Elektrizität im Nahrungsmittel-Gewerbe [Reprint 2019 ed.] 9783111685793, 9783111298603

Citation preview

Elektrizität im Nahrungsmittel-Gewerbe Von Dipl.-Ing. W. Buch

M. Krayn Technischer Verlag G. m. b. H. Berlin W 35 • Stuttgart-O

Alle Rechte, besonders das Übersetzungsrecht, vorbehalten / Copyright 1934 by M. K r a y n Technischer V e r l a g G . m . b . H . , Stuttgart / Printed in Germany Druck der Stuttgarter Vereinsbuchdruckerei A. G .

Inhaltsverzeichnis Seite

Z u r Einführung

i

Elektrotechnische G r u n d b e g r i f f e

3

Die elektrische Betriebsführung . . . . . . . . . .

4

Stromart und Spannung

6

Anschluß an ein Elektrizitätswerk und Eigenzentrale . Größe der elektrischen Station .

11 25

Leistungsfaktorverbesserung in D r e h s t r o m a n l a g e n .

.

Stromverteilung

31 48

Hauptschaltanlage in der Zentrale .

.48

Verbindungsleitungen zu und in den Betriebsräumen .

57

Verteilungsanlagen in den Betriebsräumen . . . . .

67

Stromverbraucher

.69

MotoTen zum Antrieb der Arbeitsmaschinen . . . .

69

A u s f ü h r u n g s f o r m der Motoren

69

Bauart der Motoren

79

Antrieb der Arbeitsmaschinen

84

Sonderantriebe

97

Anforderungen an die Schaltgeräte . . . . . . Beleuchtungsanlagen Elektrowärme . Kühlanlagen

.

103 m

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

119 122

Zur Einführung Angeregt zu der vorliegenden Arbeit wurde ich dadurch, d a ß ich bei meiner beruflichen Tätigkeit Gelegenheit hatte, eine g r o ß e Anzahl von Werken und Betrieben der Nahrungsmittel-Industrie kennenzulernen. Abgesehen von den verhältnismäßig wenigen g r o ß e n Werken dieses Industriezweiges konnte ich in den zahlreichen m i t t leren und kleineren Betrieben immer wieder die E r f a h r u n g machen, d a ß die Kosten für die Einstellung eines elektrotechnisch geschulten Betriebsleiters oder Meisters vielfach nicht aufgebracht werden können. Die Auswahl der elektrischen Einrichtungen bei der Planung von Erweiterungen bzw. Neueinrichtungen wird daher in diesen Betrieben vielfach ohne fachmännischen R a t getroffen. Auch die W a r tung der bestehenden Einrichtungen wird meistens ungeschultem Personal überlassen. In den nachstehenden Abschnitten soll ein Überblick über die Einrichtungen gegeben werden, welche die Elektro-Industrie zur Verwendung in den Betrieben der Nahrungsmittel-Industrie geschaffen hat. Ausgehend von den Stromversorgungsanlagen derartiger Betriebe wird die neuzeitliche Ausgestaltung der Stromverteilungsanlagen und der angeschlossenen Stromverbraucher beschrieben werden. Besondere Berücksichtigung wird die wirtschaftliche Ausgestaltung der elektrischen Antriebe finden, die zurzeit das wichtigste Anwendungsgebiet der elektrischen Energie in der NahrungsmittelIndustrie darstellen. Ich möchte mich hierbei hauptsächlich an die Leiter derartiger Betriebe wenden, die in der Mehrzahl der Fälle N a h r u n g s m i t t e l Fachleute sind und die daher die Neuerungen aiif dem e l e k t r o t e c h n i schen Gebiet nicht dauernd verfolgen können. E s wurde daher eine Darstellungsweise gewählt, die durch E i n f ü g u n g von Rechnungsbeispielen und Tabellen bei schwierigeren Fragen das Eindringen in diese Materie erleichtert, auch wenn man diesen Dingen etwas ferner steht. Im übrigen wird in den einzelnen Abschnitten das elektrische Material beschrieben werden, das für die Nahrungsmittel-Industrie in Frage k o m m t . Die Auswahl des zweckmäßigsten Materials f ü r einen bestimmten Verwendungszweck wird jedem Betriebsleiter unter BeBuch, Elektrizität I

I

rücksichtigung der ihm bekannten Betriebsbedingungen der betreffenden Abteilung an Hand dieser Beschreibung leicht möglich sein. D a die Betriebsbedingungen in vielen anderen Zweigen der verarbeiteten Industrie — Holz-, Papier-, Textilindustrie usw. — bezüglich Staub- und Feuchtigkeitsgehalt der Luft, Auftreten von Spritz- oder Schwallwasser, Auftreten hoher Temperaturen u. a. ähnlich denen in gewissen Betrieben bzw. Betriebsabteilungen der Nahrungsmittel-Industrie sind, dürfte das Handbuch auch für den Leiter derartiger Betriebe manche Anregung enthalten. Darüber hinaus wird es dazu beitragen, dem Konstrukteur der Arbeitsmaschinen die von Seiten der Elektro-Industrie zur Verfügung stehenden Möglichkeiten zur zweckmäßigen Verwendung der Elektrizität für Antriebs-, Wärme- und Lichtzwecke zu weisen und andererseits dem planenden Elektro-Ingenieur die Kenntnis der besonderen Belange der einzelnen Zweige der Nahrungsmittel-Industrie zu vermitteln. Den Firmen, die diese Arbeit durch Überlassung von Bildern, Zahlenangaben und Tabellen gefördert und unterstützt haben, insbesondere der Allgemeinen Elektricitäts-Gesellschaft, sage ich an dieser Stelle meinen verbindlichsten Dank. Berlin-Lankwitz

2

1934.

Der Verfasser

Elektrotechnische Grundbegriffe W e s e n und W i r k e n des elektrischen Stromes sind schwer vorstellbar. D u r c h einen Vergleich aus dem W a s s e r b a u kann man dem V e r ständnis etwas näherkommen. Ein Wasserlauf kann nur abfließen, wenn ein Gefälle vorhanden ist. E r h ö h t bzw. erniedrigt man das Gefälle bei gleichbleibender W a s s e r m e n g e , so steigt bzw. sinkt die nutzbare Leistung, z. B . an einem in den Wasserlauf eingebauten W a s s e r rad. In der Elektrotechnik entspricht die Höhe des Gefälles der Spannung. D a s M a ß für die Spannung ist das V o l t (V). Der W a s s e r m e n g e ist in diesem Vergleich die Stromstärke gleichzusetzen, gemessen in A m p e r e (A). W i r d die Spannung erhöht, so steigt bei gleichbleibender Stromstärke in gleichem M a ß e die Leistung. B e i der Übertragung elektrischer Energie ist jedoch noch der Widerstand zu berücksichtigen, den der stromführende Leiter dem Stromdurchgang entgegensetzt. Gemessen wird der Widerstand in O h m (£2 ). Die E r k l ä r u n g für die Einheit der Stromstärke lautet demnach: i Ampere ist die Stärke desjenigen Stromes, welcher durch einen Leiter von i Ohm Widerstand fließt, wenn zwischen seinen beiden Enden die Spannung i Volt herrscht. D a s Produkt aus Spannung und Strom ergibt bei Gleichstrom ein M a ß für die elektrische Leistung in W a t t ( W ) : Volt X Ampere = Watt. Bei Drehstrom hingegen ist für die Bestimmung der Leistung außer der Spannung und der Stromstärke noch ein immer gleichbleibender Faktor (1,73) und der Leistungsfaktor (cos cp) zu berücksichtigen. Durch den Leistungsfaktor (s. Abschnitt Leistungsfaktorverbesserung in Drehstromanlagen) wird das Verhältnis der wirklichen Leistung in Watt zur scheinbaren Leistung in Voltampere (Volt X Ampere X 1,73) dargestellt. Er kann nie größer als 1 sein und beträgt z. B. bei vollbelasteten Motoren 0,8—0,9. Demnach gilt für Drehstrom: Volt X Ampere (einer Leitung) X i,73 X cos cp = Watt. Elektrische Arbeit ist das Produkt aus der elektrischen Leistung in W a t t und der Zeit, in der die Leistung w i r k t : 1 WattX 1 Stunde (h von lateinisch hora) = 1 Wattstunde (Wh), 1000 Wattstunden = 1 Kilowattstunde (kWh).

3

Im Maschinenbau wird die Leistung der Arbeitsmaschinen auch heute noch ausschließlich in Pferdestärken (PS) angegeben. Die Leistung der Elektromotoren wurde aus diesem Grund früher in PS gemessen. In der Elektrotechnik legt man jedoch seit längerer Zeit für die mechanische Leistung ebenso wie für die elektrische das Kilowatt zugrunde. Die Umrechnung von PS in k W und umgekehrt erfolgt nach der Gleichung: i PS = 736 Watt = 0,736 kW; 1 kW = 1,36 PS. Die elektrische Betriebsführung Die grundlegenden Bedingungen, denen alle mechanischen und elektrischen Einrichtungen in Betrieben der Nahrungsmittel-Industrie genügen müssen, sind: Sauberkeit, Anpassungsfähigkeit an die wechselnden Anforderungen des Marktes und gegebenenfalls der Witterung, wirtschaftliche Betriebsführung. Der Elektromotor vereinigt in idealer Weise alle die Eigenschaften, die unter diesen Verhältnissen von einem Antriebsmittel verlangt werden können. Die unbedingte Sauberkeit ist bei der elektrischen Betriebsführung dadurch gegeben, daß die Energie den Motoren durch ruhende Kabelleitungen zugeführt wird. Ein Umherspritzen von Öl ist ebenso ausgeschlossen wie Rauch- und Rußentwicklung. Durch zweckentsprechende Unterteilung der Antriebe, die mittels der Elektromotoren möglich ist, kann man die einzelnen Abteilungen voneinander unabhängig machen und hat es so in der Hand, den Fertigungsgang den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend durchzuführen. Bei einem erforderlich werdenden Stillstand einer Maschine bzw. einer Abteilung braucht nur der dazugehörige Motor abgeschaltet zu werden, um Leerlaufverluste, d. h. unnötige Betriebskosten vollkommen zu unterbinden. Lange Wellenstränge mit den vielen Lagern und Riemen entfallen, wenn für jede Arbeitsmaschine ein besonderer Antriebsmotor vorgesehen wird. Daß daneben für gewisse Arbeitsvorgänge, bei denen mehrere Arbeitsmaschinen gleichzeitig in Betrieb sind, eine kurze Transmission verwendet werden kann, ist natürlich nicht ausgeschlossen. Die wirtschaftlichste Antriebsform für die einzelnen Betriebsabteilungen ist in jedem Einzelfalle auf Grund der örtlichen Verhältnisse und der besonderen Belange des Fertigungsganges zu untersuchen, jedoch wird man sich fast immer für einen Einzelantrieb der Arbeitsmaschinen entscheiden können.

4

Man sollte hierbei allerdings nicht außer acht lassen, d a ß eine weitgehende Verwendung von Einzelantrieben noch Vorteile zur Folge h a t , die in einer Wirtschaftlichkeitsberechnung zahlenmäßig nicht zu erfassen sind. Infolge des Fortfalles der Riemenübertragungen ist das Betriebspersonal weniger gefährdet, die Betriebsräume werden übersichtlicher, endlich kann auch eine einwandfreie Betriebskontrolle leicht durchgeführt werden. Eine in jeder Beziehung einwandfrei arbeitende Anlage wird m a n jedoch nur erhalten, wenn man sich schon bei der Planung über die Auswahl und Anordnung des für jede Betriebsabteilung zweckmäßigsten Materials klar ist. D a s f ü h r t unter Umständen zu der Notwendigkeit, sogar innerhalb eines W e r k e s in der einen Betriebsabteilung anderes Installationsmaterial bzw. eine andere Bauform der Motoren zu wählen als in der benachbarten Abteilung. T r o t z d e m haben die Betriebe bzw. Abteilungen auch in elektrischer Beziehung viele gleichartige Einrichtungen, z . B . die Fördereinrichtungen in Gestalt von laufenden Bändern, von Elektrokarren für die Bewältigung der waagerechten bzw. Elevatoren und Aufzügen für die senkrechten Transportwege. Auch wird es in jedem größeren Betriebe eine W e r k s t a t t geben, deren Einrichtung nur bezüglich der Reichhaltigkeit und Leistungsfähigkeit der Werkzeugmaschinen unterschiedlich sein wird. In den eigentlichen Betriebsräumen wird man zunächst die mittlere L u f t t e m p e r a t u r zu berücksichtigen haben. E s ist auch wesentlich, ob die Luft trocken ist oder einen hohen Feuchtigkeitsgehalt hat. D a s A u f t r e t e n von Tropf-, Spritz- oder Schwallwasser bedingt besondere Durchbildung des zu verwendenden elektrischen Materials. Andere Vorschriften gelten wieder für Betriebsräume, in denen die Einricht u n g der Einwirkung von Staub ausgesetzt ist, wieder andere bei Explosionsgefahr durch Mehl- oder Zuckerstaub, Angriff von Säured ä m p f e n oder Gasen. In jedem Betriebsfalle liefert die E l e k t r o industrie Sonderbauarten, die die jeweils vorliegenden Bedingungen erfüllen. Dabei m u ß man aber berücksichtigen, d a ß die Bedienung durch elektrotechnisch ungeschulte Arbeitskräfte vorgenommen wird. Alle Teile müssen daher so widerstandsfähig und einfach wie nur irgend möglich gestaltet sein. Scheinbare Ersparnisse in den Anlagekosten bei Wahl unzweckmäßigen Materials wirken sich später unvermeidlich in Betriebsunterbrechungen aus, die schon bei ganz kurzer Dauer Kosten verursachen können, die ein Vielfaches dieser Beträge ausmachen.

5

Stromversorgung. S t r o m a r t und

Spannung.

Man unterscheidet zwischen Gleichstrom und Wechselstrom, wobei für die Versorgung der Industriebetriebe hauptsächlich der dreiphasige Wechselstrom, der Drehstrom, von Bedeutung ist. Bei Anschluß an ein Elektrizitätswerk, der hier in der Regel in Frage kommt, wird man nämlich in der Mehrzahl der Fälle Drehstrom beziehen, da bei dieser Stromart die Übertragung großer E n e r giemengen auf weite Entfernungen durch Heraufsetzung der Spannung in ruhenden Apparaten ohne nennenswerte Verluste möglich ist. Nur ganz selten wird ein öffentliches Elektrizitätswerk dem Verbraucher Gleichstrom zu günstigen Tarifen zur Verfügung stellen. Bei Eigenerzeugung der Energie, wie sie in größeren Werken mit Rücksicht auf die Verkopplung der K r a f t - und Wärmewirtschaft gelegentlich vorkommt, wird man in neuzeitlich eingerichteten Anlagen schon mit Rücksicht auf einen Reserveanschluß an ein öffentliches Elektrizitätswerk ebenfalls ein Drehstromsystem wählen. Eine gewisse Berechtigung hat der Gleichstrom nur dann, wenn in einem Betriebe zahlreiche Motoren vorhanden sind, deren Drehzahl betriebsmäßig in weiten Grenzen geregelt werden muß. Dies kann bei geeigneter Wahl der Typen bei Gleichstrom verlustlos erfolgen, während bei der Widerstandsregelung von Drehstrom-Asynchron Motoren ein Teil der Energie in den Widerständen vernichtet wird. Man findet daher in einigen Zweigen der Nahrungsmittel-Industrie, z. B. in den Brauereien, Anlagen, die Gleichstrom in eigenen Zentralen erzeugen bzw. vorhandenen Drehstrom in Gleichstrom umformen. Auf keinen Fall ist es jedoch empfehlenswert, nur mit Rücksicht darauf, daß ein geringer Teil der in der ganzen Anlage vorhandenen Motoren in der Drehzahl regelbar sein muß, nun auch für den Anschluß aller Motoren den Gleichstrom zu wählen.

Grundsätzliche Bedenken gegen die Wahl von Drehstrom für die regelbaren Antriebe bestehen nicht. Außer der Widerstandsregelung von Asynchronmotoren hat man auch bei dieser Stromart noch verschiedene andere Möglichkeiten der Veränderung der Drehzahl, auf die in späteren Abschnitten noch hingewiesen werden wird. Zusammenfassend kann man also sagen, d a ß man in kleineren Betrieben in der Regel Drehstrom wählen und auch die wenigen regelbaren Antriebe mit dieser Stromart betreiben wird. In größeren Anlagen, in denen ein Teil der Motoren f ü r Drehzahlregelung eingerichtet sein muß, wird man für Gleich- und für Drehstrom eine Wirtschaftlichkeitsberechnung aufstellen, gleichgültig, ob die Energie selbst erzeugt oder von einem Elektrizitätswerk bezogen wird. Bei Verwendung von Drehstrom ist nämlich bei Wahl von regelbaren Gleichstrom-Motoren die Aufstellung von Drehstrom-Gleichstrom-Umfor-

6

mern notwendig. Alle diese U m f o r m e r verursachen Energieverluste und zusätzliche K o s t e n f ü r Verzinsung und Abschreibung des Anlagekapitals. Ihre Gesamtbetriebskosten, bestehend aus den Stromkosten und den Kosten f ü r den Kapitaldienst, fallen also besonders ins Gewicht, wenn nur verhältnismäßig k u r z e Zeit mit verminderter Drehzahl g e f a h r e n wird. D a derartige F ä l l e in der Nahrungsmittel-Industrie häufig sind, wird eine Wirtschaftlichkeitsberechnung, in der die tatsächlichen Zeiten des Betriebes mit verminderter Drehzahl eingesetzt werden, f a s t immer ergeben, daß sich die kostspielige U m f o r m u n g des Drehstromes in Gleichstrom nicht lohnt. J e d e n f a l l s sollte man auch aus praktischen Gründen ohne zwingende N o t w e n d i g k e i t zwei Stromsysteme in einer A n l a g e vermeiden.

Bei der Wahl der Spannung muß man sich darüber klar sein, daß die Stromstärke, für die die Kabelleitungen, Schalter und Sicherungen zu bemessen sind, im umgekehrten Verhältnis zu der Betriebsspannung steht. Ein Motor hat z. B. bei Anschluß an 190- Volt doppelte Stromstärke wie ein Motor gleicher Leistung für Anschluß an 380 Volt. Eine zu niedrig gewählte Spannung wirkt sich demnach in bezug auf die Anlagekosten verteuernd aus. Während man früher bei Wahl höherer Spannungen, insbesondere in feuchten Räumen, das Auftreten von Erdschlüssen befürchtete, sind derartige Bedenken heute gegenstandslos. Die Elektro-Industrie ist in der Lage, das Installationsmaterial so auszubilden, daß eine schädliche Beeinflussung durch Luftfeuchtigkeit, ebenso wie eine zufällige Berührung spannungführender Teile durch das Bedienungspersonal vollkommen ausgeschlossen ist. E s besteht daher keine Notwendigkeit mehr, die Anlagekosten durch Wahl niedriger Spannungen unnötig zu erhöhen. Ohne die Sicherheit der Anlage zu beeinträchtigen, kann man Gleichstrom bis 440 Volt bzw. bei Drehstrom eine verkettete Spannung bis 500 Volt wählen. Beispielsweise sind mehrere Z u c k e r f a b r i k e n , bei denen in einigen B e triebsabteilungen infolge des Feuchtigkeitsgehaltes der L u f t an die elektrischen Einrichtungen starke Anforderungen gestellt werden, mit einer Drehstromspannung von 500 Volt einwandfrei in Betrieb.

Die meisten Anlagen in der Nahrungsmittel-Industrie werden mit der von den Elektrizitätswerken gewöhnlich zur Verfügung gestellten Drehstromspannung von 380 Volt arbeiten. In allen Fällen muß man aber voraussetzen, daß die Anlagen unter sorgfältiger Beachtung der neuesten „Vorschriften nebst Ausführungsregeln für die Errichtung von Starkstromanlagen mit Betriebspannungen unter 1000 Volt, V. E . S . 1/1930" des Verbandes deutscher Elektrotechniker erstellt und auch während des Betriebes sorgfältig und sachgemäß gewartet werden. Bei der Wahl einer verketteten Drehstromspannung von 380 Volt für die Motoren besteht die Möglichkeit, die Lampen mit 220 Volt an einen Außenleiter und den Nulleiter anzuschließen. Hierbei ist es

7

notwendig, daß die Stromerzeuger in Stern geschaltet sind, und daß vom Nullpunkt eine Leitung durch die ganze Anlage geführt wird. Z u r Erläuterung diene Bild i, in d e m ein derartiger Stromerzeuger (mit herausgeführtem Nullpunkt) schematisch dargestellt ist. Die zwischen zwei Hauptleitungen „ R " , „ S " und , , T " herrschende Spannung des Drehstromsystems heißt die verkettete Spannung „.., _ , oder die Hauptspannune. Die zwischen dem vom MitBild I. Drehstromsystem , j mit Nulleitung telpunkt des Sternes ausgehenden Nulleiter und den Hauptleitungen herrschende Spannung heißt Phasenspannung. D i e Hauptspannung ist in Drehstromnetzen gleich der Phasenspannung X V 3 = i , 7 3 . Daraus erklärt es sich, daß bei einer verketteten Spannung von 380 Volt zwischen Phase und Nulleiter eine Spannnng von 220 Volt herrscht.

Für die Beleuchtungsanlagen in feuchten Räumen lassen die E r richtungs-Vorschriften nur Spannungen bis höchstens 250 Volt gegen E r d e zu. Bei der Wahl einer Betriebspannung der Motoren von 500 Volt ( = rund 290 Volt Phasenspannung) muß daher ein besonderer kleiner Transformator für die Beleuchtungsanlage aufgestellt werden, der die höhere Betriebspannung auf 220 oder 1 1 0 Volt herabsetzt. E i n e derartige Trennung des Kraftnetzes vom Lichtnetz hat u. a. den Vorteil, daß bei einer möglichen Störung durch die Motorenanlage das Lichtnetz unbeeinflußt bleibt. Wenn man nun auch voraussetzt, daß in neuzeitlich eingerichteten Anlagen das Material für die Kraftstromverteilung sorgfältig ausgewählt wird, so muß man doch darauf achten, daß bei Auftreten eines Körper- oder Erdschlusses in der elektrischen A n l a g e alle Metallteile unter Spannung gegen E r d e gesetzt werden können: beim Berühren dieser Teile fließt ein Strom durch den Körper, der zu erheblichen Schädigungen führen kann. Auch alle betriebsmäßig nicht spannungführenden Eisenteile der Anlage sollen daher Schutz gegen zu hohe Berührungspannung erhalten, wenn die Möglichkeit einer besonderen Gefährdung vorliegt. Nach den Errichtungs-Vorschriften werden derartige Schutzmaßnahmen bei Spannungen von mehr als 250 Volt gegen E r d e überall verlangt, während sie unterhalb dieser Grenze in f e u c h t e n R ä u men Verwendung finden müssen, da hier der Übergangs-Widerstand des Menschen zur E r d e durch die Feuchtigkeit wesentlich herabgesetzt wird. Die zur V e r f ü g u n g stehenden Schutzmaßnahmen sind: Isolierung, Kleinspannung, E r d u n g , Nullung und Schutzschaltung. B e i der Isolierung wird das Überbrücken einer bedenklichen Berührungsspannung durch eine isolierende Umkleidung der zugänglichen blanken Teile ( S c h a l t e r g r i f f e , Handräder usw) oder aber durch Wahl eines isolierenden F u ß b o d e n b e l a g e s oder dgl. verhindert.

8

Die zweite Gruppe erzielt den Schutz dadurch, daß das Auftreten von zu hohen Berührungspannungen durch Herabsetzung auf sogenannte Kleinspannung durch Transformatoren unmöglich gemacht wird. D e r erforderliche Schutz wird bei der Erdung dadurch erzielt, daß alle Eisenteile der Anlage (Motoren- und Anlassergehäuse, Schaltkasten usw.) an eine Erdungsleitung und bei der Nullung an die Nullungsleitung angeschlossen werden. Bei Wahl einer Schutzschaltung wird die Fehlerstelle durch die Auslösevorrichtung eines Schutzschalters abgetrennt. D i e a m h ä u f i g s t e n a n g e w a n d t e n S c h u t z a r t e n sind E r d u n g o d e r N u l l u n g . W a n n die eine o d e r a n d e r e M a ß n a h m e z w e c k m ä ß i g zu w ä h len ist, k a n n nicht g r u n d s ä t z l i c h a n g e g e b e n w e r d e n ; dies h ä n g t v i e l m e h r v o n der B e t r i e b s p a n n u n g , A r t d e r E n e r g i e v e r s o r g u n g , v o n d e r r ä u m l i c h e n A n o r d n u n g der A n l a g e u s w . a b . E i n e g u t e E r d u n g erzielt m a n im a l l g e m e i n e n d u r c h A n s c h l u ß a n die W a s s e r l e i t u n g . Der E r d u n g s w i d e r s t a n d soll m ö g l i c h s t n i e d r i g sein. B e i der N u l l u n g m u ß d e r W i d e r s t a n d d e s N u l l u n g s l e i t e r s so g e r i n g b e m e s s e n sein, d a ß bei einem K u r z s c h l u ß zwischen d i e s e m u n d einem A u ß e n l e i t e r m i n d e s t e n s der 2 , 5 f a c h e N e n n s t r o m der n ä c h s t e n , v o r g e s c h a l t e t e n S i c h e r u n g a u f t r i t t , d a m i t diese mit S i c h e r h e i t z u m A b s c h m e l z e n g e b r a c h t wird und

B i l d 2.

Faßausleuchtlampe

den fehlerhaften Stromkreis abschaltet. Reine E r d u n g ohne Verbind u n g mit d e m N u l l u n g s l e i t e r in g e n u l l t e n A n l a g e n ist u n z u l ä s s i g . D e r N u l l u n g s l e i t e r m u ß so s o r g f ä l t i g v e r l e g t sein, d a ß eine U n t e r b r e c h u n g nicht zu e r w a r t e n ist. B e i dieser G e l e g e n h e i t sei n o c h k u r z e r w ä h n t , d a ß f ü r die A u s f ü h r u n g der H a n d l a m p e n und der v i e l f a c h ben ö t i g t e n F a ß a u s l e u c h t l a m p e n ( B i l d 2) besondere Vorschriften bestehen, um dem Arbeiter einen einwandfreien Schutz g e g e n Berührung spannungsf ü h r e n d e r T e i l e zu g e w ä h r e n . B e i dieB i l d 3. H a n d l a m p e n sen L a m p e n m ü s s e n K ö r p e r u n d G r i f f a u s I s o l i e r s t o f f b e s t e h e n , der d e n im B e t r i e b a u f t r e t e n d e n B e a n s p r u c h u n g e n vollauf g e w a c h s e n ist. A u ß e r d e m m u ß j e d e r H a n d l e u c h t e r j e n a c h d e m V e r w e n d u n g s z w e c k mit S c h u t z g l a s o d e r S c h u t z k o r b oder mit b e i d e n V o r r i c h t u n g e n ( B i l d 3) v e r s e h e n sein.

9

Für Faßausleuchtlampen und für die Handlampen, welche zur A u s führung von Arbeiten innerhalb von Kesseln und ähnlichen engen Räumen mit gut leitenden Bauteilen Verwendung finden, schreiben die Errichtungs -Vorschriften eine höchstzulässige Spannung von 42 V o l t (Kleinspannung) vor. Der direkte Anschluß derartiger Lampen an die Lichtstecker ist daher nicht zulässig. Man muß in Drehstromanlagen die höhere Spannung durch Zwischenschaltung eines Schutz-Transformators (Bild 4) auf den vorgeschriebenen Wert herabsetzen. In Gleichstromanlagen wird für die Speisung dieser Lampen eine Akkumulatorenbatterie bzw. eine solche aus Trockenelementen verwendet. A n s c h l u ß an ein E l e k t r i z i t ä t s w e r k u n d

Eigenzentrale.

Die erforderliche elektrische Energie kann entweder in einer eigenen Zentrale erzeugt oder von einem Elektrizitätswerk bezogen werden. Welche Art der Stromversorgung wirtschaftlicher ist, kann in jedem Einzelfalle nur ermittelt werden, wenn man den Herstellungspreis für die selbsterzeugte Kilowattstunde mit dem an das Elektrizitätswerk zu zahlenden Betrag vergleicht. Derartige Selbstkostenberechnungen müssen unter Berücksichtigung der tatsächlich vorliegenden Betriebsverhältnisse und aller irgendwie in Betracht kommender Faktoren aufgestellt werden. D i e T a r i f e der Elektrizitätswerke enthalten vielfach Klauseln, nach denen der Blindleistungsverbrauch (Blindleistungsgebühr, Scheinleistungstarif usw.) oder die Überschreitung eines Höchststromes (Spitzenstromentnahme u. dgl.) besonderen Berechnungen unterliegen. Andererseits besteht bei Fremdstrombezug die Möglichkeit, den in der R e g e l verbilligten Nachtstrombezug wirtschaftlich auszunutzen. Bei Eigenanlagen machen die festen Kosten für Verzinsung und T i l g u n g des Anlagekapitales einen erheblichen Teil der Selbstkosten aus. A u ß e r d e m ist es notwendig, die voraussichtlich zu erzeugende Energiemenge, auf die sich die festen Kosten verteilen, annähernd richtig zu ermitteln. E s ist einleuchtend, d a ß deren Anteil an den Gestehungskosten einer k W h um so geringer wird, je g r ö ß e r die in der A n l a g e erzeugte Strommenge, d. h. je g r ö ß e r der Ausnutzungsgrad der A n l a g e ist. W e r d e n in einer solchen Berechnung die Betriebstundenzahlen und Belastungsverhältnisse zu hoch eingesetzt, so erhält man viel zu günstige Werte, die im praktischen Betrieb nie erreicht werden können.

Bezieht man die elektrische Energie in Form von Drehstrom von einem Elektrizitätswerk, so wird man sich gewöhnlich zwischen einem Hoch- oder einem Niederspannungsanschluß zu entscheiden haben. In der Regel sind die Hochspannungstarife günstiger, man muß jedoch eine Transformatorenstation (erhöhtes Anlagekapital!) errichten, um den hochgespannten Strom auf die Betriebspannung herabzusetzen. Ein Niederspannungsanschluß dagegen ist billig in der A n II

läge, bedingt jedoch meistens höhere Strompreise. Hochspannungsa n s c h l u ß k o m m t d a h e r f ü r B e t r i e b e mit g r o ß e r B e n u t z u n g s d a u e r in F r a g e , N i e d e r s p a n n u n g s a n s c h l u ß f ü r s o l c h e mit g e r i n g e r , a u s s e t z e n der A u s n u t z u n g . A l s A n t r i e b s m a s c h i n e n f ü r die S t r o m e r z e u g e r in E i g e n z e n t r a l e n s t e h e n — a b g e s e h e n v o n d e n w e n i g e n S t e l l e n , in d e n e n W a s s e r k r ä f t e ohne hohe K o s t e n ausgebaut werden können — T u r b o - oder K o l b e n D a m p f m a s c h i n e n , s t e h e n d e D i e s e l m o t o r e n und u n t e r g e w i s s e n V o r a u s s e t z u n g e n a u c h G a s m a s c h i n e n in V e r b i n d u n g mit S a u g g a s a n l a g e n zur V e r f ü g u n g . Eine Dampfkraftanlage wird man wählen, wenn für die Beheizung von Arbeitsmaschinen, Wärmeräumen oder sonst für den Fertigungsgang Dampf benötigt wird, der dann durch geeignete Entnahme an der Hauptmaschine gewonnen werden kann. In diesem Falle ist die Aufstellung einer Anzapfoder Gegendruckmaschine, sei es in Form einer Kolbenmaschine oder einer Turbine, zu erwägen. Anzapfmaschinen gestatten eine von der Maschinenleistung unabhängige Entnahme von Dampf, bei Gegendruckmaschinen hingegen müssen Leistung und Dampfentnahme in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen. Turbinen, die neuerdings auch für kleinere Leistungen bis herab zu etwa 50 k W gebaut werden, zeichnen sich gegenüber den Kolbendampfmaschinen durch Billigkeit in der Anschaffung, geringen Raumbedarf, kleine Fundamente, geringe Wartungs- und Unterhaltungskosten und vor allen Dingen durch ölfreien Abdampf aus. Bei allen Dampfkraftmaschinen ist zu beachten, daß bei der Selbstkostenberechnung Zuschläge für Anheizen, Durchbrand an Sonn- und Feiertagen usw. zu den von der Herstellerfirma angegebenen Verbrauchszahlen (s. Tafel 1 und 2) zu machen sind. Außerdem ist zu berücksichtigen, daß der spezifische Dampf- bzw. Kohlenverbrauch (d. h. der Verbrauch je erzeugte k W h bzw. PS-Std.) bei Teilbelastungen steigt. Dieselmotoren zeichnen sich durch Fortfall der Kohlenzufuhr und Aschenbeseitigung, geringe Ansprüche an die Bedienung und durch ihre stete Betriebsbereitschaft aus. Sie benötigen keine Anheizzeiten und brauchen nur während der Zeit tatsachlicher Kraftabgabe zu laufen. Brennstoffverluste für An- oder Durchlaufen entfallen bei ihnen. Auch unterliegen sie nicht den einengenden Konzessionsbedingungen wie die Kessel. Bei den Dieselmotoren liegt der spezifische Brennstoffverbrauch bei Teillasten ebenfalls Leistunge n in eff. PS Normalleistung

Größte Dauerleistur.g

Ohne Kondensation Dampfverbrauch in k g je eff. PS-std

18

24

7,5-8

35

44

7,2-7,5

Mit Kondensation

Leistunge n in eff. PS Normalleistung

5° 80

Größte Dauerleistung

Dampfverbrauch in k g je eff. PS-std

72 Il8

Tafel 1: Ungefähre Mittelwerte für den Dampfverbrauch von H eißdampf-Lokomobilen. 12

5,2-5,5 5-5,2 Verbund-

Heizwert in Kalorien

Art des Brennstoffes

1 k g Brennstoff verdampft Wasser (in kg) bei einem Wirkungsgrad von etwa 65 v . H

Hochwertige Steinkohle . . Minderwertige Steinkohle . Koks Braunkohlen Torf, trocken Holz

7 5°o 4 5°° 6 — 7 000 4 — 5 000 3 — 4 000 2 5 0 0 — 3 000

7,7 4,5 6-7 4-5 3—4 2,5—3

|

etwa 80 v . H .

9,35 5,5 7,5-8,5 5-6 3,7-4-95 —

Tafel 2: Umrechnungswerte für die Bestimmung der erforderlichen Kohlenmengen aus den Dampfverbrauchsziffern. (Nur für gleichmäßig und günstig ausgenutzte Anlagen gültig. Bei ungleichmäßiger Ausnutzung sind entsprechende Zuschläge zu machen.)

100 PS

Leistung Bei Bei Bei Bei

Vi Belastung Belastung V2 Belastung Vi Belastung

3li

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

1 30 P S | 10 P S Verbrauch je PS-std in g 210 210 250 320

180 185 210 240

210 215 250 35°

Tafel 3: Ungefähre Mittelwerte für den Brennstoffverbrauch von kompressorlosen Dieselmotoren. höher als bei Vollast (Tafel 3). Infolge der beschriebenen Betriebseigenschaften verwendet man sie mit Vorteil bei beschränkten Raumverhältnissen sowie in Gegenden, in denen infolge schlechter Verkehrsverbindungen der Kohlenpreis durch hohe Frachtkosten sehr belastet wird, ganz besonders auch als Reserveaggregate, die jederzeit für Spitzendeckung zur Verfügung stehen. Ist die L e i s t u n g der K r a f t m a s c h i n e b e k a n n t , so e r r e c h n e t sich die L e i s t u n g d e s a n g e t r i e b e n e n S t r o m e r z e u g e r s ( G e n e r a t o r s ) n a c h der Formel: . ,,r , XT k W = N X r\ X 0,736 w o r i n N die L e i s t u n g in P S e d e r K r a f t m a s c h i n e und r\ d e n W i r k u n g s g r a d d e s G e n e r a t o r s b e d e u t e n . In D r e h s t r o m a n l a g e n ist d a n n n o c h d e r L e i s t u n g s f a k t o r (cos

>

W i e stark z. B . der E n e r g i e v e r b r a u c h während verschiedener J a h r e s z e i t e n s c h w a n k e n kann, geht aus dem Kurvenblatt (Bild 1 7 ) hervor. E s w u r d e hier d e r g e s a m t e Leistungsbedarf eines g r ö ß e r e n W e r k e s der Schokoladenindustrie, welches auch K a k a o und Bonbons herstellt, während j e eines g a n z e n T a g e s kurz vor dem Weihnachtsfeste ( K u r v e a), an einem S o m m e r t a g e bei normaler Arbeitszeit und normaler F e r t i g u n g s m e n g e ( K u r v e b ) und endlich an einem T a g e im Winter bei niedriger Außentemperatur und teilweise eing e s c h r ä n k t e m Betrieb ( K u r v e c) ermittelt. D a s Arbeitspiel an sich ist unabh ä n g i g von der H ö h e der Belastung immer das gleiche. In den Nachtstunden nach Betriebschluß bis zum Beginn der Arbeitszeit ist in jedem F a l l e eine g e r i n g e Grundbelastung vorhanden, die in der Hauptsache von den dauernd durchlaufenden Längsreibemaschinen herrührt. Bei K u r v e a und b liegt diese Nachtbelastung von o bis 51/2 h auf der gleichen Höhe, während dieser Wert bei K u r v e c wesentlich tiefer liegt, ein Zeichen dafür, daß die Herstellungsm e n g e guter Schokolade, die lange Zeit in den Längsreibemaschinen bearbeitet wird, in dieser Zeit stark z u r ü c k g e g a n g e n war. F e r n e r ist aus dem D i a g r a m m zu ersehen, daß der K r a f t v e r b r a u c h zu B e g i n n der Arbeitszeit im S o m m e r , wenn die K o m p r e s s o r e n zeitig in G a n g gesetzt werden, langsam ansteigt ( K u r v e b), während im Winter die B e l a s t u n g s k u r v e ziemlich steil steigt (Kurven a und c), da die Kühleinrichtungen nicht so zeitig anzulaufen b z w . überhaupt keinen so großen Anteil an der Gesamtbelastung haben. Bei allen K u r v e n ist deutlich die Verminderung des E n e r g i e b e d a r f e s in den Mittagstunden und das Ausschalten der Arbeitsmaschinen g e g e n E n d e der Arbeitszeit zu erkennen. In der Zeit kurz vor dem F e s t e ( K u r v e a ) wurde in mehreren Schichten gearbeitet. Dies zeigt sich in dem nochmaligen Ansteigen der K u r v e a um 19 h infolge Einschaltens der Walzen und dem starken Leistungsverbrauch der Conchen. Einen weiteren Einblick in die E i g e n a r t d e r Betriebsverhältnisse der Nahrungsmittelindustrie gibt Bild 18. H i e r ist der Gesamtenergiebedarf einer Tennenmälzerei mit 30000 k g Tagesleistung ohne mechanische Tennen-

70

MW. 60

50 W 30 20 10 AEG

8

10

12

1t

16

18

Bild 18. Gesamter Energieverbrauch

20

22

IM 2V-

2

6h

einer Tennenmälzerei

29

vvender, jedoch mit pneumatischer F ö r d e r a n l a g e dargestellt. Aus dem D i a g r a m m ist ersichtlich, daß der K r a f t b e d a r f während des Haufenziehens in den Vormittagstunden stark ansteigt, während in den Nachtstunden d e r g r ö ß t e T e i l der E n e r g i e für den Antrieb der elektrischen D a r r w e n d e r benötigt wird.

Aus den vorstehenden Ausführungen geht hervor, daß K r a f t b e darfswerte mit allgemeiner Gültigkeit nicht angegeben werden können. Bei den nachstehend für einzelne Zweige der NahrungsmittelIndustrie zusammengestellten Zahlen handelt es sich um D u r c h schnittswerte, die sich aus den in mehreren größeren Betrieben des betreffenden Zweiges durchgeführten Messungen ergaben. B ä c k e r e i e n : 40 bis 50 k W h für 100 k g B a c k w a r e . Z i g a r e t t e n f a b r i k e n : 250 bis 300 k W h f ü r 1 Million Stück Zigaretten. Brauerei einschließlich Mälzerei: 10 k W h für 1 hl Bier. Mühlen: 60 bis 70 k W h f ü r 1 t gemahlenes Getreide. S c h o k o l a d e n f a b r i k e n : 26,5 k W h für 100 k g Schokolade. Molkereien: 5 bis 6 k W h f ü r 1000 1 Milch. Z u c k e r f a b r i k e n : 1,6 k W h f ü r 100 k g R ü b e n . Beispielsweise sei aus diesen A n g a b e n die Generatorleistung einer R o h z u c k e r f a b r i k berechnet, die täglich in 24 Stunden etwa 10000 Zentner verarbeitet. Dies entspricht einer stündlichen Rübenverarbeitung von e t w a 20830 k g . Demnach w ä r e der K r a f t b e d a r f 20830 X 1,6 100

,

, ,Tr

= rund 330 kW.

E i n Generator von 350 k W würde für eine solche Anlage ausreichen. Hat man keine genaue Kenntnis der Verhältnisse, so ist man bei der überschlägigen Ermittlung des voraussichtlichen K r a f t b e d a r f e s hauptsächlich auf die Angaben der die Arbeitsmaschinen liefernden Fabriken angewiesen. E s ergibt sich somit ein anderer W e g für die Ermittlung der Leistung der Kraftstation, indem man die Summe des Energieverbrauches aller angeschlossenen Stromverbraucher f e s t stellt. Man erhält dann den Anschlußwert der Anlage, der allerdings noch nicht für die Auslegung der Stromerzeuger bzw. der T r a n s f o r matoren maßgebend ist. E s ist zu berücksichtigen, daß der tatsächliche Höchstbedarf wesentlich unter dem Anschlußwert liegt, da in der Regel nicht immer sämtliche Motoren mit Vollast gleichzeitig in Betrieb sind. D a s Verhältnis von Höchstbelastung zum Anschlußwert ergibt den Ausnutzungsfaktor der Anlage, der in den Betrieben der Nahrungsmittel-Industrie erfahrungsgemäß mit 50 bis 60 v. H. einzusetzen ist. In Drehstromanlagen ist hierbei mit einem durchschnittlichen Leistungsfaktor von 0,6 bis 0,7 zu rechnen, wenn keine V e r besserung des Leistungsfaktors vorgesehen wird. 30

D e m e n t s p r e c h e n d m ü ß t e m a n bei d e r E r m i t t l u n g der Z e n t r a l e n l e i s t u n g etwa folgendermaßen vorgehen: D u r c h A d d i t i o n der L e i s t u n g a l l e r in der A n l a g e z u r A u f s t e l l u n g k o m m e n d e n M o t o r e n e r g e b e sich d e r A n s c h l u ß w e r t mit 55 P S . D a 1 P S = 0 , 7 3 6 k W ist, b e t r ä g t d i e L e i s t u n g s a b g a b e d e r M o t o r e n 55 X 0,736 = rund 40,5 k W (Leistungsabgabe). Unter

Berücksichtigung

der Verluste

in

d e n M o t o r e n und i h r e n Zulei-

t u n g e n , w o f ü r i n s g e s a m t 20 v. H . a n g e n o m m e n seien, e r g i b t sich die L e i s t u n g s a u f n a h m e zu

- rund 50,6 k W ( L e i s t u n g s a u f n a h m e ) . 0,8 D i e v o r a u s s i c h t l i c h e H ö c h s t l e i s t u n g der A n l a g e entspricht nun nicht dies e m A n s c h l u ß w e r t , sondern m u ß d u r c h M u l t i p l i k a t i o n mit d e m A u s n u t z u n g ä f a k t o r ermittelt w e r d e n . D e m n a c h ist d i e H ö c h s t l e i s t u n g unter A n n a h m e eines A u s n u t z u n g s f a k t o r s v o n 60 v. H . : 50,6 X 0,6 = rund 30,4 k W H ö c h s t l e i s t u n g . D e r G e s a m t l e i s t u n g s f a k t o r d e r A n l a g e sei mit 0,7 a n g e n o m m e n . D e m n a c h ist die S c h e i n l e i s t u n g

=

rund 43,5 K V A

(Scheinleistung).

M a n w ü r d e also in d i e s e m F a l l e die T r a n s f o r m a t o r e n b z w . S t r o m e r z e u g e r f ü r 50 K V A w ä h l e n , w o m i t a l l e a u f t r e t e n d e n B e l a s t u n g s s p i t z e n sicher g e deckt werden können.

Leistungsfaktorverbesserung

in

Dreh

stromanlagen.

U m sich ein Bild von dem L e i s t u n g s f a k t o r machen zu können, m u ß man sich über die E n t s t e h u n g des elektrischen Stromes klar werden. In Dynamomaschinen ( S t r o m e r z e u g e r n , Generatoren) wird der elektrische S t r o m durch Induktion erzeugt. Sie besitzen in dem f e s t stehenden Teil, im Gehäuse, F e l d m a g n e t e , das sind ruhende E l e k tromagnete. Zwischen diesen dreht sich der von einer K r a f t m a s c h i n e (Turbine, D a m p f m a s c h i n e , Dieselmotor oder dgl.) angetriebene A n k e r . In jeder D y n a m o m a s c h i n e wird ein pulsierender W e c h s e l strom erzeugt, da sich die auf dem A n k e r befindliche Spule zwischen einem Nordpol und einem Südpol der Maschine v o r b e i b e w e g t . D e r so erzeugte W e c h s e l s t r o m pendelt zwischen einem positiven und neg a t i v e n H ö c h s t w e r t hin und her, wechselt also dauernd seine R i c h tung. Man k a n n sich den Stromverlauf in einer Wellenlinie (Bild 19) vorstellen. In dem gleichen M a ß e pendelt auch die S p a n n u n g , unter der der S t r o m in den A n k e r s p u l e n entsteht. In Gleichstrommaschinen wird der S t r o m durch den auf dem L ä u f e r befindlichen K o l l e k t o r g l e i c h g e r i c h t e t , wird also über die B ü r s t e n nur von den Kollektorlamellen entnommen, die den positiven oder n e g a tiven H ö c h s t w e r t besitzen. W e c h s e l s t r o m m a s c h i n e n h i n g e g e n g e b e n den erzeugten pulsierenden S t r o m über die Schleifringe und die B ü r sten an das N e t z ab.

31

Bild 19. Verlauf

eines

Wechselstromes

B i l d 20. N a c h e i l e n d e V e r s c h i e b u n g d e s S t r o m e s z u r S p a n n u n g b e i induktiver B e l a s t u n g

B e i induktionsfreier Belastung (z. B . Glühlampen) verläuft die Spannung in gleicher Phase mit der Stromstärke, während bei induktiver Belastung (Motoren, Transformatoren) der Strom g e g e n die Spannung nacheilend verschoben ist. Der Strom I erreicht seine Höchst- und Nullwerte immer etwas später als die Spannung E (Bild 20). Diese Phasenverschiebung, die man durch den Phasenverschiebungswinkel cp bezeichnet, wird dadurch hervorgerufen, daß Motoren und Transformatoren zum A u f b a u ihres Feldes einen Magnetisierungsstrom (Blindstrom) benötigen, der nicht zur Wirkleistungsa b g a b e herangezogen werden kann. Dieser Blindstrom wird dem Netz entnommen, so lange der Stromverbraucher eingeschaltet ist, wird jedoch von den die Wirkstromentnahme anzeigenden Meßgeräten nicht festgestellt. Die Stromerzeuger und Kabelleitungen hingegen werden durch den Blindstrom ebenso belastet wie durch Wirkstrom. Sie müssen demnach bei Auftreten hohen Blindstromverbrauches entsprechend reichlich ausgelegt werden. Z u r Arbeitsleistung steht also nicht der in der Zuleitung fließende Gesamtstrom, den man mit Scheinstrom bezeichnet, zur V e r f ü g u n g , sondern nur ein Teil davon, nämlich der Wirkstrom, dessen Größe durch den Leistungsfaktor (cos 9) der Anlage bestimmt wird. B e i einem L e i s t u n g s f a k t o r von z. B . 0,5 w ü r d e von einem Scheinstrom von 92,5 Amp. nur 92,5 X 0,5 = 46,25 Amp. als W i r k s t r o m zur V e r f ü g u n g stehen. Dieser W i r k s t r o m würde bei einer Spannung von 500 Volt einer Wirkleistung von 46,25 X V 3 X 500 = 40000 Watt bzw. 40 k W entsprechen. Aus dem Scheinstrom von 92,5 A m p . ergibt sich analog eine Scheinleistung von 80 K V A . Diese Verhältnisse wurden in das D i a g r a m m (Bild 2 1 ) eingezeichnet. E s ergibt sich, daß bei einem cos tf> von 0,5 bei 40 k W Wirkleistungsaul'nahme der Motoren eine Blindleistung von etwa 70 K V A dem N e t z entnommen wird. Verbessert man den L e i s t u n g s f a k t o r der A n l a g e auf 0,8, wozu etwa 40 K V A Blindleistung erforderlich wären, so ergibt sicli aus dem D i a g r a m m , d a ß bei unveränderter Wirkleistungsaufnahme von 40 k W die Scheinleistung von 80 K V A auf 50 K V A verringert wird. D i e dann noch verbleibende Blindleistung beträgt nur nur 30 K V A .

U m diesen nachteiligen Folgen eines schlechten Leistungsfaktors auf die wirtschaftliche Ausnutzung der Stromerzeuger zu begegnen, 32

sind die meisten Elektrizitätswerke dazu übergegangen, außer dem Wirkleistungsverbrauch auch den Blindleistungsverbrauch mit besonderen Zählern zu messen und zu berechnen. Dies geschieht in der R e g e l in der Form, daß der Kilowattstundenpreis nur dann gilt, wenn die Energie bei einem bestimmten Verhältnis von Wirkstrom zu Blindstrom (z. B. cos cp = 0,8) vom Verbraucher entnommen wird. Wenn dieser vereinbarte Wert unterschritten wird, erhöht sich der Strompreis, während bei Überschreitung vielfach eine Vergütung gewährt wird.

Wirkleistungsaufnahme

k30093

Bild 21. Einfluß des Leistungsfaktors auf die Blind- und Scheinleistung

Ein schlechter Gesamtleistungsfaktor der A n l a g e wirkt demnach bei Fremdstrombezug verteuernd auf die Stromkosten, bei Eigenerzeugung wird die volle Ausnutzung der Stromerzeuger und Kabelleitungen unterbunden. Jeder Betriebsleiter wird daher darauf zu achten haben, daß der Leistungsfaktor seiner Anlage auf dem für seinen Betrieb günstigsten Wert gehalten wird.

Die Ursache eines schlechten Leistungsfaktors ist in der Mehrzahl der Fälle darauf zurückzuführen, daß die angeschlossenen Motoren nicht voll belastet sind. Der Magnetisierungsstrom (Blindstrom) der Motoren ist nämlich unabhängig von der Belastung ziemlich gleich. Man sollte schon bei der Planung der Antriebsmotoren für die A r beitsmaschinen auf diesen Punkt besonders Rücksicht nehmen. Um einen guten Gesamtleistungsfaktor der Anlage zu erzielen, ist es daher vor allen Dingen wichtig, die Leistung der Motoren entsprechend dem tatsächlichen Kraftbedarf der anzutreibenden Maschine zu wähBuch, Elektrizität 3

33

g b S E W O ¿3 O ¿2 S 4> 'S -û 3 «2 a l

E :e

£ "S = U. bû 3

oo

13.4

16 16,5 17 17

9,9 10,8

14.2 15.7 17.8 19 20.8 22.5 24.5 27

17,5 19 21 22

5° 70 95 120

9,2 10,7 12,8 14 15,8 x 7>5 19,5 21

150 i«5 240 300 400

2.3,3 25,1 28,3 3o,9 34, t>

29.3 3i.1 34,3 36.9 40.6

24 26 28 3i 34 35 39 4i 45

4') 6')

10 1 ) 16 25 35

7 7,4 7,9 8,4

800 650

Dreileiterkabel N K B A i k V , Leiter sektorförm.

18 19 20 21,5

1 000

Wird nicht

13,2

14,9 15,8 16,9 18,2

15,1 18,3 22 24,7

20,1 23,3 28 3°,7

23 27 32 35

1 000

I4,i 16,9 19,8 21,9

28,4 32,8 36,8 40,9

34,4 38,8 44 48,1

39 43 48 52

44,8 49,7 55,3 61,8 69,7

52 56>9 62,5 70,8 78,7

56 61 67 75 83

19,1 1 21,9 24,8 27,9 j 1 000 24,8 30,8 j 850 28 34 ! 650 3 1 , 6 37,6 ; 41 ! 5 5 ° 35 500 38,8 46 400 43,6 50,8 300 48,4 55,6 250 53,7 60,9 200 Wird nicht

25 28 32 35 38 42 45

1 000 950 800 650

500 5° 450 55 60 35° 300 65 ausgeführt

F ü r Spannungen über 1 k V Dreileiterkabel N K B A 6 k V , Leiter rund 10 16 25 35

23,4 26,8 29,8 32,4

29,4 32,8 35,8 38,4

5° 7° 95 120

36,2 40,1 44,2 47,6

43,4 47,3 51,4 54,8

Leiter eindrähtig.

34 37 40 43 48 52 56 59

2

1 000

750 650 55° 450

Dreileiterkabel N K B A 10 k V , Leiter rund

Dreileiterkabel N K B A 15 k V , Leiter rund

28,3 31,7 34,7 37,5

34,3 37,7 4°,7 44,7

39 42 45 49

1 000

W i r d nicht ausgeführt

950 750

41,5 44,2

48,7 5M

53 56

700 600

41,2 45 49,3 52,8

48,4 52,2 56,5 60

53 57 61 64

650 55° 450 400

47,9 52 56 59,5

55, 1 59,2 63,2 68,5

59 64 68 73

500 450 400 350

) Wird normal mit Eisendrahtbewehrung ausgeführt N K R A .

T a f e l 10: A u f b a u von eisenbandbewehrten, asphaltierten E r d k a b e l n .

62

B i l d 43. V e r a l t e t e

Lichtlcitungsverlcgung

in e i n e m

Brauerei-Lagerkeller

Die Verteilung der Lichtenergie erfolgt innerhalb der Betriebsr ä u m e v i e l f a c h n o c h d u r c h G u m m i a d e r l e i t u n g e n ( T y p N G A ) , die auf Porzellanisolatoren verlegt werden. G e g e n diese A r t der Installation b e s t e h e n in b e z u g a u f d i e I s o l i e r u n g a n s i c h k e i n e B e d e n k e n , s o f e r n eine z w e c k e n t s p r e c h e n d e M o n t a g e g e w ä h r l e i s t e t ist. E s ist j e d o c h zu beachten, daß derartige Leitungen nach den Errichtungsvorschriften im H a n d b e r e i c h eine S c h u t z v e r k l e i d u n g erhalten m ü s s e n . B e i g e n ü g e n d e r R a u m h ö h e v e r l e g t m a n d a h e r die L e i t u n g e n dicht unter d e r D e c k e (Bild 43). E i n e u n b e d i n g t e G e w ä h r d a f ü r , d a ß die L e i t u n g e n d e m H a n d b e r e i c h e n t z o g e n sind, ist bei dieser A r t d e r V e r l e g u n g nicht g e g e b e n . E s k a n n b e s o n d e r s in L a g e r r ä u m e n , M a l z b ö d e n u s w . v o r k o m m e n , d a ß L e i t u n g s t e i l e , die i m n o r m a l e n B e t r i e b s z u s t a n d mit d e r H a n d nicht z u err e i c h e n sind, d u r c h A u f s t a p e l n v o n F ä s s e r n , K i s t e n , d u r c h A u f s c h ü t t e n v o n G ü t e r n , d u r c h L e i t e r n u s w . in d e n H a n d b e r e i c h g e l a n g e n . A u ß e r d e m ist e s nachteilig, d a ß w e g e n d e r V e r s c h m u t z u n g d e r P o r z e l l a n i s o l a t o r e n eine dauernde P f l e g e n o t w e n d i g ist und B e s c h ä d i g u n g e n d e r L e i t u n g e n und Isolat o r e n d u r c h L e i t e r n u. d g l . z u h ä u f i g e n S t ö r u n g e n V e r a n l a s s u n g g e b e n .

Bild 44- Kabelähnliche

(Feuchtraum-)

Leitung

Zur B e h e b u n g dieser Übelstände ging m a n dazu über, die Leitungen in Stahlpanzerrohr zu verlegen. Eine derartige Installation hat jedoch in feuchten R ä u m e n , in denen mit T e m p e r a t u r s c h w a n k u n g e n zu rechnen ist, den Nachteil, d a ß sich in den Rohren leicht Schwitzwasser bildet. H i e r d u r c h können Isolationsstörungen verursacht werden. Überdies wurden zur Vermeidung des Durchrostens der R o h r e infolge der Luftfeuchtigkeit regelm ä ß i g e Rostschutzanstriche erforderlich. U m d i e s e n S c h w i e r i g k e i t e n zu e n t g e h e n , w e r d e n f ü r d i e L i c h t i n s t a l lation wie a u c h f ü r die Installation im F r e i e n ( f ü r R e k l a m e b e l e u c h t u n g e n usw.) die kabelähnlichen L e i t u n g e n (auch F e u c h t r a u m l e i t u n gen genannt) verwendet. E s sind dies Leitungen, die infolge ihres Aufbaues einen g u t e n Schutz g e g e n Isolationsstörungen und auch g e g e n chemische Einflüsse bieten. Sie sind aus diesem Grunde nicht nur für feuchte Betriebsräume gut geeignet, sondern auch in Räumen, in denen mit S ä u r e d ä m p f e n , hohen T e m p e r a t u r e n usw. zu rechnen ist, ferner in feuer- und explosionsgefährdeten R ä u m e n .

Bild 45. Neuzeitliche L i r h t l e i t u n g s v e r l e g u n g im Lagerkeller Kempinski & Co., Berlin

64

der

Firma

D a s Anwendungsgebiet der kabelähnlichen Leitungen beschränkt s i c h i n f o l g e i h r e r v i e l f a c h e n V o r z ü g e n i c h t n u r auf d i e L i c h t i n s t a l l a tion, sie w e r d e n v i e l m e h r a u c h f ü r d e n A n s c h l u ß v o n M o t o r e n kleinerer L e i s t u n g mit Vorteil verwendet. D e r a r t i g e kabelähnliche Leitungen besitzen eine Mehrfachleitung nach Art der f ü r ortsveränderliche G e b r a u c h s a p p a r a t e üblichen Gummischlauchleitungen, die aber noch zum Schutze g e g e n mechanische Beschädigungen mit einem Metallmantel umgeben sind. Durch eine äußere Beflechtung des Metallmantels werden chemische E i n f l ü s s e auf die Drähte wirksam verhindert. D i e Bildung von N i e d e r s c h l a g w a s s e r im Innern der Leitung wird mit Sicherheit vermieden, da die Kupferleitungen gemeinsam durch einen Weichgummi dicht umhüllt werden. Bild 44 zeigt eine kabelähnliche Leitung mit drei stromführenden Adern. D i e vierte, unter dem Bleimantel angeordnete Leitung ist der Beidraht, mit dem alle kabelähnlichen Leitungen ausgerüstet werden. E r dient als Schutzleitung für metallene Garniturteile, Schaltergehäuse usw. (s. Abschnitt Stromart und Spannung). K a b e l ä h n l i c h e L e i t u n g e n w e r d e n auf A b s t a n d s c h e l l e n unmittelbar an der D e c k e oder an der W a n d verlegt (Bild 45). F ü r die V e r l e g u n g im E r d b o d e n s i n d sie j e d o c h n i c h t z u l ä s s i g . D i e Abstandschellen werden z w e c k m ä ß i g aus verzinktem bzw. verbleitem Eisen oder aus Isolierstoff oder aus getränktem Holz hergestellt. Die Garniturteile weiden ähnlich denen für Stahlpanzerrohr ausgeführt. J e d o c h

B i l d 46. A b g z w e i g d o s e mit einmontiertem Feuchtraumleitungen

sind die Anschlußstutzen als Stopfbuchsen ausgebildet, wobei die Abdichtung der eingeführten Leitungen durch einen eingelegten Gummiring erfolgt. In Bild 46 ist eine A b z w e i g d o s e mit eingebautem Mittelkontakt dargestellt, an den die Schutz g e g e n Berührung spannungführender T e i l e gewährenden Beidrähte angeschlossen werden. D e r D e c k e l der A b z w e i g d o s e ist mit einer luft- und feuchtigkeitsicheren Abdichtung versehen. In ähnlicher Art werden bei einer Feuchtrauminstallation die Schalter, S t e c k v o r richtungen, Leuchten u. dgl. angeschlossen. B u c h , Elektrizität 5

65

66

Verteilungsanlagen

in d e n

Betriebsräumen

D i r e k t e K a b e l z u l e i t u n g e n von der H a u p t s c h a l t a n l a g e zu dem S t r o m verbraucher sind nur f ü r Motoren g r o ß e r L e i s t u n g üblich. Für den A n s c h l u ß der übrigen Motoren an das V e r t e i l u n g s n e t z werden in den Betriebsräumen Speisepunkte v o r g e s e h e n , wie dies aus Bild 47 ersichtlich ist. Mit R ü c k s i c h t auf die besonderen B e d i n g u n g e n in den Betriebsräumen der Nahrungsmittelindustrie ( A u f t r e t e n von S t a u b und L u f t f e u c h t i g k e i t , rauhe B e h a n d l u n g durch elektrotechnisch ung e s c h u l t e s Personal usw.) sollte für den A u f b a u derartiger Speisep u n k t e in jedem Falle das sogenannte e i s e n g e k a p s e l t e Schaltmaterial benutzt werden. D e r a r t i g e e i s e n g e k a p s e l t e S c h a l t a n l a g e n b e s t e h e n im a l l g e m e i n e n a u s S a m m e l s c h i e n e n k a s t e n , auf die j e nach B e d a r f , o b e n o d e r unten, h ä u f i g auch beiderseitig, Sicherungs- oder Motorschaltkasten angesetzt werden. D i e von d e r V e r t e i l u n g s a n l a g e z u d e n einzelnen M o t o r e n a b g e h e n d e n K a b e l l e i t u n g e n können daher entsprechend der Stromstärke der angeschlossenen Stromv e r b r a u c h e r g e s i c h e r t w e r d e n . D i e S a m m e l s c h i e n e n , S c h a l t e r und Sicher u n g e n w e r d e n hierbei in G u ß - b z w . in S t a h l g e h ä u s e n e i n g e b a u t , d i e d u r c h

Bild 48. G u ß e i s e n g e k a p s e l t e V e r t e i l u n g s a n l a g e im C o n c h e n r a u m der S c h o k o l a d e n f a b r i k G e b r . Stollwerck A G . , B e r l i n

67

g u t a b d i c h t e n d e D e c k e l o d e r T ü r e n v e r s c h l o s s e n sind. D e n empfindlichen e l e k t r i s c h e n A p p a r a t e n wird somit ein g e n ü g e n d e r m e c h a n i s c h e r Schutz g e w ä h r t , w o b e i sie g l e i c h z e i t i g einer z u f ä l l i g e n B e r ü h r u n g d u r c h d a s Bed i e n u n g s p e r s o n a l v o l l k o m m e n e n t z o g e n sind. D i e B e d i e n u n g dieser Anl a g e n k a n n d a h e r ohne B e d e n k e n a u c h e l e k t r o t e c h n i s c h u n g e s c h u l t e n Arb e i t s k r ä f t e n ü b e r l a s s e n w e r d e n . E i n e e i n w a n d f r e i e B e t r i e b s k o n t r o l l e ist d u r c h E i n b a u v o n Z ä h l e r n , S t r o m w a n d l e r - und I n s t r u m e n t e n k a s t e n auch bei den e i s e n g e k a p s e l t e n V e r t e i l u n g s a n l a g e n j e d e r z e i t m ö g l i c h .

In f e u c h t e n R ä u m e n ist auf eine möglichst weitgehende Unterteilung der V e r t e i l u n g s a n l a g e n zu achten, da hier selbst bei gewissenhafter A u s f ü h r u n g der M o n t a g e in erhöhtem M a ß e mit Isolationstörungen zu rechnen ist. D u r c h B e s c h r ä n k u n g etwaiger Betriebstörungen durch derartige S c h ä d e n auf einen möglichst kleinen Teil der A n l a g e werden sich die e t w a s höheren A n l a g e k o s t e n , die durch W a h l einer g r ö ß e r e n A n z a h l von K a b e l n und V e r t e i l u n g s a n l a g e n entstehen, während des Betriebes bald bezahlt machen. Beispiele für den A u f b a u und die A n o r d n u n g von eisengekapselten Schaltanlagen g e b e n die Bilder 48 und 49. B e i der in Bild 48 dargestellten Anlage wurde die U n t e r b r i n g u n g an einem Mauerpfeiler durch Verwendung von E c k - bzw. W i n k e l s a m m e l s c h i e n e n k a s t e n ermöglicht.

Bild 49. G u ß e i s e n g e k a p s e l t e V e r t e i l u n g s a n l a g e mit A b z w e i g e n f ü r die A n t r i e b s m o t o r e n der F l a schenreinigungs- und F ü l l a n l a g e und der P u m p e n in der S c h u l t h e i ß - P a t z e n h o f e r A G . , /bt. I, Berlin

68

Stromverbraucher Motoren zum Antrieb der Arbeitsmaschinen A u s f ü h r u n g s f o r m der

Motoren

Ein Gleichstrommotor besteht im wesentlichen aus dem feststehenden Gehäuse, in welches die Feldmagnete eingebaut sind, und dem A n k e r (Bild 50). Die Ankerspulen sind einzeln mit zylindrisch aneinandergefügten, gegenseitig aber isolierten Kupferstreifen verbunden, die zusammen den Kollektor oder K o m m u t a t o r bilden. Der Kollektor sitzt ebenfalls auf der Motorwelle und läuft mit dem A n k e r um. Die Stromzuführung erfolgt durch Metall- oder Kohlebürsten, die auf dem Kollektor gleiten.

Bild 50.

Gleichstrom-Nebenschlußmotor

69

Die Eigenschaften eines Gleichstrommotors werden von der Art der Schaltung der Magnetwicklung bestimmt. Man unterscheidet drei Ausführungsformen: N e b e n s c h l u ß m o t o r e n , deren Drehzahl von d e r Belastung praktisch u n beeinflußt bleibt, Reihenschlußmotoren, die bei A b n a h m e d e r Last h ö h e r e Drehzahlen ann e h m e n und bei völliger Entlastung „ D u r c h g e h e n " , demnach nur dort Verwendung finden können, wo keine Entlastung eintreten kann (Kran- und Bahnbetrieb), Doppelschlußmotoren, bei denen ein D u r c h g e h e n z w a r nicht möglich ist, die D r e h z a h l jedoch bei sinkender Belastung je nach der Ausführung steigt. In d e r Mehrzahl d e r Fälle wird man zum Antrieb der Arbeitsmaschinen N e b e n s c h l u ß m o t o r e n verwenden. Beim Anlassen m u ß ein Widerstand in den Ankerstromkreis gelegt werden, da dessen Widerstand bei Stillstand so gering ist, d a ß der Strom ohne diesen W i d e r s t a n d unzulässig hohe W e r t e a n n e h m e n könnte. Dieser Anlaßwiderstand wird bei zunehmender Drehzahl stufenweise abgeschaltet und endgültig vollkommen kurzgeschlossen, wenn der Motor die volle Drehzahl erreicht hat. Man k a n n also den Motor mit niedrigen Drehzahlen betreiben, wenn man einen Teil des W i d e r s t a n d e s vorgeschaltet läßt. Die V e r w e n d u n g von Anlaßwiderständen f ü r diese Z w e c k e ist jedoch unzulässig, da sie bei dauernder Einschaltung zu w a r m werden. E s müssen vielmehr besonders ausgelegte Regelvviderstände vorgesehen werden. Bei einer derartigen Ankerregelung wird jedoch E n e r g i e im Widerstand vernichtet; a u ß e r d e m wird die vorgesehene D r e h z a h l v e r m i n d e r u n g nur bei voller Belastung des Motors erreicht. Verringert sich die Belastung, so läuft der Motor schneller und u m g e k e h r t . Eine andere Möglichkeit der Drehzahlregelung von Gleichstrommotoren bietet die Nebenschlußregelung. Die S t r o m s t ä r k e der Magnetspulen wird hierbei durch Einschaltung von Widerständen verringert. Durch eine derartige S c h w ä c h u n g des magnetischen Feldes wird die Drehzahl entsprechend erhöht. D a der Strom in den F e l d m a g n e t e n nur sehr gering ist, sind mit der D r e h z a h l v e r ä n d e r u n g praktisch keine Verluste verbunden. Außerdem ist es von Vorteil, d a ß die R e g e l u n g im Gegensatz zu der Ankerregelung u n a b h ä n g i g von der Belastung des Motors möglich ist. Die Anlagekosten sind jedoch bei d e r Wahl d e r verlustlosen Nebenschlußregelung am höchsten, da d e r Motor f ü r die volle Leistung bei d e r niedrigsten Drehzahl ausgelegt werden m u ß . Man k a n n natürlich auch die Anker- und N e b e n s c h l u ß r e g e l u n g in einer Maschine vereinigen. Diese Möglichkeit würde m a n in dem Falle mit Vorteil ausnutzen, w e n n d e r Betrieb des Motors in d e m niedrigen Drehzahlbereich verhältnismäßig selten vorkommt. Diesen würde man d a n n mit d e r mit Verlusten verbundenen A n k e r r e g e l u n g b e h e r r s c h e n und von einer mittleren, je nach den Betriebsbedingungen zu wählenden, Drehzahl verlustlos nach oben regeln. Die Anlagekosten werden hierbei infolge d e r höheren Grunddrehzahl des Motors geringer. Die z w e c k m ä ß i g s t e Lösung m u ß daher in jedem Einzelfalle ermittelt werden. 70

Bei den Drehstrom-Asynchronmotoren ist zwischen Schleifringläufermotoren und schleifringlosen Motoren zu unterscheiden. Beiden gemeinsam ist die Tatsache, daß der Strom dem Ständer, dem feststehenden Teil, zugeführt wird. In dem Gehäuse des Ständers sind drei Wicklungen untergebracht, die in Stern oder in Dreieck geschaltet sein können. F ü r einen in Stern geschalteten Motor ist eine i,73mal höhere Spannung erforderlich als bei Dreieckschaltung. Durch diese Beziehung ist es möglich. z . B . einen für 380 Volt Stern geschalteten Motor auch für 220 Volt Dreieck zu verwenden.

D e m Läufer der Drehstrommotoren wird im Gegensatz zum Gleichstrom kein Strom unmittelbar zugeführt. In den Wicklungen des Läufers entstehen Ströme nur durch Induktion. Irgendwelche Stromzuführungsapparate brauchen daher an sich nicht vorgesehen zu werden, was auch bei den schleifringlosen Kurzschlußläufermotoren zutrifft. Bei diesen kann man dann allerdings auch keinen Einfluß auf die beim Anlauf auftretenden Ströme ausüben, wenn die Ständerwicklungen unmittelbar an die volle Netzspannung gelegt werden. Wird hierauf Wert gelegt, so muß der Läufer drei Schleifringe erhalten, auf denen Bürsten gleiten, an die ein Widerstand angeschlossen wird. Die gleiche Maßnahme ist bei Drehstrommotoren, deren Drehzahl geregelt werden soll, zum Anschluß der Regelwiderstände notwendig. Die Verhältnisse sind hier die gleichen wie bei der Ankerregelung von Gleichstrommotoren. E s wird demnach auch hier bei einer Herabsetzung der Drehzahl Energie in den Widerständen vernichtet. Da die Einschaltung der Widerstände bei der Drehzahlregelung dauernd notwendig ist, müssen auch die Bürsten dauernd auf den Schleifringen aufliegen. Man spricht in diesem Falle von einem Regulierschleifringläufermotor. Wird der Widerstand dagegen nur zur Beherrschung der Anlaufstromstärke benutzt, so ist die Verbindung zwischen Läufer und W i derstand nur während der Zeit des Anlaufes notwendig. Nach Beendigung des Anlaufvorganges werden daher die Bürsten durch die Bürstenabhebevorrichtung von den Schleifringen abgehoben und die letztgenannten durch die Kurzschlußvorrichtung untereinander verbunden. Diese Anlaßschleifringläufermotoren arbeiten demnach nach Betätigung der Bürstenabhebe- und Kurzschlußvorrichtung in der gleichen Art wie die Kurzschlußläufermotoren. D e n A u f b a u eines Schleifringläufermotors läßt Bild 51 und den eines Kurzschlußläufermotors Bild 52 erkennen. M a n ersieht daraus, d a ß der Kurzschlußläufermotor wesentlich einfacher gebaut ist als der Motor mit Schleifringläufer.

71

B i l d 5 1 . D r e h s t r o m - A s y n c h r o n m o t o r mit A n l a ß - S c h l e i f r i n g l ä u f e r

Schleifringläufermotoren haben den Vorzug, daß sie unter allmählichem Einschalten des Läuferwiderstandes ohne Überschreitung des Nennstromes das Nenndrehmoment entwickeln und bei entsprechend größerer Stromaufnahme das 1,6- bis 2,5fache des Nenndrehmomentes. Sie sind also ohne weiteres auch für schwer anlaufende Arbeitsmaschinen geeignet. Ein Motor mit Kurzschlußläufer normaler Bauart hingegen, der mittels eines Schalters direkt an die volle Netzspannung gelegt wird, nimmt beim Anlauf den etwa 6- bis /fachen Normalstrom auf. Um diese hohe Stromaufnahme zu vermindern, kann man zum Anlassen des Kurzschlußläufermotors einen Sterndreieckschalter verwenden. Der Stromstoß beträgt in diesem Falle das 2- bis 2,5fache des Normalstromes, jedoch geht auch das Anlaufmoment auf etwa 5 0 V . H . des normalen Drehmomentes zurück. Das geringe Drehmoment bei Sterndreieckschaltung verbunden mit der immer noch verhältnismäßig großen Stromaufnahme schränkten die Verwendungsmöglichkeit der Kurzschlußläufermotoren erheblich ein. Man hat daher verbesserte Ausführungsformen geschaffen, die unter den Namen Doppelnutmotoren, Wirbelstromläufermotoren, Dreinutmotoren usw. auf den Markt gekommen sind. Auf die konstruktiven Einzelheiten soll hier nicht näher eingegangen werden. Bezweckt wird bei allen diesen Typen, die Anlaufverhältnisse zu verbessern und sie den Erfordernissen der Arbeitsmaschinen anzupassen. Jedenfalls stehen heutzutage schleifringlose Drehstrommotoren zur 72

Bikl 52. Drelistrom-KurzschlußJriufermotor Verfügung, die je nach dem Verwendungszweck für 1.2- bis i,8faches Anzugmoment und 3- bis 5fachen Normalstrom bei direkter E i n schaltung bzw. bis 7 0 V . H . Anzugmoment bei etwa i,6fachem Strom bei Sterndreieckschaltung ausgelegt werden können. Für den Antrieb von Arbeitsmaschinen mit belastetem Anlauf wird man also den Schleifringläufermotor verwenden. Infolge seines einfachen Aufbaues und seiner einfachen Bedienung ist jedoch der schleifringlosc Kurzschlußläufermotor in verbesserter Ausführung nach Möglichkeit zu bevorzugen, wenn es die Anlaufverhältnisse der anzutreibenden Maschine gestatten.

73

E i n i g e Elektrizitätswerke schreiben f ü r das Anlassen dieser Motoren bei g r ö ß e r e n Leistungen einen Sterndreieckschalter vor, damit der Einschaltstrom den bei einem Schleifringläufermotor üblichen i,6fachen W e r t nicht überschreitet. D a s hierbei zur V e r f ü g u n g stehende Anzugmoment reicht für zahlreiche leeranlaufende Arbeitsmaschinen und selbst für kürzere T r a n s missionen aus, wenn die angeschlossenen Arbeitsmaschinen während des A n l a u f e s ausgerückt werden können. H ä u f i g wird es aber möglich sein. Motoren mittlerer und kleinerer Leistung bei z w e c k m ä ß i g e r Auslegung d i r e k t einzuschalten.

Für die in der Nahrungsmittelindustrie vorkommenden Arbeitsmaschinen mit Ausnahme sehr schwer anlaufender Walzen, Mischund Brechmaschinen, Mühlen u. dgl. genügt meistens ein Anzugmoment von etwa 120 bis 130 v . H . Der Anlaufstrom hat hierbei etwa den dreifachen Wert des Normalstromes. Diese Stromstöße spielen in Betrieben mit eigener Kraftzentrale keinerlei Rolle und selbst bei Anschluß an ein Elektrizitätswerk über eine Transformatorenstation dürften sie zu Beanstandungen kaum Veranlassung geben. Für die Regelung der Drehzahl stehen in Drehstromanlagen neben den bereits erwähnten Regulier-Schleifringläufermotoren mit Widerstandsregelung für Leistungen von etwa 5 P S aufwärts noch die Drehstromkollektormotoren zur Verfügung. B e i diesen ist der Ständer ebenso ausgeführt wie bei den normalen Motoren, der L ä u f e r hingegen besitzt einen K o l l e k t o r ähnlicher B a u a r t wie bei einem Gleichstrommotor. D i e R e g e l u n g der Drehzahl ist in den Grenzen von ± 5 0 v . H . b e z o g e n auf die synchrone D r e h z a h l bei konstantem Drehmoment stufenlos ohne nennenswerte Verluste im allgemeinen durch einf a c h e Verstellung der Bürsten möglich. S i e sind daher in b e z u g auf die Möglichkeit der Drehzahlregelung den Gleichstrommotoren mit Nebenschlußregelung gleichzusetzen.

Für Leistungen bis etwa 5 P S gibt es dann noch die EinphasenRepulsionsmotoren, bei denen eine wirtschaftliche Regelung der Drehzahl bis etwa 35 v. H. nach unten möglich ist. Leonard-Aggregate, bei denen ein Drehstrommotor einen Gleichstromgenerator antreibt, der wiederum einen Gleichstrommotor mit veränderlicher Spannung speist, kommen für die verhältnismäßig kleinen Antriebsleistungen der regelbaren Arbeitsmaschinen in der Nahrungsmittelindustrie kaum vor. Sie seien jedoch der Vollständigkeit halber erwähnt. Die Regelung der Drehzahl des Antriebsmotors -wird hier durch Veränderung der Spannung der Leonard-Dynamo erzielt. Die Frage, ob in einer mit Drehstrom versorgten Anlage die Verwendung von Gleichstrom oder Drehstrom bzw. welche Art von Drehstrommotoren für die regelbaren Antriebe die wirtschaftlichste Lösung darstellt, kann nur entschieden werden, wenn genaue Angaben über die Art der Betriebsführung und über die durchschnittlichen jährlichen Betriebstundenzahlen vorliegen, mit denen zu fahren beabsichigt wird. 74

Isolierstoff

Baumwolle, Seide, Papier und ähnliche Faserstoffe

Behandlung

I in Füllungetränkt getränkt u. nicht unter ö l ! u n i e r Öl

C u 0) 4. u a O E

Glimmer- und Anbeet-

Lackdraht

in ° C

75 5° ! 8 5

40

Einlagige Feldwicklungen, e b e n s o zweilagige Feldwicklungen in V o l l l r o m melläufer

6o 95

70 '105

Dauernd kurzgeschlossene Wicklungen

55 90

65

65

Alle a n d e r e n Wicklungen

5°

60

95 60

85

95

5°

701105

70

6o

65

95

60

95

G r e n z e r w ä r m u n g in ° C ') Kommutatoren und Schleifringe

60

Lager Eisenkerne mit eingebetteten W i c k lungen Eisenkerne o h n e eingebettete Wicklungen Alle a n d e r e n Teile

45

ohne Bindemittel

O E

ÖE

851 6 0

105

mit Bindemittel

Porzellan. Glas, Quarz u. ähnliche feuerfeiite Sfoffe

SE

in » C

In N u t e n gebettete Wechselstromständerwicklung

Glimmer

uud ähnliche mineralische Stoffe

in F ü l l masse oder unter ö l

e u a> v §u Eu II u a O E 51

O 6

Präparate

Nur beschränkt durch den Einfluß a u f d i e b e 115 nachbarten Isolierteile

in ° C

95

80

7°

105 9 0

65

100 85

60 i 95 80

125

115

G r e n z t e m p e r a t u r in OC

95 80 Wie die W i c k l u n g e n

N u r b e s c h r ä n k t d u r c h d e n E i n f l u ß auf b e n a c h b a r t e

Isolierteile

Meßverfahren Alle W i c k l u n g e n , m i t A u s n a h m e kurzgeschlossenen

der

dauernd

D a u e r n d kurzgesch'ossene W i c k l u n g e n sowie alle a n d e r e n T e i l e

Widerstandzunahme und Thermometermessung Thermometermessung

!) D . h . T e m p e r a t u r e r h ö h u n g ü b e r d a s k ü h l e n d e M i t t e l , z . B . d i e u m g e b e n d e L u f t .

Tafel 11: Höchstzulässige Grenzwerte für Temperatur und Erwärmung elektrischer Maschinen, zusammengestellt nach den REM.

75

Gleichstrom Motorleistung 1 2 35 6— 2 5 26— 5° 5> — 75 7 6 - 100

Drehstrom Motorleistung

iio Volt 220 Volt 440 Volt | 500 Volt

PS „ » » ,, „

im Mittel

|

9,o 8,6 8,2 7,8 7.6 7,54 7,5

4,5 4,3 4,05

2,2

3,9 3,8 3,74 3,27

>,94 >.9 1,87 1,86

8

4

1,86 1,83

2,1

1,78

2,0

•,73 1,66 1,63

1^62 1,8

I

Bei 3 kV D r e h s t r o m etwa 0,2 A je P S .

125 Volt 220 Volt 380 Volt 500 Volt

1 PS 2 „ 3— 5 „ 6 - 25 „ 26— 50 „ 5 ' - 75 76—100

2.94 2,88 2,76 2,7 2,54 2,49 2,44

5,16 5.09 4,66 4,8 4.46 4.38 5, 2 9

„ „

1,69 1,67 1,61 • ,58 1,46 1,44 1,4

'•3 ',27 1,23 1,2 1,1 1,09 >,07 ',2

im Mittel 4,7 2,7 '.55 Bei 6 k V D r e h s t r o m etwa 0,1 A je P S .

Tafel 12: Annähernder Stromverbrauch der gebräuchlichsten Motoren bei Vollast in A für eine Pferdestärke. D i e L e i s t u n g n o r m a l e r M o t o r e n w i r d d u r c h die T e m p e r a t u r b e g r e n z t , die sie im D a u e r b e t r i e b , d. h. u n u n t e r b r o c h e n e m T a g - und Nachtbetrieb, annehmen. Die höchstzulässigen Grenzwerte von T e m p e r a t u r u n d E r w ä r m u n g der M o t o r e n sind in den R e g e l n f ü r die B e wertung und P r ü f u n g von elektrischen Maschinen ( R E M . ) festgelegt und m ü s s e n v o n den h e r s t e l l e n d e n F i r m e n e i n g e h a l t e n w e r d e n . E s sind hiernach je nach dem Maschinenteil, Art der Wicklung und Ausführung und Behandlung des Isolierstoffes Grenztemperaturen von 75 bis 125 0 C zulässig. Ein Motor ist also keineswegs überlastet bzw. gefährdet, wenn ein Auflegen der Hand z. B . auf das Gehäuse eines in Betrieb befindlichen Motors wegen der hohen Temperaturen nicht möglich ist. Außerdem ist zu beachten, daß die höchstzulässige Temperatur bei verschiedenen Teilen der Maschinen auch dann erreicht wird, wenn der Motor ohne oder mit geringer Last läuft. Man kann demnach nicht auf ungenügende Bemessung bzw. einen Fehler in der Maschine schließen, w e m in diesem Betriebsfall Temperaturen festgestellt werden, die den Grenzwerten nahe kommen. Die höchstzulässigen Grenzwerte von Temperatur und Erwärmung elektrischer Maschinen, zusammengestellt nach den R E M , ergeben sich aus Tafel 11. D i e E r w ä r m u n g eines M o t o r s w i r d v o n s e i n e r S t r o m a u f n a h m e b e -

A E G En mNrt r n r e 1 1 « 11 1 « 1

II

« II 0

• 15 «

a

i

IVI

» lA leoSfl «0 1 1 /min 1 13 IVI 16 IA 1

Bild 53. Leistungsschild f ü r Maschinen

76

°AEG®

[MÖtlNrl

Type!

n n i I

220/360

45 Pf

II

I

Läufer

11

IVI

33 kW

14»o nl

2900000

390

0

|

DA 112/4

| IA

109/63 l COS S «

4) m

Tf N « a H

i ^ m O N i ^ O ' O oo » o o O d o o -

o

o

o

o

o

o i o e i A o i o e i o o o c i i o r - o i N i n h o " f f f l ' T i L O i o i o i o e

87

O o o es

LO »o ivs 0 LO 04 lo M co Ti- sO o Os lo O 00 es" N CO T? o" cT o HH

« *

*

*«

* •*

**

fi

o o Os

es o o N \o O Tj- sO ON en r-v N tv CO 00^ ** es" es" co co o o o"

**

* *

**

**

o 0 00

OS tv. en o o 00 ir-. vO o O LO en LO oo « ^ o" o" o 1-1 ** es" o LO ON Tj" * Tj- i/" o o LO es o oo o ^ T? LO IO

C rS

*

*

jz .Z

*

Ties o sO o cs co f o oo ON es o" o" o" o" 0 o" o' ^

LO r-s. LO LO LO o tv. LO O LO in ^ o es LO oo es LO 00 CN es LO es" es" es" cô eô eô rf rf T? i r. 1 r; ^ -

IO 01 O O en oo es o O) eo LO vO 00 O^ o" Ó" o" o" O o o" - -

LO O oc es o LO LO LO O o IO O O i O ts co LO tv. O^ en tv. qs es CO es" es cs" cn en eo en rf •f -í Q -

^

co O O LO «o OO 0 Tt- Os tv o O LO LO LO LO 0 »0 o LO rv LO \0 oo o^ en co LO es M co en SO o" o" o" o" o" O O o" ^ es" es" es" es" en en en rn TÍ ^

o o

m O O 00 OO sO es Os O O es co o O O O LO o 0 ^ en tv. eo LO r-v q^ es co en Tf LO tv. 00 es" es" es" es" es" fô o" o~ o" o" o~ o" O o" o" -

O

«

*

-t co LO es o sO oo es o 00 sO tv. O es oo >o o es O N O LO r^ Os Os O^ CO LO v£> oo o^ en M en oT O o~ o" o" o" o~ o" o" o" o" es" CÍ es" ^ sO es so vO sO 0 sO CO es l.O tv O es LO 00 LO ir1, O es es en en LO r-v co LO sq^ tv. 00 o_ 00 Os oí" o" o" O o" o" o" o" o" o" O O o" ^ ^ ^ w ^ "

o sO

*

*

#

*

*

*

LO Os sO es 0 vO « tv. LO tv LO LO o oo LO M O LO VO sO tv. 00 Os es es es en TÍes cs^ en « o" o" o" 0 0 O o" O O o" o" o" o" -

SO

*

es sO oo LO O fV SO 0 0 o O o es LO o LO vO tv. OO Os Os Os O es es es en Tf o" Ó o" o" o" o" o" o" O o o" o o" o" o" 0 -

LO o

s •ß'1 CT P u- ü e JS «¡ e « 3 u ;~ U tí Q o— " " "

88

io o o

10 o io lO o 1fi o i c O io o IO O IA O io O IO o o CM íO r» O CM io t>» o CM m r» o °

Äpfel

Tomaten

+ 1.5°

Pflaumen

Blumenkohl Karotten Spargel Weißkraut

Weintrauben

+ 2° + 2-4»

Eier im Lagerkeller

1 Fleisch im Kühlraum

| Bananen

+ 4,5°

im Gärkeller

+ 5°

im Abfüllkeller

+ 6» +

6

Verschiedenes Butter

| Pfirsich

4-0»

Bier

8

- °

1

+ 10»

|

1

Fleisch im Vorkühlraum

|

|

Schokolade im Lagerraum

Apfelsinen

+ 7,5» |

Gär- und Lagerkeller für Weißwein

+ 10—15° 15—20°

|

|

|

Gär- und Lagerkeller für Rotwein

T a f e l 20: Günstigste Kühlraumtemperaturen für einige wichtige Kühlgüter.

122

Der K ä l t e b e d a r f der K ü h l r ä u m e wird bestimmt durch die W ä r m e menge, die durch die K ü h l r a u m o b e r f l ä c h e eindringt, die das K ü h l g u t und die im R a u m arbeitenden Personen abgeben, die etwa a n g e s a u g t e Frischluft mitbringt bzw. durch Beleuchtung oder sonstige W ä r m e quellen an die K ü h l r a u m l u f t übertragen wird und endlich die durch o f f e n e T ü r e n eindringt. U m die durch die K ü h l r a u m o b e r f l ä c h e eindringenden K ä l t e v e r l u s t e nach Möglichkeit gering zu halten, werden die K ü h l r ä u m e stets mit K o r k s t e i n von 6 bis 16 cm D i c k e isoliert. Insgesamt beläuft sich e r f a h r u n g s g e m ä ß die erforderliche K ä l t e leistung auf etwa iooo—3000 kcal/24 h je m 2 R a u m g r u n d f l ä c h e je nach G r ö ß e des R a u m e s , G ü t e der Isolierung, T e m p e r a t u r d i f f e r e n z zwischen A u ß e n - und R a u m l u f t ' usw. B e i maschineller K ü h l u n g werden meist Kompressionskältemaschinen verwendet, bei denen überwiegend Ammoniak als K ä l t e m i t t e l dient. D i e zum Antrieb der K ä l t e k o m p r e s s o r e n erforderlichen elektrischen Einrichtungen wurden bereits in dem Abschnitt „ L e i s t u n g s f a k t o r v e r b e s s e r u n g in D r e h s t r o m a n l a g e n " kurz g e s t r e i f t , da die K o m pressormotoren, die v i e l f a c h die größten Stromverbraucher der A n lage sind, mit Vorteil f ü r eine V e r b e s s e r u n g des G e s a m t l e i s t u n g s f a k t o r s herangezogen werden. Die Bilder 24 und 28 geben einen E i n blick in derartige K ä l t e e r z e u g u n g s a n l a g e n . Z u r überschlägigen E r m i t t l u n g der erforderlichen Kältemaschinen und ihre Antriebsleistung wurde in Z a h l e n t a f e l 21 die nutzbare K ä l t e leistung i n kcal/h f ü r 1 P S h in A b h ä n g i g k e i t von der V e r d a m p f u n g s und K ü h l w a s s e r t e m p e r a t u r zusammengestellt. In dieser Z a h l e n t a f e l gelten die größeren W e r t e f ü r g r ö ß e r e Maschinen und reichliches K ü h l w a s s e r . Sie kann selbstverständlich nur einen ganz ungefähren Anhalt zur B e s t i m m u n g der Antriebsleistung geben. Verdampfungstemperatur -5° — 10O -150

Kühlwassertemperatur +

10°

3300—4100 2600—3200 2000—2500

+ '5° 2600—3400 2100—2700 1700—2100

|

+ 20° 2100 - 2700 1700—2200 1300—1700

Tafel 21: Nutzbare Kühlleistung in kcal/h für 1 PSh in Abhängigkeit von der Verdampfungs- und Kühlwassertemperatur A u s den vorstehend a n g e g e b e n e n D a t e n würde sich z. B . unter der Annahme einer Kühlraumtemperatur von — 2° C, einer etwa 8° tiefer als R a u m t e m p e r a t u r liegenden V e r d a m p f u n g s t e m p e r a t u r von — i o ° C und einer K ü h l w a s s e r t e m p e r a t u r von -j- 15 0 nach Z a h l e n t a f e l 21 eine nutzbare Kälteleistung von 2 1 0 0 kcal/h je P S h ergeben. D i e e r f o r d e r -

123

liehe Kälteleistung errechnet sich für einen Raum von 500 qm zu 500X3000 kcal/24 h je m 2 mit 1 500000 kcal/24 h. Bei einer nutzbaren Kälteleistung von 2100 kcal/h je PSh ergibt sich '

= etwa

713 PSh bzw. bei 24 h-Betrieb eine Motorleistung von etwa 30 PS. Für die Steuerung der Kompressormotoren dienen die unter dem Abschnitt „Ausführungsform der Motoren" bereits beschriebenen Steuergeräte. Hierzu kommen dann noch für kleinere und mittlere Leistungen halb- und vollautomatische Steuerungen, die unter Verwendung entsprechend ausgebildeter Temperaturregler in Verbindung mit Schützen bzw. Selbstanlassern für die Ein- und Abschaltung der Motoren die Aufrechterhaltung einer" einstellbaren stets gleichmäßigen Temperatur in dem Kühlraum gewährleisten. Daneben gibt es aber noch eine große Anzahl von Betrieben, in denen sich der Einbau besonderer Kühlräume nicht lohnt bzw. die außer den großen Kühlanlagen in den vielfach angegliederten Verkaufsräumen zur Aufbewahrung geringerer Mengen von Lebensmitteln geeignete Einrichtungen benötigen. Für diese Zwecke hat die Elektroindustrie elektrisch betriebene Kühlschränke geschaffen. Sie werden in verschiedenen Ausführungsformen und nach verschiedenen Systemen gebaut. Die zur Kälteerzeugung erforderliche Apparatur ist in der Regel fest eingebaut, so daß zur Inbetriebsetzung nur der Anschluß an eine Lichtsteckdose notwendig ist. Im allgemeinen erhalten sie eingebaute Temperaturregler, die unabhängig von der umgebenden Außentemperatur eine einstellbare Kühltemperatur im Innern des Schrankes aufrecht erhalten. Der Stromverbrauch ist in diesem Falle verhältnismäßig gering, da die Kühlapparatur nur bei Erhöhung der eingestellten Temperatur in Betrieb gesetzt wird.

124