Elektrische Star kstromanlagen Maschinen, Apparate, Schaltungen, Betrieb Kurzgefaßtes Hilfsbuch für Ingenieure und Techniker sowie zum Gebrauch an technischen Lehranstalten Von Dipl.-Ing. Emil Kosack Studienrat an den Staat!. Vereinigten Maschinenbauschulen zu Magdeburg Fünfte, durchgesehene Auflage Mit 294 Textfiguren Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH 1921
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Elektrische
Star kstromanlagen Maschinen, Apparate, Schaltungen, Betrieb
Kurzgefaßtes Hilfsbuch für Ingenieure und Techniker sowie zum Gebrauch
an technischen Lehranstalten
Von
Dipl.-Ing. Emil Kosack Studienrat an den Staat!. Vereinigten Maschinenbauschulen
zu Magdeburg
Fünfte, durchgesehene Auflage
Mit 294 Textfiguren
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
1921
ISBN 978-3-662-35933-4 ISBN 978-3-662-36763-6 (eBook) DOI 10.1007/978-3-662-36763-6
Alle Rechte, insbesondere das der Übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten.
Copyright 1921 by Springer-Verlag Berlin Heidelberg.
Ursprünglich erschienen bei Julius Springer in Berlin 1921. Softcover reprint ofthe hardcover 5th edition 1921
Aus dem Vorwort zur ersten Auflage. Das vorliegende Buch soll einen kurzen, aber möglichst um
fassenden Überblick über die wichtigsten Zweige der Starkstromelektrotechnik geben. Bei der Auswahl und Anordnung des Stoffes sind im wesentlichen die Bedürfnisse der staatlichen Maschinenbauschulen berücksichtigt worden, doch ist durch eine weitgehende Unterteilung dafür gesorgt, daß den verschiedensten Verhältnissen Rechnung getragen werden kann. Bei den höheren Maschinenb.auschulen wird in manchen Abffuhnitten eine Vertiefung des Lehrstoffes, namentlich nach der mathematischen Seite - vielleicht auch durch Einführung des Vektordiagramms zur Erklärung der Wechselstromerscheinungen - notwendig sein. Ich bin der Ansicht, daß gerade beim technischen Unterricht die Eigenart des Lehrers, das Persönliche seiner Lehrmethode möglichst wenig beeinträchtigt werden soll. Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn er sich bei den allgemeinen Grundlagen auf ein Lehrbuch stützen kann. Es wird dadurch viel sonst für das Diktat benötigte kostbare Zeit gewonnen.
Auf die Wiedergabe von Bildern der besprochenen Maschinen und Apparate ist grundsätzlich verzichtet worden, einerseits um den Umfang des Buches nicht unnötig zu vermehren, andererseits weil heute wohl stets Gelegenheit geboten ist, elektrische Anlagen durch den Augenschein kennen zu lernen. Schnittzeichnungen und schematische Figuren sind in desto reichlicherem Maße aufgenommen worden.
Bei den im Buche eingeführten Bezeichnungen sind nach Möglichkeit die Vorschläge des Ausschusses für Einheiten und Formelgrößen befolgt worden. Den Klemmenbezeichnungen sind die Normalien des Verbandes Deutscher Elektrotechniker zugrunde gelegt. Überhaupt haben die Verbandsvorschriften weit
,gehende Beachtung gefunden.
Magde burg, im Mai 1912.
Emil Kosack.
Vorwort zur vierten Auflage. Die noch während des Krieges erl!chienene dritte Auflage der
"Elektrischen Starkstromanlagen" ist nach kaum anderthalb Jahren vergriffen gewesen, sie war ein im wesentlichen unveränderter Aldruck der zweiten Auflage. Die vorliegende vierte Auflage ist einer sorgfältigen Durchsicht unterzogen worden. Die in der Elektrotechnik während der letzten Jahre gewonnenen Erfahrungen sind nach Möglichkeit berücksichtigt worden, wodurch sich mancherlei Änderungen und Ergänzungen, namentlich bei den Abschnitten über die elektrischen Lampen sowie das Leitungsnetz, notwendig machten. Der Umfang des Buches ist jedoch nur unwesentlich vermehrt worden, da ich aus der günstigen Beurteilung, welche dem Buche zuteil ge~ worden ist, sowie seiner Einführung als Lehrbuch der Elektrotechni~ an einer großen Zahl technischer Lehramtaiten schließe, daß ich mit der Abgrenzung des im Buche behandelten Stoffes im ganzen das. Richtige getroffen habe. Die Normalien des Verbandes Deutscher Elektrotechaiker haben nach wie vor volle Beachtung gefunden.
Den Firmen, welche mich wielerum in entgeg3nkommender Weise, durch überweisuag von Material unterstützten, spreche ich auch an, dieser Stelle meinen Dank aus.
Ich gebe der Hoffnung Raum, daß die Elektrotechnik, der in den nächsten Jahren besonders wichtige Aufgaben beim WiederaufbaQ der deutschen Wirtschaft zufallen werden, einer erfolgreichen Zu ... kunft : entgegengeht. Möchte das vorliegende Buch einen bescheidenen Anteil an dieser Entwicklung nehmen!
Magdeburg, im Oktober 1919. Emil Kosack.
Vorwort zur fünften Auflage. Bei der vorliegenden fünften Auflage der "Starkstromanlagen"
habe ich mich im wesentlichen auf eine gründliche Durchsicht des. Textes und der Figuren beschrä.nkt. Größere Änderungen gegenüber der vorigen Auflage schienen mir nicht notwendig zu sein.
Magdeburg, im September 1920. Emil Kosack.
Inhaltsverzeichnis.
Erstes Kapitel.
Die Erzellgungsarten, Gesetze und Wirkungeu des elektrischen Stromes.
A. Gleichstrom. Seite
1. Die elektromotorische Kraft als Ursache des elektrischen Stromes. 1 2. Da.s Ohmsche Gesetz . . . . . . . . 2 3. Elektrizitätsmenge . . . . . . . . . . 4 4. Elektrischer Widerstand und Leitwert 4 5. Widerstand und Temperatur . 6 6. Widerstandsappa.rate •....... 7 7. Stromverzweigungen . .. . • . . . . . 9 8. Schaltung von Widerständen. . . ., ..... 10 9. Stromstärke und Klemmenspannung einer Stromquelle 11
10. Schaltung von Stromquellen . . . . . . . . . . . . 12 11. Leistung und Arbeit des Stromes. . . . . . . . . 14 12. Zusammenhang zwischen elektrischer und mechanischer Energie. 16 13. Die Wärmewirkung des Stromes . . . . 17 14. Der elektrische Lichtbogen ...... 17 l.~. Thermoelektrizität. . . . . . . 18 16. Die chemischen Wirkungen des Stromes. 18 17. Das Gesetz vun Faraday . . . . 19 18. Die elektrolytische Polarisation. . . . . 20 19. Das magnetische Feld. . . . . . . . . 20 20. Theorie der Molekularmagnete . . . . . 23 21. Die magnetischen Wirkungen des Stromes 23 22. Elektr<lmagnete. . . . . . . . . . 26 23. Die elektrodynamischen Wirkungen. 27 24. Der magnetische Kreis 27 2.5. Die Hysterese ...... . . . . ~9 26. Die Induktionsgesetze . . . . . . . 30 27. Gegenseitige Induktion zweier Spulen 31 28. Die Selbstinduktion 32 29. Wirbelströme. . . . . . . . . . . . 32
ll. Wechselstrom. 30. Zustandekommen des Wechselstromes ... , .. 31. Wirkungen des Wechselstromes ... 32. Die Effektivwerte der Spannung und StromstärkE1 3:~. Die Phasenverschiebung . . . 34. Leistung des Wechselstromes. . . . 3,'i. Die Drosselspule • . . . . . . . . 36. Der Kondensator . . . . . . . . . . 37. Die Hautwirkung des Wechselstromes . 38. Zweiphasenstrom. •. .. . 39. Drehstrom • • . . . . . . . . . . .
, . 33 35 35 36 37 39 40 41 41 42
VI Inhaltsverzeichnis.
Seite Zweites Kapitel.
Meßinstrumente und Meßmethoden.
A. Strom- und Spannungsmessungen. 40. Schaltung der Strommesser 41. Allgemeines über Strommesser 42. Elektrochemische Instrumente 43. Hitzdrahtinstrumente 44. Galvanometer ..... 45. Drehspulinstrumente. . 46. Weicheiseninstrumente . 47. Elektrodynamische Instrumente 48. Induktionsinstrumente . . . . . 49. Schaltung der Spannungsmesser 50. Instrumente für Spannungsmessung
B. Widerstandsmessungen. 51. Die indirekte Widerstandsmessnng 52. Die Methode der Wheatstoneschen Brücke 53. Die Vergleichsmethode . . . . . . 54. Widerstandsmessung nach der Voltmetermethode .
87. Wirkungsweise .. ....... . 88. Der Anlaßwiderstand . . . . . . . . . 89. Die Abhängigkeit der Umdrehungszahl von der Spannung und
Magneterregung . . . . . . . . . . . 90. Ankerrückwirkung und Bürstenverschiebung 91. Der fremderregte Motor 92. Der Nebenschlußmotor . 93. Der Hauptschlußmotor . 94. Der Doppelschlußmotor . 95. Bauart der Motoren . . 96. Tourenregelung 97. Umkehr der Drehrichtung 98. Umkehranlasser . 99. Walzenanlasser . .
100. Schützensteuerung 101. Anlaßaggregate 102. Wirkungsgrad .. 103. Umdrehungszahl, Leistung und Spannung 104. Verhalten eines Stromerzeugers als Motor und umgekehrt
Fünftes Kapitel. Wechselstromerzeuger.
105. Allgemeines . . . J 06. Die Außenpolmaschine 107. Die Innenpolmaschine 108. Turbomaschinen . . . 109. Frequenz, Polzahl und Umdrehungszahl 110. Leistung der Wechselstrommaschinen. 111. Die Wechselstrommaschine bei Leerlauf 112. Die Wechselstromm/l,sehine bei Belastung 113. Selbsttätige Spannungsregelung . . . . . 114. Die Wechselstrommasehine bei Kurzschluß 115. Spannung ......... . 116. Wirkungsgrad ............ . 117. Parallelbetrieb mehrerer Maschinen
Der Betrieb elektrischer Maschinen. 155. Inbetriebsetzung der Maschinen 156. Wartung der Maschinen .... 157. Betriebsstörungen an Maschinen 158. Hochspannungsmaschinen
A. Gleichstromanlagen. 222. Einzeihetrieb einer Gleichstrommaschine. . 280 223. Parallelbetrieb von Nebenschlußmaschinen 280 224. Parallelbetrieb von Doppelschlußmaschinen . 282 225. Nebenschlußmaschine und Akkumulatorenbatterie mit Einfach
A.nhang. Zusammenstellung der elektrotechnischen Einheiten Verzeichnis der Formelgrößen . . . . . . . . . .
Berichtigung.
305 305
S.2,57, 13. Zeile von unten lies "Hautwirkung" statt "Hauptwirkung".
Normalien, Vorschriften und Leitsätze des Verbandes Deutscher Elektrotechniker.
Vom Verbande Deutscher Elektrotechniker (im folgenden durch V. D. E. abgekürzt) ist eine Reihe von Normalien, Vorschriften und Leitsätzen aufgestellt worden, die sich allgemeiner Anerkennung erfreuen, und die wesentlich zu einer gesunden Entwicklung der Elektrotechnik und zu einer einheitlichen Fabrikation beigetragen haben. Der raschen Entwicklung der Elektrotechnik Rechnung tragend, werden die Vorschriften von Zeit zu Zeit einer Durchsicht unterzogen und den Fortschritten und Bedürfnissen der Technik entsprechend abgeändert. Sie sind in einem vom Generalsekretär des Verbandes De.-lng. G. Dettmar herausgegebenen Buche zusammengestellt, teilweise jedoch auch einzeln erschienen. Ganz besonders sei hier auf die folgenden Veröffentlichungen hingewiesen:
Vorschriften für die Errichtung elektrischer Starkstromanlagen, kurz Errichtungs-Vorschriften (E. V.) genannt;
Vorschriften für den Betrieb elektrischer Starkstromanlagen, kurz Betriebs-Vorschriften (B.V.) genannt;
- für Bergwerke bestehen noch Zusatzbestimmungen zu den Er· richtungsvorschriften, für elektrische Straßenbahnen usw. sind besondere Sicherheitsvorschriften in Geltung -
Vorschriften für Bewertung und Prüfung von elektrischen Maschinen und Transformatoren, kurz Maschinen-Normalien (M.N.) genannt;
Normalien für die Bezeichnung von Klemmen bei Maschinen usw.; Anleitung zur ersten Hilfeleistung bei Unfällen im elektrischen
Betriebe. Z\l den E.V. und B.V. sind Erläuterungen von Geh. Regierungs
rat Dr. C. L. Weber, zu den M.N. von Generalsekretär Dr.-lng. G. Dettmar herausgegeben.
Mit Rücksicht auf die wirtschaftlichen Verhältnisse mußte zu den Vorschriften des Verbandes während des Krieges eine Reihe von Ausnahmebestimmungen, namentlich hinsichtlich der Verwendung von Spar- und Ersatzstoffen, getroffen werden, die nach Abschluß des Krieges durch die
"Bestimmungen für die Übergangszeit" ersetzt worden sind. Diese Bestimmungen sind jedoch, dem Wiedereintreten normaler Verhältnisse entsprechend, in allmählichem Abbau begriffen.
XII Normalien, Vorschriften und Leitsätze des V, D. E.
Normale Betriebsspannungen. Die vom V. D, E. im Jahre 1919 festgelegten Normalspannungen für
elektrische Anlagen sind nachstehend zusammengestellt. Die fettgedruckten Spannungen werden in erster Linie, sowohl für Neuanlagen als auch für umfangreiche Erweiterungen, empfohlen.