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 Oberstudiendirektor der Staatlichen Ingenieurschule in Hagen Vierte, durchgesehene Auflage Mit 306 Abbildungen Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH 1941

2 Alle Rechte, insbesondere das der "Übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten. ISBN DOI / ISBN (ebook)

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 Eie k t rot e c h n i k er, namentlich dessen Klemmenbezeichnungen, ist überall Rechnung getragen worden. V orwort zur vierten Auflage., Die vorliegende vierte Auflage des Schaltungsbuches ist, ohne daß an dem grundlegenden Aufbau etwas geändert wurde, in allen Teilen einer sorgfältigen Durchsicht unterzogen worden, um es mit dem heutigen Stand der Elektrotechnik in Übereinstimmung zu bringen. Der Abschnitt über Wechselstrommotoren ist straffer gegliedert, den Strom. richtern, ihrer erhöhten Bedeutung entsprechend, ein besonderer Abschnitt gewidmet worden: Veraltetes und weniger wichtiges wurde ausgeschieden. So war es möglich ohne nennenswerte Vergrößerung des Buchumfanges auszukommen. Besondere Aufmerksamkeit wurde, wie bisher, den Abbildungen zugewandt. Eine größere Anzahl derselben wurde neu gezeichnet, wobei die im Vorwort zur ersten Auflage angegebenen Richtlinien nicht außer acht gelassen wurden. Dabei wurden die seit dem Erscheinen der dritten Auflage des Buches neu festgesetzten Schaltzeichen des VDE weitgehend berücksichtigt, wenn auch infolge der Kriegsverhältnisse eine gewisse Beschränkung unvermeidlich war. So hoffe ich, daß die günstige Beurteilung, die dem Buche in seiner bisherigen Gestalt in reichem Maße zuteil wurde, ihm auch in der vorliegenden Neuausgabe erhalten bleibt.

4 IV Vorwort zur vierten Auflage. Eine angenehme Pflicht ist es mir, den Firmen und Fachgenossen zu danken, die mich bei der Neuauflage des Buches unterstützt haben". Insbesondere danke ich Herrn Dipl.-Ing. Hans-J oachim Kosack für seine Anregungen sowie Herrn Ingenieur K 1 i P P e 1, der wiederum besondere Sorgfalt und Mühe auf die Umänderung und Neuanfertigu:o.g der Vorlagen für die Abbildungen verwandt hat, und dem ich auch die Unterlagen für die" in dem Buch neu aufgenommenen AusfüPrungen über elektrische Aufzüge verdanke. Auch dem Springer-Verlag möchte ich an dieser Stelle für seine Bereitwilligkeit danken, mit der er auf aue meine Wünsche eingegangen ist. Hag e n, im Oktober E. Kosack.

5 Inhaltsverzeichnis. Einleitung. 1. Der Schaltplan Anwendungsgebiete des Gleichstroms 3. Die Bedeutung des Wechselstroms. I. Schalter und Schutzeinrichtungen. 4. Die Schaltanlage , Die Schalter Überstromschutz durch Schmelzsicherungen 7. Die Selbstschalter.. a) Überstromschalter... b) Unterstromschalter.. c) Richtungsschalter... d) Unterspannungsschalter 8. Schalter für Hochspannung.. 9. Fernsteuerung von Schaltern Selbstauslösung der Hochspannungsschalter a) Überstromauslösung... b) Richtungsauslösung... c) Unterspannungsauslösung 11. Leitungsschutz Überspannungsschutz 11. Lampenschaltungen. 13. Ein- und mehrpoliges Schalten. 14. Umschalten von Lampengruppen 15. Die Serienschaltung Die Wechselschaltung Die Treppenschaltung Automatische Treppenbeleuchtung. 19. Lampen in Reihenschaltung Schaltung der Meßgeräte. 20. Strom- und Spannungsmesser....' Umschalter für Spannungs- und Strommesser. 22. Leistl1ngsmesser a) Für Gleichstrom und Einphasenwechselstrom b) Für Drehstrom. 23. Arbeitsmesser Phasenmesser Frequenzmesser Erdschlußanzeige. a) Für Gleichstrom.. b) Für Einphasenstrom. c) Für Drehstrom... Seite

6 VI Inhaltsve rzeichnis. IV. Elektrizitätswerke mit Gleichstrombetrieb. A. Gleichstrommaschinen und Akkumulatoren. Seite 27. Die fremderregte Maschine Die Nebenschlußmaschine Die Hauptschlußmaschine Die Doppelschlußmaschine Maschinen mit WendepoIen und kompensierte Maschinen Schaltung und Drehsinn der Gleichstrommaschinen. 33. Die Akkumulatorenbatterie a) Der Einfachzellenschalter b) Der Doppelzellenschalter c) Der leitungsparende Zellenschalter 34 B. Zweileiterzentralen. 34. Betrieb mit einer Nebenschluß- oder Doppelschlußmaschine Allgemeines über den Parallelbetrieb von Gleichstrommaschinen Nebenschlußmaschinen im Parallelbetrieb Doppelschlußmaschinen im Parallelbetrieb Nebenschlußmaschine und Akkumulatorenbatterie mit Einfachzellenschalter Nebenschlußmaschine und Akkumulatorenbatterie mit DoppelzeIlenschalter Nebenschlußmaschine, Akkumulatorenbatterie mit DoppelzeIlenschalter und Zusatzmaschine Wind-Elektrizitätswerk Anlage mit Pufferbatterie und Piranimaschine Die Meyersberg-Schaltung C. Dreileiterzentralen. 44. Dreileiteranlage mit Hintereinanderschaltung der Betriebsmaschinen Dreileiteranlage mit Hintereinariderschaltung der Betriebsmaschinen und einer Akkumulatorenbatterie Dteileiteranlage mit Akkumulatorenbatterie zur Spannungsteilung Dreileiteranlage mit Ausgleichsmaschinen Dreileitermaschine mit einer Akkumulatorenbatterie V. Gleichstrommotoren. 49. Der :Nebenschlußmotor Der Hauptschlußmotor Der Doppelschlußmotor Wendepolmotoren Anlasser mit selbsttätiger Auslösung. 54. Regelung der Drehzahl ~asser in Kahlenberg-Schaltung. 56. Anderung der Drehrichtung Wendeanlasser Schaltwalzenanlasser Steuerwalzen für Motoren doppelter Drehrichtung Steuerwalze mit Nachlaufbremsung für beide Drehrichtungen 61. Steuerwalze für Hubmotoren in Senkbremsschaltung 62. Schützensteuerungen Schützenselbstanlasser Motorenanschlußanlage VI. Elektrizitätswerke mit Wechselstrombetrieb. A. Wechselstrommaschinen. 65. Der Einphasengenerator 66. Der Drehstromgenerator

7 Inhaltsverzeichnis. VII Seite 67. Selbsttätige Spannungsregelung Differentialschutz von Wechselstrommaschinen Selbsttätige Feldschwächung Erdschlußschutz B. Wechselstromzentralen. 71. Zentrale mit einer Einphasenmaschine für Niederspannung Zentrale mit einer Drehstrommaschine für Niederspannung Zentrale mit einer Drehstrommaschine für Hochspannung Allgemeines über den Parallelbetrieb von Wechselstrommaschinen 83 a) Einphasenanlagen b) Drehstromanlagen Grundlegende Schaltungen. von Wechselstromzentralen Schaltungen für die Erregu~g Allgemeine Anordnung des Uberspannungsschutzes Eigenbedarfsanlagen in Wechselstromzentralen Niederspannungs-Drehstromzentrale Hochspannungs-Drehstromzentrale mit unmittelbarer Auslösung der Leistungsschalter Hochspannungs-Drehstromzentrale mit Relaisauslösung der Leistungsschalter Hochspannungs-Drehstromzentrale mit Transformatoren Hochspannungs-Drehstromzentrale mit Transformatoren und Transformatoren-UmschaJtschiene Hochspannungs-Drehstromzentrale mit Transformatoren und Sammelschienen für die Unter- und überspannung Drehstromzentrale für Höchstspannung VII. Umspannanlagen. A. Transformatoren. 86. Der Einphasentransformator Der Drehstromtransformator Transformatoren in Sparschaltung RegeltransfOImatoren Transformatoren in Skottscher Schaltung 91. Differentialschutz für Transformatoren Transformator mit Buchholzschutz B. Transformatoren- und Schaltstationen. 93. Grundlegende Schaltungen von Transformatorenanlagen. 94. Transformatorenstation einfachster Art Station mit Einz ltransf01mator Station mit parallel geschalteten Transformatoren 97. Fahrbare NetztransfOImatorenstation "Emspannwelk UmspannweIk mit Reservegenerator und Umformer 1CO. Schaltstation eines DrehstIcm-ÜberlandweIkes... C. Drehtransformatoren Der DrehtransfoImator als Spannungsregler Spannungsregelung einer Drehstrom-Hochspannungsleitung. VIII. WecbseJstrommotoren. A. Synchronmotoren Schaltung und Eigenschaften der Motoren Anlassen mittels Anwurfmotors Drehstrcmseitiges AnlaEsen des Synchronmotors 106. Drehstrom-Synchronmotoren mit Anlaufwirkung

8 VIII Inhaltsverzeichnis. B. Induktionsmotoren (Asynchronmotoren). Seite 107. Allgemeines Der Drehstrommotor mit Kurzschlußläufer Der Kurzschlußläufermotor mit umschaltbaren Sicherungen Der KurzBchlußläufermotor mit Steuerschalter Der Kurzschlußläufermotor mit Anlasser Der Kurzschlußläufermotor mit Anlaßtransformator Der Kurzschlußläufermotor mit Stern-Dreieckschaltung Der polumschaltbare Motor Der Drehstrommotor mit Schleifringläufer Der Drehstrommotor mit Anlasser in Kahlenbergschaltung Der Drehstrommotor,mit zweiphasigem Läufer Der Einphasenmotor Regelung der Drehzahl Wendeanlasser Schaltwalzenanlasser Steuerwalzen Druckknopfsteuerung für einen Drehstrommotor Lastenaufzug mit Antrieb durch Drehstrommotor mit Kurzschlußläufer Personenaufzug mit Drehstrommotor mit Schleifringläufer Schützenselbstanlasser Drehstrommotoren im Anschluß an ein Niederspannungsnetz 128. Drehstrommotoren im Anschluß an ein Hochspannungsnetz C. Kollektormotoren Allgemeines Der Einphasen-Hauptschlußkoliektormotor Der Einphasen-Kurzschlußkoliektormotor Der Hauptschluß-Kurzschlußkoliektormotor Der Drehstrom-Hauptschlußkoliektormotor a) Motor mit einfachem Bürstensatz b) Motor mit doppeltem Bürstensatz Der Drehstrom-Nebenschlußkollektormotor. 148 a) Motor mit Läuferspeisung b) Motor mit Ständerspeisung Drehstrom-Kollektormotor im Anschluß an ein Hochspannungsnetz. 150 D. Induktionsmotoren mit Phasenausgleich Allgemeines Die Drehstrom-Erregermaschine mit Eigenerregung Die Drehstrom-Erregermaschine mit Selbsterregung Der Frequenzwandler Die Drehstrom-Erregermaschine mit Netzerregup.g Der Drehstrom-Induktionsmotor mit Eigenkompensierung. a) Motor mit Ständerspeisung b) Motor mit Läuferspeisung Der Drehstrom-Induktionsmotor mit Gleichstromerregung. 157 a) Motor mit Ständerspeisung b) Motor mit Läuferspeisung Phasenlrompensierung durch Kondensatoren Allgemeines... IX. Umformeranlagen. A. Synchrone Motorgeneratoren Gleichstromseitiges Anlassen des Motorgenerators Motorgenerator mit Anwurfmotor Drehstromseitiges Anlassen des Motorgenerators

9 Inhaltsverzeichnis. IX B. Asynchrone Motorgeneratoren. Seite 148. Motorgenerator für Niederspannung Motorgenerator für Hochspannung Umformeranlage zum Betrieb einer Grubenbahn Umformeranlage zum Betrieb einer Straßenbahn. 166 C. Einankerumformer Bauart und Schaltung des Umformers Gleichstromseitiges Anlassen des Umformers Umformer mit Anwurfmotor Drehstromseitiges Anlassen des Umformers Spannungsregelung des Einankerumformers '171 a) Regelung durch Drosselspulen b) Regelung mittels Drehtransformators Umformeranlage mit umschaltbarem Lichtnetz Umformeranlage mit Dreileiter-Gleichstrombetrieb 159. Umformeranlage mit Drehtransformator Einankerumformer in Verbindung mit einer Puffermaschine. 178 D. Kaskadenumformer Bauart und Schaltung der Umformer x. Stromrichteranlagen 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 Stromrichter mit Gittersteuerung, Toulonsteuerung Stromrichter zum Betrieb eines regelbaren Gleichstrommotors, magnetische Stoßsteuerung Trockengleichrichter XI. Anlaß- und Regelsätle. 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. 200 B. Regelsätze für Drehstrom Die Kaskadenschaltung im allgemeinen Kaskade zweier Drehstrom-Induktionsmotoren Der Drehstrom-Induktionsmotor mit Kollektorhintermotor. 203 a) Mechanisch gekuppelter Regelsatz b) Elektrisch gekuppelter Regelsatz Der Drehstrom-Induktionsmotor mit Gleichstromhintermotor a) Mechanisch gekuppelter Regelsatz b) Elektrisch gekuppelter Regelsatz Der Drehstrom-Induktionsmotor mit Frequenzwandler

10 x Inhaltsverzeichnis. Seite 181. Regelung eines Drehstrom-Induktionsmotors auf unter und übersynchronen Lauf a) Regelsatz mit Drehstrom-Erregermaschine, mechanisch und elektrisch gekuppelt b) Regelsatz mit Drehstrom-Kollektormotor, elektrisch gekuppelt Der Doppelkurzschlußkollektormotor Anhang. A. Die wichtigsten Klemmenbezeichnungen. 213 I. Gleichstrom II. Wechselstrom B. Die in den Schaltplänen hauptsächlich verwendeten Abkürzungen. 213 I. Maschinen II. Meß- und Prüfgeräte 213 III. Apparate C. Abkürzungen im Text 214 D. Schrifttumshinweise Namen- und Sachverzeichnis 215 Deutsche Normen. Vom VDE sind in Zusammenarbeit mit dem Normenausschu'ß der deutschen Industrie folgende Normblätter über Schaltzeichen und Pläne für Starkstromanlagen herausgegeben, auf die an dieser Stelle hingewiesen sei: DI N V DE 709: Allgemeine Vorbemerkung. 710: Stromarten und Schaltarten. 711: Leitungen. 712: Grundsätzliche Schaltzeichen. 713: Schaltgeräte, Meldegeräte. 714: Umspanner und Drosselspulen. 715: Maschinen, StrQmrichter, Elektroöfen. 716: Meßgeräte, Relais und Auslöser, Meßwandler. 717: Leitungspläne. 718: Anschlußpläne. 719: Schaltpläne. Ferner sei aufmerksam gemacht auf das Normblatt DIN VDE 705: Kennfarben für blanke Leitungen in Starkstrom-Schaltanlagen. Die Normblätter können durch den Beuth-Verlag, Berlin, bezogen werden.