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Wechselstromnetzgebilde hoher Kurzschlußsicherheit Im allgemeinen
wird von Netzgebilden verlangt, daß auftretende Kurzschlüsse sicher beherrscht werden.
Hierzu können zwei Wege beschritten werden. Entweder sorgt man dafür, daß alle Apparate
selbst kurzschlußsicher gebaut werden, oder man baut kurzs:chlußbegrenzende Elemente
ein, muß dann jedoch in Kauf nehmen, daß auch im Normalbetrieb ein bestimmter zusätzlicher
Spannungsabfall vorhanden ist.
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In Niederspannungswechselstromnetzei mit heh en Anschlußleistungen
b:ei mehrfachen Einspeisungen wird die Höhe des Kurzschluß-Stromes in der. Hauptsache
durch .die Transformatorreäktanzen und die Niederspannungskabel bestimmt. _ Bei
Niederspannungskabeln überwiegt der Ohmsche Anteil am gesamten Widerstand. Bis zu
-i 5 0 mm2 -Querschniti kän:n man den induktiven Widerstand bei Bestimmung
des Kabelscheinwiderstandes vollständig vernachlässigen. ' Da bei den Transformatoren
der induktive Widerstand überwiegt, wird die Verkleinerung des Kurzschlußstromes
in entscheidender Weise von Fall zu Fall entweder durch Erhöhung der Transformatorreaktanzen
oder durch Erhöhung der Kabelwiderstände, z. B. durch einfache Unterteilung der
Kabel, vorgenommen werden können. Der für r 5o mm-' Querschnitt zulässige Belastungsstrom
ist der gleiche wie für zwei zueinander parallel. geschaltete 5o mm2-Kabel; letztere
besitzen jedoch den 1,5 fachen Widerstand. Durch Stromverdrängung wird dieser Wert
allerdings etwas verkleinert. Die Vergrößerung der Kabelwiderstände -ist jedenfalls
»wirksamer
als die Erhöhung der Tra # itcirreaktanzen. - - -Gemäß
der Erfindung soll diese Vergröberung des Kabelwiderstandes durch den Kurz= schlußstrom
selbst bedingt sein, und zwar wfM' sie erreicht durch besondere Anordnung tax: Kabel
oder durch die Gestaltung des Kabel-. querschnittes. Diese besondere Gestaltung
der Kabel unterstützt die Ausbildung von Wirbelströmen und damit die Erhöhung des
Kabelwiderstandes. -Der Gegenstand der Erfindung sei an Hand der Zeichnung beispielsweise
erläutert.
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Abb. i zeigt das Überwiegen des Ohinschen Widerstandes Rtv über den
Blindwiderstand R2 bei Niederspannungskabeln. Im normalen Belastungsfalle wird der
Einfluß der Wirbelsfririie--gering sein; er soll ja auch erst bei Kurzschlüssen,
d. h. bei verhältnismäßig hohen Strömen, wirksam werden. Abb.3 zeigt das Feldbild
eines Leiters. Die magnetische Feldstärke ist an' der Oberfläche am größten; inder
Mitte ist sie Null. Ordnet man die Kabel mit gleicher Stromrichtung nach Abb. q.
an, so addieren sich die Feldstärken in der angegebenen Weise. Das Summenfeld der
beiden Leiter, -dagestellt durch die voll ausgezogene Linie, ist größer geworden.
Dabei ist zu beachten, daß in jedem Leiter nur noch der halbe Strom wie in. ebb.
3 fließt. Abb. 5 gibt das Feldbild für den Fäll, 'däß -in beiden Leitern entgegengesetzte_Ströme:
hießen. Hier erreicht das Summenfeld eine besonders große Spitze.
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Das ist z. B. der Fall, wenn die Kabel nach Abb.8 geschaltet sind.
Die Berührungsstelle beider Kabel besitzt die höchste Feldstärke; paßt man nun das
Profil des einadrigen Kabels der Feldstärke an, so z. B., daß an den Stellen größter
Feldstärke der Hauptteil dies Kabelquerschnittes liegt wie in Abb. 2, so wird de
größtmögliche Ausbildung von Wirbelströmen die Folge sein, weil der Strom in die
abgewendeten Ecken der Querschnittsdreiecke gel;rängt-wird, was praktisch einer
Erhöhung des Kabelwiderstandes gleichkommt. Die Doppelkreise bedeuten hierbei ebenso
wie in. Abb.6 und 7a; b Adern entgegengesetzter Stromrichtung. Das für die Wideräandserhöhung
günstigste Profil ward aus her-.#telluügstechnischen Gründen nicht immer erreicht
werden können; man kann daher bestimmte Profile auch dadurch erhalten, daß -man
in ein Kabel nach Abb. 6 und '7 nicht gezeichnete . isolierte Drähte in bestimmter
1P-einflfcht, --Diese- Isolation braucht nicht stärk zu sein, v il beide Leiter
in der gleichen Phase l'@egen; sie:: besitzen !,-,eine nennensweften - Pöteritiäl-,diitexenzen_
gegeneinander. : Bei Ausbildung dis -,Qüersehnitfes müt@ _berücksichtlgt..;veYd@n,
rlaß iiäE;i7i--2\,Iöglichkeit die Vereinigung zu vollständigeci Dreiphasenkabeln
nach Abb. ; b an-,gestrebt werden muß, was seinerseits eine Be-:influssung der verschiedenen
Phasen gegen-,`,ei@i:ander zur Folge hat. In Abb. 7 a stellt der stärke Kreis lediglich
eine Isolation dar, dle -%n Abb.2 und 7b durch gerade Striche angedeutet ist.
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Durch die Ausbildung von Wirbelströmen wird der Wirkwiderstand der
Kabel erhöht. Im Normalbetrieb wird dieser Einfluß gering sein. Dagegen «,ird beim
2o- bis 3ofachen Normalstrom betragenden Kurzschlußstrom eine wirksame Wide:standserhöhung
eintreten. Die einzelnen Phasen eines Kabels werden sich gegenseitig beeinflussen.
Da. die Ausbildung der Wirbelströme vom Querschnitt und von den Kabelströmen abhängt,
werden auch die in den anderen Phasen fließenden Ströme zur Wirbelstromerzeugung
in diesem Kabel beitragen, wenn man lediglich eine Phase des Kabels betrachtet.
Diese Ströme sind jedoch um 120 elektrische Grade verschoben, so daß die Höchstwerte
der Beeinflussung der drei Teilkabel nicht auftreten.
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Schaltet man nun zwei einspeisende Kabel eines Niederspannungsnetzes
in der in Abb.8 dargestellten Weise, so sind die auf ein Teilkabel wirkenden Ströme
in Phase mLeinander. Insgesamt betrachtet, muß der Einfluß der drei Teilströme beider
Kabel auf die Ausbildung von .Wirbelströmen größer «-erden. Man kann entweder drei
zweiadrige Kabel bei dieser Schaltung vertuenden, oder man schaltet alle sechs Phasen
zu einem Kabel zusammen.
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Achtet man nun noch darauf, daß die Ab-
stände der Adern gleicher
Phasen um ein Vielfaches kleiner sind als die Abstände dieser zwei Adern gegen-
die anderen zwei Paare, so werden sich eben nur die Adern gleicher Phase in der
Hauptsache beeinflussen. je enger diese beiden Adern zusammenliegen, um so größer
wird auch die Wirbelstrombeeinflussung sein.
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Am günstigsten würden sich Kabel = v-elhalten, deren Phasen konzentrisch
zueinander angeordnet sind. Diese Kabel wurden für bestimmte Zwecke schon gebaut,
haben jedoch den Nachteil einer teueren Anschlttßmöglicbkeit. Man könnte in ein
Kabel Drähte aus Isolierstoff so -einflechten, daß sie die Teiladern voneinander
isolieren.
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Die. Zusammenballung großer elektrisches Energien in Industrieanlagen
bringt es mit sich, daß in den erforderlichen Netzen bei Vermaschung derselben große
Kurzschlußströme auftreten. Diese Ströme können derartige Werte annehmen, daß keine
Sicherung in der Lage ist, sie sicher abzuschalten. . 'vIän ,hät-_de$halb -sölche=Netze
unterteilt. : - ..-:
Gemäß der Erfindung -wird dabei n Lm die Ausbildung
hoher Kurzschlußströme durch Erhöhung der Kabelscheinwiderstände verhindert. Das
Netz besteht danach aus mehreren überlappten Teilen, wie dies die Abb. i o und i
i zeigen. Dadurch, daß benachbarte Knotenpunkte elektrisch nur durch die senkrechten
gemeinsamen V.erbindungskahel zweier benachbarter Netzteile miteinander in Verbindung
stehen, wird im Kurzschlußfalle im 1\Tetzteil c (Abt. i i) dem vom Netzbeil a durch
die Speiseleitungen angelieferten Kurzschlußstrom erhöhter Widerstand entgegengesetzt.
Die eingetragenen Pfeile stellen die Einspeisepunkte der Netze dar: Der Belastungsausgleich
wird ebenfalls durch die gemeinsamen Maschennetzkabel der Netzteile a. und
b bzw. b und e ,vorgenom: men. Die räumliche Ausbildung eines normalen
Netzes nach Abb.9 unterscheidet sich nicht von der nach Abb. io. Der kurzschlußdämpfende
Einfluß der überlappten Anordnung eines Netzes wird größer, je länger und
schmaler das Netz in seiner räumlichen Abniessung sein kann. Dabei ist jedoch voraus-Uesetzt,
daß die z. B. rechteckigen Netzteile jeweils von der Schmalseite aus angeschlossen
werden. Die praktische Durchrechnung und Nachmessung von Netzen nach den Abb. 13
bis 15 ergab bei gleichem Querschnitten und bleichen räumlichen Abmessungen wie
bei einem Netz nach Abb. 12 etwa zoo;o kleinere Kurzschlußströme. Ein wesentlicher
Vorteil dieser Anordnung ist der, daß im Gegensatz zu Netzen nach Abb.9 mit verhältnismäßig
kurzen Kabelenden dreimal so, lange Kabelenden verwendet werden. Das bedeutet geringere
Kosten der Verlegung und weniger Aufwand an Sicherungen u. dgl., ganz zu schweigen
von der Möglichkeit, die Kabelenden nach Abb. i i im Bedarfsfalle an anderer Stelle
zu verwenden, was bei Kabelenden nach Abb.9 schon schwieriger sein dürfte.