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Anordnung zur Vernichtung von Wanderwellen in Freileitungsnetzen Es
sind bereits eine -Reihe von Schutz. vorrichtungen bekannt geworden, die dazu dienen,
die Wanderwellen abzuleiten oder ihre so schädliche steile Stirn umzuformen. Zu
ersteren gehören die verschiedenen Arten von Hörnerableitungen, zu letzteren Drosselspulen
und Kondensatoren.
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Die Hörnerableiter sind zur Vernichtung von Wanderwellen wenig geeignet,
da sie viel zu großen Entladeverzug aufweisen, so daß die Wanderwelle längst vor
dem Ansprechen schon Schaden angerichtet haben kann. Drosselspulen haben den Nachteil,
daß infolge Reflexion starke Spannungserhöhungen auftreten. Mit den Kondensatoren
haben sie den Nachteil gemeinsam, daß sie die Welle nur umformen, ohne ihr Energie
zu entziehen,. Schutzanordnungen irgendwelcher Kombination mit Kondensatoren haben
sich bis jetzt nicht bewährt infolge der geringen Betriebssicherheit der Kondensatoren.
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Die nachfolgend beschriebene Schutzspannung vermeidet diese Nachteile,
und zwar den Entladeverzug dadurch, daß überhaupt keine Funkenstrecke zum Ansprechen
kommen muß, wodurch auch kein nachfließender Maschinenstrom auftritt, sie vermeidet
die Wellenreflexion, die alle unstetigen Änderungen des Wellenwiderstandes durch
stetige Änderung von Kapazität und Induktivntät pro Längeneinheit ersetzt. Gegenüber
den Kondensatoren ist der Vorteil größter Betriebssicherheit vorhanden. Durch passende
Anordnung von Widerständen wird die Energie der Wanderwelle in Wärme umgesetzt.
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Das Kennzeichnende der Erfindung besteht darin, daß dem Hauptleiter
entlang ein oder mehrere weitere Leiter angeordnet werden, welche diesem entweder
wesentlich parallel laufen oder ihn in Windungen umschließen. Wichtig ist dabei,
daß diese Leiter möglichst große Verluste bei schnellen Schwingungen aufweisen,
was durch passende Wahl des Widerstandes sowie der Hysteresis- und Wirbelstromverluste
erreicht werden kann. Wie aus der Erläuterung der Wirkungsweise folgt, ist es vorläufig
gleichgültig, ob diese Nebenleiter vom Hauptleiter isoliert oder mit ihm in geeigneter
Weise verbunden sind; wesentlich ist nur, daß sie gegen den Hauptleiter große Kapazität
aufweisen, was durch geeignete gegenseitige Lage und Formgebung erreicht werden
kann.
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Um die Schutzwirkung zu vergrößern, ist es zweckmäßig, den Hauptleiter
in an sich bekannter Weise aus dem Zuge der Leitung auszubiegen, so daß der Nebenleiter
die direkte Fortsetzung des Hauptleiters bildet. Die abgebogenen Enden der Hauptleitung
wirken dann wie Kurzschlußverbindungen des
Leitersystems Hauptleiter-Nebenleiter
und tragen bei steiler Stirn der Welle wesentlich zur Verschleifung bei.
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Bei all den vielen möglichen Anordnungen der Haupt- und Nebenleiter
kann man die Energieabsorption noch wesentlich erhöhen, indem man zwischen Hauptleiter
und Nebenleiter passend angeordnete Widerstandsleiter anordnet. Um den: Wellenwiderstand
möglichst stetig zu ändern, ist es zweckmäßig, die Widerstandsleiter wesentlich
diagonal zu verlegen. Die diagonale Anordnung hat den weiteren Vorteil, daß auch
bei gleich schnellem Vordringen der Welle im Haupt- und Nebenleiter immer Potentialdifferenzen
an den Enden der Widerstandsleiter auftreten, wodurch sich Ausgleichsströme ergeben.
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Zweckmäßig ist es, die Widerstandsleiter derart anzuordnen, daß die
Energie der Wanderwelle in ihnen wesentlich als magnetische Energie ,erscheint,
da dann die Jouleschen Verluste größer sind.
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Um die Wirkungsweise der Anordnung zu erläutern, muß der Einfuß der
Nebenleiter getrennt von den Widerstandsleitern hetrachtet werden.
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Es ist bekannt, daß sich Wanderwellen längs Leitern mit der Zeit totlaufen;
wesentlich dafür ist der- dämpfende Einfluß der Erde, in welcher die induzierten
Ströme seinen großen Widerstand finden (vgl. Abb. i). An den Endender Spannungswelle
entsteht durch die plötzliche Änderung der Spannung ein Verschiebungsstrom i, welcher
sich im Hauptleiter a und in der Erde als Leiterstrom fortsetzt.
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Ordnet man nun dem Hauptleiter entlang weitere Leiter an, welche ihm
wesentlich entlanglaufen oder ihn in Windungen umschließen, so ergibt sich für den
Verschile; bungsstrom ein zweiter Rückschluß; @es setzt sich in diesem Falle ein
größerer Teil des Verschiebungsstromes in den Nebenleitern fort (vgl. Abb. a). Bestehen
nun die Nebenleiter aus einem Material., das bei schnell veränderlichem Strom große
Verluste aufweist, so kann auf diese Weise der Wanderwelle Energie entzogen werden.
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Wie leicht ersichtlich ist, wird die Wirkung der Nebenleiter um so
größer sein, je näher die Nebenleiter an der Hauptleitung liegen und je mehr sie
sie umschließen. Um unstetige Änderungen des Wellenwiderstandes zu vermeiden, ist
es zweckmäßig, die Nebenleiter dem Hauptleiter allmählich zu nähern..
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Durch die Anwesenheit der Nebenleiter wird also ein den jeweiligen
Verhältnissen, entsprechender Teil der Wellenenergie durch elektromagnetische Kopplung
auf diese übertragen und in ihnen vernichtet. Wesentlich ist, daß die Nebenleiter
auch dann wirken, wenn sie in keinem Punkt mit dem Hauptleiter in leitender Verbindung
stehen.
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Ordnet man .aber zwischen Haupt- und Nebenleiter noch passende Verbindungsleitungen
an, so kann außer durch elektromagnetische Übertragung auch durch direkte Leitung
Energie vom Hauptleiter auf den Nebenleiter übertragen werden, wodurch seine Wirkung
ganz wesentlich verstärkt wird. Bestehen. die Verbindungsleitungen zwischen Haupt-
und Nebenleitern aus Widerstandsmaterial, so wird auch in ihnen Energie absorbiert,
d. h. sie unterstützen die Nebenleiter.: In den Abb. i bis q. sind die Grundgedanken
der Erfindung in schematischer Darstellung wiedergegeben.
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Es bedeuten dabei: a den Hauptleiter, b den Nebenleiter, der der Einfachheit
halber nur als einzelner Draht angedeutet ist, c dia Widerstandsleiter, i den Verschiebungsstrom,
der sich in den Nebenleitern. als Leiterstrom fortsetzt.
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Abb. i zeigt über dem Leiter die Wanderwelle und darunter den durch
sie hervorgerufenen Verschiebungsstrom, die Abb. 9 -
und 3 ;den im Nebenleiter
auftretenden Strom.
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Abb.3 zeigt die Anordnung mit abgeb:ogenein Hauptleitera, wobei der
Nebenleiter b die direkte Fortsetzung von a bildet.
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Abb. q. erläutert die diagonale Anordnung der Widerstandsleiter c.