DE55203C - Mehrleitersystem für die Vertheilung elektrischer Energie - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate.

Patentirt im Deutschen ReicKe vo^:Ai 24·.-Mai 1889 a.b.

Unter Mehrleitersystem versteht man im Gegensatz zum Zweileitersystem eine elektrische Schaltung, bei welcher mehr als zwei Leitungen Verschiedenen Potentials in der Art zur Verwendung kommen, dafs zwischen je zwei benachbarte Leiter Lampen öder sonstige Stromaufnehmer in beliebiger Anzahl parallel geschaltet werden-, während die auf diese Weise gebildeten Gruppen hinter einander geschaltet sind; je nach der Anzahl· dieser Gruppen bezw. der dieselben bildenden Leitungen verschiedenen Potentials unterscheidet man Dreileiter-, Vierleitersystem u. s. w. Die Leitungen gröfster Potentia]differenz^: werden als Aufsenleiter, die übrigen als Innenleiter bezeichnet.

Damit nun bei beliebiger Vertheilung der Stromaufnehmer auf die einzelnen Gruppen, also bei beliebigem Gruppenwiderstand ,· nicht etwa in allen Gruppen dieselbe Stromstärke herrsche,· wie dies bei der älteren sogen. Hintereinanderschaltung von Gruppen nothwendig eintreten mufste,_: sondern damit vielmehr jede Lampe unabhängig von der Anzahl der in- der Gruppe brennenden Lampen stets normalen, also jede Gruppe ihrer jeweiligen Belastung entsprechend veränderlichen Strom erhalte^ mufs in irgend einer Weise den minder belasteten Gruppen Strom entzogen, den stärker belasteten Strom zugeführt werden.

Mit Hülfe^: von Dynamomaschinen ist dies bisher (vgl. D. R. P. No. 25:205) dadurch erreicht worden-, dafs für jede Gruppe des Systems eine besondere Maschine bezw. bei stärkerer Beanspruchung mehrere parallel geschaltete besondere Maschinen Verwendung fanden.

Diese Anordnung erfordert indessen nicht blos eine grofse Anzahl von Dynamomaschinen, insbesondere beim höheren Mehrleitersystem, sondern auch deren Verbindung mit sämmtlichen Mehrleitern, also, wenn die Strornerzeugurigsstelle von dem Vertheilungsrietz entfernt liegt, die Hinaüsführuiig von mehr als zwei Kabeln in jeder Fernleitung.

Die vorliegende Neuerung sucht beiden Uebelstäriden abzuhelfen, und zwar dadurch, dafs statt einzelner Betriebsmaschinen für jede Gruppe nur eine einzige Hauptdynamomaschine für den eigentlichen Betrieb angeordnet wird (bezw. mehrere solche Maschinen in Parallelschaltung verwendet werden), und dafs ferner die verhältnifsmäfsig geringen, bei wechselnder Belastung den einzelnen Gruppen zuzuführenden bezw. zu entziehenden Strommengen von kleinen, als Zwischenmaschinen zu bezeichnenden Dynamomaschinen, welche innerhalb der Gruppen zur Vertheilung kommen, geliefert bezw. aufgenommen werden.

Der Arbeitsbedär'f einer Zwischenmaschine kann nach" dem^: Erörterten nie ein sehr erheblicher sein, da- er nur durch den Unterschied der" Grüppenbelastungeri bedingt wird. Aufserdem wird beim höheren Mehrleitersystem fast immer die eine- Zwischenmaschirie Strom aufnehmen,-alsomotorisch wirken, während die aridere' Strom liefert, also Arbeit verbraucht, s^ro dafs insbesondere hier zum gemeinsamen Antrieb der Zwischenmaschirieh eine ganz geringe Arbeit genügt. In jedem Falle^: verbleibt die wesentliche Arbeitsleistung der Hauptdynamomaschine, während die Zwischenmaschi-

nen hauptsächlich zur Erzeugung der Spannung für die einzelnen Gruppen dienen.

Hiermit aber ist nicht blos dem ersten Üebelstande abgeholfen, da die Anlage nunmehr die Verwendung weniger grofser Betriebsdynamos gestattet, sondern auch der zweite vorerwähnte Nachtheil läfst sich vermeiden, wenn man nur die Zwischenmaschinen nicht in der Station, sondern an geeigneten Punkten im Netz selbst aufstellt und durch Elektromotoren antreibt, welche . man zwischen die Aufsenleitungen schaltet. Denn dann fallen die Innenleiter der Fernleitungen fort; der aus dem Wechsel der Energieformen her vorgehende Arbeitsverlust aber kann bei der Kleinheit der von den Zwischenmaschinen beanspruchten Gesammtarbeit nicht in Betracht kommen. Die zuletzt beschriebene Anordnung, welche das Mehrleitersystem hinsichtlich der Erzeugungsstelle auf ein einfaches Zweileitersystem zurückführt, gewährt aufserdem noch den besonderen Vortheil gegenüber der bisher gebräuchlichen Anordnung, dafs die Ausgleichung des Spannungsverlustes in den Fernleitungen in ebenso einfacher Weise wie beim Zweileitersystem nach irgend einer der hierfür geeigneten Methoden erfolgen kann; die im Netz aufgestellten Zwischenmaschinen werden dann für constante Klemmenspannung eingerichtet. Stellt man die Zwischenmaschinen in der Station auf, so steht hinsichtlich des Einflusses der Fernleitungswiderstände das neue System dem bisherigen gleich; die Zwischenmaschinen werden auch hier constante Klemmenspannungen erhalten können, ohne weitere Hülfsmittel, sofern die Fernleitungswiderstände gering genug sind.

Dementsprechend kann auch die Bauart der Hauptdynamomaschine ebenso wie der Zwischendynamos beliebig sein, sofern sie nur die vorliegende Schaltung ermöglicht. Ausgeschlossen ist deshalb nur die einfache directe Wickelung. Denn sämmlliche Maschinen haben hier dauernd eine elektromotorische Kraft in gleichbleibendem Sinne zu erzeugen: die Zwischenmaschinen auch dann, wenn die Stromrichtung im Anker wechselt; die Maschine mit directer Wickelung aber würde in solchem Falle in entgegengesetztem Sinne elektromotorisch wirken, wenn sie, wie hier überall vorausgesetzt wird, dauernd in gleicher Richtung und mit gleichbleibender Geschwindigkeit angetrieben wird. Verwendbar ist — von ihrer Regulirung abgesehen — jede (einfache oder zusammengesetzte) Maschine, welche beim Richtungswechsel des Ankerstromes innerhalb einer der Gröfse der Anlage entsprechenden Stromstärke den Sinn (oder das Vorzeichen) ihrer elektromotorischen Kraft nicht ändert.

Aufserdem mufs, wenn die Hauptdynamomaschine stets und unter allen Umständen, j auch bei zufälligen Störungen, im wesentlichen die für die Anlage erforderliche elektrische Energie hergeben soll,- in. der Hauptmasc'hine die Umkehr der Stromrichtung von vornherein unmöglich sein. Wollte man nun etwa in jede einzelne Gruppe des Systems eine Zwischenmaschine legen, so könnte bei der praktischen Schwierigkeit des genauen Regulirens von Dynamomaschinen, unter Umständen, wenn· die Klemmenspannungen der Zwischenmaschinen zusammen gröfser würden als die Klemmenspannung der Hauptmaschine, der erwähnte Fall eintreten. Deshalb ist das vorliegende System nur unter der Einschränkung ausführbar, dafs (von mehrfacher Ausführung in Parallelschaltung abgesehen) die (einfache) Anzahl der Zwischenmaschinen stets mindestens um eins kleiner ist als die Anzahl der Gruppen bezw. um zwei kleiner als die Zahl der Mehrleiter. Das Dreileitersystem kann also nur eine, das Fünfleitersystem höchstens drei Zwischenmaschinen erhalten u. s. w. Dies gilt ebensowohl bei Zwischenmaschinen für einzelne Gruppen, als wenn in der sogleich zu erörternden Weise Zwischenmaschinen angewendet werden, welche mehrere Gruppen überspannen.

Das der gegenwärtigen Neuerung zu Grunde liegende Princip nämlich läfst sich nun wieder auch auf die Zwischenmaschinen ausdehnen, indem man eine Zwischenmaschine gewissermafsen als Hauptzwischenmaschine für mehrere Gruppen anordnet und wieder der um eins verminderten Zahl dieser Gruppen Maschinen zutheilt. Auf diese Weise ergiebt sich eine grofse Anzahl von möglichen Combinationen, von welchen die Zeichnung in den Fig. ι bis 5 einige Beispiele darstellt bis zum Sechsleitersystem hinauf. Praktisch läfst sich die Schaltung der Zwischenmaschinen danach etwa in folgender Weise ausführen: Man kann die Zwischenmaschinen unter einander mit gleichnamigen Polen verbinden und entweder an eine Aufsenleitung (Fig. i) oder an eine Aufsenleitung und an eine oder mehrere Innenleitungen schalten (Fig. 2), oder man kann beide Fälle in der aus den Fig. 3 und 4 ersichtlichen Weise vereinigen. Man kann aber auch die Zwischenmaschinen unter einander mit den ungleichnamigen Polen (Fig. 5 β und 57) oder gar nicht mit einander, sondern nur mit der Hauptmaschine verbinden (Fig. 5 a). Für den Fall des directen Antriebes der Zwischenmaschinen kann man noch die besondere Einrichtung treffen, dafs zu Zeiten geringen Stromverbrauches die Hauptmaschine ganz ausgeschaltet wird und der Betrieb durch die Zwischenmaschinen allein erfolgt, wenn zu diesem Zweck eine überzählige Zwischenmaschine aufgestellt wird; man kann dann in der in Fig. 6 skizzirten Weise die eine Aufsen-

leitung mittelst eines Umschalters W entweder mit der Hauptmaschine oder mit der überzähligen Zwischenmaschine verbinden. Statt der Anordnung der Zwischenmaschinen in Fig. 6 sind natürlich auch irgend welche andere Anordnungen mit einer freien Aufsenleitung, wie z. B. diejenigen in den Fig. ι und 2, in diesem Falle statthaft.

.. Die Spannung der nur von der Hauptmaschine überbrückten Gruppe wird in allen vorerwähnten Fällen dennoch, wenn auch indirect, bestimmt; nämlich durch den Unterschied zwischen der Spannung der Hauptmaschine und derjenigen einer oder mehrerer . Zwischenmaschinen. Nach dem Erörterten liegt aber auch die Möglichkeit vor, die Anzahl der Zwischenmaschinen um mehr wie eins kleiner zu wählen als die Zahl der Gruppen, in welchem Falle natürlich nur die Summenspannung der zwei oder mehreren übrig bleibenden Gruppen,, nicht die Spannung dieser Gruppen selbst, durch Dynamomaschinen bestimmt ist. Es können indessen Fälle vorkommen, in welchen diese Anordnung genügt, da das Verhältnifs der Spannungen dieser Gruppen zu einander etwa schon auf andere Art gesichert ist, beispielsweise dadurch, dafs ihre Widerstände in constantem Verhältnifs zu einander stehen. Um auch für solche Fälle die Ausführung des Grundprincips anzudeuten, sind in den Fig. 7 und 8 einige derartige Schaltungen skizzirt. Fig. 8 geht von der besonderen Annahme aus, dafs die Widerstände symmetrischer Gruppen einander dauernd gleich seien; in diesem Falle hätte der Mittelleiter stets das Potential ο und könnte somit im Netz ganz oder streckenweise durch die Erde ersetzt werden, wie durch die punktirten Linien angedeutet ist. Die Zwischenmaschinen sind, wie ersichtlich, in den Fig. 7 und 8 weder mit einander, noch mit der Hauptmaschine direct verbunden. Hiervon ausgehend, soll in der Fig. γγ noch besonders angedeutet werden, wie sich in allen Fällen eine solche Verbindung durch Anwendung von Doppelleitern vermeiden liefse, ohne das Grundprincip zu verändern.

In theoretischer Beziehung mag schliefslich noch hervorgehoben werden, dafs die der gegenwärtigen Neuerung zu Grunde liegende Schaltung schon an sich im Princip von der Hintereinanderschaltung, wie von der Parallelschaltung verschieden ist. Es wird nämlich zwar wie bei der letzteren ein Paar gleichnamiger Pole je zweier Maschinen (aufser in den Fig. 7 und 8) mit einander verbunden, nicht aber auch das andere Paar; vielmehr besteht zwischen den beiden anderen gleichnamigen Polen eine erhebliche Potentialdifferenz, und gerade diese wirkt als elektromotorische Kraft in den nutzbaren Widerständen einer bezw. mehrerer Gruppen des Systems. Für die Fig. 7 und 8 gilt das zuletzt Gesagte hinsichtlich beider Polpaare.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Ein Mehrleitersystem für die Vertheilung elektrischer Energie, bestehend aus:

   a) einer Dynamomaschine zwischen denAufsenleitungen (Hauptdynamomaschine) bezw. mehreren parallel geschalteten derartigen

   ■ Maschinen;

   b) einer beliebigen Anzahl von Dynamomaschinen, deren Klemmenspannung niedriger ist als diejenige der Hauptmaschine, und entweder constant bleibt oder doch auch bei Umkehrung der Stromrichtung (zufolge Gegenwirkung der übrigen Maschinen) nie Null wird oder ihr Vorzeichen ändert, welche Dynamomaschinen (Zwischenmaschinen) zum Zweck der Erzeugung der Spannung für je eine oder mehrere Gruppen zwischen beliebigen Leiterpaaren entweder einzeln oder zu mehreren parallel eingeschaltet werden, so jedoch, dafs die einfache Anzahl der Zwischenmaschinen im Höchstbetrage um eins geringer ist als die Anzahl der hinter einander geschalteten Gruppen von Stromaufnehmern. .

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.