Schaltungsbuch für Gleich- und Wechselstromanlagen: Generatoren, Motoren und Transformatoren, Lichtanlagen, Kraftwerke und Umformerstationen

251 Pages·1954·11.404 MB·German

by  E. Kosack (auth.)

E. Kosa<k
Schaltungsbuch für
Gleich- und Wechselstromarllagen
Generatoren, Motoren und Transformatoren,
Lichtanlagen, Kraftwerke und Umformerstationen
Siebente Auflage
vollständig neubearbeitet von
Dipl.-Ing. Conrad v. Kissling
Slemens-Smu<Kertwerke AG., Erlangen
Mit 350 Abbildungen
Springer-Verlag
Berlin / Göttingen / Heidelberg
1954
ISBN 978-3-642-49081-1 ISBN 978-3-642-94630-1 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-94630-1
Alle Rechte,
insbesondere das der Übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten.
Ohne ausdrückliche Genehmigung des Verlages ist es auch nicht gestattet,
dieses Buch oder Teile daraus auf photomechanischem Wege
(Photokopie, Mikrokopie) zu vervielfältigen.
Copyright 1954 by Springer-Verlag OHG
Softcover reprint of the hardcover 1s t edition 1954
Berlin/ Göttingen/Hei delberg .
Vo rwort zur siebenten Aufläge.
Die siebente Auflage ist nach dem Tode des verdienten Verfassers
des "Schaltungsbuches" einer Umarbeitung und Erneuerung unterzogen
worden. Der Abschnitt über "Lampen-Schaltungen" wurde in "In
stallationen" erweitert und ein Abschnitt "Schutzmaßnahmen in Stark
stromanlagen" hinzugefügt.
Der Abschnitt "Stromrichteranlagen" wurde neu bearbeitet und
modernisiert. Neu hinzugekommen sind die Abschnitte "Steuern und
Regeln", die die Grundschaltungen der modernen Regeltechnik be
handeln und "Schutz elektrischer Anlagen" mit den grundsätzlichen
Schaltungen moderner Schutztechnik.
Um den Umfang des Buches nicht zu groß werden zu lassen, wurden
dafür veraltete oder weniger wichtige Teile erheblich verkürzt. Im
übrigen habe ich mich bemüht, an dem bewährten grundlegenden Aufbau
des Buches möglichst wenig zu ändern und die mit so gutem Erfolg von
E. KOSACK angestrebte Übersichtlichkeit und Einfachheit der Schalt
hilder beizubehalten.
Ich hoffe deshalb, daß auch die Neubearbeitung des Buches, das
nun in der siebenten Auflage erscheint, eine gleich günstige Aufnahme
finden wird ·wie die bisherigen Auflagen.
Erlangen, im Juli 1954.
C. v. Kissling.
Inhaltsverzeichnis.
Einleitung.
Seite
1. Der Schaltplan . . . . . . . . . . . 1
2. Anwendungsgebiete des Gleichstromes . 2
3. Die Bedeutung des Wechselstromes .. 3
I. Schalter und Schutzeinrichtungen.
4. Die Schaltanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
5. Die Schalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
6. Überstromschutz durch Schmelzsicherungen . . . . . 6
7. Die Selbstschalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 6
a) Überstromschalter S.6. - b) Unterstromschalter S. 7. - c) Rich.
tungsschalter S. 7. - d) Unterspannungsschalter S. 8.
8. Schalter für Hochspannung. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 8
9. Fernsteuerung von Schaltern. ... . . . . . . . . . . . . . . .. 9
10. Selb.stauslösung der Hochspannungsschalter . . . . . . . . . . . . 11
a) Überstromauslösung S. 12. - b) Richtungsauslösung S. 13. - c) Uno
terspannungsauslösung S.14.
11. Installationen.
11. Schaltung von Lampenstromkreisen . . . . . 15
12. Automatische Treppenhausbeleuchtung . . . . 17
13. Fernschaltung ............. . 17
14. Regelschalter (Heizgeräteschalter) . . . . . . . 17
15. Schaltung von Niederspannungsleuchtstofflampen 18
16. Schaltung von Hochspannungsleuchtröhren 19
17. Ausführung von Installationsnetzen ..... . 20
18. Schaltung von Steigeleitungen . . . . . . . . . 21
19. Installationspläne . . . . . . . . . . . . . . . 21
UI. Schutzmaßnahmen in Starkstromanlagen.
20. Schutz durch Isolierung 22
21. Kleinspannup.g . . . 22
22. Schutzerdung 22
23. Nullung . . . . . . . 23
24. Schutzleitungssystem . . . . . . 23
25. Fehlerspannungs.Schutzschaltung 24
26. Fehlerstrom·Schutzschaltung . . 24
IV. Schaltung der Meßgeräte.
27. Strom· und Spannungsmesser. . . . . . . . . .. ....... 24
28. Umschalter für Spannungs. und Strommesser . .. ....... 25
29. Leistungsmesser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
a) für Gleichstrom und Einphasenwechselstrom S.26. - b) für Dreh·
strom S.27.
v
Inhaltsverzeichnis.
Seite
30 . .Arbeitsmesser (Zähler) 29
31. Phasenmesser 31
32. Frequenzmesser 31
V. Die Erzeugung von Gleichstrom.
A. Gleichstrommaschinen und Akkumulatoren.
33. Die fremderregte Maschine . 31
34. Die Nebenschlußmaschine 32
35. Die Hauptschlußmaschlne . 33
36. Die Doppelschlußmaschine . . . 34
37. Maschinen mit Wendepolen und kompensierte Maschinen 34
38. Schaltung und Drehsinn der Gleichstrommaschinen 36
39. Die Akkumulatorenbatterie ................... 37
a) Der Einfachzellenschalter S. 37. - b) Der Doppelzellenschalter S. 37.
B. Zweileiterzentralen.
40. Betrieb mit einer Nebenschluß- oder Doppelschlußmaschine 38
41. Allgemeines über den Parallelbetrieb von Gleichstrommaschinen 39
42. Nebenschlußmaschinen im Parallelbetrieb . . . . . . . . . . 40
43. Doppelschlußmaschinen im Parallelbetrieb 41
44. Nebenschlußmaschine und Akkumulatorenbatterie mit Einfachzellen-
schalter . . . . . .. .................... 42
45. Nebenschlußmaschine und Akkumulatorenbatterie mit Doppelzellen-
schalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
46. Nebenschlußmaschine, Akkumulatorenbatterie mit Doppelzellenschalter
und Zusatzmaschlne. . . . . . . . . . . . . 46
47. Wind-Elektrizitätswerk ........... ....... 47
48. Anlage mit Pufferbatterie und PIRANI-Maschine . . . . . . . .. 49
C. Dreilei terz en tralen.
49. Dreileiteranlage mit Hintereinanderschaltung der Betriebsmaschinen . 52
50. Dreileiteranlage mit Akkumulatorenbatterie zur Spannungsteilung . 53
51. Dreileiteranlage mit Ausgleichmaschinen . 53
52. Dreileitermaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
VI. Gleichstrommotoren.
53. Der Nebenschlußmotor 55
54. Der Hauptschlußmotor 56
55. Der Doppelschlußmotor 56
56. Wendepolmotoren ... 57
57. Anlasser mit selbsttätiger Auslösung 58
58. Regelung der Drehzahl. . . . . . . 58
59. Anlasser in KAHLENBERG-Schaltung . 60
60. Änderung der Drehrichtung 61
61. Wendeanlasser ......... . 62
62. Schaltwalzenanlasser . . . . . . . . 63
63. Steuerwalzen für Motoren doppelter Drehrichtung 65
64. Steuerwalze mit Nachlaufbremsung für beide Drehrichtungen 67
65. Steuerwalze für Hubmotoren in Senkbremsschaltung 68
66. Schützensteuerungen 69
67. Schützenselbstanlasser . 71
68. Motorenanschlußanlage 71
VII. Erzeugung von Wechselstrom.
A. Wechselstrommaschinen.
69. Der Einphasengenerator ... . 73
70. Der Drehstromgenerator ... . 73
71. Selbsttätige Spannungsregelung . 75
VI Inhaltsverzeichnis.
Seite
B. Wechselstromzen tralen.
72. Zentrale mit einer Einphasenmaschine für Niederspannung 78
73. Zcntrale mit einer Drehstrommaschine für Niederspannung 79
74. Zentrale mit einer Drehstrommaschine für Hochspannung. 80
75. Allgemeines über den Parallelbetrieb von WechselstrommaRchinen 81
a) Einphasenanlagen S.81. - b) Drehstromanlagen S.83.
76. Grundlegende Schaltungen von Wechselstromzentralen 87
77. Schaltungen für die Erregu~.g . . . . . . . . . 90
78. Allgemeine Anordnung des Uberspannungsschutzes 91
79. Eigenbedarfsanlagen in Wechselstromzentralen . . 91
80. Niederspannungs.Drehstromzentrale . . . . . . . . 92
81. Hochspannungs.Drehstromzentrale mit unmittelbarer Auslösung der
Leistungschalter .................. 93
82. Hochspannungs.Drehstromzentrale mit Relaisauslösung . . . . . 95
83. Hochspannungs.Drehstromzentrale mit Transformatoren. . . . . 96
84. Hochspannungs-Drehstromzentrale mit Transformatoren und Transfor-
matoren-Umschaltschiene .................... 98
85. Hochspannungs-Drehstromzentrale mit Transformatoren und Sammel-
schienen für die Unter- und überspannung 101
86. Drehstromzentrale für Höchstspannung . . . . . . . . . . . . . . 102
VIII. Umspannanlagen.
A. Transforma toren.
87. Der Einphasentransformator .. . 104
88. Der Drehstromtransformator .. . 104
89. Transformatoren in Sparschaltung . 105
90. Regeltransformatoren . . . . . . 106
91. Transformatoren in SKoTTscher Schaltung. 106
92. Differentialschutz für Transformatoren. 107
93. Transformator mit BUCHHOLZ-Schutz . 107
B. Transformatoren- und Schaltstationen.
94. Grundlegende Schaltungen von Transformatorenanlagen 108
95. Transformatorenstation einfachster Art _ . . . . 110
96. Station mit Einzeltransformator . . . . . . . . 112
97. Station mit parallel geschalteten Transformatoren 112
98. Fahrbare Netztransformatorenstation . . . . . . 113
99. Umspannwerk ............... . 115
100. Umspannwerk mit Reservegene!:ator und Umformer 117
101. Schaltstation eines Drehstrom-Uberlandwerkes . . 118
C. Drehtransformatoren.
102. Der Drehtransformator als Spannungsregler . . . 119
103. Spannungsregelung einer Drehstrom-Hochspannungsleitung 120
IX. Wechselstrommotoren.
A. Synchronmotoren.
104. Schaltung und Eigenschaften von Motoren. . . . 122
105. Anlassen mittels Anwurfmotors . . . . . . . . . 123
106. Drehstromseitiges Anlassen des Synchronmotors . 124
107. Drehstrom-Synchronmotoren mit Anlaufwicklung . ..... 125
108. Drei-Schaltermethode für den Selbstanlauf großer Synchronmotoren 126
B. Induktionsmotoren.
109. Allgemeines. . . . . . . . . . . . . . . . 127
110. Der Drehstrollmotor mit Kurzschlußläufer . . 127
111. Der Kurzschlußläufermotor mit Steuerschalter 128
Inhaltsverzeichni8. VII
Seite
112. Der Kurzschlußläufermotor mit Anlasser. . . . . . . 129
113. Der Kurzschlußläufermotor mit Anlaßtransformator 130
114. Der Kurzschlußläufermotor mit Stern-Dreieckschaltung 130
115. Der polumschaltbare Motor. . . . . . . . . . . . . 132
116. Der Drehstrommotor mit Schleifringläufer . . . . . . 133
117. Der Drehstrommotor mit Anlasser in KAHLENBERG-Schaltung 134
118. Der Drehstrommotor mit zweiphasigem Läufer 134
119. Der Einphasenmotor 135
120. Regelung der Drehzahl. 135
121. Wendeanlasser . . . 136
122. Schaltwalzenanlasser . . 136
123. Steuerwalzen . . . . . 139
124. Druckknopfsteuerung für einen Drehstrommotor 139
125. Lastenaufzug mit Antrieb durch Drehstrommotor mit Kurzschlußläufer 140
126. Personenaufzug mit Drehstrommotor mit Schleifringläufer 144
127. Schützenselbstanlasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
128. Drehstrommotoren im Anschluß an ein Niederspannungsnetz 146
129. Drehstrommotoren im Anschluß an ein Hochspannungsnetz 147
C. Kollektormotoren.
130. Allgemeines. . . . . . . . . . . . . . . 148
131. Der Einphasen-Hauptschlußkollektormotor . 149
132. Der Einphasen-Kurzschlußkollektormotor 149
133. Der Hauptschluß-Kurzschlußkollektormotor 150
134. Der Drehstrom-Hauptschlußkoliektormotor 150
a) Motor mit einfachem Bürstensatz S. 150. - b) Motor mit doppeltem
Bürstensatz S. 152.
135. Der Drehstrom-Nebenschlußkollektormotor. . . . . . . . . . . . . 152
a) Motor mit Läuferspeisung S.152. - b) Motor mit Ständerspeisung
S.153.
136. Drehstrom-Kollektormotor im Anschluß an ein Hochspannungsnetz 154
D. Induktionsmotoren mit Phasenausgleich.
137. Allgemeines. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
138. Die Drehstrom-Erregermaschine mit Eigenerregung . 155
139. Die Drehstrom-Erregermaschine mit Selbsterregung 157
140. Der Frequenzwandler . . . . . . . . . . . . . . 158
141. Die Drehstrom-Erregermaschine mit Netzerregung . 159
142. Der Drehstrom-Induktionsmotor mit Eigcnkompensierung 160
a) Motor mit Ständerspeisung S.160. - b) Motor mit Läuferspeisung
S.160.
143. Der Drehstrom-Induktionsmotor mit Gleichstromerrcgung 161
144. Phasenkompensierung durch Kondensatoren . . 162
X. Umformeranlagen.
145. Allgemeines. . . ...... 163
A. Synchrone Motorgeneratoren.
146. Gleichstromseitiges Anlassen des Motorgenerators 163
147. Motorgenerator mit Anwurfmotor ......... . 165
148. Drehstromseitiges Anlassen des Motorgenerators . . . 166
B. Asynchrone Motorgenera toren.
149. Motorgenerator für Niederspannung ..... . 166
150. Motorgenerator für Hochspannung ..... . 167
151. Umformeranlage zum Betrieb einer Grubenbahn 168
152. Umformeranlage zum Betrieb einer Straßenbahn 169
VIII Inhaltsverzeichnis.
Seite
C. Einankerumformer.
153. Bauart und Schaltung de~ Umformers. . . 172
154. Gleichstromseitiges Anlassen des Umformers 173
155. Umformer mit Anwurfmotor . . . . . . . 173
156. Drehstromseitiges Anlassen des Umformers. 174
157. Spannungsregelung des Einankerumformers 175
a) Regelung durch Drosselspulen S. 175. - b) Regelung mittels Dreh
transformator S. 176.
158. Umformeranlage mit Drehtransformator .......... 177
D. Kaskadenumformer.
159. Bauart und Schaltung der Umformer · ........ 179
XI. Stromrichteranlagen.
160. Allgemeines ................ . · ........ 181
A. Trockengleichrich ter.
161. Grundschaltungen von Trockengleichrichtern . . . . . . . . 181
162. Regelung von Trockengleichrichtern . . . . . . . . . . . . 182
163. Trockengleichrichter zum Laden einer Akkumulatorenbatterie 183
164. Trockengleichrichter für große Stromstärken . . . . . . 183
165. Generatorische Bremsschaltung mit Trockengleichrichter 184
B. Quecksilberdampfgleichrichter.
166. Allgemeines. . . . . . . . . . 184
167. Einphasengleichrichter 185
168. Gleichrichter für Drehstrom . . 185
169. Großgleichrichter für Drehstrom ]86
170. Messung des Vakuums (PIRANI-Schaltung) . 186
171. Gleichrichter für Drehstrom in Parallelschaltung und mit selbsttätiger
Zündung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ]87
172. Gleichrichter in Verbindung mit der Eigenbedarfsanlage eines Drehstrom-
werkes ............................ 189
173. Spannungsregelung der Quecksilberdampfgleichrichter. . . . . . . . 190
a) Drehtransformatoren S. 190. - b) Transformatoren mit Anzapfun-
gen und aufgebautem Lastschalter S. 191. - c) Gittersteuerung S. 191.
174. Magnetische Spannungsstoßsteuerung . . . . . . . . . . . . 192
175. Toulonsteuerung ..................... 193
176. Stromrichter zum Betrieb eines regelbaren Gleichstrommotors. 195
177. Umkehrbetrieb von stromrichtergespeisten Gleichstrommotoren. 197
C. Kontaktumformer.
178. Bauart und Schaltung der Kontaktumformer . · ........ 198
XII. Anlaß- und Regelsätze.
A. Maschinensätze mit Gleichstrom-Regelmotor.
179. Die LEoNARD-Schaltung im Anschluß an ein Gleichstromnetz 200
180. Die LEONARD-Schaltung im Anschluß an ein Drehstromnetz 201
181. Die ILGNER-Schaltung .......... " 202
182. Die Zu- und Gegenschaltung für Gleichstrom ... 204
183. Die Zu- und Gegenschaltung für Drehstrom 205
B. Regelsätze für Drehstrom.
184. Die Kaskadenschaltung im allgemeinen . . . . . . 205
185. Kaskade zweier Drehstrom-Induktionsmotoren . . . 206
186. Der Drehstrom-Induktionsmotor mit Kollektorhintermotor . 208
a) Mechanisch gekuppelter Regelsatz S. 208. - b) Elektrisch gekuppel-
ter Regelsatz S. 209.
Inhaltsverzeichnis. IX
Seite
187. Der Drehstrom-Induktionsmotor mit Gleichstromhintermotor 211
a) Mechanisch gekuppelter Regelsatz S. 211. - b) Elektrisch gekuppel-
ter Regelsatz S. 213.
188. Der Drehstrom-Induktionsmotor mit Frequenzwandler ....... 213
189. Regelung eines Drehstrom-Induktionsmotors auf unter- und übersyn-
chronen Lauf ........................ 214
a) Regelsatz mit Drehstrom-Erregermaschine, mechanisch und elek
trisch gekuppelt S.214. - b) Rcgelsatz mit Drehstrom-Kollektor
motor, elektrisch gekuppelt S. 216.
190. Der Doppelkurzschlußkoliektormotor . . . .. ......... 217
XIII. Steuern und Regeln.
191. Allgemeines. . . • 218
A. Verstärkereinrichtungen.
a) Elektronische Verstärker S. 218. - b) Magnetische Verstärker S. 218.
- c) Maschinenverstärker S.220.
B. Anwendung der Verstärkerschaltungen.
192. Allgemeines. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -. 221
193. Steuerung eines LEoNARD-Antricbes mit einer Verstärkermaschine 222
194. Verstärkermaschine in Diffcrenzschaltung für einen LEoNARD-Antrieb 222
195. Spannungsregelung eines Gleichstromgenerators mit Rückführung 222
196. Drehzahlsteuerung mit automatischer Strombegrenzung 223
XIV. Schutz elektrischer Anlagenteile.
197. Allgemeines. 224
A. Schutz von Verteilungsnetzen.
198. Überstromschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
a) Unabh~.ngiger Überstromzeitschutz (UMZ-Sp-hutz) S. 225. - b) Ab-
hängiger Uberstromzeitschutz (AMZ.Schutz) S.226.
199. Stromvergleichschutz (Differentialschutz) 226
200. Widerstandsabhängiger Schutz 228
201. Überspannungsschutz . . . . . . . . . 229
"202. Erdschlußschutz . . . . . . . . . 230
B. Genera torsch u tz.
203. Läufererdschlußschutz 233
204. Ständererdschlußschutz. 233
205. Unsymmetrieschutz .. 234
206. Differentialschutz . . . 235
207. Selbsttätige Feldschwächung 235
208. Ständerwindungsschlußschutz . 237
Anhang.
A. Die wichtigsten Klemmenbezeichnungen 238
1. Gleichstrom . . . . . . . . . . . 238
11. Wechselstrom . . . . . . . . . . 238
B. Die in den Schaltplänen hauptsächlich verwendeten Abkürzungen 238
1. Maschinen .... . 238
Ir. Mcß- und Prüfgeräte 239
Ir!. Apparate . . . . 239
C. Abkürzungen im Text . . 239
D. Schrifttumshinweise 239
Namen- und Sachverzeichnis 240
Einleitung.
1. Der Schaltplan.
Der Stromlauf innerhalb einer elektrischen Maschine oder eines
Generators, wie auch der Zusammenhang und die Verbindung der in
einer elektrischen Anlage aufgestellten Maschinen und Apparate unter
einander sowie mit dem Leitungsnetz kann in schematischer Weise durch
ein Schaltbild oder einen Schaltplan übersichtlich dargestellt werden.
Der Schaltplan stellt gewissermaßen eine Art stenographischer Wieder
gabe des elektrischen Teiles der Anlage dar. Alle Teile der Anlage,
Maschinen, Geräte und Leitungen, werden hierbei durch zeichnerische
Abkürzungen, Schaltzeichen, wiedergegeben. Grundsätzlich sind bei
Schaltplänen immer sämtliche Schaltapparate in ausgeschaltetem Zu
stande darzustellen. Man unterscheidet bei der Einzeldarstellung durch
Schaltzeichen:
a) Das Schaltkurzzeichen (Darstellung ohne Innenschaltung),
b) Das Schaltzeichen (Darstellung mit vereinfachter Innenschaltung) .
Die gebräuchlichen Schaltzeichen und Schaltkurzzeichen sind ge-
normt und in den Normenblättern DIN 40710'" 40712 sowie DINjVDE
713'" 716 zusammengestellt, deren Anschaffung sehr empfohlen werden
kann. Alleinverkauf durch Beuth-Vertrieb GmbH., Berlin SW 68.
Je nach dem Verwendungszweck kann der Schaltplan auf verschie
dene Weise ausgeführt werden. Ist eine übersichtliche, vereinfachte
Darstellung erforderlich, die nur das Wesentliche heraushebt, so ver
wendet man
a) den Übersichts8chaltplan, eine einfache Darstellung der Schaltung
ohne Hilfsleitungen, der in großen Zügen die Übersicht über die An
ordnung geben soll und den Stromlauf sowie die Schaltmöglichkeiten
klar erkennen läßt.
Der Übersichtsplan gibt meist nur diejenigen Elemente der Schaltung
wieder, welche an der Umformung, Regelung und Verteilung der Energie
direkt beteiligt sind, z. B. Transformatoren, Generatoren, Motoren,
Leistungsschalter , Widerstände und Hauptleitungen ohne Berücksich
tigung nebensächlicher Apparate und der Steuerleitungen. Der Ein
fachheit halber wird häufig eine einpolige Darstellung angewendet, vor
allem bei Drehstromanlagen, während bei Gleichstromanlagen die ein
polige Darstellung weniger üblich ist, da bei Gleichstromanlagen beide
Pole verschiedene Schaltelemente enthalten können.
b) Der W irk8chaltplan stellt die Schaltung mit allen Hilfsleitungen,
Klemmen usw. dar.
Kosack/v. Kissling, Schaltungsbuch. 7. Aufl. 1