-
Anordnung zur Übertragung von sechs- oder mehrphasigen sterngeschalteten
Wechselströmen. Die Erfindung betrifft Verbesserungen elektrischer hraftübertragungssysteme,
wobei höhere Spannungen besonders bei größeren Entfernungen verwendet werden. Bei
den jetzigen Drehstromsystemen mit Dreileiterkabeln entstehen große Isolationsschwierigkeiten,
sobald die Spannung über das übliche Maß erhöht wird, besonders weil jeder Leiter
für die ganze Spannung nicht nur gegen seine benachbarten Leiter, sondern auch
für
eine hohe Spannung gegen Erde isoliert werden muß. Infolgedessen und weil :der Durchmesser
der Kabel im allgemeinen nicht über etwa io cm hinausgehen darf und weil ein sehr
großer Teil des Kabels aus Isolationsschichten und leeren Räumen zwischen diesen
besteht, ist die Spannungsgrenze sehr bald erreicht. Eine weitere Schwierigkeit
ist, daß infolge der pulsierenden und rotierenden elektrostatischen Felder innerhalb
des Kabels die elektrostatischen Beanspruchungen in der jeden Leiter umgebenden
Isolation nicht gleichmäßig hervorgerufen werden und auch sogenannte tangentiale
Beanspruchungen entstehen, welche den Wert des Isolationsmaterials stark herabdrücken.
-
Um die genannten Schwierigkeiten zu überwinden, ist vorgeschlagen
worden, die Dreileiterkabel in einzelne Kabel zu trennen, aber die Lösung hat den
Nachteil, daß der Durchmesser des Leiters, der in der Mitte des Kabels liegt, auch
für die Übertragung größerer Kräfte bei Anwendung höherer Spannungen im Verhältnis
zum Kabeldurchmesser klein ist, wobei die Isolation nur in nächste: Nähe des Kupfers
bis zu ihrem Höchstmaß beansprucht wird. Aus diesem Grunde nehmen die äußeren Isolationsschichten
viel Raum ein und sind schlecht ausgenutzt.
-
Die vorliegende Erfindung sucht die genannten Schwierigkeiten zu überwinden
und besteht einesteils in der Übertragung von sechs- oder mehrphasigen Strömen in
Sternschaltung durch die konzentrischen Leiter eines Paares von Kabeln, wobei das
Vielphasensternsystem an einem seiner Phasenenden oder an einem zwischen zwei benachbarten
Phasenenden liegenden Punkt, der beispielsweise durch die Mitte einer diese Enden
verbindenden Drosselspule erhalten wird, geerdet ist und die in der Mitte liegenden
Leiter der konzentrischen Kabel mit den Wicklungs-oder Phasenenden verbunden werden,
deren Potentiale am höchsten gegen Erde sind. Zur Erläuterung diene die Abb.5. Diese
stelle beispielsweise einen Sechsphasengenerator oder -transforinator dar mit dem
Sternpunkt O und den Wicklungsenden A,'B, C, D, E unn F. Unter Phasenenden
sind die Wicklungsenden A. B, C, D, E und F verstanden. In bekannten Systemen
ist es oft üblich, den Sternpunkt O direkt oder über irgendeine Einrichtung zu erden,
wobei die Phasenenden A bis F gegen Erde gleiches Potential besitzen. Das wesentliche
der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß nicht der Sternpunkt O geerdet wird,
sondern daß -eines der Phasenenden, also einer der Punkte A, B, C, D, E
oder
F, geerdet wird oder daß ein zwischen zwei benachbarten Phasenenden liegender Punkt,
also ein Punkt zwischen A und B oder ;B und C usw., geerdet wird. Der zwischen diesen
Phasenenden liegende Punkt kann dadurch erhalten werden,- daß man beispielsweise
zwei so benachbarte Punkte durch eine Drosselspule verbindet und die Mitte der Drosselspulenwicklung
an Erde legt.
-
Unter den mittleren Leitern, die mit den bezeichneten Phasenenden
verbunden sein sollen, sind die mittleren Leiter von konzentrischen Kabeln zu verstehen.
Zur Erläuterung diene Abb.6, die die Leiter eines dreifach konzentrischenKabels
im0_uerschnitt darstellt. <d, B und C sind die drei Leiter des dreifach
konzentrischen Kabels, dessen mittlerer Leiter A ist.
-
Die Erfindung gestattet ferner die Ausdehnung des Übertragungssystems
auf zwei oder mehr Vielphasensystem-e und die enrsprechende Anzahl Kabelpaare.
-
Durch die genannten Übertragungsmittel (ein Paar Kabel für sechsphasige
übertragung) erzielt man den Vorteil, daß die zwischen jedem Leiter und seinem Nachbarn
oder zwischen bestimmten Leitern und Erde erforderliche Isolation der Konstruktion
eines konzentrischen Kabels, dessen mittlerer Leiter naturgemäß eine größere Isolationsfestigkeit
gegen Erde besitzt als der benachbarte oder gar als der äußerste, angepaßt werden
kann, ein Vorzug, der bei Verwendung eines konzentrischen Dreileiterkabels bei einem
Drehstromsvstem in bekannter Schaltung mit geerdetem Nullpunkt nicht erreicht werden.
kann.
-
Unter der bestmöglichen Ausnutzung der »naturgemäßen« Isolation von
dreifach konzentrischen Kabeln ist zu verstehen, daß der innere Leiter A der Abb.
6 eine wesentlich höhere Isolationsfestigkeit gegen Erde besitzt als Leiter B und
C und daß auch Leiter B noch eine höhere Isolationsfestigkeit gegen Erde besitzt
als Leiter C. Diese Eigenschaft des konzentrischen Kabels ist bei der vorliegenden
Anordnung bestmöglich ausgenutzt.
-
Im Falle einer sechsphasigen Übertragung verfährt man in folgender
Weise: Phase i wird mit dem innersten, Phase a mit dem nächsten und Phase 3 mit
dem äußersten Leiter eines der beiden Kabel verbunden, desgleichen die mit Phase
3 über die Endungsdrossel verbundene Phase q. mit dem äußeren Leiter des anderen
Kabels, Phase 5 mit dem mittleren und Phase 6 mit dem innersten Leiter dieses Kabels.
Zwischen den äußeren Leiter und den Bleimantel wird eine Isolation von nur geringer
Stärke eingefügt.
-
Die konzentrischen Leiter, die an die Phasen 3 und ¢ angeschlossen
werden, werden gegen Erde und unter sich über Erde beansprucht, es kann aber das
Spannungsgefälle an der Oberfläche dieser äußeren Leiter ganz
gering
gehalten werden bei ihrem großer. Durchmesser im Vergleich zu den obenerwähnten
Einphasenkabeln. Dieser Vorteil kommt dadurch zum Ausdruck, @daß die zwischen diesen
Leitern wirkende Spannung bei Kabelschäden, die in der Regel durch äußere Einflüsse,
wie Anfressungen u. dgl., entstehen, als gefährliche Spannung, die zu einem Durchschlag
der Kabel über Erde gegeneinander oder gegen Erde führen kann, in Frage kommt. Da
sich nach der beschriebenen Anordnung diese Spannungsdifferenz verhältnismäßig klein
halten läßt, ist die Durchschlagsgefahr auf ein Minimum gebracht.
-
Die ungleichen Kapazitäten der verschiedenen Leiter eines Kabels gegen
Erde können, falls gewünscht, durch Real,-tanz kompensiert werden, die in einige
Transformatorwicklungen eingefügt wird. Umgekehrt kann den Leitern, die geringere
Kapazität besitzen, Kapazität beigeschaltet werden.
-
In den Zeichnungen bedeuten: I Isolation (Il, I"
13), BM Bleimantel. L Leitungen, D Drähte, Tit Abwärtstransformator,
S Sekundärseite, S1, S., Ss Sammelschienen, I( Kabelleiter (1(1,1(2,-k3),
SD Stahldraht, R Reaktanz, Sb Sekundärseite eines Sechsphasentransformators,
To Aufwärtstransformator, P Primärseite, SE, DE Sende- bzw. Empfangsende.
-
Abb. i stellt den Schnitt des vorgeschlagenen dreifach konzentrischen
Kabels dar.
-
In Abb.2 ist die Schaltung eines Paares Kabel mit dem Sechsphasensekundärsystlem
eines Aufwärtstransformators dargestellt.
-
Aus diesem Schaltschema geht auch hervor, wie das System an den Punkten
höchsten Potentials gegen Erde, in Abb. 2 die Punkte i und 6 und i' und 6', verdoppelt
werden kann, zwecks Erhöhung der übertragungsspannung. In der Abbildung dienen als
Anordnung zur Erhöhung des Potentials dieser Punkte die eingezeichneten Aufwärtstransformatoren
To.
-
Abb. 3 zeigt, wie drei solcher Systeme nach Abb. 2, welche unabhängig
voneinander betrieben werden können, für dreiphasige Cbertragung vereinigt werden.
-
Aus Abb. ¢ geht hervor, wie man das gleiche mit der halben Anzahl
Kabel erreichen kann.
-
In Abb. i ist ein Kabel abgebildet, dessen Isolationsschichten
1,1. und 13 zwischen den Leitern K" ,K. und I(3 im #.-_)rliegenden- Fall
aus Papier bestehen, das mit einer Masse für besonders hohe Spannung getränkt ist.
über der Isolation 13 liegt ein Bleimantel B1 und über diesem erforderlichenfalls
eine Wicklung aus Stahldraht SD.
-
Im linken oberen Teil der Abb.2 stellen die sechs Halbmesser i bis
6 die Sekundärwicklung eines sterngeschalteten sech.sphasigen Aufwärtstransformators
dar. Die sechs Phasen stehen durch die Leitungen L mit den zwei Kabeln rechts in
der Abbildung oben in entsprechender Verbindung, wobei die beiden äußeren Leiter
3 und ,4 und 3' und durch je eine in der Mitte geerdete Reaktanz R, z. B. eine Drosselspule
mit Anzapfung in der Mitte als Erdungspunkt, miteinander verbunden sind. Genau die
gleichen Anordnungen sind in dem unteren Teil der Abbildung dargestellt. In dem
der Zeichnung zugrunde gelegten Zeitmoment ist die Stromrichtung in der unteren
Hälfte der Abb. a über die Drosselspule zwischen 3 und q. auf Erde zu gerichtet
und in der oberen Hälfte von Erde über die Drosselspule zwischen 3' und q.' von
der Erde abgewendet. In einem anderen Zeitmoment vertauschen die obere und die untere
Hälfte diese Stromrichtung. In der gezeichneten Anordnung der beiden Sechsphasensysteme,
die durch die Mittelpunkte der beiden Drosselspulen zwischen 3 und q. und 3' und
q.' verbunden sind, addieren sich die Spannungen i bis 4 bzw. 6 bis 3 mit den Spannungen
3' bis 6' bzw. .i' bis i'. Wenn nun Drähte D von den angedeuteten Punkten i und
6 nach den weiseren Tran---f ormatoren To gczogen werd--n, welche mit passenden
Sekundärwicklungen versehen sind, kann ein Einphasenstrom von der doppelten Spannung
.einer Phase der beiden Sechsphas--nsystem.e aus den Transformatoren entnommen werden.
Umgekehrt kann ein Einphasenstrom von einem Generator in die Unterspannungswicklungen
dieser beiden Transformatoren (am Sendeende der Leitung) geschickt werden und dadurch
in den Oberupannungswicklungen ein Strom doppelter Spannung von der Phasenspannung
der beiden Sechsphasensysteme erzeugt werden, so daß sich dieser Einphasenstrom
über das Sechsphasensystem lagert. Wird nun die gleiche Anordnung am- Empfangsende
der Leitung getroffen, so kann der Einphasenstrom entsprechend aus einem Paar Abwärtstransformatoren
-entnommen und Stromverbrauchern zugeführt werden. Hierdurch ist man in der Lage,
die doppelte Spannung für die Einphasenübertragung zu verwenden, welche bei einer
der beiden Sechsphasenübertragungen zur Verfügung steht. Dabei erzielt man den Vorteil,
daß eines der vier Kabel schadhaft werden kann, ohne den Betrieb des ganzen Systems
lahmzulegen.
-
Abb. 3 stellt das gleiche Prinzip dar wie Abb. 2, nur ist es für dreiphasige
Übertragung dreimal wiederholt. Es wird hier zur Überlagerung ein drei-auf-sechsphasiger
Aufwärtstransformator an Stelle der Aufwärtstransformatoren nach Abb.2 verwendet.
Am Empfangsende sind die Anordnungen mit einem Abwärtstransformator einfach wiederholt.
Abb.
q. zeigt eine Anordnung, bei der an Stelle von sechs Sechsphasensystemen und sechs
Paar Dreileiterkabeln (wie in Abb.3) drei Sechsphasensysteme A, .B und C
und drei Paar Dreileiterkabel (letztere nicht dargestellt) verwendet werden. Bei
dieser Anordnung ist die Verbindung der Phasen 3 und q. (siehe Abb. ?) verlassen
worden und ist hierbei jedes einzelne Sechsphasensystem A,B und C in der Lage, mit
einer Spannung gegen Erde zu arbeiten, welche von der S,e'kundärwicklung eines Aufwärtstransformators
für Dreiphasenüberlagerungsstrom bestimmt wird (dessen Primärwicklung hier nicht
dargestellt ist). Hierbei ist dieser Transformator so angeordnet, daß er jedes der
Sechsphasensysteme entweder an passenden Punkten (durch gestrichelte Linien in der
Abbildung angedeutet) oder an den neutralen Punkten dieser Systeme mit Strom versorgt
(mit ausgezogenen Linien dargestellt). Der neutrale Punkt dieses Transformators
ist geerdet.
-
Eine einigermaßen ähnliche Anordnung befindet sich am Empfangsende,
wo die Primärwicklungen P der drei Empfangstransformatoren Trtl nicht nur mit den
je sechs Leitern ihrer zugehörigen Sechsphasensysteme, sondern auch von drei um
120' in der Phase verschobenen Punkten und durch besondere Leitungen L(, L2, L3
mit einem Abwärtstransformator Tu, in Verbindung stehen, dessen Sekundärwicklungen
die gleichen Sammelschienen speisen wie die Sekundärwicklungen der drei Abwärtstransformatoren
Tsal. In manchen Fällen werden die selbständigen (in sich geschlossenen) Sechsphasensysteme,
die mit geringerer Spannung arbeiten als das überlagerte Dreiphasensystem, nicht
bis zu diesen Entfernungen geführt, sondern endigen bei einer Unterstation (wie
dargestellt), während die anderen Leiter W(, W2, W3 die Dreiphasenübertragung
weiter bewerkstelligen, gegebenenfalls nach einer entfernteren Unterstation (vorzugsweise
durch Freileitungen). Die drei Phasen des Aufwärtstransformators (für die Überlagerung)
können auch statt mit den neutralen Punkten der drei Sechsphasensysteme durch direkte
Verbindungsleitungen mit gewissen Punkten dieser Systeme verbunden werden (wie gestrichelt
gezeichnet), wobei die erforderlichen Spannungen von Transformatorenwicklungen geliefert
werden. Wie ersichtlich, gehen vom neutralen Punkt des Überlagerungstransformators
am Sendeende ¢ radiale Wicklungen auf jeder Phase (gestrichelte Linien) aus, welche
geeignet sind, die entsprechende Verbindung mit den Phasen 2, 3, 5 und -6 des Sechsphasensystems
entfernter von dem Erdpotential herzustellen. Ähnliche radiale Wicklungen werden
mit entsprechenden Phasen der Systeme B und C an den Phasenenden verbunden, die
am entferntesten vom neutralen Punkt des Überlagerungstransformators liegen. Selbstredend
können an Stelle von Dreileiterkabeln und Sechsphasensystemen Sechsleiterkabel und
Zwölfphasenübertragung angewandt werden.