DE2929054A1

DE2929054A1 - Gasisolierte schalteinrichtung

Info

Publication number: DE2929054A1
Application number: DE19792929054
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Iida; Nobumitsu Kobayashi
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1978-07-19
Filing date: 1979-07-18
Publication date: 1980-01-31
Also published as: FR2435843A1; JPS5515978U; CH634177A5; JPS6223203Y2

Description

BLUMBACH . WESER ■ BERGEN . KRAMER

ZWIRNER · BREHM _{o r} _ _r.

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Patentconsult Radeckestraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Palentconsult Sonnenberger Slraße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186 237 Telegramme Palentconsult

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Gasisolierte Schalteinrichtung

Die Erfindung betrifft eine metallgekapselte elektrische Verteiler- und Schaltanlage für hohe Spannung, insbesondere eine gasisolierte Schalteinrichtung.

Die Spannung der elektrischen Stromleitungen wird mit zunehmendem Bedarf an elektrischer Energie stufenweise erhöht und es sind bereits Starkstromleitungen mit einer Spannung im Bereich von 500 - 800 kV verwirklicht worden.

Demgemäß benötigt ein Umspannwerk bzw. eine Schaltstation, bei der eine übertragungsleitung einer derartig hohen Spannung vorgesehen ist, eine große Installationsfläche. So beträgt beispielsweise bei einer Hochspannungsleitung von 500 kV die Isolationsstrecke zwischen den betreffenden drei Phasen bzw. der Isolationsabstand vom Boden einschließlich der Toleranzen 8 m.

München: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Or. rer. nal. · H. P. Brehm Dipl.-Chem. Or. phil. nat. Wiesbaden: P.G. Blumbach Dipl.-Ing. . P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. · G. Zwirner Dipl.-Ing. Oipl.-W.-Ing.

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Es ist deshalb vorteilhaft, wenn die verwendete Schalteinrichtung als gasisolierte Schalteinrichtung ausgebildet ist, bei der die Leistungsschalter, die Trennschalter, Erdungsschalter und dgl., die in dem Umspannwerk bzw. der Schaltstation vorhanden sind, in ein geerdetes metallisches Gefäß eingekapselt sind, wobei die Isolation durch SF6-Gas mit hoher dielektrischer Festigkeit und ausgezeichneten Lichtbogen unterdrückenden Eigenschaften bewirkt wird.

Mit einer gasisolierten Schalteinrichtung ist es möglich, die Installationsfläche der Komponenten auf etwa 1/1 ο zu reduzieren und die Schalteinrichtung in ihrer Größe kompakt zu machen. Der Isolationsabstand zwischen einer Stromschiene und einer Zuführungsschiene, die beide elektrisch mit der Schalteinrichtung verbunden sind, kann jedoch nicht herabgesetzt werden. Darüberhinaus sollte die Größe der Isolatoren, die die betreffenden Schienen isolierend tragen, groß und lang genug sein, um den Isolationsabstand gegenüber dem Halterahmen der Stromschienen zu gewährleisten.

In Fig. 1 ist schematisch eine bekannte metallgekapselte elektrische Verteiler- bzw. Schaltstation dargestellt, die drei hintereinander angeordnete gasisolierte Schalteinheiten 10,11 und 12 enthält. Die gasisolierte Schalteinheit 10 besteht aus einem Trennschalter 13, der einen Erdungsschalter 15 enthält, ferner einem Leistungsschalter 16, der an seinen beiden Anschlüssen zwei Stromtransformatoren 17 enthält, von denen einer mit dem Trennschalter 13 verbunden ist, sowie einem Trennschalter 18, dem ein Durchführungstank 19 zugeordnet ist und der einen Erdungsschalter 15 enthält.

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Die gasisolierte Schalteinheit 11 besteht aus einem Leistungsschalter 16, zwei Trennschaltern 18 und zwei Stromtransformatoren 17 zwischen dem Leistungsschalter und den Trennschaltern 18. Der Aufbau der gasisolierten Schalteinheit 12 ist identisch zu der der gasisolierten Schalteinheit 10. Die gasisolierte Schalteinheit 11 ist elektrisch und mechanisch über den Durchführungstank 19 mit der gasisolierten Schalteinheit 10 bzw. 12 verbunden. Auf dem Trennschalter 13 ist eine Anschlußdurchführung befestigt. Eine Zwischendurchführung 21 ist auf dem Durchführungstank 19 befestigt. Jeder Anschluß der gasisolierten Schalteinheiten 10 und 12 ist über die Anschlußdurchführung

20 mittels einer Zuführungsschiene 23 mit einer Hauptstromschiene 22 verbunden, die die Papierebene von Fig. 1 senkrecht durchdringt. Ein Anschluß der Zwischendurchführung

21 ist mittels einer Zuführungsschiene 25 mit einer Hochspannungsleitung 24 verbunden, die längs der Papierebene von Fig. 1 läuft. Die Hochspannungsleitung 24 und die Zuführungsschiene 25 hängen von Isolatoren 26, die wiederum an Masten 27 aufgehängt sind. Die Maste 27 sind durch einen hochliegenden Erdungsdraht 28 verbunden.

Bei einer Hochspannungsleitung von 500 kV beträgt der Abstand B zwischen der einen Hauptstromschiene 22 R und der anderen Hauptstromschiene 22 T einschließlich der Toleranzen 40 m.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht der Anlage von Fig. 1. Der Isolationsabstand A zwischen den betreffenden drei Phasen beträgt einschließlich der Toleranzen 8 m.

Damit wird die Installationsfläche für eine elektrische Umspannstation von 500 kV größer als 720 m .

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Die Erfindung zielt darauf ab, bei einer gasisolierten Schalteinrichtung die Eigentschaften dieser Einrichtung effektiver auszunutzen. Die Einrichtung soll in der Größe kompakter gemacht und im Aufbau vereinfacht werden. Es soll eine gasisolierte Schalteinrichtung geschaffen werden, bei der ein Mast entfallen kann. Der Abstand zwischen den Anschlußmasten soll verringert werden können. Es soll ein verbessertes eineinhalb Leistungsschalter-Stromschienensystern geschaffen werden.

Fig. 3 stellt ein Schaltungsdiagramm einer gasisolierten Schalteinrichtung entsprechend einem eineinhalb Leistungsschalter-Stromschienensystem dar. Eine der Hauptstromschienen 22 ist über einen Leistungsschalter 16, der zwei Trennschalter 13 und 18 an beiden Seiten aufweist mit einer der Hochspannungsleitungen 24 verbunden. Die beiden Hochspannungsleitungen 24 sind über einen Leistungsschalter 16 verbunden, der zwei Trennschalter 18, die zu beiden Seiten angeordnet sind, aufweist. Das eineinhalb Leistungsschalter-Stromschienensystem ist nützlich bei der Stabilisierung der Stromübertragung von den Hauptstromschienen 22 zu den Hochspannungsleitungen 24.

Die Erfindung ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung sind zwischen den Anschlußdurchführungen gasisolierte Schalteinheiten in Parallelanordnung vorgesehen und weisen jeweils für jede Phase ein geerdetes metallisches Druckgefäß auf, das mit einem isolierenden GaSjZ.B. einem elektronegativem Gas wie Schwefelhexaflorid unter niedrigem Druck gefüllt ist und in dem ein Druckgas-

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g 2 9 2 ^ U b 4

leistungsschalter eine Reihenschaltung einer Anzahl von Paaren von zusaininenarbeitenden Leitungskontakten aufweist.

Die gasisolierte Stromschiene, die die Anschlußdurchführung mit der gasisolierten Schalteinheit verbindet, kann, falls erforderlich, so aufgebaut sein, daß an gegenüberliegenden Enden der gasisolierten Stromschiene isolierende Abstandhalter dicht eingefügt sind, um das Gas hermetisch einzuschließen.

Die Erfindung wird in einer Gegenüberstellung zum Stand der Technik anhand von 9 Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht einer bekannten gasisolierten Schalteinrichtung;

Fig. 2 die Schnittansicht II - II von Fig. 1;

Fig. 3 ein die Phase "T" der Einrichtung nach Fig. 1 darstellendes Schaltungsdiagramm;

Fig. 4 ein die Phase "T" darstellendes Schaltungsdiagramm einer erfindungsgemäßen Schalteinrichtung;

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen gasisolierten Schalteinrichtung;

Fig. 6 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der gasisolierten Schaltungseinrichtung, wobei ein Teil im Längsschnitt dargestellt ist;

Fig. 7 den Schnitt L-L von Fig. 5;

Fig. 8 den Schnitt M-M von Fig. 5; und Fig. 9 den Schnitt N-N von Fig. 5.

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Der in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Stand der Technik ist bereits in der Beschreibungseinleitung erörtert worden.

Fig. 4 stellt ein Schaltungsdiagranun einer Umspannstation bzw. eine Schaltstation gemäß dieser Erfindung dar.

Obgleich in der Zeichnung die drei Phasen T,S und R dargestellt sind, werden im folgenden nur die Verhältnisse für die Phase T beschrieben, weil für die übrigen Phasen der Aufbau identisch ist.

Eine Hochspannungsleitung 40 ist an eine Hauptstromschiene

42 über eine Anschlußdurchführung 44, einen Trennschalter 18, einen Stromtransformator 17, einen Leistungsschalter 16, einen Stromtransformator 17 und eine Zwischendurchführung 45 angeschlossen. Mit 15 sind Erdungsschalter bezeichnet, die an den gegenüberliegenden Enden der Trennschalter vorgesehen sind. Die Erdungsschalter dienen dazu, während der überprüfung der Umspannstation bzw. der Schaltstation die Anlage zu erden.

Eine Hochspannungsleitung 41 ist an eine Hauptstromschiene

43 über eine Anschlußdurchführung 46, einen Trennschalter 18, einen Stromtransformator 17, einen Leistungsschalter 16, einen Stromtransformator 17 und eine Zwischendurchführung angeschlossen. In der gleichen Weise steht die Hochspannungsleitung 41 mit der Hochspannungsleitung 40 in Verbindung.

Fig. 5 stellt eine Ausführungsform einer speziellen Anordnung der betreffenden Komponenten dar. Gasisolierte Schalteinheiten 50, 51 und 52 sind so aufgebaut, daß die Trennschalter 18, die Leistungsschalter 16, die Stromtransformatoren 17, die Erdungsschalter 15 und dgl. in geerdeten metallischen Gefäßen eingekapselt sind und das SF6-Gas unter dem Drei- bis

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Zehnfachen des atmosphärischen Drucks eingefüllt ist. Die gasisolierte Schalteinheit 51 steht elektrisch und mechanisch mit den gasisolierten Schalteinheiten 50 und 52 über Abzweigungsstromschienen 53 in Verbindung. Die Anschlußdurchführungen 44 und 46 sind auf dem Anschluß der Abzweigungsstromschienen 53 befestigt. Die Zwischendurchführungen 45 und 47 sind auf den Trennschaltern 13 befestigt. Der Aufbau der gasisolierten Schalteinheit 51 und 52 ist identisch mit dem der gasisolierten Schalteinheit 50. Die Anschlußdurchführung 44 ist über eine Zuführungsschiene 54 mit der Hochspannungsleitung 40 verbunden. Die Anschlußdurchführung 46 ist über eine Zuführungssohiene 54 mit der Hochspannungsleitung 41 verbunden. Die Zwischendurchführung 45 steht mit der Hauptstromschiene 42 über eine Zuführungsschiene 54 in Verbindung. Die Zwischendurchführung 47 ist an die Hauptstromschiene 43 über eine Zuführungsschiene 54 angeschlossen. Die Hochspannungsleitungen 40/ 41 und die Zuführungsschienen 54 hängen von Isolatoren 26, die wiederum an Masten 27 aufgehängt sind. Die Maste 27 sind mittels eines hochliegenden Erdungsdrahtes 28 verbunden .

Obwohl bei einer Hochspannungsleitung von 500 kV der Isolationsabstand zwischen den jeweiligen drei Phasen einschließlich der Toleranzen 8 m beträgt, beläuft sich der Abstand D nur auf 20 m, da die gasisolierten Schalteinheiten 51 und 52 zwischen den jeweiligen Phasen T und S angeordnet sind. Der Abstand E zwischen den Anschlußdurchführungen 44 und 46 beläuft sich einschließlich der Toleranzen auf 20 m.

Demgemäß beträgt die Installationsfläche der 500 kV-ümspann-

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station nur etwa 400 m .

Fig. 6 stellt im einzelnen den Aufbau der erwähnten Zwischendurchführung 47, der gasisolierten Schalteinheit 52 und dgl. dar.

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Die gasisolierte Schalteinheit 52 ist innerhalb zylindrischer metallischer Gefäße 55,56 und 57 gebildet, die mittels Tragstützen 59 und 60 durch das Installationsfundament 58 getragen werden. Die metallischen Gefäße bzw. Gehäuse sind mit SF 6-Gas von etwa dem Drei- bis Zehnfachen des atmosphärischen Druckes gefüllt. Eine Vielzahl pufferförmiger Gasleistungsschalteinheiten 61 ist in Sätzen zu 2 in Reihe innerhalb des 1. zylindrischen Gehäuses 55 angeordnet. Ein bewegliches Teil in einem Satz der Leistungsschaltereinheit 61 wird durch das Gefäß 55 über einen hohlen Isolierzylinder 62 abgestützt und angetrieben und betätigt mittels einer Isolierstange, die nicht dargestellt ist und die den Isolierzylinder 62 durchdringt.

Mit dem Bezugszeichen 63 ist ein Betätigungsmechanismus des Leistungsschalters bezeichnet. Der Betätigungsmechanismus 63 und die Isolierstange sind mechanisch miteinander verbunden, so daß sie den öffnungs- und Schließvorgang des Leistungsschalters bewirken.

Mit dem Bezugszeichen 64 ist eine öffnung im Gefäß 55 bezeichnet, die zur Inspektion vorgesehen ist und die hermetisch mittels eines Deckels 65 abgedichtet ist, der ein Absorptionsmittel 66 aufweist. Ein scheibenförmiger isolierender Abstandhalter 67 ist an seinem äußeren Rand hermetisch zwischen einem Flansch 56A der an einem Ende des Gefäßes 56 vorgesehen ist und einem Flansch 57A eingespannt, der an einem Ende des Gefäßes 57 vorgesehen ist.Ein am anderen Ende des Gefäßes 56 vorhandener Flansch 56B ist hermetisch dicht mit einem an dem einen Ende des Gefäßes 55 vorhandenen Flansch 55B verbunden. Ein weiterer scheibenförmiger isolierender Abstandhalter 67 ist mit seinem äußeren Rand 67A hermetisch zwischen einem am anderen Ende des Gefäßes 57 vorhandenen Flansch 57B und einem Flansch 70A eingespannt, der an dem einen Ende des

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Gefäßes 70 vorgesehen ist. Ein Leiter 72 durchdringt den mittleren Bereich des Abstandhalters 67 und ist so ausgebildet, daß er an einem Ende mittels eines elektrisch leitenden Teils 73 an den Leistungsschalter 61 anschließt und mit dem anderen Ende mittels eines Rohrs 73 an den Trennschalter 13, wie dies nachher noch näher erläutert werden wird. Die jeweiligen Abstandhalter 67 bilden einen gasdichten Raumabschnitt des Gefäßes 57 gegenüber dem Gefäß 55 bzw. dem Gefäß 70. Die linke Seite der Anordnung der Leistungsschaltereinheit 61 ist elektrisch mit dem Trennschalter 18 verbunden. Trennschalter 74 sind in zylindrische metallische Gefäße eingekapselt. Der Trennschalter 74 enthält einen ortsfesten Kontakt 74A der an einem Ende eines Leiters 75 befestigt ist, welcher mit einem scheibenförmigen isolierenden Abstandhalter 67 versehen ist, sowie einen beweglichen Kontakt 74B der dem ortsfesten Kontakt 74A gegenüber angeordnet ist. Der bewegliche Kontakt 74B steht in Berührung und wird getragen von einem elektrisch leitenden Teil 76, das einen elektrischen Sammelkontakt, der nicht dargestellt ist, umfaßt. Das elektrisch leitende Teil 76 wird über einen Leiter durch den isolierenden Abstandhalter 67 getragen. Der bewegliche Kontakt 74B ist so ausgebildet, daß er mittels eines Betätigungsmechanismus 78 der an der Außenfläche des Gefäßes 70 befestigt ist, über eine Isolierstange 79, in der in der Zeichnung durch einen Pfeil P angedeuteten Richtung angetrieben und betätigt werden kann. 80 ist eine öffnung im Gehäuse des Betätigungsmechanismus zur überwachung dieses Mechanismus. Diese ist hermetisch mittels eines Deckels 81 abgedichtet. 82 ist ein Betätigungshebel, der durch den Betätigungsmechanismus 78 angetrieben und betätigt wird.

Mit dem Bezugszeichen 15 ist ein Erdungsschalter bezeichnet, der am Gefäß 70 befestigt ist. Dessen Erdungsmesserkontakt ist dem elektrisch leitenden Teil 76 gegenüber angeordnet.

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Der Erdungsmesserkontakt 82 wird mittels eines Betätigungsmechanismus 83 angetrieben und betätigt.

Eine gasisolierte Stromschiene 84 umfaßt das zylindrische metallische Gefäß 57 und das elektrisch leitende Teil 73, das im Gefäß im 57 konzentrisch angeordnet ist. Die gasisolierte Stromschiene 84 ist konzentrisch vom Stromtransformator 17 umgeben. Der Stromtransformator 17 besteht aus einer Spule 9O und einer Abdeckung 91, die die Spule 90 enthält und die auf der Tragstütze 92 befestigt ist.

Das untere Ende eines sich durch die Zwischendurchführung 47 erstreckenden zentralen Leiterabschnittes 93 ist mit dem Verbindungsleiter 75 verbunden, der sich durch einen scheibenförmigen Abstandhalter 67 erstreckt. Der Verbindungsleiter 75 ist im Gefäß 70 angeordnet und elektrisch und mechanisch mit dem ortsfesten Kontakt 74A des Trennschalters 74 verbunden.

94 bezeichnet einen Abschirmring, der konzentrisch auf der Basis der Durchführung 47 vorgesehen ist. Der scheibenförmige isolierende Abstandhalter 67, der in der Mitte eine Durchführung aufweist, ist an seinem äußeren Rand 67A hermetisch zwischen einem Flansch 7OB der an dem einen Ende des Gefäßes 70 vorhanden ist und einem Flansch 95A eingespannt, der an einem Ende des Gefäßes 95 vorhanden ist, das zwischen die Durchführung 47 und das zylindrische metallische Gefäß 70 eingesetzt ist. Diese Anordnung ist vorteilhaft, weil durch Erhöhen des Gasdrucks im Gefäß 55 auf einen höheren Wert als im Gefäß 57 bzw. 70 der Isolierwert verbessert werden kann.

Obgleich die Durchführung 47 bei der beschriebenen Ausführungsform als gasisolierte Durchführung ausgebildet ist, kann bei der erfindungsgemäßen Lösung auch eine mit öl gefüllte Durch-

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führung insbesondere eine mit öl gefüllte Kondensatordurchführung anstelle der gasisolierten Durchführung verwendet werden.

Damit kann mit dieser Ausbildung einer gasisolierten Schalteinrichtung die Energieübertragung von Hauptstromschienen 42 und 43 auf die Hochspannungsleitungen 40 und 41 stabilisiert werden. Wenn z.B. die Hauptstromschiene 4 2 zusammenbricht, dann wird die gasisolierte Schalteinheit 50 abgetrennt und damit die elektrische Leistung von der Hauptstromschiene 43 auf die Hochspannungsleitungen 40 und 41 übertragen. Wenn hingegen die Hauptstromschiene 43 zusammenbricht, wird die gasisolierte Schalteinheit 52 abgetrennt und damit die elektrische Leistung von der Hauptstromschiene 42 auf die Hochspannungsleitungen 40 und 41 übertragen. Brechen die Hauptstromschienen 42 und 43 zusammen, dann werden die gasisolierten Schalteinheiten 50 und 52 abgetrennt und damit die Hochspannungsleitungen 40 und 41 miteinander verbunden.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind Angaben über Spannungsmesser, Funkenstrecken und dgl. weggelassen. Selbstverständlich müssen derartige Komponenten bei einer gekapselten elektrischen Stromverteilungsanlage ebenfalls vorgesehen werden.

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Tokyo Shibaura Denki

Kabushiki Kaisha

72, Horikawa-cho

Saiwai-ku, Kawasaki-shi

Kanagawa-ken

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Gasisolierte Schalteinrichtung

Patentansprüche

.) Gasisolierte Schalteinrichtung mit drei gasisolierten Schalteinheiten, die Leistungsschalter, Trennschalter und Erdungsschalter enthalten, welche in geerdeten metallischen Gefäßen eingekapselt sind, die mit einem isolierenden, den Lichtbogen unterdrückenden Gas gefüllt und elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind; ferner mit Anschlußdurchführungen, die aus den gasisolierten Schalteinheiten herausgeführt sind; sowie mit Zwischendurchführungen, die aus der sich verzweigenden Stromschiene herausgeführt sind, welche die gasisolierten Schalteinheiten verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß die gasisolierten Schaltein-

München: R. (Cramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P. G. Biumbacti Dipl.-Ing. . P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. - G. Zwirner Dipl.-Ing. Dip!.-W.-Ing.

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heiten parallel zueinander vorgesehen sind.
2. Gasisolierte Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der sich verzweigenden Stromschiene eine Anschlußdurchführung elektrisch und mechanisch verbunden ist und die Stromschiene wiederum elektrisch und mechanisch mit beiden gasisolierten Schalteinheiten in Verbindung steht.
3. Gasisolierte Schalteinrichtung mit drei gasisolierten Schalteinheiten, die Leistungsschalter, Trennschalter und Erdungsschalter enthalten, welche in geerdeten metallischen Gefäßen eingekapselt sind, die mit einem isolierenden, den Lichtbogen unterdrückenden Gas gefüllt und elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind; ferner mit Anschlußdurchführungen, die aus den gasisolierten Schalteinheiten herausgeführt sind; sowie mit Zwischendurchführungen, die aus der sich verzweigenden Stromschiene herausgeführt sind, welche die gasisolierten Schalteinheiten verbindet; mit einer Hauptstromschiene, die isolierend durch Masten getragen ist;

mit einer durch Masten isolierend getragenen Hochspannungsleitung ;

sowie mit einer Zuführungsschiene, die die Hauptstromschiene mit einer der Anschlußdurchführungen und die

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Hochspannungsleitung mit einer der Zwischendurchführungen verbindet,

dadurch gekennzeichnet, daß die gasisolierten Schalteinheiten parallel zueinander vorgesehen sind.

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