Technik (USV) Alternate Route - ACE-High-Journal

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ACE-High-System Europa, Info Seite


„The ACE-High-Network during the period of Cold War“ 

Basisseite - Das unterbrechungsfreie Stromversorgungssystem der ACE-High Stationen (Alternate Route)


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Diese prinzipielle technische Beschreibung ist zutreffend für die nachfolgend aufgeführten ACE-High O.H. Stationen 
der Kategorie 1 der " Alternate - Route " 

Station Power Plant Categories.
Power Plant arrangements at ACE High Stations fall into ix general categories with are variante on combinations of main supplied from sources the station, and prime movers within the station. There are designated as follows:

Tropospheric Scatter Stations
"Category 1" Primary power obtai ned from local commercial supply, with standby power derived from two high-speed automatic-starting diesel-driven alternators.
"Category 2" Primary power obtained from two low-speed-non-automatic-starting diesel-driven alternators, with a further two diesel-driven alternators of the same type used in a scheduled substitition and maintenance plan.
"Category 3" Primary and standby power obtained from associated militaty installations.

im AFCENT Bereich
ACE-High Station Kindsbach - ABHZ
ACE-High Station Feldberg - AFEZ

im AFSOUTH Bereich
ACE-High Station Dosso dei Galli - IDGZ

Die technische Darstellung der unterbrechungsfreien Stromversorgung der ACE High Stationen, ist dargestellt von dem Projektleiter des No Break System der Rheinische Elektro - Maschinenfabrik Krefeld, später Reliance Electric Company Krefeld und verantwortlich für die technische Abwicklung des " Alternate Route Projekt " der Stromversorgung des beauftragten Nato Projektes, Contract FS 5080.14 - 67.
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Firmen Logo Reliance Electric Company - vormals REM - Rheinische Elektro Maschinenfabrik Krefeld - Blumentalstrasse 102
Das traditionsreiche Unternehmen wurde im Jahr 1901 als " Rheinische - Elektro - Maschinenfabrik GmbH " in Krefeld gegründet, um zunächst Dynamos und Motoren zu bauen und zu verkaufen. Es war damals maßgeblich an der Elektrifizierung des linken Niederrheins beteiligt.

Die unterbrechungsfreien Stromversorgungssysteme für die NATO, sind in den 60 er Jahren mit den über 5 Tonnen schweren Schwungmassen entwickelt und wurden dann mit dem Antriebsmotor - Schwungmasse und Generator auf einem verwindungssteifen Grundrahmen ( Schlitten ) montiert, wobei die kleineren schlüsselfertigen Anlagen konzipiert mit Schaltanlagen, für den Fallschirm Abwurf vorgesehen waren. Die Gießereimodelle wurden in eigenen der Modelltischler - Abteilung erstellt und in der Eisengießerei bei der Firma Carl Zangs in Krefeld - Oberdiessheimer Strasse 15, gegossen. Verschiedene andere Stahlteile, wie Anker, etc. sind von den Lüneburger Eisenwerken erstellt worden.

Da die Firma R.E.M - ein mittelstädiges Unternehmen mit seinerzeit 270 Mitarbeiter - in einem städtischen Wohngebiet lag, wurden die erste Versuchsreihe - Langzeitprüfung und vor allem die Rotationsprüfungen - mit diesem Anlagentyp in einem in Krefeld gelegenen Stahlwerk in der Zertrümmerungsanlage für Schlackenabfall (Sprengplatz) erfolgreich durchgeführt. Die späteren Versuchsreihen und Abnahmen, erfolgten trotz der erheblichen Lärmbelästigung, dann auf dem R.E.M Firmengelände in Krefeld auf der Blumentalstrasse 102.

Im Jahr 1969 übernahm der Elektrokonzern " Reliance Electric " aus Cleveland / USA die Firma als eigenständige deutsche Tochtergesellschaft." Reliance " Antriebe und Schaltanlagen werden in der Werkzeugmaschinen - der Eisen - und Stahlindustrie (z.B Walzwerke) der Druck - und Papierindustrie, der Fördertechnik (Containerkräne) im Schiffsbau (Antriebe für Bugstrahlruder) und vielen anderen Bereichen eingesetzt.
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Beschreibung der Netzersatzanlage und der unterbrechungsfreien Stromversorgung der ACE-High Stationen.
No Break - Alternate Route - Schnittbild der No Break Anlage

Beschreibung der Netzersatzanlage und der unterbrechungsfreien Stromversorgung der ACE-High Stationen
1.0 NATO Spezifikation - No Break Equipment und Installation auf den ACE-High Stationen.
1.1 NEA und No Break Gebäude für die ACE-High Stationen der Categorie 01.
1.2 NATO Spezifikation - Leistung der installierten No Break Anlagen.
1.3 Netzersatzanlagen - NEA - Dieselset 1A und 1B
1.4 USV Anlage – No Break Equipment
1.5 Gleichstrom Motor - Antrieb der No Break Anlage mit zwei Nebenschlusswicklungen.
1.6 Hochlauf der USV Anlage
1.7 Auslauf der USV Anlage
1.8 Schwungmassenspeicher - Schwungscheibe
1.9 Gleitlager zwischen Kupplung Motor – Schwungmassenspeicher und Kupplung Generator.
1.10 Ansicht von einem defekten Gleitlager
1.11 Kupplung zwischen Gleitlager und Gleichstrom - Motor und Kupplung Generator.
1.12 Selbstregelnder Generator , bürstenloser Synchrongenerator   
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1.0 NATO Spezifikation - No Break Equipment und Installation auf den ACE-High Stationen.
Die nachfolgend aufgeführte Spezifikation, entspricht den NATO Vorgaben für die Realisierung des Projektes der unterbrechnungsfreien Stromversorgung der ACE-High Stationen der Kategorie 1. Die in englischer Sprache erstellten Spezifikationen sind als " NATO unclassified " eingestuft worden.

No Break - Alternate Route - Spezifikation
Spezifikation für das No Break Equipment und für die Installation auf den ACE-High Stationen. Die Power Gebäude der Alternate Route sind abweichend dieser Spezifikation errichtet worden und sind den regionalen Gegebenheiten angepasst worden.
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1.1 Netzersatzanlage und No Break Gebäude für die ACE-High Stationen der Kategorie 1.

Die NEA und No Break Gebäude - NATO Bezeichnung "No Break Power Building" wurden entsprechend der NATO Spezifikation auf allen O.H. Stationen der Kategorie 1 im Prinzip im gleichen Standard ausgeführt und waren entsprechend, für die auf den Stationen herrschenden Witterungsbedingungen konstruiert.

Die Gebäude waren entsprechende für die atmospherischen Bedingungen ausgelegt, d.h.für Temperaturen von + 40 ° Celsius bis - 40 ° Celsius und einer Schneehöhe von zwei Meter und anfallenden Windgeschwindigkeiten bis 180 Km/Std und Spitzenwindgeschwindigkeiten bis 250 Km/Std.

In den Gebäude war ein eigenständiges Belüftungssystem mit zwei thermostatisch geregelten Ventilatoren installiert. Die Frischluft wurde außerhalb des Gebäudes angesaugt und in den No Break Raum geleitet. Die Abluft wurde über ein entsprechendes Abluft System abgeführt. Die in dem Gebäude installierten elektrischen Heizungen wurden ebefalls thermostatisch geregelt.

No Break Alternate Route - Belgien - ACE High Station Baraque Fraiture - 2006
No Break - Alternate Route - Deutschland - ACE High Station Feldberg AFEZ -1969
No Break - Alternate Route - Deutschland - ACE High Station Feldberg AFEZ -1970
No Break - Alternate Route - Italien - ACE High Station Dosso dei Galli IDGZ -1969
No Break - Alternate Route - Italien - ACE High Station Dosso dei Galli IDGZ -2006
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1.2 NATO Spezifikation - Leistung der installierten No Break Anlagen.
Die zu erbringende No Break Leistung wurde entsprechent der nachfolgenden NATO Spezifikation "Appendix B" für die Alternate Route ausgeführt. Für die O.H. Stationen der Alternate Route waren jeweils eine No Break Anlage installiert, der Aufbau des No Break - Maschinensatztes erfolgte neben den Notstrom - Anlagen in horizontaler Bauweise.

No Break - Alternate Route - No Break Leistung - Spezifikation
Spezifikation der installierten No Break Leistungen auf den ACE-High Stationen der Alternate Route.
No Break - Alternate Route - ACE-High Station Feldberg AFEZ und Dosso dei Galli IDGZ -1970 und 2006
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1.3 Netzersatzanlagen - NEA - Dieselset 1A und 1B
Verbaut wurden zwei Notstromaggregate – des Hertsellers „ MWM „ mit Motor mit Abgas - Turboaufladung – mit angeflanschten selbstregelnden bürstenlosen „ R.E.M > Reliance Electric „ Synchrongenerator.
Für die elektrische Steuerung der Netzersatzanlagen waren zwei Schaltanlagen auf der rechten Seite des Maschinenraumes installiert, bezeichnet als NEA Set 1A und NEA Set 1B. Ferner wurden die Lüfter für die Kühlung der Notstrom - Aggregate von einer Schaltanlage, an der hinteren Seite des Maschinengebäudes angebracht, gesteuert,- bezeichnet als Cooling Switchboard 5 - . Der Maschinenraum wurde durch eine Querbelüftung belüftet, hierzu war ebenfalls eine Schaltanlage, installiert an der rechten Seite des Maschinenraumes.

No Break - Alternate Route - ACE High Station Dosso dei Galli IDGZ -1970 und 2006
NEA - Notstromanlagen
Die Montage von dem Dieselaggregat – 8 Zylinder - und Generator erfolgte zusammen auf einem stabilen Stahlrahmen, zum Schallschutz und gegen Erschütterungen wurde der Stahlrahmen auf 8 Stück Schwingungsisolatoren aufgestellt. Das Aggregat war mit einer flexiblen Kupplung mit installierten Gummidämpfen mit dem Generator verbunden. Die Auslegung der Nutzleistung des Aggregates erfolgte nach DIN 1940. Die Aufstellhöhe von 2196 m üNN (bezogen auf die ACE High Station Dosso dei Galli) erhält wegen des sich mit der Höhe verändernden Luftdruck entsprechende Bedeutung. Geringer Luftdruck heißt geringes spez.Luftgewicht, von dem jedoch die Dieselleistung abhängt.Bedingt durch die Aufstellung in dieser Höhe von über 2000 üNN musste eine Leistungsreduktion von 15 % berücksichtigt werden. Ebenfalls musste die Leistungsminderung des Generators um 15 % infolge des geringeren Kühlluftgewichtes berücksichtigt werden. Die Aggregate wurden durch elektrisch betriebene Heizkörper im Wasserkreislauf permanent auf 40 ° C. (Celsius) vorgewärmt. Dadurch wurde eine schnellstmögliche Startphase gewährleistet. Um bei einem Start des Aggregates einen ausreichenden Ölfilm sicher zustellen, wurde das Aggregat in regelmäßigen Abständen automatisch von einem Pumpenaggregat vorgeschmiert.

Zeitweilig wurden auf der ACE-High Station Dosso dei Galli, auch Startkraft-stoffe eingesetzt, die dem Aggregat während des Anlassvorganges einen zündwilligeren Anlasskraftstoff zuführten.

No Break - Alternate Route - ACE High Station Dosso dei Galli IDGZ -1969
NEA - Notstrom Aggregat Set1 A und Set 1B 
No Break - Alternate Route - ACE High Station Dosso dei Galli IDGZ -2006
NEA - Notstromanlagen
1.4 USV Anlage – No Break Equipment
Für den kontinuierlichen Betriebsablauf wurden auf jeder ACE High O.H.Station, ein Aggregate für die unterbrechungsfreie Stromversorgung installiert. Die Installation erfolgte gemäß der NATO Spezifikation, durch die Firma „ R.E.M > Rheinische Elektro Maschinenfabrik Krefeld > Reliance Electric Company Krefeld „

Die Montage von dem Gleichstrom Motor – Kupplung - Gleitlager – Schwungmassenspeicher – Gleitlager – Kupplung und Generator erfolgte zusammen auf einem stabilen Stahlrahmen, zum Schallschutz und gegen Erschütterungen wurde dieser Stahlrahmen auf 8 Stück Schwingungsisolatoren aufgestellt.

Für die elektrische Steuerung der unterbrechungsfreien Stromversorgung, war eine Schaltanlage, an der rechten Eingang-seite des Maschinenraumes installiert, bezeichnet als No – Break 3, rechts neben dieser Schaltanlage waren die beide Schaltanlagen NEA Set 1A und NEA Set 1B, für die Steuerung der Notstromaggregate installiert. Diese Schaltanlage und die beiden Schaltanlagen für die Steuerung der Dieselaggregate bildeten eine kompakte Einheit.

Für die gesicherte Verbraucherschiene und für die ungesicherte Verbraucherschiene war eine Schaltanlage, das Umschalt- und Verteilerfeld, auf der linken Seite des Machinenraumes installiert, bezeichnet als Distribution Switchboard 2. Mit dieser Schaltanlage konnten sämtliche Komponenten von dem Stromversorgungssystem geschaltet, bzw. umgangen werden.

No Break Alternate Route - ACE High Station Dosso dei Galli IDGZ - 1970 und 2006
Maitenance - und Modifikationsarbeiten.
No Break - Alternate Route - ACE High Station Dosso dei Galli IDGZ -1971
Maitenance - und Modifikationsarbeiten.
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1.5 Gleichstrom Motor - Antrieb der No Break Anlage mit zwei Nebenschlusswicklungen.
Die Hauptnebenschlusswicklung des Gleichstrom - Motors wurde fest eingestellt um bei Vollastbetrieb 52 Hz zu erreichen, die kleinere Nebenschlusswicklung wurde zur Regelung eingesetzt. Also bei Vollastbetrieb fast 0 Ampere und je geringer die Last desto höher die Erregung auf dieser Wicklung. Die elektrische Rückführung der Drehzahl erfolgte durch eine angeflanschte Tachomaschine.

No Break - Alternate Route - ACE High Station Dosso dei Galli IDGZ - 2007
Gleichstrom - Motor
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1.6 Hochlauf der No Break Anlage
Der Hochlauf wurde über einen Anlauf- und Bremswiderstand mit einer geregelten Strombegrenzung gefahren und frequenzabhängig über die Nebenschlusswicklung geregelt. Diese Widerstandsgruppe und der Anlasstransformator waren in der No Break Schaltanlage eingebaut.

No Break - Alternate Route - Elektrische Komponenten für Start- und Bremsung der USV Anlage
Elektrische Komponenten für Start- und Bremsung der USV Anlage

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1.7 Auslauf der No Break Anlage
Nach der elektrischen Abschaltung des Maschinensatzes wurde dieser kurzzeitig mit dem Anlauf- und Bremswiderstand abgebremst, danach erfolgte keine elektrische oder mechanische Bremsung, das Aggregat lief über Stunden, bis zum Stillstand aus. Die Widerstandsgruppe und der Anlasstransformator waren in der No Break Schaltanlage eingebaut.

No Break - Alternate Route - ACE High Station Livorno IMXZ - 2006
Elektrische Komponenten für Start- und Bremsung der USV Anlage
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1.8 Schwungmassenspeicher - Schwungscheibe
Bei allen Lastverhältnissen wurden die Anlagen mit 51,5 Hz betrieben. Die kinetische Energie des Schwungmassenspeichers reichte bei Vollastbetrieb ca. 51 Sekunden.

No Break - Alternate Route - ACE High Station Dosso dei Galli - 2006
Schwungmassenspeicher der USV Anlage
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1.9 Gleitlager zwischen Kupplung Motor – Schwungmassenspeicher und Kupplung Generator.
Für einen Maschinensatz waren zwei Gleitlager in Ölfüllung mit Grafit Halbschalen und Ölschmierringen für die Führung des Schwung-massenspeichers installiert.

Die visuelle Überwachung des Ölstandes erfolgte durch ein Ölstandsanzeige, die elektrische Überwachung erfolgte durch zwei Wärmefühler für den Temperatur - Voralarm und den Temperatur - Hauptalarm, der eine Zwangsumschaltung auf die kommerzielle Einspeisung auslöste.

No Break - Alternate Route - ACE High Station Dosso dei Galli IDGZ - 2006
Gleitlager der Schwungscheibe
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1.10 Ansicht eines defekten Gleitlager
No Break Alternate Route - Defektes Gleitlager

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1.11 Kupplung zwischen Gleitlager und Gleichstrom - Motor und Kupplung Generator.
Jeweils eine Kupplung mit flexiblen Gummidämpfern war zwischen den Gleitlagern und dem Gleichstrom - Motor und dem Generator installiert.

No Break - Alternate Route - ACE High Station Dosso dei Galli IDGZ - 2006
Kupplung A- und B Seite der Schwungmasse
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1.12 Selbstregelnder Generator , bürstenloser Synchrongenerator
Der bürstenlose Synchronenerator bestand aus der Innenpol – Hauptmaschine und einer kleineren, auf gleicher Welle sitzenden Aussenpol – Erregermaschine mit rotierenden Gleichrichtern und einer Regeleinrichtung.

No Break - Alternate Route - ACE High Station Dosso dei Galli IDGZ - 2006
Synchrongenerator mit Erregermaschine
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Beschreibung des Betriebsablaufes bei Netzausfall - CPF
Commercial Power Failure (Failure of Electric)
2.0 Regionale Netzversorgung - Normalbetrieb - Netzbetrieb
2.1 Netzausfall der regionalen Netzversorgung
2.2 Verbraucherumschaltung auf Notstrombetrieb - Versorgung der gesicherten Verbraucher
2.3 Verbraucherumschaltung auf Notstrombetrieb - Versorgung der ungesicherten Verbraucher
2.4 Verbraucherrückschaltung auf die regionale Netzversorgung

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2.0 Regionale Netzversorgung – Normalbetrieb - Netzbetrieb
Die ACE-High Station wird von dem regionalen Energieversorger versorgt. Die Funktion der im Power Gebäude installierten Notstromversorgung - NEA - erfolgt im vollautomatischen Status, d.h. im Automatikbetrieb.

Die Einspeisung der USV Anlagen erfolgt über die, in dem Power Gebäude installierten Schaltanlagen. Das Aggregate für die unterbrechungsfreie Stromversorgung – No Break Nummer 3 - ist in Betrieb und versorgt über die gesicherten Verbraucherschiene die elektronischen Verbraucher der ACE-High Station. Die Versorgung der ungesicherten Verbraucherschiene erfolgt über den regionalen Energieversorger.

Das Versorgungsnetz der Notstromanlagen - NEA - wird von einem dreiphasigen Spannungswächter ständig überwacht, der bei Ausfall einer Phase, bzw. einer Spannungsabsenkung von ca. 15 – 20 % die Notstromaggregate 1A und 1B anlaufen lässt. Zur Überbrückung von kurzen Spannungsunterbrechungen bis 3 Sekunden – den sogenannten Spannungswischern - ist eine Startverzögerung installiert.
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2.1 Netzausfall der regionalen Stromversorgung
Der Netzschalter in der Einspeisung - Stromübergabestation - wird bei Ausfall des Netzes ausgelöst und gegen die beiden Generatorenschalter der Notstromanlagen - NEA St 1A und Set 1B - elektrisch verriegelt. Nach ca. 3 Sekunden erfolgt der Start der beiden Notstromaggregate.

Die Notstromautomatik veranlasst bei Netzausfall – CPF – nach einer eingestellten Verzögerungszeit von 3 Sekunden, für dieÜberbrückung eventueller Netzwischer, den automatischen Start der beiden Notstromaggregate, der bei Fehlstart bis zu dreimal wiederholt wurde.

Das Aggregat der unterbrechungsfreien Stromversorgung – No Break 3 – speist weiterhin die wichtigsten Verbraucher über die sichere Verbraucherschiene ein. Die in den bis zu 5 Tonnen schweren Schwungmassenspeicher gespeicherten kinetischer Energie war hierzu ausreichend, um bei Vollastbetrieb, für 51 Sekunden die Versorgung der an die sichere Verbraucherschiene angeschlossenen Verbraucher zu gewährleisten.

Durch die aus dem Schwungmassenspeicher entnommene kinetische Energie, reduzierte sich mit der verringernden Drehzahl auch die Versorgungsfrequenz von 51,5 Hz bis auf 45 Hz ( bei einer Betriebsstörung erfolgte danach bei 45 Hz, die Zwangsabschaltung des Systems), da die USV Anlagen im Halblastbetrieb betrieben wurden, lag der zeitliche Verfügungsrahmen wesentlich höher als 51 Sekunden.
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2.2 Verbraucherumschaltung auf Notstrombetrieb – Versorgung der gesicherten Verbraucher
Sobald die Notstromaggregate Set 1A und Set 1B hochgelaufen sind und die Generatorspannung zur Verfügung steht, übernimmt mit Einschaltung des Generatorschalters das zuerst verfügbare Notstromaggregat ( in der Regel nach ca. 7 Sekunden ) die Einspeisung der unterbrechungsfreien Stromversorgung – No Break 3 - der ACE-High Station, mit den an die gesicherte Verbraucherschiene angeschlossenen elektronischen Verbrauchern. Die durch die Netzausfallphase reduzierte Drehzahl des Schwungmassenspeichers wurde wieder durch die Einspeisung der Spannungsversorgung durch die Notstromaggregate, auf Nenndrehzahl gebracht.
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2.3 Verbraucherumschaltung auf Notstrombetrieb - Versorgung der ungesicherten Verbraucher
Das andere Notstromaggregat übernimmt nach Einschaltung des Generatorschalters die Versorgung der ungesicherten Verbraucherschiene mit der Versorgung der restlichen Verbrauchern der Station. Alternativ bestand die Möglichkeit, dass nach gesicherter Versorgung der No Break Anlage 3 durch das erste Notstromaggregat, das zweite Notstromaggregat automatisch oder manuell dazu synchronisiert wurde, danach erfolgte die Versorgung der ungesicherten Verbraucherschiene mit Versorgung der restlichen Verbraucher der Station.
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2.4 Verbraucherrückschaltung auf die regionale Netzversorgung.
Bei Netzwiederkehr der regionalen Spannungsversorgung wird die interne Einspeisung automatisch, nach der eingestellten Verzögerungszeit von 30 Sekunden, der Dieselversorgung - NEA - getrennt und auf das regionale Netz zurückgeschaltet.

Notstromaggregate im Stand by Betrieb
Danach laufen die Notstromaggregate ca 5 Minuten, unbelastet in Bereitschaft weiter. Falls in dieser Zeit das Netz erneut ausfällt, werden die Verbraucher sofort auf den Notstrom - Generatorbetrieb zurück geschaltet, ohne dass ein neuer Start der Notstromaggregate erfolgen muss.

Regionale Netzversorgung - Normalbetrieb
Bei dieser Rückschaltung von Notstrombetrieb auf Netzbetrieb erfolgte eine kurze Unterbrechung von ca. 0,5 Sekunden der ungesicherten Verbraucherschiene
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Bild - Quellenangaben
(1) Google Earth/Google Street

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Text - Quellenangaben

[1] Wikipedia,

 
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