DE211486C

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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

■ - M 21148.6-KLASSE 21 c. GRUPPE■ - M 21148.6-CLASS 21 c. GROUP

in FRANKFURT a. M. , .in FRANKFURT a. M.,.

elektrisch gekuppelter Schutzhülle aus leitendem Material.electrically coupled protective cover made of conductive material.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 21. Februar 1908 ab.Patented in the German Empire on February 21, 1908.

In Wechsel- und Mehrphasenstromanlagen treten beim Abschalten von Transformatoren, Motoren oder einzelnen Leitungssträngen so- \vie auch bei Kurzschlüssen Überspannungserscheinungen auf, durch welche die Betriebssicherheit in hohem Maße gefährdet wird. Da einerseits die Überspannungsicherungen im allgemeinen noch nicht derart ausgebildet sind, um Störungen in den Anlagen mitIn AC and multiphase power systems, when transformers are switched off, Motors or individual cable strands and also in the event of short circuits, overvoltage phenomena through which the operational safety is endangered to a high degree. On the one hand, the overvoltage fuses in are generally not yet trained to deal with faults in the systems

ίο Sicherheit vorbeugen zu können, und da andererseits derartige Schutzmaßnahmen den Einbau kostspieliger Sicherheitsvorrichtungen erforderlich machen, so hat man nach anderen Mitteln gesucht, diese Erscheinungen unschädlich zu machen. Die Kabel oder die Leitungen gegen Überspannungserscheinungen dadurch widerstandsfähiger zu machen, daß man das die Kabelseele umgebende Isolationsmaterial in konzentrische Schichten geteilt hat, die durch auf bestimmte elektrische Potentiale gehalteneLeiterröhren getrennt waren, so daß die spezifische dielektrische Beanspruchung des Isolationsmaterials und damit die Durchschlagsspannung in keiner der Schichten gewisse Grenzen überschritt, ist natürlich nur ein Notbehelf, der gegenüber den außerordentlich hohen Überspannungen keinen ausreichenden Schutz zu bieten vermag". Vom technischen sowohl als wirtschaftlichen Standpunkte aus erscheint es daher vorteilhaft, nicht die Widerstandsfähigkeit gegen Überspannungen zu "erhöhen, sondern die Entstehung der durch die Kapazität des Leitungssystemes bedingten Überspannungserscheinungen zu ver- · eiteln bzw. von den empfindlichen Stellen abzulenken. Die Kapazität hat ihren Sitz hauptsächlich in der Leitung selbst, was insbesondere bei Hochspannungskraftübertragungen auf große Entfernungen, bei hohen Spannungen und vorzüglich bei Kabelleitungen der Fall ist.ίο to be able to prevent security, and there on the other hand Such protective measures make the installation of expensive safety devices necessary, so one has after others Means sought to render these phenomena harmless. The cables or the wires to make it more resistant to overvoltage phenomena by dividing the insulation material surrounding the cable core into concentric layers which were separated by conductor tubes held at certain electrical potentials, so that the specific dielectric stress on the insulation material and thus the Breakdown voltage in none of the layers exceeded certain limits is natural just a stopgap measure that is not sufficient in relation to the extraordinarily high overvoltages Able to provide protection. "From a technical as well as an economic point of view off it therefore seems advantageous not to have the ability to withstand overvoltages to "increase, but rather the emergence of those caused by the capacity of the pipeline system To thwart overvoltage phenomena or to distract them from the sensitive areas. The capacity is mainly based in the line itself, which is particular for high-voltage power transmissions over long distances, for high voltages and especially for cable lines of the Case is.

Um auf Kapazitätserscheinungen beruhende plötzliche Spannungssteigerungen zu vermeiden, ist nun in Vorschlag gebracht worden, den Widerstand des Leiters zu erhöhen. Um jedoch hierbei den Nachteil zu vermeiden, daß die Leitfähigkeit für den Betriebsstrom unwirtschaftlich beeinflußt wird, hat man den Leiter für den Betriebsstrom mit einem Leiter umgeben, der ausschließlich die Kapazitätsströme aufzunehmen hat und einen entsprechenden Widerstand besitzt, um oscillatorische Ladungs- und Entladungserscheinungen zu vermeiden. Es entstanden jedoch hierbei zwischen dem äußeren und inneren Leiter Spannungsdifferenzen, die es bei größerer Netzausdehnung erforderlich machten, die Kapazitätsleitung· mit der Betriebsleitung streckenweise zu.verbinden. Hierdurch wurde nicht nur die Verlegung des Kabels erschwert, sondern die Kapazitätsströme wurden auch aus den Betriebsleitungen nicht völlig fern gehalten.To avoid sudden increases in voltage due to capacity phenomena, a proposal has now been made to increase the resistance of the conductor. However, in order to avoid the disadvantage that the conductivity for the operating current is influenced uneconomically, one has the The conductor for the operating current is surrounded by a conductor that exclusively carries the capacitance currents has to absorb and has a corresponding resistance to oscillatory charge and discharge phenomena avoid. However, there were voltage differences between the outer and inner conductor, which made it necessary in the case of a larger network expansion, the capacity line with the operating line in parts connect to. This not only made the laying of the cable more difficult, but also the Capacity flows were not completely kept away from the operating lines.

Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch behoben, daß dem äußeren undThese disadvantages are eliminated according to the invention in that the outer and

inneren Leiter auf ihrer ganzen Strecke das gleiche oder doch tunlichst gleiches Potential verliehen wird. Die Anordnung ist auf der Zeichnung in beispielsweiser Ausführungsform dargestellt:inner conductor the same or at least the same potential along its entire route is awarded. The arrangement is shown in the drawing in an exemplary embodiment shown:

In der Fig. ι bedeuten A und B zwei Leitungen, die an eine Stromquelle Q angeschlossen sind. Jede der beiden Leitungen ist in ihrer ganzen Länge von einer von ihr isolierten, konachsialen Röhre α bzw. b aus leitendem Material umgeben. Die beiden Leiter α und b sind an eine zweite Stromquelle q angeschlossen, deren Spannung in jedem Augenblick konform und gleich groß derjenigen von Q ist, und ferner ist dafür Sorge getragen, daß das Potential des Leiters α stets das gleiche ist wie dasjenige von A. In Fig. Ι A and B mean two lines that are connected to a current source Q. Each of the two lines is surrounded over its entire length by a conaxial tube α or b made of conductive material, which is insulated from it. The two conductors α and b are connected to a second current source q , the voltage of which is always the same as and equal to that of Q , and it is also ensured that the potential of conductor α is always the same as that of A.

Wenn man vom Spannungsabfall der Leitungen A, B und a, b vorläufig absieht, so gilt, daß in dem von den beiden röhrenförmigen Leitern α und b eingeschlossenen Räumen an allen Stellen Potentialgleichheit besteht, d. h. die beiden Leiter A und B. befinden sich in einem elektrostatischen Felde von der Stärke Null. Ist dies aber der Fall, so ist die Dichte der elektrostatischen Ladungen auf der Oberfläche der Leiter A₁ B gleich Null, oder mit anderen Worten, es ist ihre Kapazität in bezug aufeinander, auf dieErde oder auf irgendeinem außerhalb der Röhren befindlichen Leiter infolge der Gegenwart von α und b gleich Null.If one disregards the voltage drop of lines A, B and a, b for the time being, then in the space enclosed by the two tubular conductors α and b there is equipotentiality at all points, i.e. the two conductors A and B. are in an electrostatic field of zero strength. But if this is the case, the density of the electrostatic charges on the surface of the conductors A ₁ B is zero, or in other words, it is their capacitance with respect to one another, to the earth or to any conductor outside the tubes, due to the presence of α and b equal to zero.

* Also ist das Leitungssystem kapazitätsfrei, und so ist denn auch die Entstehungsursache der Überspannungserscheinungen, von der Kapazität der Verbrauchsapparate abgesehen, beseitigt. Hingegen sind die Leiter a, b zum Träger der Kapazitätserscheinungen geworden, indem jetzt von ihrer Oberfläche elektrostatische Kraftlinien nach der Erde bzw. zueinander übertreten, in ähnlicher Weise, wie dies bei den Leitern A, B der Fall wäre, wenn sie nicht mit den Schutzhüllen a, b versehen wären. Die ganze Anlage besitzt also Kapazität in gleicher Weise, wie sie die ungeschützten Leiter A, B besitzen würden; der Unterschied besteht aber darin, daß die Kapazitätsströme nicht mehr von der Stromquelle Q₁ sondern von der Hilfsstromquelle q geliefert werden, also die Kraftübertragungsanlage selbst von Kapazitätserscheinungen frei ist.* So the line system is capacity-free, and so the cause of the overvoltage phenomena is eliminated, apart from the capacity of the appliances. On the other hand, conductors a, b have become the carriers of capacitance phenomena, as electrostatic lines of force now cross from their surface to earth or to each other, in a similar way as would be the case with conductors A, B if they were not with the protective cover a, b would be provided. The entire system therefore has the same capacity as the unprotected conductors A, B would have; the difference, however, is that the capacitance currents are no longer supplied by the current source Q ₁ but by the auxiliary current source q , so the power transmission system itself is free of capacitance phenomena.

In Wirklichkeit ist das Potential längs der Leitungen A, B₁ wie auch längs der Leiter a, b infolge des längs dieser statthabenden Spannungsabfalles etwas veränderlich, und bei Wechselstrom ist außerdem der zeitliche Verlauf der Potentialdifferenz zwischen A₁ B einerseits und a, b andererseits etwas veränderlich. Aus diesem Grunde wird das oben genannte Ziel niemals vollkommen erreichbar sein, aber doch immerhin angenähert, wenn man dafür Sorge trägt, daß der Spannungsabfall in den Hilfsleitern a, b demjenigen längs der Hauptleiter A₁ B gleich ist.In reality, the potential along lines A, B ₁ as well as along conductors a, b is somewhat variable due to the voltage drop that occurs along them, and with alternating current the time course of the potential difference between A ₁ B on the one hand and a, b on the other hand is also somewhat changeable. For this reason, the above-mentioned goal will never be completely achievable, but will at least be approximated if care is taken that the voltage drop in the auxiliary conductors a, b is the same as that along the main conductors A ₁ B.

Die vorbeschriebene Anordnung läßt sich sowohl für Gleichstrom, wie für intermittierenden Gleichstrom, Wellenstrom, . Wechselstrom und Mehrphasenströme anwenden. Bei Wechselstrom im allgemeinen ist darauf zu achten, daß nicht nur die effektiven Werte der von den beiden Stromquellen Q und q gelieferten Spannungen gleich sind, sondern'zwischen ihnen S)>-nchrc>nismus, Phasengleichheit und, für beide gleiche Kurvenform besteht. Dies kann nach der in Fig. 1 dargestellten Anordnung dadurch erreicht werden, daß man als Hilfsstromquelle q einen mit dem Generator Q gekuppelten Generator verwendet, der bei Belastung mit dem Leitungssystem a, b eine Spannung gleicher Kurvenform liefert wie der Hauptgenerator Q, und mit Hilfe eines Phasenmeters die Phasengleichheit der von beiden Generatoren gelieferten Spannungen einstellt.The above-described arrangement can be used both for direct current, as for intermittent direct current, wave current,. Use alternating current and multiphase currents. In the case of alternating current, care must be taken not only to ensure that not only the effective values of the voltages supplied by the two current sources Q and q are the same, but that there is S)>-chrc> nism, phase equality and, for both, the same curve shape. This can be achieved according to the arrangement shown in Fig. 1 in that a generator coupled to the generator Q is used as the auxiliary power source q , which when loaded with the line system a, b delivers a voltage of the same curve shape as the main generator Q, and with the help a phase meter adjusts the phase equality of the voltages supplied by both generators.

Da infolge von Störungen im Isolationszustände der beiden Leitungssysteme trotz Gleichheit der beiden Generatorspannungen eine Verschiedenheit der Potentiale der Leiter A₁ α und ebenso der Leiter B₁ b sich ergeben könnte, so sind die beiden Systeme miteinander einpolig zu kuppeln, indem man entweder, wie in der Fig. 1 durch die gestrichelte Verbindung c angedeutet ist, die beiden Leiter A und a, oder noch vorteilhafter, indem man die Mittelpunkte der Ankerwicklungen miteinander leitend verbindet. Wird eine derartige, z. B. die gestrichelt angedeutete Verbindung c hergestellt, so kann natürlich die eine Leitung ganz normal ausgeführt werden, und braucht nur die andere eine Schutzhülle zu besitzen.Since, as a result of faults in the insulation status of the two line systems, despite the equality of the two generator voltages, there could be a difference in the potentials of conductor A ₁ α and conductor B ₁ b , the two systems must be unipolarly coupled by either, as in 1 is indicated by the dashed connection c , the two conductors A and a, or, even more advantageously, by connecting the center points of the armature windings to one another in a conductive manner. If such, z. If, for example, the connection c indicated by dashed lines is established, one line can of course be carried out completely normally, and only the other needs to have a protective cover.

Es ist nicht unbedingt notwendig, die Schutzleitungen an eine fremde Stromquelle anzuschließen, wenn nur dafür Sorge getragen wird, daß der in die Schutzleitungen fließende Strom vor der Hauptleitung abgezweigt wird. So ist in Fig. 3 eine zweite Schaltungsweise angegeben, die darin besteht, . daß man die Hilfsleiter an einen von der Hauptleitung gespeisten Transformator anschließt. Schaltet man mit den Schutzleitungen a, b einen induktiven Widerstand in Reihe, so wird sich die Phasengleichheit der auf die Hilfsfelder aufgedrückten Wechselspannung mit der Hauptspannung erreichen lassen. Bei dieser Schaltungsweise wird es empfehlenswert sein, die Mittelpunkte der Transformatorwicklungen miteinander oder mit der Erde leitend zu verbinden. Ebenso kann auch an Stelle des Transformators irgendeine andere Art von Umformern verwendet werden.It is not absolutely necessary to connect the protective lines to an external power source if only care is taken that the current flowing into the protective lines is branched off in front of the main line. Thus, in Fig. 3, a second circuit is indicated, which consists in. that you connect the auxiliary conductors to a transformer fed by the main line. If an inductive resistor is connected in series with the protective lines a, b , then the phase equality of the alternating voltage applied to the auxiliary fields with the main voltage can be achieved. With this type of connection, it is advisable to conductively connect the centers of the transformer windings to one another or to earth. Any other type of converter can also be used instead of the transformer.

Der von den Hilfsleitern abfließende Kapa-The capacity draining from the auxiliary ladders

zitätsstrom bedingt eine konstante Belastung des Transformators bzw. Umformers. Wird er auch mittelbar von derselben Stromquelle geliefert wie der Hauptstrom, so ist doch der Hauptstromkreis von der Kapazität des Leitungssystems unbeeinflußt, also kapazitätsfrei. Dieselbe Anordnung, die hier in bezug auf Zweileitersysteme erörtert worden ist, kann ohne weiteres auch auf beliebige Mehrphasenströme ausgedehnt werden.Electricity current causes a constant load on the transformer or converter. Will if it is also supplied indirectly by the same source of current as the main current, that is what it is Main circuit unaffected by the capacity of the line system, i.e. free of capacity. The same arrangement discussed here with respect to two wire systems can be used can easily be extended to any multiphase currents.

Die Fig. 4 und 5 zeigen Ausführungsbeispiele der Anwendung der vorbeschriebenen Anordnung bei elektrischen Kabeln.4 and 5 show embodiments of the application of the above-described Arrangement for electrical cables.

Fig. 4 stellt den Querschnitt eines einfachen Kabels dar. A ist die Kabelseele, die mit der Isolierschicht d umgeben und durch diese von der mit der Kabelseele konachsialen Leitung a isoliert ist. Die Isolierschicht D dient zur Isolation der Leitung α gegen Erde. Indem das Potential der Leitung a mit Hilfe eines der beschriebenen Mittel demjenigen der Leitung A in jedem Augenblick gleich gemacht wird, gewinnt letztere die Eigenschaft, kapäzitätsfrei zu sein.4 shows the cross section of a simple cable. A is the cable core which is surrounded by the insulating layer d and is insulated by this from the line a which is conaxial with the cable core. The insulating layer D serves to isolate the line α from earth. By making the potential of line a equal to that of line A at every instant with the aid of one of the means described, the latter gains the property of being capacitance-free.

Da infolge von Isolationsfehlern bzw. infolge Versagens, einer der beiden zur Speisung der Leitung A bzw. α dienenden Stromquellen zwischen A und α eine Potentialdifferenz auftreten und diese den Wert der B.etriebsspannung annehmen kann, so ist die Isolationsschicht d für die volle Betriebsspannung zu bemessen. Die Leitung α kann vermöge des Umstandes, daß sie der Hauptsache nach nur mit dem Kapazitätsstrom der Leitung belastet ist, einen geringen Querschnitt erhalten; sie kann aus dünnem Band bzw. Draht gewickelt sein. As a potential difference occurs between A and α as a result of insulation faults or failure of one of the two current sources used to feed line A or α and this can assume the value of B. operating voltage, insulation layer d is closed for full operating voltage measured. The line α can be given a small cross-section due to the fact that it is mainly loaded only with the capacitance current of the line; it can be wound from thin tape or wire.

In Fig. 5 ist eine Anwendung der beschriebenen Anordnung auf ein Drehstromkabel dargestellt. Die miteinander verseilten Leitungen A, B und C sind je mit einer konachsialen Schutzleitung a, b bzw. c umgeben, deren Potentiale mit demjenigen der entsprechenden Leiter A, B und C gleich gemacht werden.In Fig. 5, an application of the described arrangement to a three-phase cable is shown. The cables A, B and C, which are stranded together, are each surrounded by a conaxial protective line a, b and c, the potentials of which are made equal to that of the corresponding conductors A, B and C.

Claims

Patent Claims:

1. Arrangement for keeping capacitance flows out of line systems by means of separated from the conductor by an insulating layer and electrically coupled to it Protective cover made of conductive material, characterized in that by means of With a special power source, the potential of the protective cover is the same or, if possible, equal to that in every point of the system of the conductor covered by it.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that for the purpose of feeding the '' Protective line system from a power source that is still otherwise loaded, the one between the protective lines on the one hand and the associated main lines, on the other hand, additional voltages existing by known means such as choke coils Current sensors or the like, are brought to the same size, phase and curve shape.

3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that as a power source A converter branched off from the lines to be protected is used to feed the protective line system whose tension in each phase is by known means with that of the. Main source made the same size and compliant will.

1 sheet of drawings.