DE1914416A1 - Compressed gas switch for high AC voltages - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Druckgasschalter für sehr hohe Wechselspannungen, worunter in diesem Zusammenhang Spannungen in der Größenordnung von 1000 kV zu verstehen sind.The invention relates to a gas pressure switch for very high alternating voltages, including voltages in this context are to be understood in the order of magnitude of 1000 kV.
Kraftübertragungen bei diesen hohen Spannungen stellen große Anforderungen an die zur Übertragung gehörenden Schalter. Diese müssen eine besonders kurze Schaltzeit und eine gleichzeitige Ein- und Ausschaltung aller Schaltstellen in allen drei Polen des Schalters aufweisen und außerdem nur niedrige oder möglichst gar keine Überspannungen sowohl bei Unterbrechung von kleinen induktiven und kapazitiven Strömen als auch bei Einschaltung und Schnellwiedereinschaltung von leerlaufenden Leitungen verursachen. Power transmissions at these high voltages represent great Requirements for the switches belonging to the transmission. These must have a particularly short switching time and a simultaneous one Have all switching points on and off in all three poles of the switch and also only low or possible No overvoltages at all, both when small inductive and capacitive currents are interrupted and when switched on and cause fast reclosing of idle lines.
Die obengenannten Forderungen hat man in verschiedenen Weisen zu erfüllen gesucht. Bei Druckgasschaltern für hohe Spannungen ist man in erster Linie bestrebt, die Ausschaltzeiten der . Schalter herabzusetzen. Dabei haben sich auch BetätigungssystemeAttempts have been made to meet the above requirements in various ways. With compressed gas switches for high voltages one strives primarily to reduce the switch-off times of the. Lower switch. Actuating systems have also proven themselves
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ergeben, die ermöglichen, daß die Unterbrechung im Verhältnis zum Stromnulldurchgang synchronisiert werden kann. Dies erleichtert das Unterbrechen von Kurzschlußströmen, vor allem bei Abstandsfehlern, und ermöglicht somit eine Leistungs- und Spannungserhöhung je Schaltstelle.which allow the interruption to be synchronized in relation to the current zero crossing. This makes it easier the interruption of short-circuit currents, especially in the event of distance errors, and thus enables an increase in power and voltage per switching point.
Bei Schaltern für sehr hohe Spannungen sind aber die bisher bekannten Einrichtungen zum Vermindern der Überspannungen bei Einschaltung weniger geeignet. Für diesen Zweck hat man daher sogenannte Einschaltwiderstände verwendet. Damit diese Widerstände die beabsichtigte Wirkung ausüben, müssen sie aber einen Resistanzwert von derselben Größenordnung wie die Wellenimpedanz der Hochspannungsleitung haben, d.h. ca 300-i~L. Solche verhältnismäßig niederohmige Widerstände werden bei Spannungen der hier aktuellen Größenordnung außerordentlich groß und kostspielig, Hauptzweck der Erfindung ist, eine bessere und. weniger kostspielige Lösung des Problems zu schaffen, um die bei Einschaltung von Druckgasschaltern für hohe Spannungen auftretenden Überspannungen zu vermindern. -^-?In the case of switches for very high voltages, however, they have so far been the case known devices for reducing the overvoltages when switching on less suitable. For this purpose one therefore has so-called switch-on resistors are used. In order for these resistances to have the intended effect, they have to have one Have a resistance value of the same order of magnitude as the wave impedance of the high-voltage line, i.e. approx. 300-i ~ L. Such proportionally With voltages of the current magnitude here, low-ohmic resistances are extraordinarily large and expensive, The main purpose of the invention is to provide a better and. to provide less costly solution to the problem when switching of pressure gas switches for high voltages to reduce overvoltages that occur. - ^ -?
Der erfindungsgemäße Druckgasschalter hat -wenigstens- eine Leistungsschaltstelle und eine in Reihe mit dieser liegende Spannungstrennstelle, wobei die Leistungsschaltstelle nach einem Ausschalten automatisch wieder geschlossen wird, während die Spannungstrennstelle in der Ausschaltlage offen ist und die Einschaltung des Schalters ausführt. Der Schalter ist dadurch ge-The gas pressure switch according to the invention has -at least- one power switching point and a voltage separation point lying in series with this, wherein the power switching point after a Power off is automatically closed again while the Voltage separation point is open in the switch-off position and the switch-on of the switch. The switch is
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kennzeichnet, daß die Spannungstrennstelle als Stromschließer mit einer in einem druckgasgefüllten Behälter auf Hochspannungspotential angeordneten Kontaktanordnung ausgeführt ist, die aus zwei festen Elektroden besteht, die einander zugekehrte und wohl abgerundete Flächen aufweisen und durch einen zentral durch die eine Elektrode verschiebbaren pfropfenförmigen Kontakt verbindbar sind, dessen freies Ende mit der in der anderen Elektrode zentral angeordneten, einen Hülsenkontakt bildenden Ausnehmung zusammenwirkt, wobei zur Einschaltung der Spannungstrennstelle eine an sich bekannte elektrodynamische Betätigungsvorrichtung angeordnet ist, der bei einer Einschaltung die erforderliche ■Betätigungsenergie von einem auf Hochspannungspotential angeordneten Energiespeicher zugeführt wird. Bei einem Schalter mit einer von der Leistungsschaltstelle getrennten Spannungstrennstelle, die in der beschriebenen Weise ausgeführt ist, können u.a. der Kontaktabstand der Spannungstrennstelle verhältnismäßig klein gehalten und dem beweglichen Kontakt der Spannungstrennstelle durch die elektrodynamische Betätigungsvorrichtung eine besonders hohe Anfangs beschleunigung erteilt v/erden. Die Einschaltzeit des Schalters kann dadurch sehr kurz gehalten werden, was ermöglicht, daß die Einschaltung z.B. mit dem Spannungsnulldurchgang synchronisiert werden kann. Mit einer solchen synchronisierten Einschaltung kann die Forderung nach niedrigen Schaltüberspannungen erfüllt v/erden, ohne daß der Schalter mit', großen und kostspieligen Einschaltwiderständen versehen zu werden braucht. Durch die kurze Einschaltzeit kann auch die Forderung nach gleichzeitiger Funktion aller Schaltstellen· des Schalters erfüllt werden.indicates that the voltage separation point is used as a current closer is designed with a contact arrangement arranged at high voltage potential in a container filled with pressurized gas, which from consists of two fixed electrodes, which have facing and well rounded surfaces and a central through the an electrode displaceable plug-shaped contact can be connected are, whose free end with the centrally arranged in the other electrode, a sleeve contact forming recess cooperates, whereby for switching on the voltage separation point a known electrodynamic actuator is arranged, the required when switched on ■ Actuation energy is supplied from an energy store arranged at high voltage potential. With a switch with a voltage separation point separated from the power switching point, which is carried out in the manner described, inter alia, the contact spacing of the voltage separation point can be proportionate kept small and the moving contact of the voltage separation point the electrodynamic actuation device gives a particularly high initial acceleration. The switch-on time of the switch can be kept very short, which enables the switch-on, e.g. with the voltage zero crossing can be synchronized. With such a synchronized activation, the demand for low Switching overvoltages fulfilled v / earth, without the switch with ', large and expensive switch-on resistors needs to be provided. Due to the short switch-on time, the requirement after all switching points of the switch have been working at the same time to be met.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, daß der Energiespeicher des Betätigungssystems aus einem Kondensator besteht, der von einem auf Hochspannungspotential angeordneten Generator geladen wird. Der Generator kann z.B. über eine isolierende Welle eines auf Erdpotential angeordneten Motors angetrieben werden. Eine andere Möglichkeit ist, den Generator mit einem Hydraulmotor anzutreiben, der auf Hochspannungspotential angeordnet ist und dem ein hydraulisches Mittel von einer auf Erdpotential angeordneten Pumpe über isolierende Bohre zugeführt wird. Man kann sich auch denken, den Generator mit einer Turbine anzutreiben, die von Druckluft angetrieben wird, z.B. vom Druckgassystem des Schalters. Die Aufladung des Kondensators kann auch von Erdpotential aus über Spannungstransformatoren erfolgen. Diese Einrichtungen zum Laden des Kondensators haben u.a. den Vorteil, verglichen mit Laden vom Hochspannungsnetz über Spannungsteiler oder Stromtransformatoren, daß sie auch funktionieren, wenn das Netz spannungs- oder stromlos ist.It has proven to be useful that the energy store of the actuation system consists of a capacitor which is charged by a generator arranged at high voltage potential will. The generator can, for example, be driven via an insulating shaft of a motor that is connected to earth potential. One Another possibility is to drive the generator with a hydraulic motor which is arranged on high voltage potential and to which a hydraulic medium is fed from a pump arranged at ground potential via insulating boreholes. You can also think of driving the generator with a turbine that is driven by compressed air, e.g. from the compressed gas system of the Switch. The capacitor can also be charged from ground potential using voltage transformers. These bodies for charging the capacitor have, among other things, the advantage compared to charging from the high-voltage network via a voltage divider or current transformers so that they also work when the network is dead or dead.
Der Kondensator kann zweckmäßig an die elektrodynamische Betätigungsvorrichtung über Fotothyristoren geschaltet werden, die vom Licht einer auf Erdpotential angeordneten Blitzlampe beeinflußt werden, wobei die Lichtübertragung entweder direkt oder über Lichtleiter geschehen kann. Um eine gleichzeitige Auslösung aller Schaltelemente des Schalters zu erreichen, ist es vorteilhaft, eine gemeinsame Lichtquelle für alle Schaltelemente verwenden zu können. In diesem Fall müssen die LichtstrahlenThe capacitor can expediently be attached to the electrodynamic actuator be switched via photothyristors, which are from the light of a flashlight arranged at ground potential be influenced, the light transmission can be done either directly or via light guides. To get a simultaneous trip To achieve all switching elements of the switch, it is advantageous to have a common light source for all switching elements to be able to use. In this case, the rays of light must
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durch Prismen in eine erforderliche Anzahl von Lichtbündeln aufgeteilt werden, und um größere Lichtempfindlichkeit zu erhalten, kann man anstelle von Fotothyristoren dabei Fotodioden zusammen mit gewöhnlichen Thyristoren benutzen. Es ist auch möglich, die Entladung des Kondensators über eine Funkenstrecke stattfinden zu lassen, die z.B. mit Hilfe von Laserlicht gezündet werden kann. In gewissen Fällen kann es vorteilhaft sein, im Entladungskreis mit einer Zündelektrode versehene Funkenstrecken zu verwenden, wobei die Zündung zweckmäßig mit Hilfe eines Lichtimpulses erfolgt, der in einer Fotodiode in einen elektrischen Impuls umgewandelt und der Zündelektrode der Funkenstrecke über einen Verstärker zugeführt wird.through prisms into a required number of light bundles be divided, and in order to obtain greater light sensitivity, one can use photodiodes instead of photothyristors use together with common thyristors. It is also possible to discharge the capacitor via a spark gap to take place, which can be ignited e.g. with the help of laser light. In certain cases it can be advantageous to use spark gaps provided with an ignition electrode in the discharge circuit, with the ignition being expedient with the aid of a light pulse takes place, which is converted into an electrical pulse in a photodiode and the ignition electrode of the Spark gap is fed through an amplifier.
Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben, sie zeigt als Ausführungsbeispiel eine Schaltereinheit, die zu einem Druckgasschalter für sehr hohe Spannungen gehört. Jeder Schalterpol besteht aus mehreren solchen reihengeschalteten Einheiten.The invention is described in more detail below with reference to the drawing, it shows, as an exemplary embodiment, a switch unit which becomes a gas pressure switch for very high voltages heard. Each switch pole consists of several such series-connected units.
Die dargestellte Schaltereinheit besteht aus zwei reihengeschalteten Leistungsschaltstellen 1, die wiederum mit zwei reihengeschalteten Spannungstrennstellen 2 reihengeschaltet sind. Für die Spannungssteuerung sind die Schaltstellen durch Steuerkondensatoren 3 überbrückt. Die Leistungsschaltstellen 1 können alternativ mit parallelgeschalteten, verhältnismäßig hochohmigen Steuerwiderständen 4 versehen sein. Jede LeistungsschalteteileThe switch unit shown consists of two series-connected power switching points 1, which in turn are connected in series with two series-connected voltage disconnection points 2. The switching points are bridged by control capacitors 3 for voltage control. The power switching points 1 can alternatively be provided with relatively high-resistance control resistors 4 connected in parallel. Any power switching parts
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hat zwei in einem gewissen Abstand voneinander fest angeordnete Düsen b und 6 und für den Stromübergang einoi die Düsen umgebenden, hülsenförmigen verschiebbaren Kontakt ?. Dieser dient auch als Ventil, wobei er.mit einer auf der Düse 5 angeordneten Dichtung ο zusammenwirkt. Die Düsen haben weiter spezielle Kontaktelemente 9 und 10.has two fixed at a certain distance from each other Nozzles b and 6 and for the flow transition einoi surrounding the nozzles, sleeve-shaped sliding contact?. This also serves as a valve, with a seal arranged on the nozzle 5 ο cooperates. The nozzles also have special contact elements 9 and 10.
Jede Spannungstrennstelle hat zwei feste Elektroden 11 und 12 mit einander zugekehrten kugelförmigen Flächen. Die beiden Elektroden können durch einen zentral durch die Elektrode 12 verschiebbaren pfropfenfömigen Kontakt 13 verbunden werden, dessen freies Ende bei Einschaltung der Spannungstrennstelle in eine in der Elektrode 11 zentral angeordnete, eine Hülsenkontakt bildende Ausnehmung 14 eingeführt wird. Sowohl die Leistungsschaltstellen als auch die Spannungstrennstellen sind in ständig mit Druckgas gefüllten behältern 15 bzw. 16 angeordnet, denen Druckgas vom Erdpotential durch einen hohlen Stützisolator 17 zugeführt wird.Each voltage separation point has two fixed electrodes 11 and 12 with facing spherical surfaces. The two electrodes can be connected by a plug-shaped contact 13 displaceable centrally through the electrode 12, of which free end when switching on the voltage separation point in a a sleeve contact arranged centrally in the electrode 11 forming recess 14 is introduced. Both the power switching points and the voltage disconnection points are in constant Containers 15 or 16 filled with compressed gas are arranged, which compressed gas from earth potential through a hollow post insulator 17 is fed.
Bei einer Ausschaltung öffnen sich die Delstungsschaltsteilen 1, unterbrechen den Strou und schließen sich danach wieder. Die Spannungstrennstellen 2, die gleich nach der Stromunterbrechung und vor dem Schliessen der Leistungsschaltstellen 1 geöffnet werden, bleiben in offener Lage, um die erforderliche Isolation zu ergeben und auch die Einschaltung des Schalters auszuführen. Ausschaltung der Leistungsschaltstellen und Einschaltung derWhen the power is switched off, the circuit breaker parts 1 open, interrupt the strou and then close again. The voltage separation points 2, which are immediately after the power interruption and are opened before the circuit breaker 1 closes, they remain in the open position to provide the required insulation and also to turn the switch on. Switching off the power switching points and switching on the
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SpannungstrenneteIlen geschieht mit Hilfe von elektrodynamischen Betätigungsvorrichtungen, die auf Hochspannungspotential in der Ifähe der betreffenden Schaltstelle angeordnet sind. Ausschalten der Spannungstrennstellen 2 wird auf pneumatisch mechanischem Weg von den Leistungsschaltstellen 1 ausgeführt, wenn diese ihr Ausschaltmanöver durchführen.Voltage separation occurs with the help of electrodynamic Actuating devices which are arranged on high voltage potential in the vicinity of the relevant switching point. Switch off the voltage disconnection points 2 is carried out in a pneumatic mechanical way by the power switching points 1, if you Carry out a switch-off maneuver.
Jede der elektrodynamischen Betätigungsvorrichtungen besteht aus einer Induktionsspule 18, 19 und einem Kondensator 20, 21, der von Erdpotential mit Hilfe eines Motors 22, einer rotierenden Isolierwelle 23, eines Generators 24, 25, eventuell eines Transformators 26, 27 und eines Gleichrichters 28, 29 geladen wird. Die Betätigungsvorrichtungen werden mit Licht von Blitzlampen 30, 31 auf Erdpotential über lOtothyristoren 32, 33 ausgelöst. Das Licht wird den Fotothyristoren direkt durch im Stützisolator 17 angeordnete spezielle Lichtleiter 34 und 35 zugeführt, aber es ist natürlich auoh möglich, stattdessen offene Kanäle zu ver- ^ wenden.Each of the electrodynamic actuators consists of an induction coil 18, 19 and a capacitor 20, 21, the ground potential with the help of a motor 22, a rotating Isolierwelle 23, a generator 24, 25, possibly a transformer 26, 27 and a rectifier 28, 29 is charged. The actuating devices are triggered with light from flash lamps 30, 31 at ground potential via 10othyristors 32, 33. The light goes through the photothyristors directly in the post insulator 17 arranged special light guides 34 and 35, but it is of course also possible to use open channels instead. ^ turn.
Bei einer Ausschaltung wirkt der Schalter wie folgt?When switched off, does the switch work as follows?
Wenn der Fotothyristor 32 mit einem Lichtimpuls von der Blitzlampe 30 gezündet wird, entlädt sich der Kondensator 20 über die Spule 18, die, indem sie einen gegengerichteten Strom in einem mit dem beweglichen Kontakt 7 verbundenen Kolben 36 induziert, den Kontakt 7 aus der eingeschalteten in die aiasg©eehal~ ■ tete Lage schiebt. Bei dieser Bewegung teoamt'außerdem ©in© KraftWhen the photothyristor 32 with a pulse of light from the flash lamp 30 is ignited, the capacitor 20 is discharged via the coil 18, which, by creating an opposite current in a piston 36 connected to the movable contact 7 induces the contact 7 from the switched on to the aiasg © eehal ~ ■ tete layer pushes. With this movement teoamt'in addition © in © force
90 9 346/.ÖS 5 7 - "ö== 90 9 346 / .ÖS 5 7 - " ö ==
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in der Bewegungsrichtung dazu, die durch den Druck der Luft auf den Kolben 36 entsteht. Weiter strömt die Luft durch einen im Kontakt 7 angeordneten Kanal 37 in einen auf der Rückseite des Kolbens 36 befindlichen Kolbenraum 38. Dadurch öffnet sich ein Ventil 39 und entleert einen im Anschluß an das Betätigungssystem der Spannungstrennstelle angeordneten Kolbenraum 40 durch einen zwischen der Spannungstrennstelle und der Leistungsschaltstelle führenden Kanal 41, wobei der bewegliche Kontakt 13 der SpannungstrenneteHe in Bewegung gesetzt und geöffnet wird. Der bewegliche Kontakt 13 ist mit zwei Kolben 42 und 43 verbunden, von denen der Kolben 42 größer als der Kolben 43 ist und einen Ventilsitz 44 trägt. In offener Lage dichtet dieser Sitz 44 gegen eine Dichtung 45. Der Kontakt 13 wird damit mit Hilfe des Drucks auf den Kolben 43 in offener Lage gehalten, unabhängig davon, ob der Kanal 41 unter Druck steht oder nicht. Inzwischen wird der Druck auf beiden Semiten des Kolbens1 36 in der Leistungsschaltstelle ausgeglichen, und eine Feder 46 schiebt den Kontakt 7 zurück in die eingeschaltete Lage. Der Kolbenraum 38 wird danach über den Kanal 37 und die beiden Düsen 5 und 6 entleert. Das Ventil 39 wird mit Hilfe der Kraft von einer Feder 47 geschlossen und setzt den Kanal 41 wieder unter Druck. Das Ausschaltmanöver ist hiermit beendet»in the direction of movement that is created by the pressure of the air on the piston 36. The air also flows through a channel 37 located in the contact 7 into a piston chamber 38 located on the rear side of the piston 36. This opens a valve 39 and empties a piston chamber 40 arranged in connection with the actuation system of the voltage separation point through one between the voltage separation point and the Power switching point leading channel 41, whereby the movable contact 13 of the voltage separator is set in motion and opened. The movable contact 13 is connected to two pistons 42 and 43, of which the piston 42 is larger than the piston 43 and carries a valve seat 44. In the open position, this seat 44 seals against a seal 45. The contact 13 is thus held in the open position with the aid of the pressure on the piston 43, regardless of whether the channel 41 is under pressure or not. In the meantime, the pressure on both sides of the piston 1 36 in the power switching point is equalized, and a spring 46 pushes the contact 7 back into the switched-on position. The piston chamber 38 is then emptied via the channel 37 and the two nozzles 5 and 6. The valve 39 is closed with the aid of the force of a spring 47 and puts the channel 41 under pressure again. The switch-off maneuver is hereby ended »
Bei Einschaltung wird der Fotothyristor 33 mit einem Lichtblitz von der Lampe 31 gezündet. Der Strom durch die Spule 19 schiebt dann den beweglichen Kontakt 13 gegen den Druck vom Kolben 43·When switched on, the photothyristor 33 is ignited by the lamp 31 with a flash of light. The current through the coil 19 pushes then the movable contact 13 against the pressure from the piston 43
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Wenn der Sitz 44 und die Packung 45 voneinander getrennt sind, strömt jedoch Luft vom Kanal 41 in den Kolbenraum 40 und verursacht, daß eine zusätzliche Kraft in der Bewegungsrichtung des Kontakts wirkt, die dann auch den Kontakt in der eingeschalteten Lage festhält.When the seat 44 and the packing 45 are separated, however, air flows from the channel 41 into the piston space 40 and causes that an additional force acts in the direction of movement of the contact, which then also keeps the contact in the switched on Location.
Durch elektrisch-optische Auslösung und Betätigung werden sehr kurze Öffnungs- und Einschaltzeiten erreicht, wodurch die Forderung nach gleichzeitiger Funktion sämtlicher Schaltstellen erfüllt werden kann. Weiter ermöglichen die kurzen Betätigungszeiten eine synchronisierte Aus- und Einschaltung. Durch eine solche Synchronisierung und durch Verwendung von Leistungsschaltstellen mit Doppeldüsen kann die Leistung und die Schaltspannung pro Schaltsteile erhöht und als Folge davon die Anzahl der Schaltelemente pro Pol vermindert werden, was auch mit Hinsicht auf die Forderung nach gleichzeitiger Funktion von großer Bedeutung ist. Weiter kann die Forderung nach niedrigen Schaltüberspannungen erfüllt werden, ohne daß der Schalter mit Einschalt- und Schutzwiderständen versehen zu werden braucht, die wie oben erwähnt außerordentlich viel Plauz beanspruchen und einen sehr hohen Preis bedingen.Electro-optical triggering and actuation become very short opening and switch-on times achieved, thereby the requirement can be fulfilled after all switching points are functioning at the same time. The short actuation times also enable synchronized switching on and off. By a Such synchronization and by using power switching points with double nozzles can change the power and the switching voltage increased per switching part and as a result the number of switching elements per pole, which is also of great importance with regard to the requirement for simultaneous function is. Furthermore, the requirement for low switching overvoltages can be met without the switch with switch-on and Protective resistors need to be provided, which, as mentioned above, take a lot of plauz and a lot require a high price.
Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel begrenzt. Die Anzahl der Leistungs- und der Spannungsschaltstellen braucht z.B. nicht gleich groß zu sein, ihre Zahl kann in einem beliebigen Verhältnis zueinander stehen. Weiter brauchenThe invention is not limited to the exemplary embodiment shown. The number of power and voltage switching points does not need to be the same size, for example, their number can be in any ratio to one another. Need further
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-nicht die Schaltstellen desselben Typs paarweise zusammengeschaltet zu sein, wie es in der Zeichnung gezeigt ist, sondern es ist denkbar, eine Leistungs- und eine Spannungsschaltstelle paarweise zusammenzusetzen.-not the switching points of the same type interconnected in pairs to be as shown in the drawing but rather it is conceivable, a power and a voltage switching point put together in pairs.
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t j μ ® Λ S J fi h, K 7tj μ ® Λ S J fi h, K 7
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