Elektrische Kraftübertragung: Ein Lehrbuch für Elektrotechniker

317 Pages·1891·12.63 MB·German

by  Gisbert Kapp C. E. (auth.)

Elektrische Kraftfibertragnng.
Ein
Lehrbnch fiir Elektrotechniker
von
Gisbert Kapp, C. E.
Associate Member of the Institution of Civil Engineers, Member of the Institution of
Electrical Engineers.
Autorisirte deutsche Ausgabe,
nach der dritten cnglischen Autlage bearbeitet
von
Dr. L. Holborn und Dr. n:. liable.
Mil zahlreichen in den Text gedrnckten Fignren nnd 4 Tafeln.
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
1891
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ISBN 978-3-642-49443-7 ISBN 978-3-642-49722-3 ( eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-49722-3
Reprint of the original 1st edition 1891
Vorwort.
Im vorliegenden Buche iibergeben w1r dem deutschen
Publikum eine Uebersetzung von Gisbert Kapps ,Electric
Transmission of Energy", welche eine in unserer Litteratur
fiihlbare Liicke ausfiillen wird. Denn obgleich die elektrische
Kraftiibertragung zur Zeit dasjenige Gebiet der Elektroteehnik
ist, welches das lebhafteste Interesse in Anspruch nimmt, so
fehlte es uns doch bisher an einer zusammenhangenden Dar
stellung von berufener Seite, welche dies Gebiet behandelt.
Die V erdienste des V erfassers urn die Entwicklung der Elektro
technik sind so allgemein bekannt und gcwiirdigt, class w1r
ihm fiir die Mittheilung seiner Anschauungsweise iibcr die
clektrische Kraftiibertragung grossen Dank schulden. Zugleich
bringt das W erk die grundlegcnden Gesetze fiir die Wirkung
der Dynamomaschinen und eine umfassende Beschreibung der
gebrauchlichen Maschinentypen, aus welcher man die fiir ihre
Construction wichtigsten Grundsatze entnehmen kann. Von
einer Behandlung des W echselstroms wurde abgesehen, da
iiber seine V erwendung zu Zwecken der elektrischen Kraft
iibertragung noch nicht die ni:ithigen Erfahrungen vorliegen.
Die grundlegenden Fragen bleiben jedoch fiir Gleich- und
Wechsclstrom diesel ben, so dass auch bei V erwendung des
letzteren das vorliegende Buch von V ortheil sein wird.
Die Uebersetzung schliesst sich iiberall an das Original
an. Nur in den Kapiteln tiber Leitungen, Dynamomaschinen
IV Vorwort.
und clektrischc Bahnen war eine grosserc Beriicksichtigung
der deutschen Tcchnik geboten. Auf Grund der Angaben,
welche uns die betrcffcndcn Firme n in dank ens werther Weise
zur V erfiigung stellten, haben wir hier 'die nothigcn Zusatzc
gemacht.
Die Figuren sind, soweit es anging, dem englischen
Original entnommen. Einige mussten wegen des eingedruckten
englischen Textes neu gczeichnet werdcn. Figuren 78 his 80
stammen aus einer Abhandlung von Grief (Elektr. Z.).
Die Angaben in englischen Masseinheiten sind iiberall
umgerechnct worden.
Charlot ten burg, September 1891.
L. Holborn, K. Kahle.
Inhalts-Verzeiehnis.
Seite
Vorwort III
Einleitung 1
Kapitel I . . . 8
Allgemeine Principien. - Kraftlinien. - Beziehung zwischen mecba
nischer und elektrischer Energie. - Absolutes Masssystem. - ldealer
Motor und ideale Kraftiibertragung - Tecbnische Einheiten.
Kapitel II . . . . . . . . . 40
Der erste Elektromotor. - Die Forbes'scbe Dynamomascbine. -
Die ideale W ecbselstrommascbine. - Die ideale Gleicbstrommaschine
- Der Siemens'scbe I-Anker. - Selbstinduktion. - Versucbe mit
Elektromotoren. - Der Hefner-Alteneck'scbe Trommelanker. - Der
Gramme'sche Ringanker. - Der Pacinotti'sche Ringanker. Die
elektromotorische Kraft des Ankers.
Kapitel III . . 68
Umkebrung der Dynamomaschine. - Unterscbied zwischen Dynamo
rnascbinen und Motoren. ~ Theorie der Motoren. - Lcistung der
Motoren. - Verluste, welche von mecbaniscber und magnetiscber
Reibung berriihren. - Wirkungsgrad der Umsetzung. - Elektrischer
Wirkungsgrad. - Formeln fiir Dynamomaschinen und Motoren.
Kapitel IV . 81
Typen von Feldrnagneten. - Typen von Ankern. - Erregcnde Kraft.
- Magnetischer Kreis. - Magnetiscber Widerstand. - Forrneln fiir
die Feldstiirke. - Einfacbe und doppelte Magnete. - Schwierigkeit
bei kleinen Dynarnornaschinen.- Charakteristik. - Vorausberechnung
von Charakteristiken. - Kurven, liingst denen die Anzahl der Pferde
stiirken konstant ist. - Geschwindigkeitscharakteristiken. - An
wendung auf elektrische Bahnen. - Statische und dynamiscbe elektro-
motorische Kraft und Gegenkraft.
Kapitel V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
Graphiscbe Behandlung der Probleme. - Maxirnale aussere Energie.
- Maxirnaler theoretischer Wirkungsgrad. - Bestimmung der giinstig-
sten Gcschwindigkeit fiir den rnaximalen wirthschaftlicben Wirkungs
grad.- Aenderung der Geschwindigkeit bei Nebenschlussmotoren.-
Die Kompoundmaschine als Generator. - Kraftiibertragung bei kon-
stanter Geschwindigkeit. - Praktiscbe Schwierigkeiten.
Kapitel VI . . . . . . . . . . 131
Die verschiedenen Systeme der elektrischen Kraftiibertragung. -
U ebertmgung bei konstanterSpannung.-Mechanisch regulirteMotoren.
- Selbstregulirende Motoren. - Uebertragung bei konstanter Strom
starke. - Schwierigkeit der Selbstregulierung. - Kraftiibertragung auf
VI lnhalts-Ve rzeichnis.
Seite
grosse Entfernung. - Stromverlust durch Nebenschluss. - Theorie.
- Wirthschaftlicher Wirkungsgrad. - Bedingungen fiir den hiichsten
wirthschaftlichen Wirkungsgrad. - Selbstregulirung auf konstante
Geschwindigkeit. - Praktisches Beispiel.
Kapitel VII . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
Die Leitung. - Beziehung zwischen Anlagekapital und Energieverlust.
- Wirthschaftlich giinstigster Querschnitt. - Forme! fiir die maxi-
male Stromstarke. - Forme! fiir die mittlere Stromstiirke. - Tafeln
zur Bestimmung des wirthschaftlich giinstigsten Querschnitts. - Er-
warmung der Leiter. - Tafeln fiir die Temperaturzunahme.
Kapitel VIII . . . . . . . . . . . . . . 175
Leitungen fiir elektrische Kraftiibertragung.-Leitungen fiir elektrische
Kraftvertheilung. - Einfluss der Isolation bei verschiedenen Span
nungen. - Luftleitungen. - Isolatoren. - Befestigung der Leitungen
an den Isolatoren. - Verbindungen.-Material fiir Luftleitungen.
Kostenanschlag fiir eine Luftleitung. - Blitzableiter. - Unterirdische
Leitungen.-Edinson'sche Kabel.- Das Dreileitersytem. - Verschie-
dene Systeme fiir unterirdische Leitungen. - Siemens'sche Bleikabel.
Kapitel IX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
Das Anwendungsgebiet der elektrischen Kraftiibertragung. - Ver
gleichung mit anderen Systemen. -Die Untersuchungen von Beringer.
- Hydraulische Uebertragung. - Pneumatische Uebertragung. -
Drahtseiliibertragun!!:. - Vergleichende Tabellen fiir den Wirkungs-
grad und die Kosten. - Schlussfolgerungen fiir die Praxis.
Kapitel X . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
Eintheilung der Dynamomaschinen. - Die Dynamomaschinen von
Edison-Hopkinson, von Thomson-Houston, von Immisch, von Laurence,
Paris und Scott, vom Manchester-Typus, von Elwell-Parker, von
Crompton, von Andrews, von Goolden, vom Phiinix-Typus, von Kapp,
von Brown, von Siemens & Halske, von Schuckert, von der Allge~
meinen Elektricitats-Gesellschaft und von den deutschen Elektricitats-
werken.
Kapitel XI . . . . . . . . . . . . . . 271
Historische Bemerkungen. - Die Entdeckung von Fontaine. Der
Bericht von Figuier. - Das Pinkus'sche Patent. -Die ersten Elek
tromotoren. - Die von Page angelegte elektrische Bahn. - Ein
mittelst Elektricitat betriebener Pflug. - Elektrische Aufziige, Ven
tilations-und Pumpanlagen. - Die verschiedenen Systeme der neueren
elektrischen Strassenbahnen. - Vergleich zwischen Batterie- und
Leitersystem. - Die elektrischen Bahnen der Firma Siemens & Halske
und der Thomson-Houston-Company. - Die elektrischen Strassen
bahnen bei Breesbrook-Newry und Blackpool. - Die TelP..her-Linie
bei Glynde. - Der elektrische Strassenbahnwagen von Reckenzaun.
- Vergleich zwischen Betrieb mittelst Pferden und mittelst Elektricitat.
Kapitel XII . . . . . . . . . . . . . 296
Die Entwicklung der Elektrischen Kraftiibertragung in der Schweiz. -
Aufzahlung der einzelnen Anlagen. - Die elektrische Kraftiiber
tragung von Kriegstetten-Solothurn und die Ergebnisse ihrer Priifung.
- Die Anlage von Aichberg. - Der neuste Typus der Brown'schen
Dynamomaschine.
Einleitung.
Die Uebertragung und Umsetzung von Energie ist die Haupt
aufgabe der Maschinentechnik. Keine der his jetzt erfundenen Ma
schinen kann Energie erzeugen, aile sind vielmebr nur dazu bestimmt,
die in der Natur in mebr oder weniger passender Form vorhandene
Energie fiir niitzliche Zwecke zu iibertragen oder umzusetzen. Je
vollkommener unsere Maschinen sind, urn so mehr sind sie dazu
geeignet, die Krafte der Natur so zu verwandeln, dass sie niitzliche
Arbeit leisten. In diesem Sinne muss man die elektrische Kraft
ii bertragung als eine V erbesserung der schon vorhandenen rein me
cbanischen Methoden betrachten. Aber sie leistet noch mebr. Sie
verbessert nicht allein die mechanischen Methoden, sondern erweitert
auch ihr Anwendungsgebiet, da sie in vielen Fallen nliher an die
Kraftquellen reicht, als die mecbaniscben Vorricbtungen.
Die wicbtigsten natiirlichen Kraftquellen sind Feuer, Wind uud
Wasser. Was die erste betrifft, so ist die elektriscbe Kraftiiber
tragung kaum von grosser Bedeutung, wenn es sicb darum bandelt,
die Kraftquelle fiir entferntere Platze nutzbar zu macben. Denn das
Feuerungsmaterial ist in Form von Koble so Ieicht zu transportiren,
dass es in den meisten Fallen zweckmassiger ist, diese nacb dem
jenigen Ort zu bringen, wo man die Energie braucbt, als erstere
an dem Fundorte in Energie umzuwandeln und diese alsdann
nach der Verwendungsstelle zu iibertragen. Es ist vorgeschlagen
worden, dicht bei den Koblenbergwerken grosse Stationen zu er
ricbten, welche Elektricitat erzeugen, und die Dynamomaschinen
durch Dampfkraft zu treiben, welcbe durch Kohlenabfiille erzeugt
wird, da fiir diese ein Eisenbabntransport meistens nicht lohnt. Der
erzeugte Strom konnte alsdann in Drahtleitungen nach Platzen ge
fiihrt werden, wo man Kraft braucht, und es wiirde so selbst die
jenige Energie nutzbar gemacht, welche in den Abfiillen unserer
Kapp. 1
Einleitung.
Koblenlager enthalten ist. Bis jetzt ist dieser Vorschlag noch nicht
in grossem Massstabe praktisch ausgefiihrt. Allerdings wird an zwei
Orten Triebkraft unmittelbar in der Nahe von Koblenbergwerken
erzeugt, urn in dem einen Faile eine elektrische Eisenbahn in der
Kohlengrube, in dem anderen eine oberirdische Bahnlinie damit zu
versorgen.
Die heiden anderen Naturkrafte, Wind und Wasser, besonders
die letztere, bieten fiir die Verwendung der Elektricitat ein weites
Feld. Die Wasserkraft ist nur in sehr beschranktem Masse iiber
tragbar. Die grosse Kostspieligkeit von Kanalen und die Scbwierig
keit, hoch gelegene Wasserbebalter dicbt bei den Platzen zu errichten,
wo die Kraft am meisten gebraucht wird, zwingen uns, in den meisten
Fallen unsere W erkstatten an die natiirlichen Wasserfalle zu ver
legen. Mit anderen W orten, wir konnen die Wasserk raft nicht an
die Verbraucbsstelle bringen, wir lassen also die Arbeitsmaschine da
arbeiten, wo die Wasserkraft sich befindet. Wo dies unmoglicb oder
unzweckmassig ist, kann die Wasserkraft nicht direkt nutzbar ge
macht werden. In diesem Faile ist die elektrische Kraftiibertragung
insofern von sehr gross em Werth, als wir mit ihrer Hiilfe viele
Energiequellen erreichen konnen, welche sonst ohne Nutzen sein
wurden. Der Energievorrath der Wasserfalle der Erde ist enorm.
Wir wollen nur zwei Beispiele anfiihren. Nach Japing ist das Ge
wicht des Wassers, welches stiindlich den Niagarafall hinabsturzt,
einhundert Million en Tonnen, welches ungefiihr · eine Energie von
sechzebn Millionen Pferdekrliften darstellt, und die gesammte Pro
duktion an Koble auf der Erde wiirde ungefahr gerade hinreichen,
urn das Wasser wieder in die Hobe zu pumpen. Chretien, ein fran
zosischer Ingenieur, giebt in einem Bericht, den er auf der Pariser
elektrischen Ausstellung im Jahre 1881 vortrug, die gesammte Wasser
kraft in Frankreich zu siebzehn Millionen Pferdekraften an, und er
meinte, class, wenn durcb elektrische Kraftiibertragung nur ein Theil
dieses ungeheuren Energievorraths nutzbar gemacbt werden wiirde,
man eine bedeutende Ersparnis an Feuerungsmaterial in Frankreich
erzielen konnte. Die fiir die elektrische Kraftiibertragung noth
wendigen Umbauten der Flusslaufe wiirden gleichzeitig Ueberschwem
mungen verhindern oder wenigstens mildern. In der Scbweiz bat die
Ausnutzung der Wasserkraft mittelst elektrischer Kraftiibertragung
die besten Aussicbten. Denn dieses Land ist nicht allein reich an
W asserfallen, welche zur Sommerzeit keine grosse Verringerung ihrt:>r
Einleitung. 3
Wasserfillle erleiden, wie es bei Flussliiufen m nicht alpinen
Gegenden der Fall ist, es ist auch die Koble theuer, das Holz spiir
lich, und die dichte Bevi:ilkerung lebt meistens von der Industrie.
Wir haben bier Bedingungen, welche aile fiir die Annahme einer
neuen und besseren Methode der Kraftiibertragung giinstig sind. In
der Schweiz hatte vor dreissig oder vierzig Jabren die Kraftiiber
tragung mittelst mechanischen Vorrichtungen zuerst einen praktiscben
Erfolg, in diesem Lande hat sich auch die elektrische Kraftiiber
tragung zuerst entwickelt. Die gesammte Energie, welche in allen
verschiedenen Anlagen fiir Kraftiibertragung im Anfang dieses Jahres
in der Schweiz erzeugt wurde, kann auf 1500 Pferdekriifte veran
schlagt werden.
In Grossbritannien findet die. elektrische Uebertragung der
Wasserkraft kein so grosses Anwendungsgebiet, besonders wei! es
nur wenige Wasserfiille mit grossem Energievorrath giebt, welche nicht
schon nutzbar gemacht worden sind. Die heiden bedeutendsten Bei
spiele fiir elektrische Kraftiibertragung sind bier elektrische Eisen
bahnen.
In Portrush in Irland setzt man mittelst einer Turbine und einer
Dynamomascbine die Energie einer Wasserkraft urn, welche in den
Schienen zu dem Motor des W~gens gefiibrt wird. Hier wird sie wieder
in mechanische Energie verwandelt und dazu verwendet, den W agen fort
zubewegen. Eine iihnlicbe Anlage existirte in Newry, wo die lebendige
Kraft des Camloughftusses dazu dient, eine elektrische Eisenbabn
zwischen Newry und Bessbrook zu treiben. Es giebt ausserdem
noch einige andere Beispiele, wo entweder Wasser- oder Dampfkraft
in elektrische Energie verwandelt wird, aber im Allgemeinen ist der
Fortschritt in dieser Richtung Iangsam. Der Grund bierfi.ir liegt
darin, dass Anlagen dieser Art nothwendig ziemlich gross sein miissen
und nicht als blosse Experimente unternommen werden ki:innen.
W enn eine kleine elektrische Beleuchtungsanlage in einem besonderen
Faile fehlschliige, so wiirde der Verlust des Unternehmers nicht sehr
ernstlich sein. Die Dynamomaschine, der Leitungsdraht und die
Lamp en baben aile ihren bestimmten Werth, und wenn sie bei der
einen Anlage iiberftiissig sind, ki:innen sie bei einer anderen ver
wendet werden. Bei einer Kraftiibertragung von einer bisher unzu
giinglicben Quelle verbiilt es sich anders. Die Dynamomascbine und
der Motor miissen fiir jeden einzelnen Fall besonders konstruirt
werden, und die Wahrscheinlichkeit, dass sie an andrer Stelle benutzt
1*