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Umwandlung vorhandener Drehstromkabelnetze in solche höherer Leistung
Infolge Vergrößerung der Abnehmerzahl oder Erhöhung der abgenommenen Leistung aus
Drehstromkabelnetzen ohne Nulleiter besteht häufig das Bedürfnis, die Leistung des
Netzes zu erhöhen. Hierzu stehen insbesondere folgende Wege zur Verfügung: einerseits
die Verlegung eines neuen Netzes mit ientsprechend stärkeren Kabeln, andererseits
die Erhöhung der Netzspannung. Der zweite Weg hat gegenüber dem ersten den wesentlichen
Vorteil, daß umfangreiche Kabelverlegungsarbeiten gespart werden. Seine Anwendung
ist aber dadurch beschränkt, daß bei Erhöhung der Spannung über etwa 25o Volt die
Verlegung eines Nulleiters erforderlich' wird. Der Bleimantel der vorhandenen Kabel
kann als Nulleiter in der Regel nicht mit genügender Zuverlässigkeit benutzt werden,
weil der Bleimantel häufig unterbrochen ist.
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Ein Nachziehen des Nulleiters würde aber die überlegeriheit der Spannungserhöhung
gegenüber der Neuverlegung eines Kabels praktisch. ausschließen, weil für die Verlegung
des Nulleiters genau die gleichen Erdarbeiten auszuführen wären, wie es bei der
Verlegung neuer stärkerer Kabel der Fall ist.
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Die Erfindung behebt diese Schwierigkeit und ermöglicht die Anwendung
der Spannungserhöhung zur Leistungssteigerung des vorhandenen Kabelnetzes dadurch,
;daß zwei Leiter des bisher vorhandenen. umzuwandelnden vollständigen Drehstromnetzes
,als Phasenleiter und der dritte Leiter als Nulleiter des neuen umgewandelten Drehstromnetzes
verwendet werden und daß bei den Drehstromverbrauchern das umgewandelte neue, zunächst
noch unvollständige Drehstromnetz durch transformatorische Mittel vervollständigt
wird.
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Für die übertragung von Drehstrom aus elektrischen Hochspannungsfreileitungen
ist bereits vorgeschlagen worden, an den Verbraucher nur zwei Außenleiter und den
Nullleiter der Freileitung heranzuführen und am
Ende der Leitungen
Transformatoren zur Herabsetzung der Spannung in solcher Schaltung vorzusehen, däß
auf der Sekundärseite ein Drehstromsystem mit Nulleiter entsteht Zwischen dieser
bekannten Anordnung unc dem Erfindungsgegenstand besteht eine "gewisse Ähnlichkeit
hinsichtlich der Vervollständigung des den Verbraucher versorgenden Speisesystems.
Jedoch steht dem bekannten Vorschlag der Gedanke der Leistungssteigerung eines vorhandenen
Drehstromkabelnetzes fern. Für ihn ist es einzig und allein maßgebend, beim Anschluß
entfernt liegender Verbraucher eine Phasenleitung des Hoch-Spannungsnetzes bei der
Anschlußverbindung zu sparen.
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Im Interesse der Durchführung der erfindungsgemäßen Umwandlung eines
vorhandenen Drehstromkabelnetzes auf wirtschaftlicher Grundlage ist es gemäß weiterer
Ausbildung der Erfindung von wesentlicher Bedeutung, däß die transformatorischen
Mittel zur Vervollständigung des unvollständigen Drehstromnetzes eine einfache bauliche
Gestaltung aufweisen, d. h. daß Transformatoren- mit einfacher Kernausbildung und
normaler Wicklung angewendet werden.
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In der Zeichnung sind einige der zahlreichen Schaltungsmöglichkeiten
unter Verwendung von Transformatoren mit normalen Bauteilen dargestellt.
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Die Schaltung nach Abb. i verwendet eine Phasenspannung R0 des Drehstromnetzes
als verkettete Spannung rt im Speisesystem. Die zweite Phasenspannung
TO des Drehstromnetzes wird gegen die erste durch einen Einphasentransförmator
mit dem übersetzungsverhältnis i -.i versetzt und bildet die zweite Seite st des
Spannungsdreiecks des Speisesystems. Der Nullpunkt O im Drehstromnetz wird zum Eckpunkt
l des Spannungsdreiecks im Speisesystem. Die verkettete Spannung des Speisesystems
wird bei dieser Schaltung um das 1/3-fache kleiner als die verkettete Spannung des
Drehstromnetzes, so daß Ein-Phasenverbraucher. die gleiche Spannung wie vorher erhalten,
wenn sie im neuen System an die verkettete Spannung gelegt werden.
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Bei der dargestellten Schaltung i besteht die Möglichkeit, Nulleiterschutzmaßnahmen
durchzuführen, und zwar dadurch, daß der zum Phasenleiter t gewordene Nulleiter
auf der Speisesystemseite nach wie vor als Null-' leiser benutzt wird und daß zu
schützende Anlageseile, Motorgehäuse usw. an ihn angeschlossen werden.
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Bei der Schaltung nach Abb. z ist das Speisesystem vom Drehstromnetz
galvanisch vollkommen getrennt. Es werden beide ankommenden Phasenspannungen R0
und TO mit Hilfe zweier Einphasentransformatoren oder eines Dreischenkeltransformators
transformiert und sekundär in Reihe geschaltet rt . und- ts. Es wird hierdurch ein
offenes Span--:`nüngsdreieck gebildet. Die Spannungshöhe äüf der Speisesystemseite
kann beliebig geyhlt werden. Man kann also mit dieser ,Schaltung durch Anwendung
des übersetzungsverhältnisses i : j/ 3 auch auf die ankommende verkettete Netzspannung
transformieren. Diese Schaltung ist besonders für Dreiphasenverbraucher geeignet,
die eine bestimmte Spannung benötigen, entweder die Netzspannung aus Gründen der
Einheitlichkeit oder eine höhere wegen längerer Übertragungsleitungen, z: B. zu
einem Landwirtschaftsmotor; oder eine niedrigere; z. B. für Motoren in feuchten
Räumen.
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Bei der Schaltung der Abb.3 werden die beiden Außenleiter R, T und
der Nulleiter 0 des- Drehstromnetzes unverändert bis zum Speisesystem -geführt r,
t, O. Die fehlende Phasenspannung s wird durch transformatorisehe Umkehr der Spannungen
R0 und TO
und darauffolgende Hintereinanderschaltung der beiden gelieferten
Phasenspannungen gewonnen. Zur Phasenumkehr können wie bei Abb. z wiederum zwei
Einphasentransformatoren oder ein Dreischenkeltransformator benutzt werden. Die
Schaltung nach Abb. 3 ergänzt in vollkommener Weise das unvollständige Drehstromnetz
zu einem vollständigen Vierleiterspeisesystem unter Beibehaltung -der Netzspannung
und der durch den Nulleiter gegebenen Anschluß- und Schutzmöglichkeiten. Damit-ist
sie geeignet, seinen beliebig zusammengesetzten Verbraucherkreis zu versorgen, da
Einphasen- und Dreiphasenverbraücher an das vervollständigte System die gleichen
Ansprüche stellen können wie an ein normales Vierleiternetz.
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Die Schaltung nach Abb. 3 erzeugt die fehlende Phasenspannung auf
der Speise-Systemseite durch elektrische Addition der beiden anderen Phasenspannungen
des Drehstromnetzes. Es ist aber auch möglich, die magnetischen Flüsse, die von
diesen Spannungen erzeugt werden, zu überlagern und den Summenfluß zur Vervollständigung
des unvollständigen Drehstromnetzes zu benutzen. Hierzu dient entsprechend der in
Abb. q. dargestellten Schaltung ein dreischenkliger Transformator mit drei in Stern
geschalteten Phasenwicklungen, von denen zwei Wicklungen durch die vorhandenen Phasen
R,0 und TO gespeist werden und die dritte die fehlende Spannung s0 abgibt.
Die beiden vorhandenen Außenleiter und der Nulleiter werden, wie bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß Abb.3, bis zum Verbraucher durchgeführt. Durch geeignete Anordnung und Bemessung
der Eisenquerschnitte und der
Kupferwicklungen werden die durch
die magnetische Überlagerung entstehenden Verluste möglichst gering gehalten.
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Die Schaltung nach Abb.5 unterscheidet sich von der vorhergehenden
nur dadurch, daß nicht allein der aus der Überlagerung der Phasenflüsse sich ergebende
Summenfluß zur Erzeugung einer Spannung s0, sondern auch die Phasenflüsse in üblicher
Weise zur Erzeugung von Spannungen r0 und to benutzt werden. Das Speisesystem
wird auf diese Weise von der Höhe der Spannung des Drehstromnetzes unabhängig, es
kann eine vollkommene galvanische Trennung des Drehstromnetzes vom Speisesystem
durchgeführt werden. Infolge der Unabhängigkeit des Speisesystems von dem Drehstromnetz
kann die Sekundärwicklung beliebig in Stern, Dreieck oder Zickzack geschaltet werden.
Die Spannung des Speisesystems ist mithin nach Größe und Phasenlage von derjenigen
des Drehstromnetzes unabhängig. Außerdem steht bei Stern- und Zickzackanordnung
der Wicklung ein Nulleiter zur Verfügung. Die Schaltung zeichnet sich also durch
ganz allgemeine Anwendbarkeit aus.