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.