Schaltungsbuch für Gleichund Wechselstromanlagen

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1 Schaltungsbuch für Gleichund Wechselstromanlagen Dynamomaschinen, Motoren und Transformatoren Lichtanlagen, Kraftwerke und Umformerstationen Ein Lehr- und Hilfsbuch von Dipl.-Ing. Emil Kosack Oberstudienrat an den Staat!. Vereinigten Maschinenbauschulen zu Magdeburg Dritte, erweiterte Auflage Mit 292 Abbildungen im Text und auf 2 Tafeln Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH 1931

2 Alle Rechte, insbesondere das der Übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten. Additional material to this book can be downloaded from ISBN ISBN (ebook) DOI / Softcover reprint of the bardeover 3rd edition 1931

3 Aus dem Vorwort zur ersten Auflage. An Büchern über "Schaltungen" ist die elektrotechnische Literatur nicht gerade reich, obwohl das Bedürfnis danach recht groß ist. Die in der Elektrotechnik vorkommenden Schaltungen sind so zahlreich, daß es nicht leicht ist, die richtige Auswahl zu treffen, ohne Gefahr zu laufen, den Leser zu ermüden oder ins Rezeptmäßige zu verfallen. Meine Absicht war, im vorliegenden Buch eine Auswahl der grundlegenden Schaltungen der Starkstromtechnik zu geben und diese auf eine Reihe ausgeführter oder selbst entworfener Anlagen anzuwenden. Bei der Herstellung der Schaltbilder und Pläne ist größte Übersichtlichkeit angestrebt worden. Ferner wurde darauf Wert gelegt, daß der Stromweg genau verfolgt werden kann. Daher sind z. B. die Maschinen im allgemeinen durch ihre Wicklung angedeutet und nicht nur durch die Klemmen. So dürfte auch dem Anfänger der Zusammenhang und das Zusammenarbeiten aller Teile verständlich gemacht sein. Den Vorschriften des Verbandes Deutscher Elektrotechniker, namentlich dessen Klemmenbezeichnungen, ist überall Rechnung getragen worden. Aus dem Vorwort zur zweiten Auflage. Die zweite Auflage des "Schaltungsbuches" hat mannigfache Erweiterungen erfahren. So sind, um nur einiges zu nennen, der kompensierte Drehstrommotor, die Drehstromregelsätze und die Gleichrichter wesentlich eingehender behandelt als in der ersten Auflage. Ganz besondere Sorgfalt ist wieder den Abbildungen zugewendet worden. Während der Drucklegung des Buches sind die vom Verband Deutscher Elektrotechniker festgesetzten Schaltzeichen, an deren Aufstellung ich mitgearbeitet habe, herausgekommen. Sie sind voll berücksichtigt worden, soweit ihre Anwendung mit dem Zweck des Buches und mit den im Vorwort zur ersten Auflage angegebenen Gesichtspunkten vereinbar schien. Die Erdung der Meßwandler ist, im Gegensatz zur ersten Auflage, jetzt in den Schaltbildern angedeutet.

4 Vorwort zur dritten Auflage. Ohne an dem allgemeinen Aufbau des Buches etwas zu ändern und unter Beibehaltung der Gesichtspunkte, die mich bei der Abfassung der früheren Auflagen geleitet haben, habe ich die vorliegende :3. Auflage des Schaltungsbuches einer eingehenden Durchsicht unterzogen. Einige Erweiterungen waren, RO sehr ich mich bemüht habe, den Umfang des Buches nicht zu vermehren, unvermeidlich; ich erwähne in dieser Beziehung nur den Drehtransformator als Spannungsregler, den Buchholzschutz, Kondensatoren zur Phasenkompensierung, einige Druckknopfsteuerungenvon Drehstrommotoren usw. Auf übersichtliche und durchsichtige Darstellung der Schaltungen habe ich nach wie vor größten Wert gelegt. Sie sind unter Berücksichtigung der Vorschriften des VDE ausgeführt. Doch wurden auch die im Vorwort zur ersten Aufhtge angegebenen Richtlinien nicht außer acht gelassen. So hoffe ich, daß die günstige Beurteilung, welche dem Buche in seiner bisherigen Gestalt in reichem Maße zuteil wurde, ihm auch bei der neuen Auflage erhalten bleibt. Es ist mir eine angenehme Pflicht, den Firmen, welche mich durch Überlassung von Material, und den Fachgenossen, die mich durch ihren Rat unterstützt haben, meinen Dank zu sager1. Herrn Ingenieur Kli ppel danke ich auch an dieser Stelle für die Sorgfalt, die er wiederum auf die Umänderung bezw. Neuanfertigung einer Anzahl Abbildungen verwandt hat. Magde burg, im Februar E. Kosack.

5 Inhaltsverzeichnis. Einleitung. 1. Der Schaltplan Anwendungsgebiete des Gleichstroms 3. Die Bedeutung des Wechselstroms. I. Schalter und Schutzeinrichtungen. 4. Die Schaltanlage Schalter für Niederspannung Überstromschutz durch Schmelzsicherungen 7. Die Selbstschalter a) Überstromschalter..... b) Unterstromschalter.... c) Richtungsschalter..... d) Spannungsrückgangsschalter 8. Schalter für Hochspannung.. 9. Fernsteuerung von Ö~~chaltern 10. Selbstauslösung von Olschaltern. a) Überstromauslösung... b) Richtungsauslösung..... c) Spannungsrückgangsauslösung 11. Differentialschutz von Leitungsnetzen 12. J!.as Kabelschutzsystem Pfannkuch 13. Uberspannungsschutz.... II. Lampenschaltungen. 14. Ein- und mehrpoliges Schalten. 15. Umschalten von Lampengruppen 16. Die Serienschaltung Die Wechselschaltung Die Treppenschaltung Automatische Treppenbeleuchtung. 20. Lampen in Reihenschaltung Schaltung der Meßinstrumente. 21. Strom- und Spannungsmesser Umschalter für Spannungs- und Strommesser. 23. Leistungsmesser a) Für Gleichstrom und Einphasenwechselstrom b) Für Drehstrom. 24. Arbeitsmesser. 25. Phasenmesser Frequenzmesser. 27. Erdschlußanzeige. a) Für Gleichstrom b) Für Einphasenstrom c) ]'ür Drehstrom... Seite 2 2 :~ 4 4 i) i) ;) ö Ii 6 7 8!) J.i }(} ]!) ')

6 VI Inhaltsverzeichnis. IV. Elektrizitätswerke mit Gleichstrombetrieb. A. Gleichstrommaschinen und Akkumulatoren. Seite 28. Die fremderregte Maschine Die Nebenschlußmaschine Die Hauptschlußmaschine. ::!0 31. Die Doppelschlußmaschine. :lü 32. Maschinen mit Wendepolen und kompensierte Maschinen :n 33. Die Akkumulatorenbatterie. 32 a) Der Einfachzellenschalter.... ;{2 b) Der Doppelzellenschalter..... :12 c) Der leitungsparende Zellenschalter ;{3 B. Zweileiterzentralen. 34. Betrieb mit einer Nebenschluß- oder Doppelschlußmaschine ::l4 35. Allgemeines über den Parallelbetrieb von Gleichstrommaschinen Nebenschlußmaschinen im Parallelbetrieb Doppelschlußmaschinen im Parallelbetrieb Nebenschlußmaschine und Akkumulatorenbatterie mit Einfachzellenschalter Nebenschlußmaschine und Akkumulatorenbatterie mit Doppelzellenschalter Mehrere Nebenschlußmaschinen und Akkumulatorenbatterie mit Doppelzellenschalter Nebenschlußmaschine, Akkumulatorenbatterie mit Doppelzellenschalter und Zusatzmaschine Nebenschlußmaschine und Akkumulatorenbatterie in Mickaschaltung Wind-Elektrizitätswerk Anlage mit Pufferbatterie und Piranimaschine Piranimaschine mit besonderer Erregermaschine Die Meyersbergschaltung C. Dreileiterzentrale n. 47. Dreileiteranlage mit Hintereinanderschaltung der Betriebsmaschinen Dreileiteranlage mit Hintereinanderschaltung der Betriebsmaschinen und einer Akkumulatorenbatterie Dreileiteranlage mit Akkumulatorenbatterie zur Spannungsteilung Dreileiteranlage mit Ausgleichsmaschinen, Akkumulatorenbatterie und Zusatzmaschine Dreileitermaschine mit einer Akkumulatorenbatterie !l V. Gleichstrommotoren. 52. Der Nebenschlußmotor. 53. Der Hauptschlußmotor Der Doppelschlußmotor Anlasser mit selbsttätiger Auslösung 56. Regulierung der Drehzahl Anlasser in Kahlenbergschaltung 58. Änderung der Drehrichtung Wendeanlasser Schaltwalzenanlasser Steuerwalzen für Motoren doppelter Drehrichtung. 62. Steuerwalze mit Nachlaufbremsung für beide Drehrichtungen 63. Steuerwalze für Hubmotoren in Senkbremsschaltung 64. Schützensteuerungen Schützenselbstanlasser. (]6. Wendepolmotoren Motorenanschlußanlage (i3 (i (j/ 1) (i 76

7 Inhaltsverzeichnis. VI. Elektrizitätswerke mit W echselstrombetrieb. A. Wechselstrommaschinen. 68. Der Einphasengenerator Der Drehstromgenerator Selbsttätige Spannungsregelung Differentialschutz von Wechselstrommaschinen. 72. Selbsttätige Feldschwächung Erdschlußschutz B. Wechselstromzentralen. 74. Zentrale mit einer Einphasenmaschine für Niederspannung 75. Zentrale mit einer Drehstrommaschine für Niederspannung 76. Zentrale mit einer Drehstrommaschine für Hochspannung Allgemeines über den Parallelbetrieb von Wechselstrommaschinen a) Einphasenanlagen.... b) Drehstromanlagen Grundlegende Schaltungen von Wechselstromzentralen 79. Schaltungen für die Erregun:g Allgemeine Anordnung des Uberspannungschutzes Eigenbedarfsanlagen in Wechselstromzentralen Niederspannungs-Drehstromzentrale.... VII Seite 83. Hochspannur:tgs-Drehstromzentrale für 6000 Volt mit unmittelbarer Auslösung der Ölschalter Hoch~pannungs-Drehstromzentrale für Volt mit Relaisauslösung der Ölschalter Hochspannungs-Drehstromzentrale mit Transformatoren für Volt Hochspannungs-Drehstromzentrale mit Transformatoren für Volt und Transformatoren-Umschaltschiene... : Hochspannungs-Drehstromzentrale mit Transformatoren und mit Sammelschienen für 6000 und Volt Hochspannungs-Drehstromzentrale mit Transformatoren und mit.sammelschienen für 6000 und Volt.... VII. Transformatoren- und Schaltstationen. A. Transformatoren. 89. Der Einphasentransformator Der Drehstromtransformator Transformatoren in Sparschaltung Reguliertransformatoren Transformatoren in Skottscher Schaltung 94. Differentialschutz für Transformatoren Transformator mit Buchholzschutz... B. Transformatorenstationen !)3! Grundlegende Schaltungen von Transformatorenanlagen... llo 97. Transformatorenanlage für 6000/220 Volt... ll2 98. Transformatorensäule für 3000/125 Volt ll3 99. Station mit parallel geschalteten Transformatoren für 15000/380/220 Volt ll Fahrbare Netztransformatorenstat.ion... ll Umspannwerk für /6000 Volt ll Umspannwerk für /3000 Volt mit Reservegenerator und Umformer Transformatoren-Kupplungsstation für ) Volt ll9 C. Schaltstationen Schaltstation eines Drehstrom-Überlandwerkes für Volt Kabelschaltstation für Volt

8 VIII Inhaltsverzeichnis. D. Drehtransformatorcn Der Drehtransformator als Spannungsregler Spannungsregelung einer Drehstrom- Hochspannungsleitung VIII. W echselstrommotoren. A. Synchrone Wechselstrommotoren Schaltung und Eigenschaften der Motoren Anlassen mittels Anwurfmotors llo. Drehstromseitiges Anlassen des Synchronmotors. lll. Drehstrom-Synchronmotoren mit Anlaufwicklung. B. Induktionsmotoren für Drehstrom (Asynchronmotoren) Allgemeines Der Drehstrommotor mit Kurzschlußläufer Der Kurzschlußläufermotor mit umschaltbaren Sicherungen 115. Der Kurzschlußläufermotor mit Steuerschalter Der Kurzschlußläufermotor mit Anlasser Der Kurzschlußläufermotor mit Anlaßtransformator.. ll8. Der Kurzschlußläufermotor mit Stern-Dreieckschaltung 119. Der Motor mit selbsttätiger Gegenschaltung Der Drehstrommotor mit Schleifringläufer Der Drehstrommotor mit Anlasser in Kahlenbergschaltung 122. Der Drehstrommotor mit zweiphasigem Läufer Regulierung der Drehzahl 124. Wendeanlasser Schaltwalzenanlasser Steuerwalzen Druckknopfsteuerung für einen Drehstrommotor 128. Schützenselbstanlasser Drehstrommotoren im Anschluß an ein Niederspannungsnetz Drehstrommotoren im Anschluß an ein Hochspannungsnetz. Seite 125. l2(i il4 1:34 1:lU 1:3u C. Drehstrom-Induktionsmotoren mit Phasen ko mp ensi er ung Allgemeines Der Vibrator von Kapp Die Drehstrom-Erregermaschine mit Eigenerregung Die Drehstrom-Erregermaschine mit Selbsterregung Die Drehstrom-Erregermaschine mit Netzerregung 149. a) Frequenzwandler b) Erregermaschine mit Ständerwicklung Der kompensierte Induktionsmotor a) Motor mit Ständerspeisung b) Motor mit Läuferspeisung Der Induktionsmotor mit Gleichstromerregung. 153 a) Motor mit Ständerspeisung b) Motor mit Läuferspeisung Phasenkompensierung durch Kondensatoren 154 D. Induktionsmotoren für Einphasenstrom (Asynchronmotoren) Schaltung und Eigenschaften der Motoren E. Kollektormotoren für Drehstrom Allgemeines Der Hauptschlußkollektormotor... a) Motor mit einfachem Bürstensatz b) Motor mit doppeltem Bürstensatz M

9 Inhaltsverzeichnis. IX Seite 142. Der Nebenschlußkollektormotor a) Motor mit Ständer- und Läuferspeisung 157 b) Motor mit Läuferspeisung c) Motor mit Ständerspeisung und Drehtransformator Drehstrom-Kollektormotor im Anschluß an ein Hochspannungsnetz. 160 F. Kollektormotoren für Einphasenstrom Allgemeines Der Hauptschlußkollektormotor Der Kurzschlußkollektormotor Der Hau ptschluß-kurzschlußkollektormotor 148. Allgemeines.... IX. Umformeranlagen. A. Synchrone Motorgeneratoren Gleichstromseitiges Anlassen des Motorgenerators Motorgenerator mit Anwurfmotor Drehstromseitiges Anlassen des Motorgenerators... B. Asynchrone Motorgeneratoren Motorgenerator für Niederspannung Motorgenerator für Hochspannung Umformeranlage zum Betrieb einer Grubenbahn 155. Umformeranlage zum Betrieb einer Straßenbahn C. Einankerumformer Bauart und Schaltung des Umformers Gleichstromseitiges Anlassen des Umformers 158. Umformer mit Anwurfmotor Drehstromseitiges Anlassen des Umformers 160. Spannungsregelung des Einankerumformers a) Regelung durch Drosselspulen..... b) Regelung mittels Drehtransformators Umformeranlage mit umschaltbarem Lichtnetz Umformeranlage mit Dreileiter-Gleichstrombetrieb 163. Umformeranlage mit Drehtransformator Einankerumformer in Verbindung mit einer Puffermaschine. D. Kaskadenumformer Bauart und Schaltung der Umformer E. Gleichrichter Quecksilberdampfgleichrichter für Einphasenstrom Gleichrichter für Drehstrom Gleichrichter für Drehstrom in Parallelschaltung und mit selbsttätiger Zündung Gleichrichter in Verbindung mit der Eigenbedarfsanlage eines Drehstromwerkes Großgleichrichter für Drehstrom Gleichrichteranlage zum Betrieb einer Straßenbahn Trockengleichrichter für Einphasenstrom X. Anlaß- und Regelsätze. A. Maschinensätze mit Gleichstrom- Regelmotor Die Leonardschaltung für Gleichstrom Die Leonardschaltung für Drehstrom Die Ilgnerschaltung Die Zu- und Gegenschaltung für Gleichstrom Die Zu- und Gegenschaltung für Drehstrom

10 X Inhaltsverzeichnis. B. Regelsätze für Drehstrom. Seite 178. Die Kaskadenschaltung im allgemeinen Kaskade zweier Drehstrom-Induktionsmotoren Der Drehstrom-Induktionsmotor mit Kollektorhintermotor 202 a) Mechanisch gekuppelter Regelsatz b) Elektrisch gekuppelter Regelsatz Der Drehstrom-Induktionsmotor mit Gleichstromhintermotor 204 a) Mechanisch gekuppelter Regelsatz b) Elektrisch gekuppelter Regelsatz Der Drehstrom-Induktionsmotor mit Frequenzwandler Regelung eines Drehstrom-Induktionsmotors auf unter- und übersynchronen Lauf a) Regelsatz mit Drehstrom-Erregermaschine, mechanisch und elektrißch gekuppelt b) Regelsatz mit Drehstrom-Kollektormotor, elektrisch gekuppelt 20! Der Doppelkurzschlußkollektormotor Anhang. A. Die wichtigsten Klemmenbezeichnungen. 212 I. Gleichstrom II. Wechselstrom B. Die in den Schaltplänen hauptsächlich verwendeten Abkürzungen. 212 I. Maschinen II. Meß- und Prüfinstrumente. 212 III. Apparate :3 C. Abkürzungen im Text. 218 D. Literaturangaben... 21:3 Normblätter des VDE. Vom VDE sind in Zusammenarbeit mit dem Normenausschuß der deutschen Industrie (NDI) folgende Normblätter über Schaltzeichen und Schaltbilder für Starkstromanlagen herausgegeben, auf die an dieser Stelle hingewiesen sei: DIN VDE 709: Allgemeine Vorbemerkungen. 710: Stromsysteme und Scha1tarten. 7ll: Verteilungs- und Leitungspläne. 712: Apparate, Maschinen und Meßgeräte. Allgemeines. 713: Verbindungs-, Unterbrechungs- und Sichcrheitsapparate. 714: Transformatoren. 715: Maschinen und Umformer. 716: Blatt I: Meßgeräte. 2: Relais. 3: Meßwandler. " 4: Systemzeichen für Meßgeräte und JklaiH. 717: Innen-Installationen. 719: Beispiel der Anwendung in einem Schaltplan. Ferner sei aufmerksam gemacht auf das Normblatt DIN VDE 705: Kennfarben für blanke Leitungen in Starkstrom-Schaltanlagen. Die angeführten Normblätter sind auch in einer kleinen Schrift "Schaltzeichen und Schaltbilder.. zusammengestellt, die als DIN-Taschenbueh 2 im Hcnth-V C'rlag. Berlin, C'fschienen ist.