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Hochspannungs-Freileitungen
nehmen häufig
zwei Systeme auf, die symmetrisch an beiden Seiten eines Gittermast-Turmes
angeordnet sind, wobei die insgesamt 6 Phasen in einheitlicher Weise
mit Isolator-Garnituren an den Traversen (Auslegern beidseitg des
zentralen Turmes) aufgehängt
werden.
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Schwachen,
niederfrequenten elektrischen und vor allem magnetischen Feldern,
wie sie im Haushalt und in der Nähe
von Hochspannungsleitungen vorkommen, werden von einem Teil der
Fachwelt nachteilige Auswirkungen auf die Gesundheit nachgesagt.
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Gegenüber den
ungünstigsten
Anordnungen führen
folgende Bauweisen zu einer Reduktion insbesondere der magnetischen
Feldstärken:
- – Durch
Dreiecksanordnung der drei Phasen eines Drehstromsystems werden
geringere Abstände
zwischen den Phasen und damit eine bessere Kompensation der drei
Phasen untereinander erreicht, wie es etwa bei den weitverbreiteten „Donau-Masten" der Fall ist.
- – Eine
kompakte Bauweise mit Dreiecksanordnung wird etwa in der EP 606 641 beschrieben, wobei
dort allerdings die von beiden Systemen gebildeten Dreiecke dieselbe
Ausrichtung aufweisen, nämlich
beide mit der Spitze nach unten, was bei gleichphasigen Systemen
ungünstiger
ist.
- – Bei
Donau-Masten mit zwei in Dreieckform ausgeführten, auf beiden Seiten des
Turmes nebeneinander angeordneten Systemen und übereinstimmender Richtung des
Energietransports führt eine
gegeneinander verdrehte Phasenlage zu einer teilweisen Kompensation
der Magnetfelder beider Systeme.
- – Durch
außermittige
Installation der oberen Phase eines Donau-Masten kann der räumliche
Winkel von 120° zwischen
den Magnetfeldern beider Systeme noch etwas vergrößert werden.
Damit wird die Kompensation geringfügig verbessert (vgl. Kießling, F.,
Nefzger, P., Kaintzyk, U.: Freileitungen – Planung, Berechnung, Ausführung; Springer
Verlag, Berlin 2001), und bei nach innen versetzter Lage werden
die Abmessungen der oberen Traverse und die Kosten vermindert.
- – Tonnenmasten
mit drei Traversenebenen ebenso wie Einebenen-Masten weisen bei
geeigneter Phasenbelegung (SRT, TRS) in größerer Entfernung eine Kompensation
der Einzelleiter auf, die insofern im Ergebnis dem Anspruch 2 ähnelt. Sie haben
jedoch wesentlich größere Abstände der äußeren Phasen
zueinander. Dies führt
besonders in der Nähe
der Leitung und bei unsymmetrischem Betrieb der beiden Systeme zu
größeren Feldstärken. Außerdem haben
sie eine große Breite
(Einebenenmast) bzw. Höhe
(Tonnenmast).
- – Sehr
weitreichende Feldreduzierungen ermöglicht ein Phasenkompensationsverfahren,
bei dem zwei der drei Phasen eines Drehstromsystems in je zwei Leiterbündel aufgeteilt
werden, und diese dann jeweils an entgegengesetzten Seiten um das
dritte Leiterbündel
herum angeordnet werden. Nachteilig ist der höhere Aufwand – statt
drei sind nun faktisch fünf
Bündelleiter
unterzubringen. Die Aufhängung
in Form der „5" auf einem Würfel erfordert
entweder drei Traversenebenen oder besondere Isolatoren für die mittlere Phase.
Dabei ist die Wirksamkeit sehr von der Einhaltung der Abstände zwischen
den Phasenleitern abhängig.
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Von
außen
angreifende Abstandshalter, wie sie in der
DE 10 18 492 für einen anderen Verwendungszweck
beschrieben werden, könnten ähnlich auch
als Abstandshalter für
ein Drehstrom-Freileitungssystem konstruiert werden. Dabei würden
- – drei
Leiter bzw. Leiterbündel
(R, S, T) eines Drehstromsystems im Dreieck angeordnet werden,
- – Isolatoren
(30) auf der den anderen Phasen entgegengesetzten Hälfte des
Umkreises der jeweiligen Phase mit den Phasenleitern verbunden werden,
und
- – die
Isolatoren untereinander verbunden (31, 32) werden
bzw. so geformt sein, dass sie je zwei benachbarte Leiter verbinden.
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Beschrieben
wird auch die Möglichkeit
6-poliger Anordnungen von Freileitungen mit Phasenwinkeln von 60° zwischen
den Phasen zur möglichst kompakten
Gestaltung von Freileitungen (Kießling 2001, a.a.O.). Dies bewirkt
aber keine niedrigeren Magnetfelder.
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Ziel der Erfindung und Prinzip
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Ziel
der Erfindung ist es nun, mit einfachen Mitteln einen verbesserten
gegenseitigen Ausgleich der Magnetfelder zweier dreiphasiger Drehstromsysteme
zu erreichen, vor allem für
den Fall symmetrischen Betriebs mit ungefähr gleicher Stromstärke in den
parallel geschalteten Stromkreisen.
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Ausgangspunkt
der Überlegungen
ist eine Dreiecksanordnung zweier 3-phasiger Drehstromsysteme auf
beiden Seiten eines Turmes, mit zwei Traversen, wobei entweder die
obere oder die untere Traverse zwei Phasen aufnimmt. Die insgesamt sechs
Leiter bzw. Leiterbündel
bilden zwei Dreiecke, die jeweils eine untere horizontale Kante
aufweisen (wenn die untere Traverse zwei Phasen aufnimmt), oder
eine obere horizontale Kante (wenn die obere Traverse zwei Phasen
aufnimmt).
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Einen
Momentanwert z.B. des linken Drehstromsystems kann man sich nun
durch die Ausrichtung eines Zeigers repräsentiert vorstellen, der auf eine
der Ecken des linken Dreiecks gerichtet ist. Je nachdem, wie man
die Phasen des rechten Systems belegt, weisen im ungünstigen
Fall die Zeiger der beiden Systeme in die gleiche Richtung, so dass
sich die Stärken
der beiden Magnetfelder addieren. Bei günstigerer Belegung der Leiterseile
mit den drei Phasen des rechten Systems stehen die beiden Zeiger
in ca. 120° zueinander
(genau 120° im
Falle gleichseitiger Dreiecke). Dann ergibt ihre vektorielle Summe
annähernd
dieselbe Stärke
wie einer der Summanden, also immerhin keine Verdopplung mehr. Eine
Winkel von 180°,
d.h. eine entgegengesetzte Richtung beider Summanden, läßt sich
erreichen, wenn die beiden Dreiecke eine entgegengesetzte Orientierung aufweisen.
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Eine
Orientierung mit einem Dreieck mit einer horizontalen Kante unten
auf der einen Seite des Mastturms, das andere Dreieck mit einer
horizontalen Kante oben auf der anderen Seite, also wie bei einem
seitlich auseinandergeschobenen Davidstern, würde vier unterschiedliche Aufhängehöhen und
ein unausgewogenes Mastbild ergeben.
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Bei
Systemanordnungen mit achsensymmetrischer Aufhängung von je drei Phasen auf
jeder Seite des Masten kann ein befriedigender Ausgleich der Felder
erreicht werden, indem eine Drehung der beiden Dreiecke vorgenommen
wird. Die einheitliche Höhe
zweier Phasen auf einer Traverse je Seite der Leitung ist also aufzugeben.
Im Idealfall erfolgt eine Drehung um je +/-30°, so dass je eine Seite der
beiden Dreiecke senkrecht steht. Erfindungsgemäß soll dies ohne eine dritte
Traverse erreicht werden.
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Umsetzung
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Grundprinzip
der Erfindung ist es, die an einer Traverse aufgehängten Leiterseile
eines Systems in unterschiedlicher Höhe aufzuhängen und geeignet zu verschalten.
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Die
Beschreibungen beziehen sich jeweils auf eine Querschnittsdarstellung
senkrecht zum Leitungsverlauf. Von einem gedachten Mittelpunkt der Leitung
aus sollen sich jeweils gleichphasige Leitungen beider Systeme in
entgegengesetzter Richtung befinden (Anspruch 1). Wenn sich die
Verbindungslinien zwischen den drei gleichphasigen Paare in einem
Punkt schneiden, und dies jeweils auch die Mitte zwischen den je
zwei gleichphasigen Leitern bzw. Leiterbündeln darstellt, wird gerade
in größerer Entfernung
eine gute Kompensation der Feldstärken erreicht. Dies wird erfindungsgemäß durch
eine Übereinstimmung
der vertikalen Abstände
zwischen der mittelhohen und den beiden anderen Phasen erreicht,
und wenn die obere und die untere Phase vertikal übereinander
verlaufen (Anspruch 2).
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Die
Ansprüche
3 bis 7 beschreiben nun verschiedene Möglichkeiten, wie die unterschiedliche Höhe der Seile
an der Traverse mit zwei Phasen mit üblichen Isolatoren erreicht
werden kann.
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Bei
der Traverse mit zwei Phasen
- – kann es
sich um die untere Traverse handeln, womit die dort höher befestigte
Phase insgesamt die mittelhohe der drei Phasen wird, oder um die obere
Traverse, womit die untere ihrer Phasen insgesamt die mittelhohe
Lage einnimmt, und
- – die
höhere
Phase kann innen am Turm oder außen sein, so dass sich prinzipiell
eine große
Zahl von Kombinationsmöglichkeiten
ergibt.
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Die
Ansprüche
8 bis 11 beschreiben einige Bauweisen, die besonders zweckmäßig erscheinen.
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Die
Ansprüche
12 bis 16 beschreiben weitere Möglichkeiten,
wenn eine Feldreduzierung nicht auf der gesamten Strecke einer Freileitung
mit mehreren Spannfeldern, sondern nur in einzelnen Spannfeldern
bzw. in der Nähe
bestimmter Immissionsorte (z.B. Wohngebäude) angestrebt wird.
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Anspruch
17 beschreibt eine vorteilhafte Bauweise bei einer kombinierten
Drehstrom- und Gleichstrom-Hybridleitung.
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Die
Ansprüche
18 und 19 beschreiben eine Bauweise, bei der das Grundprinzip eines
gemeinsamen Mittelpunkts der paarweise gleichphasigen Phasenleiter
mit einer um 30° gekippten
Anordnung der Leiterseile umgesetzt wird, also mit der Anordnung von
zwei Phasenleitern übereinander
in der Mastachse, die Ansprüche
20 und 21 übertragen
es auf Tonnenmasten.
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Abweichungen und Ausführungsweisen:
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Geringfügige Abweichungen
von dem Idealbild gemäß Anspruch
2 können
aus technischen Gründen
gewünscht
sein, z.B. wegen der Gefahr des Eisabwurfs von der oberen auf die
untere Phase. Nachdem sich die zu schützenden Immissionsorte eher
schräg
unterhalb der Leitung befinden, also nähe an den unteren Phasenleitern
wird es im Zweifel eher günstiger
sein, die beiden oberen Phasen weiter auseinander zu hängen als
die unteren, und auch den vertikalen Abstand zwischen oberer und mittlerer
Phase eher größer als
den vertikalen Abstand zwischen mittlerer und unterer Phase zu wählen.
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Eine
Phase kann jeweils aus einem einzigen Leiterseil bestehen oder als
Leiterbündel
ausgeführt werden.
Als gleiche Phase zweier Systeme bezeichnet werden auch Phasenlagen
mit geringfügigen
Unterschieden, wie sie sich regelmäßig einstellen, in Abgrenzung
zu unterschiedlichen Phasenlagen mit 120° Phasenabweichung zwischen den
drei Phasen bzw. mindestens 60° Phasenabweichung
bei Stern-Dreieck-Schaltweisen.
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Es
können
weitere Traversenebenen vorhanden sein, z.B. unter der unteren Traverse
der beiden behandelten Systeme noch eine Traverse für eine niedrigere
Spannungsebene. Bei einem Teil der Ausführungsmöglichkeiten können auch
dieselben Traversen zusätzlich
Leiter anderer Systeme tragen.
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Einzelne Ausführungsmöglichkeiten:
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Isolatoren
können
senkrecht hängend
(Hängeketten)
oder V-förmig
(V-Ketten) die Seile tragen oder in der Kettenlinie geneigt das
Seil abspannen, das dann im Traversenbereich vom Zug des Spannfelds
entlastet ist und unter den abspannenden Isolatoren durchhängt.
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Bei
einer Bauweise nach Anspruch 3 wird an der Traversenhälfte mit
zwei Phasen nur die eine Phase mit Isolatorgarnituren für Tragmasten
befestigt, so dass die Leiterseile ein Stück unterhalb der Traverse verlaufen.
Die andere Phase an derselben Traverse wird mit in der Kettenlinie
schräg
hängenden
Isolatoren aufgehängt,
wie es üblicherweise
nur bei Abspannmasten erfolgt. Die Befestigung dieser Phase mit
Abspann-Garnituren führt
dazu, dass ihre Kettenlinie auf Höhe der Traverse beginnt. Das
Seil hängt
also – mit
Ausnahme des kurzen Durchhangs im unmittelbaren Mastbereiches – höher. Bei
der ersten Phase sind dagegen die Leiterseile selbst entsprechend
der Länge
der Isolatoren bzw. Isolator-Garnituren unterhalb der Traverse befestigt.
Der Höhenunterschied
kann dann noch durch die Auswahl der Isolatoren sowie die Verwendung
von V-Ketten bzw. senkrecht hängenden
Isolatoren beeinflußt werden.
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Nachdem
der Abstand der unteren Leiter zur Traverse ein isolationstechnisch
entlang der Isolatoren ausreichendes Maß aufweist, ist es in der Regel auch
möglich,
mit demselben Abstand auch oberhalb der Traverse ein weiteres Leiterbündel zu
installieren, und damit die Symmetriebedingung nach Anspruch 2 einzuhalten.
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Eine
nicht-horizontale Unterkante der Traverse kann ebenso die unterschiedliche
Höhe der Seile
bewirken. Ggf. kann dabei eine horizontale Oberkante der Traverse,
die den i.d.R. auf Zug beanspruchten Teil der Traverse darstellt,
ein ästhetisch ansprechende
Bauweise darstellen (Anspruch 4).
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Unterschiedliche
Aufhängehöhen können auch
dadurch erreicht werden, dass teils senkrecht hängende Isolatoren, teils im
Winkel zueinander stehende Isolatoren (V-Ketten) verwendet werden
(Anspruch 5).
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Insbesondere
kann erreicht werden, dass die äußeren Seile
niedriger hängen
als die inneren. Die hat die Vorteile, dass durch die niedrigere
Aufhängung
der benötigte
Blitzschutzraum kleiner wird, dass die Leitung einen niedrigeren
optischen Schwerpunkt erhält
und dass sie von Vögeln
leichter überquert
werden kann. Es können
Luftbereiche genutzt werden, die außerhalb einer niedriger gelegenen,
weniger breiten Traverse liegen, ohne dass zusätzlicher baulicher Aufwand
anfällt,
und der vertikale Abstand zwischen den Traversen kann dadurch ggf. vermindert
werden.
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Eine
dazu entgegengesetzte Ausgestaltungsmöglichkeit des Anspruchs 5 besteht
darin, dass bei einer Freileitung mit mehreren Systemen mit unterschiedlicher
Länge der
Isolatoren an einer Traverse eine Vergleichmäßigung der Aufhängehöhe der Leiter
dadurch erreicht wird, dass die längeren Isolatoren im Winkel
zur Senkrechten (V-Ketten), die kürzeren senkrecht installiert
werden.
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V-Ketten,
die wie üblich
symmetrisch zu einer Vertikalen durch das Leiterbündel angeordnet werden,
haben den Nachteil, dass die Traversen breiter werden als der Abstand
der Leiterseile. Dieser Effekt kann vermieden oder begrenzt werden,
wenn die V-Ketten mit unterschiedlicher Neigung aufgehängt werden
(Anspruch 6). Dies kann durch unterschiedlich lange Isolatoren,
vorzugsweise aber durch unterschiedlich hohe Aufhängepunkte
erreicht werden. Im weitestgehenden Fall können die V-Ketten beide seitlich über die
Stahlkonstruktion der Traverse i.e.S. hinausragen. In der Regel
wird damit auch eine Anhebung der von der V-Kette gehaltenen Leiterseile erreicht.
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Die
unterschiedliche Höhenlage
kann gemäß Anspruch
7 auch durch einen unterschiedlichen Durchhang der Leiterseile erreicht
werden. Hängen je
zwei Phasen an der unteren Traverse, wird vorzugsweise eines davon
stärker
gespannt, so dass es weniger durchhängt. Hierfür ist dann ggf. ein anderes,
zugkräftigeres
Leitermaterial zu verwenden. Hängen
je zwei Phasen an der oberen Traverse, wird eines davon schwächer gespannt,
so dass es stärker durchhängt. Zur
Minimierung des Magnetfelds ist es dann i.d.R. günstig, wenn die beiden anderen
Leiterseile des Drehstromsystems einen untereinander ähnlichen
horizontalen Abstand von der Leitungsmitte aufweisen, also etwa übereinander
verlaufen. Der Durchhang kann ggf. so gesteuert werden, dass die Feldstärkereduzierung
(bzw. -kompensierung) entlang eines Spannfelds gerade dort am größten wird, wo
eine empfindliche Nutzung (z.B. Wohngebäude) in Nähe der Trasse vorkommt.
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Zur
Feldbegrenzung trägt
neben der erfindungsgemäßen Kompensation
der beiden Systeme gegeneinander eine möglichst kompakte Anordnung der
Phasen eines Systems und ein geringer Abstand zwischen den beiden
Systemen bei. Die Mindestabmessungen werden u.a. durch die Einhaltung
des isolationstechnisch erforderlichen Abstands zum Mast bestimmt.
Nachdem erfindungsgemäß zwei der drei
Phasen jedes Systems (ungefähr) übereinander liegen,
erscheint es zunächst
vorteilhaft, diese beide, und nicht stattdessen die dritte Phase,
möglichst nahe
am Mast zu verlegen. Vorzugsweise werden zwei Phasen auf die untere
Traverse gelegt, um das Mastbild am Mastkopf möglichst klein zu halten.
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Damit
kommt man zu einer Bauweise gemäß Anspruch
8, wobei die „mittelhohe" Phase vorzugsweise
mit Abspanngarnituren am Ende der unteren Traverse befestigt wird.
Hier hat diese Traverse auch ihre Spitze, ein Durchhang des abgespannten
Seilabschnitts unterhalb der Traverse ist unproblematisch. Nachdem
die mittelhohe Phase etwas höher hängt als
die untere, können
die beiden ggf. mit etwas geringerem seitlichen Abstand als üblich installiert
werden. Ein normaler Abstand der beiden Traversen gewährleistet
auch einen ausreichenden Abstand zwischen der oberen und der mittelhohen
Phase. Die untere Traverse besitzt oberhalb des Aufhängepunkts
der Isolatoren der unteren Phase eine gewisse Bauhöhe. Die
obere Phase muß diese
Bauhöhe
um die erforderliche Isolationsstrecke in Luft überschreiten.
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Die
Summe dieser beiden Maße
entspricht bei horizontaler Unterkante der Traverse zugleich dem
Höhenunterschied
zwischen oberer und mittlerer Traverse. Nachdem Isolatoren i.d.R.
länger
sind, als die Isolationsstrecken in Luft, kann also bei senkrechter
Lage der untersten Isolatoren in günstiger Ausprägung eine Übereinstimmung
der Vertikalabstände
erreicht werden. Die Höhe
der oberen Traverse kann dann ggf. durch die Verwendung einer V-Kette für die obere
Phase noch vermindert werden, was allerdings die Abstände der
Phasen untereinander im Ruhezustand nicht beeinflußt.
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Bei
einer Bauweise nach Anspruch 9 hat die obere Traverse zwei Phasen,
von denen die innere an V-Ketten, die äußere an senkrechten Isolatoren hängt. Die
untere Traverse ist kürzer.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass die an der oberen Traverse hängende,
mittelhohe Phase (R) weiter außen
hängt als
das äußere Ende
der unteren Traverse. Damit kann der Abstand zwischen den Traversen
weiter vermindert werden kann, als wenn auf den Vertikalabstand
zwischen (R) und der unteren Traverse Rücksicht genommen werden müsste.
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Dies
ergibt eine besonders kompakte Bauweise, besonders wenn die Seilbewegungen
gegeneinander noch durch zusätzliche
Abstandshalter begrenzt werden.
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Zusätzlich vorteilhaft
ist bei Ausführungen nach
Anspruch 8 bzw. 9 eine höhere
Lage der mittelhohen Phasen im Vergleich zu einer Donau-Anordnung,
wo sie gegenüber
den unteren Phasen nicht angehoben sind, was zusätzlich einen schnelleren Abfall
der elektrischen Felder seitlich der Freileitung ergibt.
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Bei
einer Ausführung
nach Ansprüchen
10 bis 12 sind die mittelhohen Leiterseile am weitesten innen gelegen.
Nachdem sie die gleiche Phasenlage aufweisen, können sie grundsätzlich relativ
nah aneinander geführt
werden, auch im Verlauf des Spannfelds besteht eine geringere Gefahr
eines Überschlags.
Nachdem der zentrale Turm ein Hindernis im Mastbereich darstellt,
werden sie vorteilhafterweise abgespannt.
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Bei
vergleichsweise breitem Turm bzw. bei V-förmigem Mastfuß können die
beiden Seile oder Seilbündel
der mittelhohen Phasen durch Lücken des
Masten geführt
werden (Anspruch 10). Ggf. können
beide Seile dort mit besonderen Isolatoren zusammengehalten werden,
die horizontal zwischen die beiden Phasen gehängt werden und somit gegenüber dem
Verlauf im Spannfeld eine Auslenkung nach innen bewirken. Möglich wäre stattdessen
auch ein Seitenwechsel der beiden Phasenleiter an jedem Masten:
Dabei würden
die Leiter von dem Abspannpunkt aus diagonal zu dem gegenüberliegenden
Abspannpunkt geführt,
also durch die Mittelachse der Turmes. Damit sich die beiden Leiter
in der Turmmitte nicht treffen, würde einer der Leiter weiter
durchhängen.
Sie würden
also keinen seitlichen Abstand zueinander benötigen, kämen also ggf. mit kleineren Lücken zwischen
Turmteilen aus.
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Gemäß Anspruch
11 werden die Leiterseile umgekehrt nach außen geführt. Vorzugsweise erfolgt dies
durch gelenkig am Turm befestigte Isolatoren, wobei ihr Gewicht
und die Spannung in dem zugehörigen
Seilabschnitt eine feste Stellung in genügendem Mastabstand bewirken.
Zweckmäßige Details zum
Weghalten eines sonst in Mastnähe
verlaufenden Seiles zeigt die Patentschrift
US 36 47 933 .
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Es
ist auch möglich,
nur für
einzelne Spannfelder, in denen besondere Anforderungen an die Feldminimierung
bestehen, die mittelhohen Leiterseile näher an die Mittelachse der
Freileitung heran zu führen.
An den beiden Masten, die dieses Spannfeld begrenzen, werden die
mittelhohen Leiterseile dann abgespannt und von der äußeren „Normallage" zu der Lage weiter
innen umgelenkt (Anspruch 12). Dies hat den Vorteil, dass die Leiterseile
im Traversenbereich einfach durchhängen können, und dabei unter der unteren
Phase hindurch geleitet werden, und dass keine besonderen Vorkehrungen
getroffen werden müssen,
damit sie ausreichenden Abstand zum Turm einhalten. Gegebenenfalls
könnte
an solchen Stellen auch ein Wechsel der Phasenlage der übrigen Phasenleiter
erfolgen, wie er nach gewissen Abständen ohnehin vorgenommen wird.
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Die
Anordnung von Abstandshaltern kann generell Bewegungen zwischen
den Leiterseilen begrenzen und damit eine engere Aufhängung der
Seile ermöglichen,
ohne das Überschläge erfolgen.
Sie werden bei einer Ausführung
nach Anspruch 13 aber zusätzlich
genutzt, um Schwankungen der Abstände zwischen den Phasenseilen
in dem Bereich mit Anforderungen an die Feldminimierung zu begrenzen: Bei
einer grundsätzlich
guten Kompensation der Felder durch zweckmäßige Anordnung der Phasen zueinander
wirken sich nämlich
Lageänderungen
der Phasenleiter besonders stark aus, so dass solche Abstandshalter
dann zur Feldreduktion besonders wichtig sind. Sie sind daher zweckmäßig dort
anzuordnen, wo die Freileitung nahe an zu immissionsempfindlichen
Stellen vorbeikommt. Dies erfolgt ggf. nicht an der nächsten Stelle
der Freileitung zum Immissionsort, sondern in etwas Abstand bzw.
beidseitig dieser Stelle, um etwa Geräuschimmissionen durch die Isolatoren
oder die optische Beeinträchtigung
durch die Abstandshalter zu vermindern.
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Diese „Abstandshalter" können die
Seile mit den Phasen der Freileitung vorzugsweise zusammenziehen,
da der geringere Abstand zwischen den Phasen ebenfalls eine bessere
Feldkompensierung ergibt. Dies erfolgt bei einer bevorzugten Ausführung gemäß Anspruch
14 nur bei dem einem Immissionsort zugewandten System, da dieses
grundsätzlich
an dem Immissionsort eine stärkere
Feldstärke
bewirkt als das andere, entferntere System, und daher zum Zwecke
des Ausgleichs möglichst
zu begrenzen ist. Vermutlich ist es vorteilhaft, bei den zusammengehaltenen
Phasen den Abstand in horizontaler Richtung stärker zu vermindern als in vertikaler
Richtung, um eine bessere Kompensation gegen das andere System zu
bewirken.
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Die
Breite der Traverse wird trotz des möglichen Einsatzes von Abstandshaltern
in bevorzugter Bauweise so gewählt,
dass das Seil hinsichtlich des Ausschwingverhaltens auch ohne Abstandshalter gespannt
werden kann, sie also nur nach dem Bedarf konkreter Immissionsorte
angeordnet werden können.
Dies führt
dazu, dass die Seile der drei Phasen in ruhender Lage beim Abstandshalter
am engsten zusammenlaufen, daneben im Winkel zueinander auseinanderstreben.
Bei Auslenkungen des Seils durch Wind etc. steht dann aber nur noch
ein Teil des Spannfeldes für
Bewegungen zur Verfügung,
nämlich
die Strecke zwischen Abstandshalter und Traverse. Daher ist die
Amplitude des Seiltanzens geringer als ohne Abstandshalter, und
es kann ggf. trotz des Zusammenhaltens des Seile erreicht werden,
dass keine größere Gefahr
einer zu starken gegenseitigen Annäherung mit elektrischem Überschlag
besteht.
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Alternativ
kann Anspruch 14 auch durch ein Auseinanderhalten des entfernteren
Systems umgesetzt werden.
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Bei
den häufig
verwendeten Donau-Masten nimmt die breitere, untere Traverse beidseitig
je zwei Phasenleiter auf, wobei häufig die äußeren Phasenleiter bzw. Leiterbündel dieselbe
Phasenlage aufweisen. Eine Anhebung dieser äußeren Phasenleiter stellt dann
eine Verbesserung in Richtung einer magnetfeldreduzierten Bauweise
gemäß Anspruch
1 dar. Besonders günstig
wirkt sich dies aus, wenn gleichzeitig die oberen Phasenleiter nicht
mittig zwischen den unteren Phasenleitern, sondern näher am Turm verlaufen,
wie es u.a. in Kießling
et.al., Freileitungen S, 40 empfohlen wird. Bei sonst gleich aussehender Traverse
kann bei Tragmasten eine Anhebung von Phasenleitern durch die Verwendung
von Abspanngarnituren anstelle von hängenden Isolatoren erreicht
werden. Um Kosten für
Isolatoren und ggf. stärker
statisch belastete Traversen zu sparen, kann die „Anhebung" eines Phasenpaars
der unteren Traverse aus der üblichen
Position eines Donau-Mastbildes in eine mittlere Höhe nur in
einem Teil der Spannfelder erfolgen (Anspruch 15).
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Anspruch
16 verdeutlicht, dass das in Anspruch 9 bereits erläuterte Prinzip
des äußeren Überhängens der äußeren, oberen
Leiter über
die untere Traverse auch dazu genutzt werden kann, geringe Traversenabstände zu erhalten.
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Eine ähnliche
Anordnung ist auch bei einer AC/DC-Hybrid-Freileitung möglich, die
mindestens zwei Drehstromsysteme und ein Gleichstromsystem aufnimmt:
Wenn in der oberen Traverse eine Phase 25 jedes Drehstromsystems
innen (näher
am Mastturm) hängt,
und die Phasen des Hochspannungs-Gleichstromsystems mit seinen meist
sehr langen Isolatoren 24 außen hängen, und zwar niedriger als
die Drehstromseile an der oberen Traverse, und die Breite der unteren
Traverse hinreichend geringer ist als der Abstand zwischen den Gleichstromphasen,
würden
die beiden Gleichstromleitungen gewissermaßen seitlich über die
untere Traverse hinausstehen, ohne einen isolationstechnisch erforderlichen
vertikalen Abstand zu ihr einhalten zu müssen. Damit können die
beiden Traversen mit geringerem Höhenabstand installiert werden,
als es der Fall wäre,
wenn die untere Traverse weiter nach außen und in die Nähe der Gleichstromseile
reichen würde.
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Soweit
die Mastbauweisen auf einer Mischung von Tragelementen mit Abspannelementen beruhen,
muß bei
den eigentlichen Abspannmasten mit einem Knick in der Leitungsrichtung
ggf. eine andere Lösung
gewählt
werden, und dabei ggf. der Abstand zwischen den Traversen vergrößert werden oder
eine zusätzliche
Traverse eingeführt
werden. Es kann sich auch anbieten, zwei Phasen, die an den Tragmasten
an unterschiedlichen Traversen hängen, an
den Abspannmasten an derselben Traverse aufzuhängen bzw. umgekehrt. Damit
verlaufen auch die Kettenlinien der Leiterseile in dem an den Abspannmast
angrenzenden Spannfeld nicht mehr „parallel" zueinander. Besonders bei der Bauweise
gemäß Anspruch
9 könnte
dann der Abspannmast je zwei Phasen an der unteren Traverse aufweisen,
während sonst
die obere Traverse je zwei Phasen trägt.
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Anspruch
17 beschreibt, wie bei einer AC-DC-Hybridleitung eine vorteilhafte
Kompensation auch der Feldstärken
der Gleichstromleitung (DC) erreicht werden kann.
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Bei
den vorstehend beschriebenen Bauweisen nehmen jeweils zwei diagonal
zueinander an den Traversen angeordnete Phasenleiter die gleiche Phase
je eines Drehstromsystems auf. Dies ist auch bei der Bauweise gemäß Ansprüchen 18
und 19 der Fall. Dort befinden sich die dritten Phasenleiter jedoch
nicht ebenfalls auf einer der Traversen, sondern jeweils mittig
oberhalb und unterhalb der anderen Phasenleiter. Damit wird ebenfalls
erreicht, dass bei allen drei Phasen der Mittelpunkt zwischen jeweils zwei
gleichphasigen Phasenleitern der beiden Systeme ungefähr übereinstimmt.
Es ergibt sich eine Bauform, bei dem die Phasen ähnlich der Eckpunkte eines
David-Sterns verteilt sind, also zwei Phasen oben und unten und
vier seitlich. Die traditionelle Aufteilung in linkes und rechtes
System auf beiden Seiten eines zentralen Mastturms muß dabei
aufgegeben werden. Die Phasenlagen müssen sich dabei abwechseln,
um eine Feldkompensation zwischen den beiden Systemen zu erreichen.
Drei benachbarte Phasen können
dabei ein System bilden, was eine Trennung in oben und unten oder
eine schräge Trennlinie
ermöglicht,
oder die Phasenlagen der beiden Systeme überkreuzen sich, wie die Dreiecke
eines David-Sterns.
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Ansprüche 20 und
21 übertragen
das Grundprinzip der Erfindung auf einen Masten mit drei Traversen
(Tonnenmasten). Bei solchen Tonnenmasten mit einer Verteilung von
zwei Systemen auf drei Traversen nimmt in üblicher Verschaltung jede Seite
des Turmes ein System auf.
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Nachdem
die mittlere Traverse meist nur geringfügig breiter ist als die anderen
beiden, ergibt dies nur ein sehr ungleichseitiges Dreieck zwischen
den drei Phasen. Die „Zeiger" der beiden Systeme,
bzw. die davon abhängigen
Feldrichtungen, können
damit auch nicht immer in entgegengesetzte Richtung weisen. Durch
Austausch der Phasen an den beiden mittleren Traversen gemäß Anspruch
20 wird jedes System über
annähernd
als gleichseitiges Dreieck angeordnete Phasenleiter geführt. Besonders
bei unsymmetrischem Betrieb der beiden Systeme kann dies zu einer
besseren Kompensation führen.
Eine Optimierung der Abstände
der Leiter zueinander, z.B. durch Verlängerung der mittleren Traverse,
kann diesen Effekt unterstützen.
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Gemäß Anspruch
21 wird ein System, vorzugsweise das System mit der größeren Strombelastung,
in die obere bis mittlere Traversenposition gebracht, das andere
in die untere bis mittlere. Auch dies führt gegenüber der Teilung der Systeme
in rechts und links des Masten zu kleineren Dreiecken um die Phasen
eines Systems, was bei unsymmetrischem Betrieb zu einer Feldbegrenzung
führen
kann.
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Die
Phasenaufteilung der beiden Systeme ist in den Ansprüchen 1 bis
15 prinzipiell nicht eindeutig so vorgegeben worden, dass zwingend
ein System rechts, ein System links des Turmes angeordnet sein muß. Bei symmetrischem
Betrieb mit gleicher Stromstärke
in beiden Systemen ist es für
die äußeren Feldstärken gleichgültig, wie
die gleichen Phasen den beiden Systemen zugeordnet werden. Bei Parallelschaltung
beider Systeme wird der Unterschied ohnehin weitgehend belanglos.
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Bei
unsymmetrischen bzw. ein-systemigem Betrieb wird es in der Regel
günstiger
sein, wenn je ein System auf einer Seite des Masten geführt wird, weil
dabei die Abstände
zwischen den Leitern eines Systems geringer sind. Bei einem Mastbild
nach Anspruch 18 bzw. 19 mit annähernd
kreisförmiger
Anordnung der sechs Leiter kann es dagegen zur Magnetfeldminimierung
günstiger
sein, die Leiterbündel jeweils
abwechselnd einem der Systeme zuzuordnen, womit sich die Systeme
gegenseitig überschneiden
würden
(Anspruch 19).
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Sofern
ein Nulleiter zur Aufnahme von Ausgleichsströmen vorgesehen ist, könnte dieser
in der Mitte der übrigen
Leiter geführt
werden, ggf. zusätzlich
zu einen Erdseil an der Mastspitze.
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Weitere
Merkmale und Ausführungsmöglichkeiten
ergeben sich aus den Ansprüchen.
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Normale
Lösungen
für „Abstandshalter" befinden sich im
Zwischenraum zwischen den Leitern, zwischen denen ja ein (Mindest-)
Abstand zu gewährleisten
ist. Sie können
für Ausführungen
nach Anspruch 13 und 14 nicht so gut verwendet werden, da es hier
ja vorzugsweise um das Zusammenhalten der Phasenseile geht, also
besonders geringe Abstände
anzustreben sind. Die Isolatoren müssen aber i.d.R. länger sein
als die Überschlagsweite
in Luft. Bei bisherigen, „normalen" Anwendungen von Abstandshaltern
war die Mindestlänge
der Isolatoren kein begrenzender Faktor. Sollen die Leiterseile
besonders eng zusammengehalten werden, müssen die Abstandshalter daher „von außen" an die Phasenleiter
angreifen. Möglichkeiten
wären u.a.
- – V-förmig angeordnete,
außen
von einem metallischen Ring gehaltene Isolatoren
- – gebogene,
hinreichend auf Biegung belastbare Isolatoren, die zwei Phasen in
einem von der dritten. Phase abgewandten Bogen verbinden,
- – je
zwei Isolatoren, die zwei Phasen auf der von der dritten Phase abgewandten
Seite verbinden, zwischen denen ein gesonderter Schwingungsdämpfer angeordnet
ist.
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Ausführungsbeispiele
und Zeichnungen
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Das
Grundprinzip und einige Ausführungsbeispiele
sind nachfolgend skizziert. Die fetten senkrechten und waagerechten
Linien repräsentieren i.d.R.
den zentralen Turm des Masten und die Traversen, also die in der
Realität
meist verwendeten Gittermaststrukturen. Die fetten Punkte stehen
für die
Leiterseile bzw. die Leiterbündel.
Die Phasen sind durch die Buchstaben R, S, T und die Zahlen 1 und 2 bezeichnet,
wobei die Zahlen die beiden Systeme unterscheiden.
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Die
dünneren,
Linien zwischen Traversen und Leiterbündel stellen die Isolatoren
dar, weitere dünne
Linien führen
zu den Bezugsziffern.
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1 zeigt,
wie an einem zentralen Turm bzw. Mastfuß 3 eine Traverse 4 auf
jeder Seite des Turms 3 eine Phase aufnimmt, eine weitere
Traverse 4 je Seite zwei Phasen R1 und S1 (links) bzw.
T2 und R2 (rechts) aufnimmt, die in unterschiedlicher Höhe gespannt
sind, dass die Leiterbündel
in mittlerer Höhe
die gleiche Phasenlage (R1 und R2) aufweisen, und dass die diagonal
zueinander liegenden Leiterseile S1 und S2 dieselbe Phasenlage aufweisen, ebenso
T2 und T1.
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2 zeigt
eine weitere Ausführung
mit einer anderen Verschaltung, die Anspruch 1 genügt. Hier
ist allerdings der Höhenunterschied
zwischen S1 und R1 nicht mit dem Höhenunterschied zwischen R1
und T2 identisch, und auch der Achsabstand stimmt nicht überein.
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3 erfüllt nun
exakt die Symmetriebedingungen des Anspruch 2, da sich die Verbindungslinien
der gleichen Phasen in einem Punkt 8 kreuzen, der zugleich
den Mittelpunkt zwischen den diagonal zueinander liegenden Phasen
S1 (z.B. links oben) und S2 (recht unten), zwischen T2 (recht oben)
und T1 (links unten) sowie zwischen R1 (links) und R2 (rechts) darstellt.
Der Höhenunterschied 6 bzw. 7 der Leiterebenen
stimmt überein.
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4 stellt
nur eine von zwei Traversen dar und kombiniert die Merkmale des
Anspruchs 4 mit einer schrägen
Unterkante der Traverse und des Anspruchs 5 mit einem Wechsel zwischen
V-Ketten 12 und hängenden
Isolatoren 11.
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5 zeigt
nach außen
abstehende V-Ketten gemäß Anspruch
6.
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6 stellt
zusätzlich
den Durchhang der Leiterseile bis zu ihrem tiefsten Punkt im Verlauf
eines Spannfelds dar, der durch einen Kringel gekennzeichnet ist.
Die innersten Leiterseile 15 hängen hier stärker durch,
weswegen sich ein niedrigerer Tiefpunkt ergibt. Infolgedessen liegt
die Höhenlage
der äußeren, an
der unteren Traverse befestigten Leiterseile zwischen den Höhenlagen
der beiden anderen Leiterseile. Bei 7 hängen die äußersten
Leiterseile 15 befestigt, so dass sich gegenüber dem
innersten Leiterseil eine deutlich höhere Lage im Tiefpunkt ergibt.
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8 stellt
eine besonders kompakte Variante gemäß Anspruch 9 und Anspruch 5
dar, bei der an der unteren Traverse ein Leiterseil mit Abspanngarnituren
befestigt ist, also in maximaler Höhe zur Traverse. Die darüberliegenden
Seile sind mit V-Ketten 16 befestigt und hängen höher als
die an senkrechten Isolatoren 17 hängenden äußeren Seile, die beide die
gleiche Phasenlage (R1, R2) tragen. Die obere Traverse weist hier
die Phasenlage R, D, T, R auf, die untere die Phasenlage T, S.
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9 zeigt
eine sehr weit innen angeordnete mittelhohe Phase R, die im Mastbereich
abgespannt und mit einem zusätzliche
Isolator 18 gemäß Anspruch
11 nach außen
gehalten wird (nur für
Phase R2 gezeigt).
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10 zeigt
die Draufsicht auf die Leiterseile und den Masten einer Ausführung nach
Anspruch 12, bei der das Leiterseil R1 zwischen den Abspannpunkten 22 und 23 entlang
der Linie 21 durchhängt und
von einer äußeren Position
in dem „normalen" Spannfeld 20 auf
eine innere Position in dem feldärmeren
Spannfeld 19 wechselt, die bis zum folgenden Mast eingenommen
wird. Dargestellt sind außerdem die
vier Abspann-Isolatoren der Phasen R1 und R2.
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11 deutet
einen Wechsel zwischen möglichen
Positionen des äußeren Seils
gemäß Anspruch
15 an, dargestellt in normaler Position R2h an hängenden Isolatoren und in feldreduzierend
erhöhter
Position R2a, die mit Abspanngarnituren erzielt wird.
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12 zeigt
in übertriebener
Darstellung den seitlichen Überhang
eines Gleichstrom-Leiterpaares
mit sehr langen Isolatoren (24) über ein innenliegendes Drehstromseil 25 und
die kürzere
untere Traverse eines Drehstromsystemes. Dieses Prinzip läßt sich
auch mit Leitern unterschiedlicher Spannungsebene abgewandelt nutzen.
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13 zeigt
eine Kombination mit einer durch Dreiteilung feldreduzierten Gleichstromfreileitung
in der Ebene 26 mit einem Drehstromsystem wie in 2.
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14 und 15 zeigen
zwei Varianten mit zwei Phasen in der Mastachse, wobei die obere Phase
in 14 mit Stützisolatoren 27 gehalten
wird, in 15 an der Traverse abgespannt
ist. Die gespreizten Beine 28 werden zum Teil durch seitliche Abspannseile 29 gehalten,
gemäß einer
in Dänemark verbreiteten
Bauweise.
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16 und 17 zeigen
geänderte
Verschaltungen eines Tonnenmasten. In 16 ist
neben der Bezeichnung der Phasen gemäß Anspruch 20 das von einem
System eines „normal" verschalteten Tonnenmasten
gebildete Dreieck eingezeichnet. Die Phasenlage in 17 entspricht
Anspruch 21, es sind die beiden Dreiecke als Verbindungslinien der Phasen
der Systeme der dargestellten Verschaltung eingetragen. Bei schlanken
Abmessungen der Turmes sind diese Dreiecke besonders klein, was
auf geringe magnetische Feldstärken
hinweist. Vorzugsweise wird das schwacher belastete System auf die tiefere
Position gelegt. Durch die übereinstimmenden Höhenabstand
von den mittleren zu den unteren Leitern 6 bzw. zu den
oberen Leitern 7 sind in 16 und 17 zugleich
die Symmetriebedingungen des Anspruchs 2 erfüllt.
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18 stellt „Abstandshalter" bzw. genaugenommen
Zusammen-Halter dar, mit denen die Position der Leiterseile bzw.
Leiterbündel
(R, S, T) gemäß Anspruch
13 und 14 beeinflußt
werden kann. In der oberen Variante wird jede Phase von zwei V-förmig angeordneten
Isolatoren 30 gehalten, die mit einem Ring 31 zusammengehalten
werden. In der unteren Variante sind die Isolatoren gelenkig mit
den Leitern verbunden und über
weitere Gelenke 32, an denen sich vorzugsweise Schwingungsdämpfer befinden, verbunden.