DE650035C - Fernuebertragung von Gleichstrom sehr hoher Spannung - Google Patents

Description

Der bisherigen Art der Fortleitung elektrischen Stromes über große Entfernungen sind verhältnismäßig enge Grenzen gezogen. Erdströme, atmosphärische Einflüsse (Gewitter, Hagelwetter usw.), die sogenannten Koronaverluste, Oberflächenverluste der Isolatoren, die Instandhaltung der Isolatoren, die großen Herstellungskosten der Türme, Maste, Unterstationen, Isolatoren usw., die Einflüsse auf die Fernmeldetechnik aller Art, ferner Feuersgefahr, Lebensgefahr, Eigentumsbeschädigung, Eigentumsrechte (Wegerechte, Raumrechte o. dgl.) und andere Umstände stehen der Weiterentwicklung der Freileitungen

¹S hindernd im Wege.

Gemäß der Erfindung soll eine Fernübertragung für Gleichstrom sehr hoher Spannung geschaffen werden, bei welcher alle Einschränkungen fortfallen und mittels deren die elektrische Energie selbst bei größten Spannungen sich über praktisch unbegrenzte Entfernungen fortleiten läßt.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, einzelne elektrische Maschinen und Apparate, die mit hoher Spannung arbeiten, vollständig •einzukapseln und im Va'kuum arbeiten zu lassen. Damit wurde der Zweck verfolgt, die Verluste und die Unzuträglichkeiten zu vermeiden, die sich durch Ionisierung der Luft beim Betriebe der mit hoher Spannung arbeitenden elektrischen Maschinen und Apparate einstellen, wenn die Außenluft freien Zutritt zu den Vorrichtungen und ihren Teilen hat. Demgegenüber wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, unter gleichzeitiger Anwendung von elektrischen Maschinen und Apparaten, die in der bekannten Weise eingekapselt und evakuiert sind, eine Fernübertragung für Gleichstrom sehr hoher Spannung dadurch zu schaffen, daß der negative Leiter der die Stromerzeuger- und Verbraucherstelle verbindenden Leitung röhrenförmig ausgebildet und geerdet ist, in seiner Mittelachse den positiven Leiter enthält und die evakuierten Maschinen- und Apparategehäuse der Erzeuger- und Verbrauchstelle miteinander verbindet, also ebenfalls evakuiert ist.

Mit diesem Vorschlage wird die neue Aufgabe gelöst, der Fernübertragung von Gleichstrom sehr hoher Spannung eine überlegene bzw. volle Unabhängigkeit von den zahlreichen Hemmungen zu verschaffen, die es bei Freileitungen ausschließen, elektrische Energie über größere Entfernungen fortzuleiten, als es bis heute, und zwar schon unter Aufwendung großer Opfer im Bau und im Betriebe, erreicht werden konnte. Wenn auch der Gedanke des Einkapseins einzelner Maschinen und Apparate und des Betriebes derselben im Vakuum bereits ausgesprochen war, so konnte ihm doch die besonders kühne Auf-

gäbe nicht entnommen werden, die hier gestellt und gelöst ist. Auch ließ sich nicht ohne weiteres vorhersehen, daß der angestrebte Erfolg erwartet werden kann und den Aufwand an Werkstoff usw. rechtfertigt.

Man hat ferner vorgeschlagen, Stücke gewöhnlicher elektrischer Leiter in Eisenrohre einzulegen, anstatt sie in gebräuchlicher Weise mit Isolier- und sonstigen Schutzstoffen zu umwickeln und aus diesen Isolierrohren einen Teil der Luft abzusaugen, um durch eine Luftverdünnung die Isolierung zu verbessern und Feuchtigkeitsniederschläge zu verhindern. Dabei bilden die Rohre jedoch •5 lediglich einen Ersatz für die gewöhnliche Isolierung, und außerdem ist keine hochgradige Evakuierung vorgesehen. Nach dem bekannten Vorschlag wird das Kabel durchlose aufgestreifte Abstandstücke in der Rohrmitte gehalten, und es leuchtet ein, daß ein solcher Schutz bei Kabeln für gewöhnliche Arbeitsspannungen nicht nur viel zu kostspielig ist,, sondern auch beachtliche Mängel aufweist, z. B. ein bequemes Verlegen, auf das bei Kabeln für örtliche Verteilungsnetze nicht verzichtet werden kann, unmöglich macht.

Gemäß der Erfindung handelt es sich nicht um ein bloßes Isolieren eines Leiters, sondern der rohrförmige Körper selbst ist als negativer Leiter ausgebildet und geerdet. In seiner Mittelachse liegt der positive Leiter, und gemäß der Erfindung besitzt der röhrenförmige negative Leiter besondere Erweiterun-³S gen, in denen Isolatoren zur Stützung des positiven Leiters untergebracht sind.

Gemäß der Erfindung bilden die Gehäuse der Maschinen und Apparate der Stromerzeuger- und Verbraucherstelle und der röhrenförmige negative Leiter ein die gesamte Hochspannungsanlage umschließendes gemeinsames Gehäuse, und dieses wird ganz unter einen so geringen absoluten Druck gesetzt, daß gasförmige Ionen nur in vernachlässigbar geringer Menge gebildet werden. Innerhalb des Gehäuses wird die Leitung so polarisiert, daß die Gehäuseinnenfläche praktisch keine Elektronen aussendet, also Energieverluste durch Feldströme vermieden werden. Die in den. Erweiterungen des röhrenförmigen negativen Leiters angeordneten Isolatoren zum Stützen des positiven Leiters sind auf einen bestimmten Spannungsabfall geprüft, so daß auch hier keine bemerkenswerte Ausstrahlung elekirischer Ladungen aus den Leiterflächen eintritt.

Die Wirkung hochgespannten Gleichstromes, daß er die Luft ionisiert und leitend macht, wird gemäß der Erfindung dadurch ausgeschaltet, daß der Druck in dem evakuierten Gehäuse genügend niedrig und der Gehäuseraum genügend groß ist, um zu vermeiden daß etwa abirrende Elektronen oder Ionen auf Moleküle ionisierbarer Gasreste treffen. Die Abmessungen des positiven Lei- -ters und des röhrenförmigen negativen Leiters werden genau bestimmt, und die Form der Elektrodenfiächen wird- so gewählt, daß das Anodenfeld des positiven Leiters sich über eine große Kathodenfläche (negativer 7<* Leiter) verteilt, weil Anodenflächen ohne plötzliche Entladung erheblich größeren Spannungsahfällen Widerstand leisten als Kathodenflächen. Mit Hilfe eines zylindrischen, vollen oder hohlen positiven Leiters, der in der Achse eines zylindrischen negativen Leiters liegt, lassen die angegebenen Bedingungen sich erfüllen. Wenn dann der Druck im · evakuierten Räume nicht größer als etwa 1 o~~ⁿ mm Quecksilbersäule ist, finden zwischen den Elektroden keine nennenswerten Entladungen statt.

Bei Gleichstrom von beispielsweise 5 Millionen Volt ergibt sich für die neue Fernübertragung ein vollwandiger, positiver Lei- S5 ,ter von 4 cm Durchmesser und ein Innendurchmesser des röhrenförmigen negativen Leiters von 45 cm. Der Spannungsabfall berechnet sich dabei zu etwa 1 000 000 Volt/cm an der positiven Elektrode oder Anode und zu 92 000 Volt/cm an der Kathode. Eine Gefahr des Ausströmens von Ionen aus der Fläche des negativen Leiters besteht dabei nicht, also auch keine Gefahr von Störungen durch Feldströme. Angenommen sei eine Fernübertragung'über 21 000 km Länge; der Widerstand eines positiven -Leiters aus Aluminium von 4 cm Durchmesser beträgt bei dieser Länge 500 Ohm. Beim Übertragen der sehr großen Leistung von 1 000 000 kW mit 5 000 000 Volt ist die Stromstärke nur 200 Amp.," und die beiden Spannungsabfälle (Hin- und Rückleitung) würden nur je 2% betragen. Der Stromverlust über die Isolatoren wird vernachlässigbar sein, denn Versuche mit noch zu erläuternden Isolatoren von 30 cm und mehr Höhe ergaben einen Stromabfluß von weniger als 10—⁷ Amp., was beispielsweise für die Anbringung je eines Isolators auf 7 m Leiterlänge einen Ge- 110 " samtverlust von weniger als 0,3 Amp. auf 000 km ergibt.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.

An der Stromerzeugerstelle G und an der Verbraucherstelle M sind der Stromerzeuger und der Motor in je einem geschlossenen Gehäuse 7 und 27 untergebracht, itnd beide Gehäuseinnenräume sind durch den rohrförmigen Körper 1 miteinander verbunden. Der als negativer Leiter der Fernübertragung aus-

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gebildete Rohrkörper ι besetzt Erweiterungen 2, die durch Mannlöcher zugänglich sind und zur Aufnahme von genügend langen Isolatoren 3 dienen. Sie stützen den in der Mittelachse des Körpers ι angeordneten positiven Leiter 4. Die Isolatoren 3 bestehen vorzugsweise aus miteinander abwechselnden Glas- und Kupferschichten und werden vor dem Einbau auf einen bestimmten Spannungsabfall geprüft. Sie sind radial angeordnet, aber man kann sie auch schräg stellen oder krümmen, um ihre Länge noch zu vergrößern. Der negative Leiter 1 ist geerdet und besteht aus einzelnen Stücken, deren Enden sich bogenförmig aufweiten, dann zurückgekröpft sind und in Flanschen endigen, die einen ausreichenden Abstand besitzen, um eine Dehnungsmuffe 5 anbringen zu können. Auch der positive Leiter 4 wird aus Stücken zusammengesetzt, die durch '(nicht gezeichnete) Dehnungsstücke miteinander verbunden werden. Der Anschluß des röhrenförmigen negativen Leiters an die Gehäuse 7, 27 des Stromerzeugers und des Stromverbrauchers kann in beliebiger geeigneter Weise, z. B. mit je einer trichterförmigen Erweiterung, erfolgen, in der je eine Drosselspule 26 angeordnet ist. In bestimmten Abständen werden weitere Drosselspulen 26 in den positiven Leiter 4 eingeschaltet, um Wellen zu unterdrücken, die infolge außergewöhnlicher Ursachen auftreten können.

An der Erzeugerstelle G ist als Beispiel ein durch eine Turbine 11 angetriebener elektrostatischer Generator dargestellt, der sich zur Erzeugung von 1 000 000 bis 15 000 000 Volt eignen würde. Der den übertragenen Strom aufnehmende Motor M kann in seinem Aufbau gegebenenfalls dem Stromerzeuger G unter Umkehrung del* Anordnung entsprechen.

Im Stromerzeuger sind Isolatoren 22 verwendet, die ebenso wie die Isolatoren 3 für den positiven Leiter ι gestaltet sind. Sie bestehen aus dickeren Quarz- und Glasscheiben o. dgl., die mit dünnen Kupferscheiben von etwa 0,25 mm Stärke abwechseln. Letztere sind eingebettet (eingeschmolzen) und am .Umfange durch eine Ouarzschicht isoliert. Solche Isolatoren haben bei Versuchen einen Widerstand von 1 000 000 Volt/cm gezeigt, der sich voraussichtlich noch auf 3 000 000 Volt/cm steigern lassen wird.

An der Stromerzeugerstelle G und an der Verbraucherstelle M sowie in passenden Abständen über die Fernübertragung verteilt sind Vakuumpumpen 6 mit hoher Leistung angeordnet, die in dem ganzen eingekapselten Räume, der aus den ,Maschinengehäusen 7 und 27 und dem röhrenförmigen negativen Leiter 1 besteht, den gewünschten Unterdruck aufrechterhalten.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Fernübertragung von Gleichstrom sehr hoher Spannung, bei welcher die zur Stromerzeugung und zur Stromaufnahme dienenden elektrischen Maschinen und Apparate vollständig eingekapselt sind und zwecks Verhinderung von Verlusten durch das Ionisieren der Luft im Vakuum arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß der negative Leiter der die Stromerzeuger- und Verbraucherstelle verbindenden Leitung röhrenförmig ausgebildet und geerdet ist, in seiner Mittelachse den positiven Leiter enthält und die evakuierten "Maschinen- und Apparategehäuse der Erzeuger- und Verbraucherstelle miteinander verbindet, also ebenfalls evakuiert ist.

2. Fernübertragung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der röhrenförmige negative Leiter Erweiterungen besitzt, in denen Isolatoren zur Stützung des positiven Leiters untergebracht sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen