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Gerät zur Veranschaulichung des Belastungszustandes und der Belastungsverteilung
in elektrischen Verteilungsnetzen Für die Bemessung von Schaltapparaten, welche
in ein elektrisches Leitungsnetz, beispielsweise ein Energieverteilungsnetz, eingebaut
werden sollen, muß deren Abschaltleistung bestimmt werden. In verwickelten Leitungsnetzen
erfordert dies eine umfangreiche Rechnung für jeden einzelnen Schaltfall; denn in
der Rechnung müssen nicht nur die Widerstände der einzelnen Leitungsabschnitte und
Apparate, sondern auch die elektrischen Eigenschaften der das Netz speisenden Generatoren
berücksichtigt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zu schaffen, daß
zur Veranschaulichung des Belastungszustandes und der BelastungsverteilUng in elektrischen
Verteilungsnetzen auf mechanischem Wege dienen soll. Gemäß der Erfindung besteht
dieses Gerät aus einer Vereinigung von die Leitungswiderstände darstellenden elastischen
Körpern, z. B. Schraubenfedern, die Sammelschienen darstellenden starren Verbindungsgliedern,
z. B. in festen Lagern drehbaren Wellen oder in festen, parallel zu den Federn verlaufenden
Führungen geführten Querleisten, die Stromquellen (Generatoren) darstellenden elastischen
Körpern, z. B. entgegen einer Federwirkung drehbaren Scheiben, und von Übertragungsgliedern
für die Kräfte der elastischen Körper, die sich in ihrem Übersetzungsverhältnis
der Formänderung der elastischen Körper anpassen, in der Art, daß die einzelnen
Teile in der durch die Schaltung gegebenen Weise mechanisch, z. B. durch Schnürzüge,
miteinander verbunden sind, während die Belastung durch an den Wellen oder den elastischen
Körpern angreifende Kräfte, z. B. Gewichte, veranschaulicht wird. Zweckmäßig wird
das Gerät so ausgestaltet, daß seine elastischen und beweglichen Teile mit Skalen
in der Weise zusammenwirken, daß aus den elastischen Formänderungen bzw. aus der'Verschiebung
oder dem Drehwinkel auf den Belastungszustand der einzelnen Teile geschlossen werden
kann. Wählt man für die Darstellung der Widerstände elastische Körper, deren Verformung
den auf sie ausgeübten Kräften in den erforderlichen Grenzen verhältnisgleich ist,
so stellt der elastische Körper einen unveränderlichen Widerstand in dem elektrischen
Leitungsnetz dar. Eine Hintereinanderschaltung zweier Federn entspricht der Hintereinanderschaltung
zweier Widerstände, eine Parallelschaltung zweier Federn entspricht-parallel geschalteten
Widerständen. Durch Anordnung geeigneter Verbindungsglieder
zwischen
den die einzelnen Widerstände darstellenden elastischen Körpern gelingt es, auch
verwickelte Leitungs-.: netze durch ein gemäß der Erfindung ausge-: bildetes mechanisches
Modell abzubilden und -auf einfachem Wege die Belastungszustände ' dieses Leitungsnetzes
unmittelbar an deil mechanischen Zustandsänderungen der elastischen Körper des Modells
abzulesen.
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Eine wichtige Rolle bei der Bestimmung des Belastungszustandes eines
Leitungsnetzes spielen die das Netz speisenden Generatoren. Ein Generator kann rechnerisch
bekanntlich dargestellt werden als eine konstante Spannungsquelle mit einem vorgeschalteten
Widerstand, welcher den Spannungsabfall erzeugt. Dieser Spannungsabfall ist im allgemeinen
nicht dem Strom verhältnisgleich, so daß der vorgeschaltete Widerstand der Größe
des Stromes entsprechend geändert werden muß. Gemäß der Erfindung sind daher die
die Stromquellen darstellenden Teile aus einer drehbaren Kreisscheibe und einer
Kurvenscheibe in der Weise zusammengesetzt, daß die der Belastung entsprechende
Kraft an der Kreisscheibe und die der erzeugten Spannung entsprechendeFederkraft
in entgegengesetzter Richtung an der Kurvenscheibe angreift. Innerhalb der praktisch
erforderlichen Grenzen ist dann auch für die Generatoren eine genaue Nachbildung
des Spannungsabfalles erreichbar.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt Fig. i die Schaltung eines elektrischen Leitungsnetzes, dessen Belastungszustand
ermittelt werden soll, und Fig.2 das diesem Leitungsnetz. entsprechende mechanische
Modell.
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Das Netz der Fig. i enthält vier Sammelschienen 1, z, 3, a, welche
durch Generatoren 5, 6, 7 und 8 gespeist werden. Der Generator 5 ist über eine längere
Übertragurigsleitung an die Sammelschiene i angeschlossen, während die Generatoren
6, 7, 8 die Sammelschiene 2 speisen. Der Generator 7 ist dabei unmittelbar an die
Sammelschiene angeschlossen. Zwischen den Generatoren 6 und 7 und der Sammelschiene
2 liegen längere Übertragungsleitungen. Die Sammelschienen 3 und q. werden nicht
durch eigene Generatoren gespeist, sondern sind durch Übertragungsleitungen mit
den beiden anderen Sammelschienen verbunden, wobei zwischen den Sammelschienen i
und q. zwei parallele Leitungen vorgesehen sind.
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Das in Fig.2 dargestellte mechanische Modell für das Leitungsnetz
nach Fig. i besteht im wesentlichen aus drehbaren Achsen 10, il, 12 und 13,
welche je einer Sammelschiene des Leitungsnetzes zugeordnet sind. Die Widerstände
der übertragungsleitungen zwischen den einzelnen Sammelschienen sind durch Wendelfedern
dargestellt, welche zu `beiden Seiten über Seile an Rollen befestigt sind, die auf
den Achsen angebracht sind. Die Verbindungsleitung zwischen den Sammelschienen 2
und 3 wird beispielsweise durch die Feder 14 dargestellt, welche über Seile 15 und
16 an zwei Rollen 17 und 18 befestigt ist. Drehbewegungen der beiden Achsen 12 und
13 werden über die Seile 15 und 16 auf die Feder 1.1 übertragen und verlängern oder
verkürzen die Feder. Die beiden Achsen i i und 12 sind durch zwei Federn i9 und
20 verbunden, weil zwischen den entsprechenden Sammelschienen i und d. des Leitungsnetzes
der Fig. i zwei parallele Übertragungsleitungen vorgesehen sind.
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Aus dem Modell der Fig. 2 wird auch die Form der Nachbildung für die
Generatoren ersichtlich. Die Nachbildung jedes Generators besteht aus einer kreisförmigen
Scheibe, die um einen Festpunkt drehbar gelagert und über ein Seil mit derjenigen
Achse des Modells verbunden ist, welche der von dem Generator gespeisten Sammelschiene
zugeordnet ist. In die Seilverbindung ist noch eine Feder eingeschaltet, wenn der
Generator nicht unmittelbar, sondern über eine Leitung an die Sammelschiene angeschlossen
ist. Außer der kreisförmigen Seilscheibe ist noch eine Kurvenscheibe vorgesehen,
welche mit der kreisförmigen Scheibe starr verbunden ist und auf die ein zweiter
Schnurzug aufgewickelt wird. Wenn in diesen zweiten Zug eine Feder eingeschaltet
wird, so erhält man eine veränderliche Zugkraft an der kreisförmigen Schnurscheibe.
Verschiedene Erregungszustände der Generatoren können an dem Modell dadurch eingestellt
werden, daß die in dem Seilzug der Kurvenscheibe liegende Feder im Ruhezustande
des Netzmodells mehr oder weniger vorgespannt wird. So hat beispielsweise die Kurvenscheibe
21, welche an die Achse i i angeschlossen ist, eine andere Stellung als die Kurvenscheibe
22, die dem Generator 8 des Leitungsnetzes nach Fig. i zugeordnet ist.
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Auf den Achsen io bis 13 sind drehbare Anzeigevorrichtungen 25, beispielswei-d
in Form von -Scheiben oder Trommeln, angebracht, um die Drehbewegungen der Achsen
ablesen zu können. Auf den Trommeln 25 sind die bei Belastung an den einzelnen Saminelschienen
des Leitungsnetzes auftretenden Spannungsabfälle im Spannungsmaßstab ablesbar.
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Nimmt man an, daß das Leitungsnetz an der Sammelschiene q. belastet
werden soll, so muß auf die Achse io des Modells ein Drehmoment ausgeübt werden,
welches dem Belastungsstrom
verhältnisgleich ist. Eine Seilscheibe
26 ist zu dem Zweck mit einer Gewichtsbelastung 27 verbunden.
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Die Anordnung der Modellteile in Fig. 2 ist nur als eine Ausführungsmöglichkeit
der Erfindung anzusehen und durch die besonderen Verhältnisse des Leitungsnetzes
der Fig. i gegeben.