Titel: | Elektrotechnik.Elektrische Kraftübertragungen auf Stationen der französischen Nordbahn. |
Fundstelle: | Band 308, Jahrgang 1898, S. 132 |
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Elektrotechnik.Elektrische Kraftübertragungen auf Stationen der französischen
Nordbahn.
Mit Abbildungen.
Elektrische Kraftübertragungen auf Stationen der französischen
Nordbahn.
Die französische Nordbahngesellschaft besitzt auf ihren
Linien in 35 Stationen Elektricitätswerke, welche nebstdem weitere 21 Stationen
mitbesorgen, so dass im Ganzen 56 ihrer Bahnhöfe mit elektrischen Licht- und
Kraftanlagen versehen sind. Letztere lieferten schon im J. 1894 (vgl. Albert Sartiaux in Revue
générale des chemins de fer vom 19. März 1896 S. 127) 1610570
Kilo-Watt-Stunden, wovon 1377890 für Beleuchtungszwecke und 232680 für motorische
Zwecke verbraucht wurden. Diese Leistungen haben sich seither um etwa 40 Proc.
erhöht. Der Preis für 1 Kilo-Watt-Stunde für Gewinnung, Erneuerung und Unterhaltung,
inbegriffen der Verzinsung und Amortisation der Anschaffungskosten, stellte sich auf
0,224 Francs, wovon die eigentlichen Betriebskosten 0,104 Francs betragen.
Sämmtliche 35 Elektricitätswerke sind natürlich nur in solchen Stationen errichtet
worden, wo sich Preise erreichen liessen, welche mit Rücksicht auf die Wichtigkeit,
die Ausdehnung und die Verkehrsverhältnisse der betreffenden Bahnhöfe als niedrig
genug gelten konnten, um die Anlage wirthschaftlich zu rechtfertigen. Es ist ja eine
bekannte Thatsache, dass sich die Kosten der Elektricität nur dann nicht allzuhoch
stellen, wenn es sich zuförderst um die Gewinnung und den Verbrauch einer grösseren Menge von Energie, die möglichst gleichmässig
vertheilt und innerhalb einer möglichst langen Zeit benutzt wird, handelt. Bahnhöfe,
welche dieser Vorbedingung nicht entsprachen, sonst aber zur Errichtung eines
Elektricitätswerkes, sei es bezüglich des verfügbaren Platzes, sei es wegen
Vorhandenseins einer Wasserkraft oder leichter, billiger Zubringung von Kohlen
u.s.w., besonders geeignet sind, können nichtsdestoweniger für diese Anlagen erst
dann eine völlig günstige Ausnutzung versprechen, wenn das daselbst zu errichtende
Elektricitätswerk im Wege der Energieübertragung seine Ueberschüsse an entfernte
Stationen, d. i. an andere Bahnhöfe verwerthen kann. Diesem Umstände ist auch bei der
französischen Nordbahn in vielen Fällen mit grossem Erfolge Rechnung getragen
worden. Bei den ersten solcher Einrichtungen sind nach älterer Weise mit Hilfe der
Fernleitungen an die Nebenanlagen gleich gerichtete
Ströme hoher Spannung abgegeben, und in dieser Art werden beispielsweise von dem
Elektricitätswerke im Bahnhofe Calais (Stadt) auch die
Licht- und Kraftanlagen der Bahnhöfe Calais (Hafen) und
jene des Rangirbahnhofes Calais, oder vom Werke der
Station Ermont zugleich die Beleuchtung des Bahnhofes
Enghien versorgt u.s.w. Derartige Durchführungen
leiden jedoch bekanntermaassen an mannigfachen Misslichkeiten und erweisen sich
namentlich zufolge der grossen, mit der Entfernung der Verbrauchsstelle von der
Erzeugungsstelle stark ansteigenden Leitungskosten nur dort als wirthschaftlich
wirklich günstig, wo die Nebenstellen dem Werke näher liegen. Um Centralwerke
allgemein mit Erfolg anwenden zu können, muss also von der Weiterleitung hoch
gespannten Gleichstromes abgegangen und derselbe vorher erst in Wechselstrom
umgeformt werden, der dann allenfalls an der Verbrauchsstelle wieder in Gleichstrom
zurückzuwandeln ist.
Unter Zugrundelegung dieses Haupterfordernisses wurde denn auch 1894 für die von der
französischen Nordbahn zu errichtenden neuen Centralelektricitätswerke durch deren
Oberingenieur Albert Sartiaux ein den besonderen
Bedürfnissen der Bahnanstalt sorglichst angepasstes Programm aufgestellt, welchem
die Société de la Transmission de la Force par
l'Électricité in vorzüglicher Weise nachgekommen ist. Der Ingenieur Moriz Leblanc dieser Gesellschaft hatte diesen Erfolg
durch einen neuerdachten Umformer herbeigeführt, mit dessen Hilfe schwach gespannte
Gleichströme in hoch gespannte drei- oder mehrphasige Wechselströme und umgekehrt
hoch gespannte drei- oder mehrphasige Wechselströme in schwach gespannte
Gleichströme umgeformt werden, welch letztere sich gleich direct sowohl für
Lichtanlagen als zum Betriebe von Motoren, oder auch – und das war vorliegendenfalls
von besonderer Bedeutung – zum Laden von Accumulatoren benutzen lassen. Da aber die
Leblanc'sche Anordnung bis dahin noch nirgends
praktisch erprobt war, vereinbarte die Eisenbahnverwaltung mit der genannten Gesellschaft für Kraftübertragung vorerst die
Errichtung einer auf gemeinschaftlichen Kosten zwischen La
Chapelle und Epinay herzustellenden
Versuchsanlage, die sich in jeder Beziehung so vortrefflich bewährte, dass alle
später errichteten Uebertragungsanlagen nur mehr nach demselben Systeme erstellt
wurden.
Das Princip, aus dem sich die Leblanc'sche Einrichtung
entwickelt hat, welche der Erfinder Transformateur-Redresseur nennt, erscheint durch Fig. 1 erläutert: Zu einer Innenpolmaschine mit der feststehenden Armatur
aa und dem drehbaren Elektromagneten ii gehört der gleichfalls feststehende Collector cc, um den sich die Abnehmerbürsten ff drehen. Bekanntermaassen entstehen in den einzelnen
Spulen 1, 2, 3... der Ankerbewickelung ebenso viele
gleiche, nur in den Phasen von einander verschiedene Wechselströme, welche erst
vermöge der entsprechenden Collectoranordnung gleich gerichtet werden. Unter den
vorausgesetzten Verhältnissen unterliegt es keinem Anstände, die von den
Knotenpunkten der Ankerwickelung zu den Collectorabschnitten geführten
Verbindungsdrähte beliebig zu verlängern, d.h. den Collector von der Maschine
beliebig weit zu entfernen, vorausgesetzt, dass die Bewegung der Bürsten ff stets dieselbe bleibt, welche die Elektromagnete ii besitzen. Diese Bedingung des Synchronismus lässt
sich am einfachsten durch einen kleinen Motor erreichen, den der Strom der Maschine
selbst antreibt und der die Drehung der Bürsten besorgt. Ja, ganz dasselbe lässt
sich ebenso gut erreichen, wenn die Bürsten festliegen und an ihrer Statt durch den
Elektromotor der Collector angetrieben wird. Und werden nun, sei es unter dieser
oder jener Voraussetzung, die Verbindungsdrähte zwischen Armatur und Collector
genügend lang genommen, so kann schliesslich der letztere mit den Bürsten und dem
vorgedachten Motor gleich an jener Stelle Platz erhalten, wo der Strom seine
Verwendung finden soll, und hier wird ersichtlichermaassen durch die Bürsten ff ohne weiteres ebenso gut Gleichstrom abgenommen
werden, als befände sich der Collector am Aufstellungsorte der Armatur.
Textabbildung Bd. 308, S. 133
Fig. 1.Elektrische Kraftübertragung auf Stationen der französischen
Nordbahn.
Es unterliegt ferner keiner Schwierigkeit, die Spannung der in
den einzelnen Verbindungsdrähten dld1 auftretenden Wechselströme an beliebiger Stelle
zwischen Armatur und Collector mit Hilfe eines gewöhnlichen Transformators nach
Willkür abzuändern. Demnach könnten, wie es in Fig. 1
angedeutet erscheint, gleich am Aufstellungsorte der Maschine die schwach gespannten
Wechselströme durch Vorschaltung der Transformatoren u1u2u3... in hoch gespannte und diese letzteren ebenso
durch die am Aufstellungsorte des Collectors vorzuschaltenden, umgekehrten Umformer
t1t2t3... wieder in schwach
gespannte Wechselströme verwandelt werden, die der Collector schliesslich
gleichrichtet. Ohne Frage ermöglichen also die bisher betrachteten Anordnungen –
abgesehen von Verlusten –, in genau derselben Weise an einem entfernten Orte
Gleichstrom an einem Collector zu gewinnen, wie wenn dieser unmittelbar mit der
Maschine verbunden wäre. Allerdings würde hierbei die leidige Misslichkeit mit in
den Kauf zu nehmen sein, dass zwischen Ausgangs- und Ankunftsstation ebenso viele
Stromleitungen vorhanden sein müssten, als der Collector Theile besitzt. In dieser
einfachen Form besitzt also die Einrichtung für die Praxis allerdings keine Eignung,
allein Leblanc machte es möglich, mit nur drei
Leitungen in allen Fällen das Auslangen zu finden, indem er einen ganz
eigenthümlichen, aus drei Eisenkernen bestehenden Umformer verwendete, in welchem
durch Vorschalten von Spulen, die eine ganz bestimmte Windungszahl besitzen, eine
derartige Phasenverschiebung eintritt, dass drei in ihrer Phase um 120° gegen
einander versetzte Wechselströme entstehen, die am Verwendungsorte durch gleiche,
nur umgekehrte Umformer in dieselbe Anzahl niedrig gespannte Wechselströme mit
derselben Phasenfolge zurückgeführt werden, wie sie die Armatur der Dynamomaschine
ursprünglich
liefert. Mit dem Umformer ist sowohl an der Erzeugungs- als an der Verbrauchsstelle
zugleich ein Vertheiler und ein kleiner Elektromotor combinirt, welche Anordnung es
ermöglicht, an der Erzeugungsstelle jede beliebige Gleichstrommaschine ohne weiteres
in Verwendung zu nehmen, wenn sie nur überhaupt Ströme von der erforderlichen Stärke
und Spannung liefert. Die in La Chapelle ausgeführte erste Einrichtung dieser Art
macht Fig. 2 schematisch und Fig. 3 im Bilde ersichtlich. Auf der Drehachse xx des kleinen Elektromotors ee sitzen die
Schleifringe 1', 2', 3'... und der Vertheiler cc fest. Letzterer, sowie der Elektromotor sind in Fig. 2 neben der Draufsicht auch umgelegt dargestellt,
um bezüglich der Stromwege, welche durch die gestrichelten Linien verdeutlicht
werden, die erforderliche Uebersicht bieten zu können. Ein Theil des von der
Dynamomaschine v kommenden Gleichstromes betreibt den
kleinen Elektromotor ee, während der Hauptstrom, durch
den Vertheiler in Wechselströme zerlegt, über die Gleitringe 1', 2', 3'... und Abnehmer y1,
y2,
y3,... in die drei
Gruppen der Primärrollen m, n und p des Umformers uu
gelangt, von wo ihn die Secundärspulen b1b2b3 mittels der Leitungen l1, l2 und l3 als hoch gespannte Wechselströme dreiphasig nach
der 8 km weit entfernten Station Epinay weiter führt. Hier befindet sich gleichfalls
eine Einrichtung, die mit Fig. 2 vollständig
übereinstimmt, nur dass nunmehr v die
Stromverbrauchsstelle bezeichnet.
Textabbildung Bd. 308, S. 134
Fig. 2.Elektrische Kraftübertragungen auf Stationen der französischen
Nordbahn.
Die über l1,
l2 und l3 einlangenden hoch
gespannten Wechselströme werden nämlich in den Spulen m,
n und p in niedrig gespannte Wechselströme
umgeformt und durch Vermittelung der Gleitringe und des Vertheilers cc, der an dieser Stelle mithin als richtiger Collector
dient, in Gleichstrom überführt, der ohne weiteres der Verwendung zugeführt wird.
Wie Fig. 3 zeigt, haben der Elektromotor ee sammt dem Collector cc
und den Schleifringen ihren Platz auf einer Gestellsplatte gg, während der Umformer im gusseisernen Kasten k, der dem Ganzen als Sockel dient, untergebracht ist. Von den 18
Schleifringen, welche in Wirklichkeit vorhanden sind, erscheinen in Fig. 2 der Einfachheit und besseren Uebersicht wegen
nur 6 eingezeichnet. Die beiden kleinen Elektromotoren ee, nämlich der an der Stromerzeugungs-, wie jener an der
Stromverwendungsstelle, sollen natürlich synchron laufen und haben zu dem Ende eine
besondere Pendelregulirung, über deren Anordnung sich in unserer Quelle jedoch keine
näheren Angaben finden.
Textabbildung Bd. 308, S. 134
Fig. 3.Elektrische Kraftübertragungen auf Stationen der französischen
Nordbahn.
Die zu den Versuchen zwischen La Chapelle und Epinay in ersterer Station aufgestellte Dynamomaschine
lieferte Gleichstrom von 100 Ampère und ungefähr 160 Volt. Der nächst der Maschine
aufgestellte Umformer wandelte die Spannung auf 4000 bis 5000 Volt um. Die zur
Verbindung der beiden Stationen dienende Dreileitung bestand aus zwei Kabel aus je
sieben 0,9 mm starken Reinkupferdrähten und aus einem Kabel aus drei 1,5 mm starken
Reinkupferdrähten. Diese in Röhren verlegten Leitungen kamen deshalb zur Verwendung,
weil sie von einer älteren Einrichtung her vorhanden waren, denn sonst würden drei
einfache Kupferdrähte von je 2 mm Durchmesser (3,1415 qmm Querschnitt) vollständig
genügt haben. Die Hauptaufgabe des in Epinay verfügbar werdenden Gleichstromes war
und ist das Laden einer aus 64 Zellen bestehenden Accumulatorenbatterie, deren
einzelne Zellen je neun 200 mm hohe
Dauerdes
Ver-suchesinStund.
Durchschnitts-werthe des inLa
Chapelle gelie-ferten Gleichstroms
Kilo-Watt-Stunden
Nutzergebnissin Proc.
Volt
Ampère
geliefert inLa Chapelle
gesammeltin Epinay
Brutto
Netto
2
160
52
16,4
12,8
77,4
74,6
3
170
52
26,9
22,3
82,5
79,6
2
155
47
16,5
12,7
76,3
73,5
3
200
60
28,3
23,6
83,0
80,5
3
150
54
13,9
11,8
83,5
78,5
2
180
54
9,8
8,1
81,2
76,6
2
160
67
19,6
17,0
86,0
83,8
2
155
60
15,37
12,7
81,8
78,8
4
200
60
33,5
30,0
88,6
86,0
1½
155
57
11,5
10,01
86,0
83,0
3
198
57
28,3
24,07
86,8
84,2
2
170
56
26,8
23,3
86,5
84,8
2
165
50
24,2
19,5
80,2
78,3
und ebenso breite, zusammen 16 k schwere Platten
enthalten. Diese Batterie hat die im Ganzen 64 Glühlichtlampen umfassende
Beleuchtung der Eisenbahnstation Epinay zu besorgen.
Mit Hilfe zweier Aron'scher Hectowattzähler war man im
Stande, die Umwandelungs- und Nutzungsverhältnisse genau zu verfolgen; das Ergebniss
einer Reihe solcher Versuche ist aus vorstehender Tabelle ersichtlich.
Wie man sieht, schwankt die Nutzung, wenn die Verluste nicht abgerechnet werden,
welche der Energieverbrauch der beiden Vermittelungsvorrichtungen verursacht,
zwischen 76,3 und 88,6 Proc. und, wenn man diese Verluste in Anrechnung bringt,
zwischen 73,5 und 86 Proc. Dieses Ergebniss hätte sich ohne Frage noch wesentlich
günstiger gestaltet, wenn die Dampfmaschine in La
Chapelle es gestattet hätte, die Dynamomaschine zu ihrer vollen
Leistungsfähigkeit von 20000 Watt auszunutzen, in welchem Falle die Nutzziffer auf
87 Proc. gestiegen wäre.
Soll die wirthschaftliche Bedeutung der geschilderten elektrischen Anlage gegenüber
den alten Verhältnissen festgestellt werden, so kommt zuförderst zu bemerken, dass
die frühere Erdölbeleuchtung für 59 Lampen verschiedener Grösse mit einer jährlichen
Betriebsausgabe von 2400 Francs verbunden war, wovon 700 Francs für
Verbrauchsmaterial, 1500 Francs für Arbeitslöhne und 200 Francs für die Unterhaltung
und Erneuerung entfielen. Dabei erwies sich diese Beleuchtung schon seit lange
durchaus unzulänglich, weshalb sie um 31 Lampen vermehrt werden sollte, wodurch die
oben angegebenen Jahreskosten sich um weitere 1300 bis 1400 Francs erhöht hätten.
Dementgegen belaufen sich die jährlichen Betriebskosten für die elektrische Anlage,
durch welche die Beleuchtungsverhältnisse ganz glänzend verbessert wurden, nur auf
2213 Francs, nämlich 1761,28 Francs für Verbrauchsmaterial und Arbeitslöhne, 55,43
Francs für die Unterhaltung der Leitung und 396,29 Francs für die Unterhaltung der
Accumulatoren. Es stellt sich sonach die elektrische
Beleuchtung gegenüber der Erdölbeleuchtung ganz nennenswerth billiger, ein
Verhältniss, das sich noch viel günstiger äusserte, nachdem die Einrichtung in La Chapelle definitiv hergestellt und der geregelte
Betrieb eingeführt worden war. Seither kommt nämlich der Strom, alles inbegriffen,
nur auf einen Jahrespreis von nicht ganz 0,1 Franc für 1 Kilo-Watt, und da die
Beleuchtung des Bahnhofes Epinay beiläufig 9000
Kilo-Watt-Stunden aufbraucht, gibt dies lediglich eine Ausgabe von 900 Francs. Wird
ausserdem für die laufende Unterhaltung etwa noch ein Posten von 460 Francs
zugerechnet, so stellen sich die jährlichen Gesammtkosten auf 1360 Francs, das ist
beträchtlich weniger als die Hälfte von dem, was die erweiterte Erdölbeleuchtung
kosten würde. Diese Ziffern lassen am besten ersehen, welche Vortheile sich durch
das Leblanc'sche Verfahren der Energieübertragung
erzielen lassen. Die französische Nordbahn hat denn auch dasselbe System in ihren
Stationen Jeumont, St. André, Cateau, St. Ouen bei La Chapelle u.a.m. zur Einführung gebracht. Etwas
abweichend von der ersten Anlage La Chapelle-Epinay
sind jene von Cateau und von St. Ouen.
Für den bedeutenden Strombedarf der Station Cateau sorgt
das beiläufig 10 km entfernte Elektricitätswerk in Busigny. Daselbst liefern zwei sechspolige Desrozier'sche Dynamomaschinen mit 820 Umdrehungen in der Minute niedrig
gespannte Wechselströme vierphasig im Sinne der Fig.
1 direct an den Umformer. Hier erfolgt die Ueberführung in dreiphasige
Wechselströme von 6000 Volt Spannung, welche in Cateau
in derselben Weise und mit einer ebensolchen Vorrichtung in Gleichstrom von 100 bis
160 Volt zurückgewandelt wird, wie es in Epinay
geschieht. Dass in Busigny vierphasige Ströme zur
Benutzung kamen, ergab sich übrigens nur ganz zufällig aus der Ankerwickelung der
bereits vorhanden gewesenen Maschinen, die lediglich der neuen Einrichtung angepasst
wurden. Wollte man nicht erst eine vierdrähtige Fernleitung herstellen, sondern mit
einer dreidrähtigen auslangen, mussten die vierphasigen Ströme vor ihrem Uebertritte
in die Fernleitung in dreiphasige umgeformt werden, was allerdings nicht viele
Schwierigkeiten machte, sich aber bei neu zu erbauenden Maschinen durch eine
zweckmässige Anordnung der Ankerwickelung von vorhinein ersparen lässt.
Wieder anders sind die Abweichungen in St. Ouen, wo das
Elektricitätswerk der Gesellschaft für Licht- und
Kraftübertragung, welches die Docks versorgt, auch der Nordbahn den Strom
liefert für die Beleuchtung und verschiedenen Kraftanlagen des 5 bis 6 km entfernten
Güterbahnhofes La Chapelle und für die ebenso weit
entlegene Ladestation, in welcher die zur Beleuchtung von 300 Nordbahnwagen
erforderlichen Accumulatoren in Stand gesetzt werden. Der gelieferte Wechselstrom
wird in St. Ouen in dreiphasigen Wechselstrom von 6000
Volt umgeformt und am Güterbahnhofe La Chapelle gerade
so in Gleichstrom von 100 bis 160 Volt Spannung umgewandelt, wie in den früheren
Fällen. Bei der Ladestation in La Chapelle ist aber die
Anordnung getroffen, dass die Umformerspulen durch gruppenweises Hinter- oder
Nebeneinanderschalten verschiedene Spannung, nämlich eine solche von 150, 300, 400,
500 und 600 Volt liefern können, was mit Rücksicht auf die grossen Unterschiede,
welche hinsichtlich der Gattung, des Zustandes und der Anzahl der zu ladenden
Accumulatoren vorkommen, von besonderer Wichtigkeit ist.
Nach den durchaus günstigen Erfahrungen der französischen Nordbahn glaubt
Oberingenieur Sartiaux behaupten zu dürfen, dass die
Leblanc'sche Methode die Frage der elektrischen
Stromvermittelung bezieh. der Kraftübertragung auf grössere Entfernungen einfacher,
anpassungsfähiger und wirthschaftlicher löst, als es bei den älteren, unter
ähnlichen Verhältnissen verwendeten Anordnungen der Fall ist.