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Einrichtung zur Entnahme von elektrischer Energie niedriger Spannung aus Hoehspannungsüber- tragungsleitungen.
An entlegenen Stellen langer Hochspannungsübertragungsleitungen besteht oft der Bedarf nach geringen Mengen elektrischer Energie von niedriger Spannung. Es ist beispielsweise oft erforderlich, Signallampen oder Warnungslichter zu betreiben, die z. B. Flugstrassen, welche die Hochspannung- übertragungsleitungen überkreuzen, vor der mit Überfliegen der Hochspannungsleitungen bei Nacht verbundenen Gefahr sichern sollen. Auch Bauernhöfe und Bewachungsanlagen, die an der Fernleitung liegen, bedürfen oft der elektrischen Energie zu Beleuchtungs-oder andern Zwecken. Für alle diese Fälle, in welchen der Energieverbrauch nur gering ist, lohnt die Aufstellung einer Transformatorenstation mit ihren hohen Kosten bei hoheren Ubertragungsspannungen nicht.
Man hat daher schon vorgeschlagen, in solchen Fällen den Verbraucherstromkreis kapazitiv mit der Hochspannungsfernleitung zu koppeln, indem längs der Fernleitung Koppelleiter ausgespannt werden, welche sich im elektrischen Feld der Fernleitung befinden und von dieser kapazitiv aufgeladen werden.
Der kleine kapazitive Ladestrom ist in vielen Fällen für die gewiinschte Energieversorgung ausreichend.
Diese Einrichtung ist jedoch infolge der für den Koppelleiter nötigen Befestigungskonstruktionen ver-
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Gegenstand der Erfindung ist eine besonders einfache, dabei betriebssichere und allgemein anwendbare Einrichtung zur Entnahme von elektrischer Energie niedriger Spannung aus Hochspannung- übertragungsleitungen. Die Erfindung besteht darin, dass an die Hochspannungsübertragungsleitung Kondensatorhängeketten angeschlossen werden, deren Glieder als Kondensatoreinheiten ausgebildet sind, wobei der Verbraucherstromkreis in an sich bekannter Weise an eine oder einzelne der Kondensatoreinheiten angeschlossen wird.
Derartige Kondensatorhängeketten sind überall an die Hochspannungsleitung einfach und leicht anzubringen. Sie bedürfen keiner besonderen Stützkonstruktionen und können unter Umständen auch direkt als Träger der Leitung verwendet werden. Die Hängeketten sind sehr betriebssicher auszuführen, wie von den normalen Isolatorhängeketten her bekannt ist, und sie gefährden daher den Betrieb der Hochspannungsleitung selbst dann nicht, wenn einmal ein Glied durchschlagen werden sollte. Da man die Kondensatorkette nach Art der Hängeisolatoren aus Gliedern zusammensetzen kann, welche für eine bestimmte normierte Grundspannung bemessen sind, so kann man die Kondensatorkette nach Bedarf durch Wahl der Gliederzahl allen vorkommenden Fernleitungsübertragungsspannungen anpassen.
Infolge dieser Umstände lohnt sich die Anbringung der Einrichtung auch dann, wenn der Energiebedarf des Verbrauchers nur sehr gering und die Spannung der Fernübertragung sehr hoch ist, beispielsweise für Warnungslichter an einer 100. 000 Volt-Fernleitung.
Die Entnahme grösserer Energiemengen ist mit der erfindungsgemässen Einrichtung durch Ausnutzung der Resonanzwirkung möglich, wodurch man dem Verbraucher auch grössere Ströme mit Zu- hilfenahme nur einer einzigen Hängekette, deren Glieder sich in den Grenzen brauchbarer Abmessungen halten, liefern kann. Der Verbraucherstromkreis wird zu diesem Zwecke erfindungsgemäss durch entsprechend Wahl seines Kondensators und durch Einschaltung einer Induktivität auf Resonanz bei der Frequenz der Übertragungsspannung gebracht. Man kann auf diese Weise erreichen, dass bei kapazitiven Ladeströmen von der Grössenordnung von Milliampere, welche die Kondensatorkette aufnimmt, in dem
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im Verbraucherstromkreis so zu treffen, dass die Resonanzbedingung nur ungefähr erreicht wird.
Ein weiterer Vorzug des Erfindungsgegenstandes besteht in der selbsttätigen Spannungsregelung, welche in dem Verbraucherkreis vorhanden ist. Insbesondere wenn der Verbraucherkreis auf Resonanz abgestimmt ist, wird die Spannung in ihm bei Belastungsänderungen in weiten Grenzen fast konstant gehalten.
In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt die Anordnung einer Kondensatorhängekette an einem Tragmast einer Hochspannungleitung.
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Kondensatorelemente. 15 ist eine Drosselspule, 16 eine Transformatorwicklung, an der mit dem Kontakt j ! f die Spannung für die Verbraucher abgegriffen wird. 18, 19 sind Lampen mit Schaltern 20, 21, welche in den Verbraucherstromkreis eingeschaltet sind. Das Kondensatorglied 11 hängt an dem geerdeten Ausleger 22. Parallel zu diesem Glied liegen die induktiven Wicklungen 15 und 16, die so abgestimmt sind, dass bei der Wechselstromfrequenz der Fernübertragungsspannung die Resonanzbedingung erfüllt ist.
Es ist bekannt, dass sich dann der in dem Stromkreis H, 15, 16 fliessende Strom aus der auf die Kapazität 11 entfallenden Spannung und dem ohmschen Widerstand des Kreises berechnet und da letzterer sehr klein ist, so ist der Strom sehr hoch. Der von den in Reihe geschalteten Kondensatoren 11-14 aufgenommene Strom ist daher nur so gross, dass die Verluste gedeckt werden.
Fig. 2 zeigt den Aufbau eines Kondensatorelementes als Hängeglied. Das Gehäuse 23 ist als Hängeisolator ausgebildet. 24 ist seine obere Kappe, 25 sein Fussflansch. Diese sind mit dem Isolator 23 verkittet. Der Deckel 26 ist mit dem Fussflansch 25 unter Zwischenlage eines Dichtungsringes 27 flüssigkeitsdicht verschraubt. An ihm ist ein Klöppel 28 befestigt. Die obere Kappe 24 trägt die Pfanne 29 für den Klöppel des vorhergehenden Isolators. In dem Isolator befindet sich der Isoliereinsatz 30, der oben und unten flüssigkeitsdicht verschlossen wird. In diesem sind die Kondensatorwickelelemente 31 enthalten. Jedes Wickelelement besteht aus einem Band aus Hartpapier oder einem ähnlichen impräg- nierten Dielektrikum, zwischen welches Metallbeläge des Kondensators eingewickelt sind.
Die Kondensatorwickel 31 sind unter Benutzung isolierender Zwischenlagen 32 aufeinandergeschichtet und die Beläge aufeinanderliegender Wickel sind durch die metallischen Verbindungsstücke 33 in Reihe geschaltet.
Der oberste Belag ist an die Kappe 24, der unterste Belag an den Deckel 26 angeschlossen. Man kann nun mit den Klemmschrauben 34,35 einen Stromkreis an die beiden Beläge des Kondensatorelementes anschliessen. Der Isolierzylinder 30 ist mit einem flüssigen oder halbflüssigen Isoliermittel gefüllt, welches erforderlich ist, um den Dielektrikum der Wickelkondensatoren den erforderlichen hohen Isolationsgrad zu verleihen. Das ganze Element kann in bekannter Weise unter Vakuum hergestellt und dann flüssigkeitsdicht zusammengebaut werden.
Fig. 3 zeigt eine aus vier Elementen gemäss Fig. 2 zusammengebaute Kondensatorhängekette, welche über einen gewöhnlichen Hängeisolator 36 an dem geerdeten Ausleger 37 befestigt ist, während die Hochspannungsleitung 38 mittels einer gewöhnlichen Isolatorkette 39 an dem Ausleger 40 hängt.
Das unterste Glied der Kondensatorkette ist mit der Fernleitung durch den Leiter 41 verbunden. Der Verbraucherstromkreis ist parallel zu dem obersten Glied der Kondensatorkette mit Hilfe der Leitungen 42, 43 geschlossen. Er ist gegen Erde durch den Isolator 36 isoliert.
Nach Fig. 4 dient die Kondensatorkette gleichzeitig als Tragkette für die Hochspannungsleitung 44.
Es ist auch möglich, nach Fig. 5 die Kondensatorkette beiderseitig zu befestigen. 45,46 sind gewöhnliche, für die volle Betriebsspannung bemessene Hängeketten, 47 der Hochspannungsleiter.
48 ist die Kondensatorhängekette, die über einen gewöhnlichen Isolator 49 an dem unteren Befestigungs-
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in Parallelschaltung verwenden, wenn der Energiebedarf des Verbrauchers so gross ist, dass der kapazitive Ladestrom, den eine Kondensatorkette aufnimmt, nicht genügt.
In den Fig. 3-5 sind die Glieder der Kondensatorhängeketten für die gleiche Spannung bemessen, wie die Glieder der normalen Hängekettenisolatoren. Wenn ein Element der Kette durchschlägt, so ist damit keine Gefahr für den Betrieb der Hochspannungsleitung verbunden, da das durchschlagen Glied herausfällt und die Verbindung zwischen Hochspannungsleitung und Erde unterbricht, so dass kein Lichtbogen bestehen bleibt. Die Isolierflüssigkeit wird dabei nach unten herausfliessen. Die mechanische Beanspruchung der Kette ist ebenfalls die günstigste, weil infolge der leichten Beweglichkeit der Kette keine Biegungsbeanspruchungen auftreten.
Die Glieder können somit kleiner in den Abmessungen gehalten werden, als dies bei starren Stützkonstruktionen der Fall wäre.
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Device for drawing low-voltage electrical energy from high-voltage transmission lines.
In remote locations of long high voltage transmission lines there is often a need for small amounts of low voltage electrical energy. For example, it is often necessary to operate signal lamps or warning lights that e.g. B. airways that cross the high-voltage transmission lines should protect against the danger associated with flying over the high-voltage lines at night. Farms and security systems on the long-distance line also often require electrical energy for lighting or other purposes. For all of these cases, in which the energy consumption is only low, the installation of a transformer station with its high costs and higher transmission voltages is not worthwhile.
It has therefore already been proposed in such cases to capacitively couple the consumer circuit with the high-voltage transmission line by stretching coupling conductors along the transmission line, which are located in the electrical field of the transmission line and are capacitively charged by it.
The small capacitive charging current is sufficient for the desired energy supply in many cases.
This device is, however, due to the fastening constructions necessary for the coupling ladder
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The subject matter of the invention is a particularly simple, operationally reliable and generally applicable device for drawing electrical energy of low voltage from high-voltage transmission lines. The invention consists in that capacitor suspension chains are connected to the high-voltage transmission line, the links of which are designed as capacitor units, the consumer circuit being connected to one or individual capacitor units in a manner known per se.
Such capacitor suspension chains are simple and easy to attach anywhere on the high-voltage line. They do not require any special support structures and, under certain circumstances, can also be used directly to support the line. The suspension chains are very reliable, as is known from normal isolator suspension chains, and they therefore do not endanger the operation of the high-voltage line even if a link should be broken through. Since the capacitor chain can be composed of links in the manner of suspension insulators, which are dimensioned for a certain standardized basic voltage, the capacitor chain can be adapted to all transmission voltages that occur by selecting the number of links as required.
As a result of these circumstances, the installation of the device is also worthwhile when the energy requirement of the consumer is very low and the voltage of the remote transmission is very high, for example for warning lights on a 100,000 volt long-distance line.
The extraction of larger amounts of energy is possible with the device according to the invention by utilizing the resonance effect, whereby larger currents can also be supplied to the consumer with the aid of just a single hanging chain, the links of which are within the limits of usable dimensions. For this purpose, according to the invention, the consumer circuit is brought to resonance at the frequency of the transmission voltage by selecting its capacitor accordingly and by switching on an inductance. In this way it can be achieved that with capacitive charging currents of the order of magnitude of milliamps, which the capacitor chain absorbs, in the
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in the consumer circuit so that the resonance condition is only approximately reached.
Another advantage of the subject matter of the invention is the automatic voltage regulation which is present in the consumer circuit. Especially when the consumer circuit is tuned to resonance, the voltage in it is kept almost constant within wide limits when the load changes.
Exemplary embodiments of the invention are shown in the figures.
Fig. 1 shows the arrangement of a capacitor suspension chain on a support mast of a high-voltage line.
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Capacitor elements. 15 is a choke coil, 16 is a transformer winding to which the contact j! f the voltage for the consumers is tapped. 18, 19 are lamps with switches 20, 21, which are switched on in the consumer circuit. The capacitor element 11 is suspended from the grounded arm 22. The inductive windings 15 and 16 are parallel to this element and are matched in such a way that the resonance condition is fulfilled at the AC frequency of the remote transmission voltage.
It is known that the current flowing in the circuit H, 15, 16 is then calculated from the voltage applied to the capacitance 11 and the ohmic resistance of the circuit, and since the latter is very small, the current is very high. The current consumed by the series-connected capacitors 11-14 is therefore only so great that the losses are covered.
Fig. 2 shows the structure of a capacitor element as a hanging link. The housing 23 is designed as a suspension insulator. 24 is its top cap, 25 is its base flange. These are cemented to the insulator 23. The cover 26 is screwed to the foot flange 25 in a liquid-tight manner with a sealing ring 27 in between. A clapper 28 is attached to it. The top cap 24 carries the socket 29 for the clapper of the previous insulator. In the insulator there is the insulating insert 30, which is sealed liquid-tight at the top and bottom. The capacitor winding elements 31 are contained in this. Each winding element consists of a tape made of hard paper or a similar impregnated dielectric, between which metal layers of the capacitor are wrapped.
The capacitor windings 31 are stacked on top of one another using insulating intermediate layers 32 and the coverings of the windings lying on top of one another are connected in series by the metallic connecting pieces 33.
The uppermost covering is connected to the cap 24, the lowermost covering to the cover 26. You can now connect a circuit to the two pads of the capacitor element with the clamping screws 34, 35. The insulating cylinder 30 is filled with a liquid or semi-liquid insulating agent, which is required to give the dielectric of the wound capacitors the required high degree of insulation. The entire element can be produced in a known manner under vacuum and then assembled in a liquid-tight manner.
3 shows a capacitor suspension chain assembled from four elements according to FIG. 2, which is attached to the grounded boom 37 via a conventional suspension insulator 36, while the high-voltage line 38 is suspended from the boom 40 by means of a conventional insulator chain 39.
The lowest link of the capacitor chain is connected to the trunk line by conductor 41. The consumer circuit is closed in parallel with the top link of the capacitor chain with the aid of lines 42, 43. It is isolated from earth by the insulator 36.
According to FIG. 4, the capacitor chain also serves as a support chain for the high-voltage line 44.
It is also possible, according to FIG. 5, to fasten the capacitor chain on both sides. 45, 46 are normal suspension chains designed for full operating voltage, 47 the high-voltage conductor.
48 is the capacitor suspension chain that is attached to the lower mounting bracket via an ordinary insulator 49
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Use in parallel connection if the energy requirement of the consumer is so great that the capacitive charging current absorbed by a capacitor chain is not sufficient.
In FIGS. 3-5, the links of the capacitor suspension chains are dimensioned for the same voltage as the links of the normal suspension chain insulators. If an element of the chain breaks down, there is no danger to the operation of the high-voltage line, since the broken-down link falls out and interrupts the connection between the high-voltage line and earth, so that no arc remains. The insulating liquid will flow out downwards. The mechanical stress on the chain is also the most favorable because, due to the easy mobility of the chain, no bending stresses occur.
The links can thus be kept smaller in size than would be the case with rigid support structures.
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