liegende Kabel mit mehrfachen Leitungen, . dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden jedes Kabelabschnittes die die verschiedenen Kabel umschließenden Bleiumhüllungen- unter sich und mit einem einzigen äußeren Leiter verbunden sind, der den Hilfstromkreis für jedes der Kabel schließt.
7. 7. Abänderung der Ausführungen nach den Ansprüchen 2, 3, 4 und 6, ^dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnungen, statt an jedem Kabelabschnitt, an einem ganzen, aus mehreren aufeinanderfolgenden Abschnitten bestehenden Kabel vorgesehen werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.