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Verfahren zum Regeln von parallelarbeitenden Wechselstromkraftwerken.
Es ist bekannt, mehrere Wechselstromkraftwerke, die parallel auf ein gemeinsames Netz arbeiten, so zu regeln, dass eines oder mehrere von ihnen konstante Leistung abgeben, während andere Kraftwerke die Belastungsspitzen decken. Bei den zuerst genannten Kraftwerken wird die Antriebsmaschine unter dem Einfluss von Leistungsreglern so gesteuert, dass die Leistungsabgabe konstant bleibt, während die zur Spitzendeckung dienenden Kraftwerke lediglich mit Geschwindigkeitsreglern (Frequenzreglern) ausgerüstet sind.
Es sind auch Regelanordnungen bekannt, mit deren Hilfe es gelingt, die Gesamtbelastung mehrerer Maschinen gleichmässig auf die einzelnen Maschinen zu verteilen. Zu diesem Zweck werden Vergleichsanordnungen benutzt, welche einen bestimmten Bruchteil der Gesamtbelastung mit der Belastung der einzelnen Maschinen vergleichen und die Maschinen so lange beeinflussen, bis sie diesen bestimmten Bruchteil der Gesamtbelastung liefern. Die zuerst erwähnten Anordnungen weisen den Mangel auf, dass die zur Spitzendeckung dienenden Kraftwerke die gesamten Belastungsstösse aufnehmen müssen. Bei den bekannten Anordnungen zur selbsttätigen Lastverteilung wird zwar die Belastung verteilt, aber die Anordnung begünstigt das Auftreten von Pendelungen, weil sämtliche Maschinen von der Regelanordnung beeinflusst werden.
Die Erfindung bezieht sich nicht auf die Regelung mehrerer Maschinen in ein und demselben Kraftwerk, sondern auf die Regelung räumlich weit voneinander entfernter Maschinen oder Maschinengruppen, bei welchen bisher eine selbsttätige Lastverteilung nicht durchgeführt worden ist.
Gemäss der Erfindung werden die einzelnen Maschinen oder Maschinengruppen in der für die Regelung der Maschinen ein und desselben Kraftwerkes bekannten Weise mit Vergleichsanordnungen ausgerüstet, welche die von der Maschine oder Maschinengruppe abgegebene Leistung mit einem vorgeschriebenen Sollwert vergleichen, und es wird auf fernmesstechnischem Wege die Summe der von den in ihrer Leistungsabgabe geregelten Maschinen oder Maschinengruppen erzeugten Leistung und der von einer in ihrer Frequenz geregelten Maschine oder Maschinengruppe an das gleiche Netz abgegebenen Leistung gebildet und den zur Regelung der Leistungsabgabe der einzelnen Maschinen oder Maschinengruppen dienenden selbsttätigen Vorrichtungen ein Bruchteil der so gebildeten Summe als Sollwert zugeführt.
Auf diese Weise wird der Vorteil erreicht, dass die Last auf mehrere räumlich entfernte Kraftwerke leicht derart verteilt werden kann, dass die Spitzenkraftwerke nur vorübergehend zur Deckung der Belastungsspitzen herangezogen werden und dass Regelpendelungen vermieden werden. Der Anteil der Gesamtbelastung, der von jedem Kraftwerk zu liefern ist, wird zweckmässig so gewählt, dass die Summe der Leistung, die von den in ihrer Leistungsabgabe geregelten Kraftwerken geliefert wird, um einen Restbetrag hinter der Gesamtbelastung zurückbleibt. Dieser Restbetrag wird dann von den in ihrer Frequenz bzw. Geschwindigkeit geregelten Maschinen oder Maschinengruppen übernommen. Diese Maschinen gleichen auch Ungenauigkeiten aus, die bei der Leistungsmessung insbesondere über grössere Entfernungen und bei der Leistungsregelung nicht ganz vermeidbar sind.
Dies ist auch der Grund, weshalb Regelpendelungen im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen vermieden werden.
Mit Hilfe des Verfahrens gemäss der Erfindung kann man auch erreichen, dass die Belastung der zur Spitzendeckung dienenden Kraftwerke im wesentlichen konstant bleibt, u. zw. dadurch, dass man von
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der gesamten Summenleistung den konstant zu haltenden Betrag abzieht und den Regler der einzelnen Maschinen und Maschinengruppen so einstellt, dass die Gesamtleistungsabgabe der in ihrer Leistung geregelten Maschinen gleich ist der Differenz zwischen der Gesamtleistung und dem erwähnten konstanten Betrag.
Sowohl beiRegelanordnungen der eben beschriebenenArt, als auch beiRegelanordnungen auf genau proportionale Lastverteilung zwischen den leistungsgeregelten und frequenzgeregelten Maschinen kann der Bruchteil der Gesamtbelastung, der von dem frequenzgeregelten Kraftwerk geliefert wird, fast beliebig klein sein, u. zw. um so kleiner, je genauer die Regelanordnung in den verschiedenen Kraftwerken arbeitet.
Das Kraftwerk oder die Maschine, welche die Frequenz konstant hält, ist dann an der Deckung des gesamten Leistungsbedarfes nicht wesentlich beteiligt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 schematisch dargestellt.
Mit 1, 2,3 und 4 sind die an das gemeinsame Netz 5 angeschlossenen Kraftstationen bezeichnet, von welchen der Übersichtlichkeit halber nur je ein Masehinensatz dargestellt ist. Die Turbinen der Kraftwerke 1, 2 und 3 sind mit Leistungsreglern 61, 62, 63 ausgerüstet. Zweckmässig sieht man auch einen Regler vor, der beim Ausfall der Last eine unzulässige Drehzahlsteigerung verhindert. An Stelle von Leistungsreglern kann man auch Geschwindigkeitsregler benutzen, deren Charakteristik in geeigneter Weise zwecks Regelung der Leistungsabgabe verändert wird. Das Kraftwerk 4 dient zur Konstanthaltung der Frequenz. Seine Antriebsturbine ist mit dem Geschwindigkeitsregler 7 versehen.
Die Fernmessung des Gesamtleistungsbedarfes soll bei der in Fig. 1 dargestellten Anlage nach der an sich bekannten Impulsmethode geschehen. Zu diesem Zwecke sind in die Verbindungsleitungen zwischen den Generatoren der Kraftwerke 1, 2,3, 4 und dem Verteilungsnetz 5 die als Impulsgeber ausgebildeten Zähler 81, 82, 83, 84 eingeschaltet. Von diesen Impulsgebern führen Leitungen zu der Überwachungsstelle 9, die an einem beliebigen Ort, beispielsweise einem Kraftwerk, untergebracht sein kann. An dieser Überwachungsstelle werden die von den einzelnen Zählern gegebenen Impulse mit Hilfe der Additionsvorrichtung 10 addiert.
Eine dazu geeignete Vorrichtung wird weiter unten beschrieben werden.
Die Additionsvorrichtung ist derart ausgebildet, dass sie selbst Impulse sendet, deren Zahl mit der Gesamtimpulszahl übereinstimmt oder dieser proportional ist. Durch die von der Additionsvorrichtung gelieferten
Impulse werden die Regler der Antriebsmaschinen der Kraftwerke 1, 2,3 beeinflusst. Zu diesem Zweck werden die von der Additionsvorrichtung gelieferten Impulse den Vergleichs anordnungen 111, 112, 113 zugeführt, die auf die Regler 61, 62,63 einwirken und diese Regler so einstellen, dass die von den Generatoren gelieferte Leistung einen bestimmten Prozentsatz des Gesamtleistungsbedarfes ausmacht. Die Einrichtungen, die zur Beeinflussung der Regler 61, 62, 63 geeignet sind, sind weiter unten beschrieben.
Zum Addieren der von den Kraftwerken 1, 2, 3 und 4 gelieferten Leistungen kann man beispielsweise in folgender Weise verfahren : Durch die von je einem der Impulsgeber 81 bis 84 gegebenen Impulse wird ein Ankerwerk in Gang gesetzt, dessen Umdrehungszahl dann proportional der Impulszahl und somit proportional der Leistung des zugehörigen Generators ist. Mit Hilfe von Differentialgetrieben werden dann die Umdrehungszahlen der den Impulsgebern 81 bis 84 zugeordneten Ankerwerke addiert und ein besonderer als Kontaktgeber dienender Kollektor angetrieben, der dann je nach der Lamellenzahl eine der Summe der von den Zählern 81 bis 84 gelieferten Impulse proportionale oder mit dieser Summe übereinstimmende Zahl von Impulsen sendet. Man kann die Addition der Impulse aber auch auf anderem, beispielsweise elektrischem Wege vornehmen.
Eine Ausführungsform einer zum Regeln derAntriebsmasehinen dienenden Vergleichsanordnung ll, 112, 113 (Fig. 1) ist in Fig. 2 schematisch dargestellt.
Die von dem Additionswerk 10 gelieferten Impulse werden mit Hilfe der Leitungen 12 dem Elektromagneten 13 zugeführt, dessen Anker bei jedem Impuls das Klinkrad 14 um eine Teilung weiterschaltet.
Das Klinkrad 14 treibt die Scheibe 15 an, auf der das Reibrad 16 läuft. Dieses Reibrad ist mit dem Arm 17 gekuppelt, der mit zwei Kontakten 18, 19 ausgerüstet ist. Zwischen diesen an dem gabelförmigen Ende des Armes 17 befestigten Kontakten liegt der Kontaktarm 20, der von dem Klinkrad 21 angetrieben wird, das seinerseits durch die von einem der Impulsgeber 81 bis 84 gelieferten Impulse in ähnlicher Weise in Gang gesetzt wird, wie das Klinkrad 14. Der Kontaktarm 20 läuft mit einer der von dem zugehörigen
Generator bzw. Kraftwerk abgegebenen Leistung proportionalen Geschwindigkeit um. Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Kontaktarmes 17 ist dagegen von dem Gesamtleistungsverbrauch abhängig.
Durch Verschieben der Scheibe 15 gegenüber dem Reibrad 16 kann das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Klinkrad 14 und dem Hebelarm 17 so verändert werden, dass die Umlaufgeschwindigkeit des Hebelarmes 17 dem dem zugehörigen Generator zugeteilten Prozentsatz des Gesamtleistungsverbrauches entspricht.
Die Arme 1'1 und 20 laufen in gleichem Sinne um. Die Einrichtung arbeitet in der Weise, dass einer der an dem Arm 20 befestigten Kontakte mit dem Gegenkontakt in Berührung kommt, wenn eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Arm 17 und dem Arm 20 besteht. Dies ist der Fall, wenn die vom Generator gelieferte Leistung nicht dem Sollwert entspricht. Ist die von einem Generator gelieferte Leistung
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takt 18, die Batterie 22 sowie den Antriebsmotor 23 für die Verstellvorriehtung des Reglers 24 enthaltende Stromkreis geschlossen und dadurch die Dampfzufuhr erhöht. Im umgekehrten Fall kommt der Kontakt 19 mit dem Hebel 20 in Berührung und führt die umgekehrte Bewegung herbei.
Eine regelbare Übersetzung zwischen dem Klinkrad 14 und dem Hebelarm 17 ist nicht unbedingt erforderlich, wenn die Lastverteilung zwischen den zu regelnden Kraftwerken immer gleich bleibt, denn in diesem Fall kann man durch geeignete Wahl der Zahnzahl dse Klinkrades 14 dafür sorgen, dass der Hebelarm 17 mit der richtigen Geschwindigkeit umläuft.
Die Einstellung der richtigen Umlaufsgeschwindigkeit des Hebelarmes 17 kann nicht nur mit Hilfe einer regelbaren mechanischen Übersetzung vorgenommen werden, sondern man kann auch auf elektrischem Wege diese Einstellung vornehmen.
Eine Einrichtung, die eine Veränderung der Umlaufsgesehwindigkeit des Hebelarmes 17 auf elektrischem Wege gestattet, ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Die der Fig. 2 entsprechenden Teile tragen die gleichen Zahlen. Die vom Additionswerk 10 gelieferten Impulse werden mit Hilfe des doppelpoligen Umschalters 25 in einen elektrischen Strom umgewandelt, dessen Mittelwert der Impulszahl proportional ist. Der Stromkreis des Schalters 25 enthält die Batterie 26, den Anker 27 des Gleichstromzählers 28 sowie das Messinstrument 29. Der Schalter 25 wird mit Hilfe des Elektromagneten 30 bei jedem Impuls derart umgeschaltet, dass der Kondensator 31 über das Messinstrument 29 und den Anker 27 des Zählers 28 entladen und im entgegengesetzten Sinn wieder aufgeladen wird.
Der Zähler läuft dann mit einer dem Gesamtverbrauch proportionalen Geschwindigkeit und das Messinstrument 29 zeigt einen dem Gesamtverbrauch proportionalen Ausschlag. Die Feldwicklung 32 des Zählers 28 wird von der Batterie 33 gespeist, in deren Stromkreis der veränderliche Widerstand 34 liegt. Mit Hilfe dieses Widerstandes kann das Feld und damit auch die Umlaufsgeschwindigkeit des Zählers auf den richtigen Wert eingestellt werden. Der Zähler 28 treibt den als Kollektor ausgebildeten Kontaktgeber 35 an, durch den der Stromkreis des Elektromagneten 36 abwechselnd geschlossen und geöffnet wird. Der Elektromagnet 36 setzt mit Hilfe seines Ankers 37 das mit dem Arm 17 gekuppelte Klinkrad 38 in Bewegung. Der übrige Teil der Einrichtung entspricht der Einrichtung nach Fig. 2.
Die richtige Umdrehungszahl des Armes 17 kann durch Ver- ändern des Stromes in der Feldwicklung 32 eingestellt werden.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung übernimmt das Kraftwerk 4 selbsttätig den Betrag des Gesamtleistungsbedarfes, der von den Kraftwerken 1, 2 und 3 nicht geliefert wird. Wird das Kraftwerk 4 aus irgendeinem Grunde betriebsunfähig, so muss ein anderes Kraftwerk, z. B. eines der Kraftwerke 1, 2 oder 3 die Regelung auf konstante Frequenz übernehmen. In diesem Fall ist einer der Regler 61 bis 63 der Beeinflussung durch die zugehörige Vergleichsanordnung zu entziehen und die Drehzahl des Generators mit Hilfe eines besonderen Reglers konstant zu halten. Die Vergleichsanordnungen der übrigen Kraftwerke werden in dem erwähnten Falle zweckmässig durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses (Fig. 2, Scheibe 15, Reibrad 16 bzw.
Fig. 3 Widerstand 34) so eingestellt, dass die bisher vom Kraftwerk 4 gelieferte Leistung wenigstens zum Teil von den übrigen Kraftwerken übernommen wird.
Das Kraftwerk 4 kann auch mit einer Vorrichtung zur Anzeige des Gesamtleistungsverbrauches ebenso wie die Kraftwerke 1, 2 und 3 versehen werden und kann auch eine normalerweise ausgeschaltet Vergleichsanordnung besitzen, die erst in Tätigkeit tritt, wenn das Kraftwerk 4 aus irgendwelchen Gründen nicht auf konstante Frequenz, sondern in seiner Leistungsabgabe geregelt werden soll.
Es kann für den Parallelbetrieb einer Anzahl von Kraftwerken unter Umständen zweckmässig sein, einige Kraftwerke auf konstante Leistungsabgabe zu regeln und den übrigbleibenden Teil der Last auf eine Anzahlweiterer Kraftwerke zu verteilen. In diesem Falle empfiehlt es sich, entweder die Leistungs- abgabe der auf konstante Leistung geregelten Kraftwerke nicht mitzumessen oder nachträglich wieder abzuziehen, wenn die Messung aus anderen Gründen erwünscht ist oder sich nicht umgehen lässt. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dieser Art ist in Fig. 4 dargestellt. Die Kraftwerke sind mit 39,40, 41, 42,43 bezeichnet.
Die von den Kraftwerken abgegebene Leistung wird mit Hilfe der als Impulsgeber
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werden nicht wie bei der in der Fig. 1 dargestellten Anlage in der Sammelstelle 9 addiert, sondern die Addition geschieht stufenweise in den Addierwerken 44,45, 46. Es sei angenommen, dass die Leistungsabgabe der Kraftwerke 39,40, 41 geregelt werden soll, dass ferner das Kraftwerk 42 die Frequenz konstant hält und das Kraftwerk 43 eine konstante Leistung an das Netz abgibt. Die den Kraftwerken zugeordneten Vergleichsanordnungen sind mit 4939,4940, 4941 bezeichnet. Um die Gesamtleistung abzüglich der von dem Kraftwerk 43 gelieferten Leistung auf die übrigen Kraftwerke aufzuteilen, kann man auf die Messung der vom Kraftwerk 43 abgegebenen Leistung verzichten. In diesem Falle wird der Impulsgeber (Zähler 843) nicht benutzt.
Es kann vorkommen, dass man daran interessiert ist, in der Sammelstelle 9 Aufschluss über den Gesamtverbrauch zu erhalten. In diesem Falle werden die vom Impulsgeber 843 gelieferten Impulse mit Hilfe des Addierwerkes 47 zu den von den Impulsgebern 839 bis 842 gelieferten Impulsen hinzu addiert.
Die von den Additionsvorrichtungen gelieferten Impulse können auf ein Messgerät 104 einwirken, das den Gesamtleistungsverbrauch anzeigt.
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Selbst wenn man an der Kenntnis des Gesamtleistungsverbrauches nicht interessiert ist, lässt sieh mitunter die Messung der vom Kraftwerk 43 abgegebenen Leistung nicht umgehen, z. B. wenn die Impulsgeber 839-842 nicht in die Verbindungsleitungen zwischen den Generatoren und den Sammelschienen
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leitungen liegen.
In den beiden zuletzt genannten Fällen, bei welchen die Leistungsabgabe des Kraftwerkes 43 mitgemessen wird, muss man, um eine richtige Leistungsverteilung zu erhalten, die Leistung des Kraftwerkes 43 von der Gesamtleistung subtrahieren. Zu diesem Zweck wird der Impulsgeber 843 durch die gestrichelte Leitung 51 mit dem Subtrahierwerk 50 verbunden. Durch dieses Subtrahierwerk wird die Summe der von den Impulsgebern 839 bis 843 gelieferten Impulse um einen der Leistungsabgabe des Kraftwerkes 43 entsprechenden Betrag vermindert. Die Vergleichsanordnungen werden durch die übrigbleibenden Impulse beeinflusst.
Man kann die Subtraktion der Impulse mit Hilfe von Vorrichtungen vornehmen, die in ähnlicher Weise gebaut sind wie die Additionsvorrichtungen. Man kann beispielsweise durch die Impulse Klinkräder oder Z-Ankersysteme in Gang setzen, die gleichsinnig auf ein Differentialgetriebe einwirken, das einen Impulse sendenden Kollektor antreibt.
Zum Subtrahieren der Impulse kann man auch eine Einrichtung verwenden, wie sie in Fig. 5 schematisch dargestellt ist.
Die von den Additionswerken 44 bis 47 gelieferten Impulse werden zunächst mit Hilfe eines Kondensators und eines Doppelumschalters (wie in Fig. 3 dargestellt und beschrieben) in einen elektrischen Strom umgewandelt und dem Ampere-Stundenzähler 51 zugeführt. Auf der Achse dieses Ampere-Stundenzählers sitzt der Kollektor 52, auf den die Bürsten 53,54 schleifen. Diese Bürsten sind an einem von dem Ampere-Stundenzähler 55 angetriebenen Arm befestigt und sind über Schleifringe mit der Batterie 56 und den Vergleichsanordnungen 4939 bis 4941 (Fig. 4) verbunden. Dem Ampere-Stundenzähler 55 wird ein Strom zugeführt, dessen Stärke der Zahl der von dem Impulsgeber 843 erzeugten Impulse entspricht. Die Impulse des Impulsgebers 843 werden in der oben beschriebenen Weise in einen elektrischen Strom umgewandelt.
Die Zähler 51 und 55 laufen in gleichem Sinne um, so dass dadurch eine Subtraktion der Impulszahlen zustande kommt.
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In diesem Fall müssen die Zähler in entgegengesetzter Richtung umlaufen.
Anstatt von der Zahl der Gesamtimpulse eine von der Leistungsabgabe des Kraftwerkes 43 ab- hängige Impulszahl abzuziehen, kann man die Gesamtimpulszahl auch um einen konstanten Betrag vermindern. In diesem Falle lässt man den Zähler 55 durch Hindurchleiten eines konstanten Stromes mit konstanter Geschwindigkeit umlaufen oder ersetzt ihn durch ein Uhrwerk, einen Synchronmotor od. dgl.
Es kann unter Umständen erwünscht sein, die ein Netz speisenden Kraftwerke nur in ihrer Leistungabgabe zu regeln und ein fremdes Netz zur Frequenzkonstanthaltung zu benutzen. Dieser Fall kann beispielsweise eintreten, wenn eine Anzahl von wenig Wartung erfordernden Asynchrongeneratoren den Leistungsbedarf eines Netzes vollständig decken sollen. Zur Konstanthaltung der Frequenz wird zweckmässig ein schon bestehendes Netz herangezogen. Es kann bei dem gewählten Beispiel erwünscht sein, dass zwischen den beiden Netzen möglichst wenig Energie übergeht. Dies kann man vermeiden, wenn man in die Verbindungsleitung zwischen beiden Netzen einen Leistungsmesser einschaltet, der als Impulsgeber ausgebildet ist. Die von diesem Impulsgeber gelieferten Impulse werden von der Gesamtimpulszahl subtrahiert, die der von den Generatoren gelieferten Leistung entspricht.
Dadurch wird erreicht, dass beim Übergang von Energie nach dem zur Konstanthaltung der Frequenz dienenden Netz die Leistungabgabe so lange vermindert wird, bis der Energiestrom aufhört. Man kann jedoch die Einrichtung auch so treffen, dass ein konstanter Leistungsübergang zwischen den beiden Netzen vorhanden bleibt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dieser Art ist in Fig. 6 dargestellt. An die Verteilungleitung 57 sind die Kraftwerke 58, 59, 60, 61, 62 angeschlossen. Das Kraftwerk 62 soll auf konstante Leistungsabgabe regeln, während die übrigen Kraftwerke zur Deckung des wechselnden Leistungsbedarfes dienen. Die Frequenz soll mit Hilfe des vom Kraftwerk 63 gespeisten Netzes 64 konstant gehalten werden.
Die Regelung der Kraftwerke 58 bis 61 geschieht in der bei der Beschreibung der Fig. 1 und 4 geschilderten Weise. In die Verbindungsleitungen zwischen den Netzen 57 und 64 ist der als Impulsgeber ausgebildete Zähler 65 eingeschaltet. Die von diesem Zähler gemessene Leistung wird von der Gesamtleistung in Abzug gebracht und der Rest auf die Kraftwerke 58 bis 61 verteilt. Die Leistung des Kraftwerkes 62 wird nicht gemessen. Die Subtraktion geschieht in dem Subtrahierwerk 66. Die Einwirkung der Impulse auf die Regler der in den Kraftwerken 58 bis 61 aufgestellten Antriebsmaschinen ist in Fig. 6 durch gestrichelte Linien angedeutet.
Die Beeinflussung der Regler kann ohne Vergleichsanordnungen durch Leistungsmesser vorgenommen werden, die in geeigneter Weise mit Kontakten ausgerüstet sind oder die einen Widerstand verändern, der in einen Stromkreis eingeschaltet ist, der auf die Regler einwirkt.
Das Verfahren gemäss der Erfindung gestattet die Verteilung eines veränderlichen Leistungbedarfs auf mehrere Kraftwerke nach einem bestimmten Schlüssel. Die Verteilung der Last kann im Laufe eines bestimmten Zeitabschnittes, z. B. im Laufe eines Tages, mit Hilfe von Fahrplanreglern ver-
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