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Kunststoffisolator
Das Stammpatent Nr. 251675 betrifft einen Kunststoffisolator mit einem an einer geerdeten Masttraverse befestigten faserverstärkten Kunststoffstab geringer Strunkstärke, bei dem Isolierschirme zwischen den Leiterseilen und der geerdeten Masttraverse angeordnet sind, wobei der Kunststoffstab zwei- fach abgewinkelt ausgeführt ist, so dass er mit der Verbindungslinie der Aufhängepunkt die Form eines gleichschenkeligen Trapezes aufweist und dass in den Winkeln an der kleineren Grundlinie des Trapezes die Leiterseile eines Zweierbündels angebracht sind.
Eine einfache Hängekette schwingt in bekannterWeise bei Wind und Sturm mehr oder weniger stark aus und erfordert infolge dieses Aufschwingens im Bereich des Freileitungsmastes mehr Raum als bei Aufhängung von Freileitungsseilen unter Verwendung der starren V-artigen oder doppelknieartigen Isolatoren.
Auch die heute üblichen Hängeketten werden zur Verminderung des Schwingens in Einzelfällen in V-Anordnung aufgehängt, s. Fig. l, aber diese Aufhängung ist nicht völlig starr und daher unvollkommen. Werden diese Ketten aus Porzellen- oder Glasisolatoren gliederartig zusammengefügt, so entstehen viele Nachteile. Wird die auf der Traverse 2 liegende Dreieckseite des V sehr gross bemessen, s. Fig. 1, hängen die die beiden andern Dreieckseiten bildenden Ketten stark durch. Wenn die auf der Traverse liegende Dreieckseite desV klein bemessen wird, berühren die Metallteile der einen Kette die Porzellanteile der andern Kette, wodurch die Überschlagsfestigkeit erheblich beeinträchtigt wird. Derartige Anordnungen führen zu dem gefürchteten Zickzack-Überschlag.
Diese Nachteile bestehen bei Anwendung des starren Kunststoffisolators nach dem Stammpatent nicht. Die Erfindung beschäftigt sich mit der Anordnung derartiger starrer Kunststoffisolatoren am Freileitungsmast mit dem Ziel, im Bereich des Mastes möglichst wenig Raum zu benötigen und die Länge des Isolators zwischen Traverse und Leitungsseil möglichst kurz bemessen zu können. Der Wunsch nach geringem Raumbedarf hängt mit dem Bestreben zusammen, geringe Trassenbreiten im Gelände zu beanspruchen, da die Trassen immer teurer werden bzw. um vorhandene Freileitungsanordnungen durch Umbau auf bedeutendhöhere Betriebsspan- nungen umstellen zu können.
Erfindungsgemäss sind in dem auf Grund der starren Konstruktion des Hängeisolators 71 quer zur Leiterachse frei gewordenen Raum gegenüber einer frei schwingend aufgehängten Isolatorenkette jeweils parallel zu den Leitern Hilfsleiter 16 angeordnet, die das gleiche Spannungspotential wie der zugehörige Leiter 15 aufweisen, dass die Durchmesser der Leiter und Hilfsleiter im Bereich der Leiterbefestigung durch Überschieben leichter Metallrohre vergrössert sind und bei Vereisungsgefahr mit einer Kunststoffschicht, beispielsweise aus Polyvinylchlorid, überzogen sind.
Die bekannte feldverbessernde bzw. die Oberflächenfeldstärke vermindernde Eigenschaft einer Bündelleitung wird im Bereich der Leiterbefestigung an dem Hängeisolator durch paralleles Hinzufügen von Hilfsleitern zu den jeweiligen
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Hauptleitern ausgenutzt, wobei die Hilfsleiter das gleiche Spannungspotential wie der zugehörige Haupt- leiter aufweisen. Ausser den Massnahmen zur Feldverbesserung kann weiterhin ein vorzugsweise ohrför- miger Schutzring oberhalb der Leiter an der Aufhängestelle angebracht sein, der dazu dient, Lichtbo- genfusspunkte im Falle des Auftretens von Kurzschlusslichtbögen von den Leitern bzw. Hilfsleitern fern- zuhalten.
Es können auch die Rohre, die zum Zwecke der Vergrösserung der Leiterdurchmesser im Be- reich der Aufhängestelle über die Leiter geschoben sind, durch besondere Gestaltung dazu ausgenutzt werden, die Lichtbogenfusspunkte von den Leitern und Hilfsleitern selbst fernzuhalten. Es ist auch mög- lich, die Leiter und Hilfsleiter nicht blank, sondern teilisoliert auszubilden.
Die erfindungsgemässe Lösung wird an einer Zeichnung mit den Fig. 2 und 3 am Beispiel eines
Drehstrommastes für eine Doppelleitung behandelt. Sie ist aber sinngemäss auf alle übrigen Mastformen anwendbar.
Die Fig. 2 zeigt sowohl die bekannte Ausbildung eines Drehstrommastes mit frei schwingenden Iso- latorenketten als auch mit starren Kunststoff-Hängeisolatoren nach dem Stammpatent. Mit 1 ist der senkrecht stehende Mastständer, mit 2 die waagrecht ausladende Mast-Traverse bezeichnet, an die die Phasenleiter 4 und 5 einer Drehstromleitung angehängt sind. Diese Phasenleiter sind jeder über zwei senkrecht hängende Isolatorenketten 7 an der Mast-Traverse 2 aufgehängt, wobei sich diese
Isolatorenketten aus Kappen-Isolatoren aus Porzellan oder Glas oder sogenannten Langstab-Isolatoren aus den gleichen Werkstoffen zusammensetzen können. Dargestellt sind Langstab-Isolatoren.
Bei geringen Zugbeanspruchungen auf der Leitung kommt man mit einem Hängeisolator je Phasen- leiter aus. Bei grossen Beanspruchungen werden wie dargestellt zwei Isolatorenketten parallel aufgehängt. Eine solche Hängekettenanordnung schwingt nach links und rechts aus. Der Ausschwingwinkel ist mit 8 bezeichnet. Er kann 30 - 400 betragen.
Bei der Bemessung der Traversenausladung muss auf dieses Ausschwingen Rücksicht genommen werden, um zu vermeiden, dass sich die unter Spannung stehenden unteren Teile 9 des Hängeisolators bzw. seiner Leiterbefestigung in unzulässiger Weise dem Mastständer 1 nähern. Auch im ausgeschwungenen Zustand muss der verbleibende Abstand zwischen den unter Spannung stehenden Teilen der Leitung und dem Mastständer so gross sein, dass mit Sicherheit ein Überschlag zwischen Spannung und Erde vermieden wird. Dieses Ausschwingen der Leiterseile erfolgt nach beiden Richtungen, so dass sich bei nicht ausreichender Bemessung der Traverse die beiden Phasenleiter 4 und 5 berühren bzw. in unzulässigem Masse nähern können.
Bei einer starren Ausbildung des Isolators bzw. bei Verhinderung des Schwingens gemäss dem Stammpatentkönnen die Leiterseile nahe an den Mastständer herangerückt werden, wie es mittels eines in Doppelknieform ausgebildeten Kunststoff-Hängeisolators 12 nach Fig. 2 geschieht. Dabei wird die Starrheit des Kunststoffisolators durch eine eingefügte Strebe 10 aus Kunststoff noch erhöht.
Die Leiteraufhängungen werden am unteren Ende mit Schirmringen 9 ausgerüstet, die erstens die Aufgabe haben, entstehende Überschlagslichtbogen vom Porzellan fernzuhalten und die zweitens vorgesehen werden, um die Feldverhältnisse in der Nähe der Aufhängestelle der Leitungsseile zu verbessern und damit die Überschlagsfestigkeit der Gesamtanordnung zu erhbnen. Wenn man diese Schirmringe bzw.
Ringschirme nicht anordnet, entsteht grundsätzlich das Feldbild entsprechend der Elektrodenanordnung "Spitze-Platte", wobei die Spitze durch die Leitung und die Platte durch die Mast-Traverse dargestellt werden. Die Überschlagsspannung nimmt zu, wenn man aus der erläuterten Anordnung "Spitze-Platte" eine Anordnung"Schirmring-Platte"macht, wie dies aus der in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform hervorgeht.
Die Feldverhältnisse werden umsomehr verbessert, je grösser die Schirmringe im Verhältnis zu der Isolatorenlänge 11 ausgebildet werden. In umso stärkerem Masse nähern sich die Feldverhältnisse der Anordnung"Schirmring-Platte"derjenigen einer Anordnung "Platte-Platte", die bekanntlich die günstigten Überschlagsverhältnisse aufweist, aber praktisch bei weitem nicht erreichbar sind.
Mit Rücksicht auf das oben erläuterte Ausschwingen der Hängeisolatoren ist es nun aus wirtschaftlichen Gründen nicht möglich, die Schirmringe 9 wesentlich grösser auszubilden, als dies aus der Fig. 2 hervorgeht. Der Durchmesser der Schirmringe 9 beträgt bei 200 kV etwa 400 mm, und es ist nicht ohne weiteres möglich, dieses Mass auf ein wünschenswertes Mass von 1200 mm oder mehr zu vergrössern. Würde man diese Vergrösserung vornehmen, dann müsste man die Mast-Traverse erheblich verlängern, um die erforderlichen Mindestabstände auch beim Ausschwingen der Hängeketten einzuhalten. Eine unwirtschaftliche Mastkonstruktion wurde die Folge sein.
Bei Anwendung eines starren Kunststoff-Hängeisolators 12 ist jedoch eine bedeutende Vergrösserung des Bündel-Schirmes an der Aufhängestelle der Leiterseile möglich, ohne die Mast-Traverse ver-
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längern zu müssen.
Die bekannten Hängeketten 7,9 sind im normalen und im ausgeschwungenen Zustand dargestellt.
Ausserdem ist ein Kunststoff-Hängeisolator 12 nach dem Stammpatent in Form eines Doppelknies ein- gezeichnet. Am unteren Ende dieses Isolators 12 sind die im Schnitt als fünf Punkte erscheinenden
Seilleiter 15 und 16 in der erfindungsgemässen Art ausgebildet und angehängt. Es ist aus der Fig. 2 zu erkennen, dass die beim Ausschwingen der Porzellanisolatoren 7, 9 auftretende äusserste Annäherung des Schirmringes 9 an den Mastständer 1 durch den äussersten der fünf Seilleiter 15 und 16 nicht überschritten wird, d. h. es ist die gleiche Überschlagsspannung gegen Erde (Mastständer) vorhanden wie bei den ausschwingenden Schirmringen 9.
Die Kettenlänge llb des Kunststoff-Isolators 12 ist der Länge lla des Porzellanisolators 7 gleich ; dies hat jedoch eine höhere Überschlagsfestigkeit der Anordnung mit dem Isolator 12 zur Fol- ge, da der Kunststoffisolator keine metallischen Zwischenglieder aufweist, die beidemPorzellaniselator vorhanden und mit 14 bezeichnet sind.
An Hand der Fig. 3, die einen Grundriss der Fig. 2 darstellt, sollen die Besonderheiten des erfin- dungsgemäss ausgebildeten Kunststoff-Hängeisolators mit seiner Leiterbefestigung geschildert werden.
Mit 15 sind die beiden Teilleiter eines Zweierbündels bezeichnet. Diese Teilleiter führen gemein- sam den durch die Freileitung zu übertragenden Strom und sind auf der gesamten Leitungsstrecke zwi- schen einem Freileitungsmast und dem jeweils nächsten Mast verlegt. An Stelle des Zweierbündels kön- nen auch Dreierbündel oder Viererbündel vorgesehen sein. In allen diesen Fällen führen die zwei, drei oder vier Teilleiter gemeinsam den Übertragungsstrom der Freileitungsanlage.
Erfindungsgemäss sind nun ausser den beiden Stromleitern 15 des üblichen Leitungsbündels, bei- spielsweise Zweierbündels noch weitere Teilleiter 16 angeordnet, die sich nicht an der Stromüber- tragung beteiligen, sondern als Spannungsleiter zu betrachten sind, denn sie liegen auf demselben
Hochspannungspotential wie die Stromleiter 15. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, sind diese Hilfsleiter 16 nur im Bereich der Leiter aufhängung am Isolator vorhanden, während die Stromleiter 15 von einem
Mast zum jeweils nächsten Mast frei ausgespannt sind.
In unmittelbarer Nähe des Mastes dient das aus den Stromleitern 15 und den Hilfsleitern 16 bestehende netzartige Gebilde bzw. die vergrössert ausgebildete Bündelanordnung dazu, ähnlich wie die bekannten Schirmringe am unteren Ende der Hängeketten, das Feldbild zu verbessern, um die Überschlagsspannung gegenüber der Anordnung ohne
Schirmringe zu erhöhen. Die Erhöhung beruht bekanntlich auf der Verminderung der Oberflächenfeldstärke an Schirm bzw. im vorliegenden Falle am vergrösserten Bündel. Der Abstand, der das vergrösserte Bündel bildenden einzelnen Strom- und Hilfs- bzw. Spannungs-Teilleiter muss in einem bestimmten Verhältnis zu der Länge des Hängeisolators stehen, wie dies aus der Technik der Bündelwirkung bekannt ist.
Die Bündelwirkung im Sinne der Verminderung der Oberflächenfeldstärke versagt, wenn die Teilleiterabstände zu gross gewählt werden. Die Strom-und Spannungs-Teilleiter sind unter Verwendung der bekannten Distanzhalter mechanisch miteinander verbunden.
Besonders wirkungsvoll wird die Bündelwirkung eines solchen Bündels vergrössert, wenn im Bereich des Mastes bzw. der Traverse der Leiterdurchmesser der Bündel-Teilleiter erheblich vergrössert wird, beispielsweise von dem häufig verwendeten Durchmesser von 21 mm auf 60-80 mm. Diese Vergrösserung der Teilleiter erfolgt keineswegs auf den Freileitungsstrecken zwischen den Masten, sondern nur in der Nähe der Traverse, beispielsweise durch Überschieben von leichten Metallröhren über die Seilleiter. Da mit Rücksicht auf die geringen Zwischenräume zwischen den vergrösserten Teilleitern die Vereisungsgefahr zunimmt, können die Metallrohre mit einer Kunststoffschicht, beispielsweise aus PVC, eingehüllt werden.
Auf einer solchen PVC-Oberfläche haftet das Eis weniger stark als auf einer Metalloberfläche, insbesondere einer Seilleiteroberfläche.
In manchen Fällen wird ein Zweier-Bündel auf der Freileitungsstrecke nicht in horizontaler Ebene, wie in der Fig. 2 dargestellt, sondern in vertikaler Ebene verlegt. Im Zusammenhang mit der oben er- läuterten Verbesserung der Feldverhältnisse können Massnahmen angewendet werden, um im Bereich des Mastes und der Traverse die Ebene von der Vertikalen in den Horizontale umzuwandeln. Um zu verhindern, dass sich Kurzschlusslichtbogenfusspunkte an den Haupt- oder Hilfsleitern ausbilden, kann zusätzlich ein Schutzring vorgesehen werden, oder dieüber die Leiter geschobenen Metallrohre zur Vergrösserung der Leiterdurchmesser können so ausgebildet werden, dass sie die von ihnen eingehüllten Leiter gegen Entstehung von Lichtbogenfusspunkten schützen.
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Plastic insulator
The parent patent No. 251675 relates to a plastic insulator with a fiber-reinforced plastic rod with a low shank thickness attached to a grounded mast crossbeam, in which insulating screens are arranged between the conductor cables and the earthed mast crossbeam, the plastic rod being designed to be angled twice so that it fits with the connecting line of the The suspension point has the shape of an isosceles trapezoid and that the conductors of a bundle of two are attached in the angles on the smaller base line of the trapezoid.
As is known, a simple suspension chain swings out to a greater or lesser extent in wind and storm and as a result of this swinging up requires more space in the area of the overhead line pylon than when overhead line cables are suspended using rigid V-shaped or double-knee-type insulators.
The suspension chains that are customary today are also hung in a V arrangement in individual cases to reduce the swinging, s. Fig. 1, but this suspension is not completely rigid and therefore imperfect. If these chains of porcelain or glass insulators are joined together in the form of links, many disadvantages arise. If the triangle side of the V lying on the traverse 2 is very large, see Sect. Fig. 1, the chains forming the other two sides of the triangle sag heavily. If the triangle side of the V lying on the traverse is dimensioned small, the metal parts of one chain touch the porcelain parts of the other chain, which considerably affects the flashover strength. Such arrangements lead to the dreaded zigzag rollover.
These disadvantages do not exist when using the rigid plastic insulator according to the parent patent. The invention deals with the arrangement of such rigid plastic insulators on the overhead line pylon with the aim of requiring as little space as possible in the area of the pylon and being able to keep the length of the insulator between the crossbeam and the cable as short as possible. The desire for a small space requirement is related to the endeavor to use narrow route widths in the area, since the routes are becoming more and more expensive or to be able to convert existing overhead line arrangements to significantly higher operating voltages.
According to the invention, auxiliary conductors 16 are arranged parallel to the conductors in the space that has become free due to the rigid construction of the suspension insulator 71 transversely to the conductor axis opposite a freely oscillating insulator chain, which have the same voltage potential as the associated conductor 15, that the diameter of the conductors and Auxiliary conductors in the area of the ladder attachment are enlarged by sliding light metal pipes over them and, if there is a risk of freezing, are covered with a plastic layer, for example made of polyvinyl chloride.
The well-known property of a bundle line which improves the field or reduces the surface field strength is achieved in the area of the conductor attachment to the suspension insulator by adding auxiliary conductors in parallel to the respective
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Main conductors utilized, the auxiliary conductors having the same voltage potential as the associated main conductor. In addition to the field improvement measures, a preferably ear-shaped protective ring can also be attached above the conductors at the suspension point, which serves to keep arc root points away from the conductors or auxiliary conductors in the event of short-circuit arcs.
The tubes, which are pushed over the ladder in the area of the suspension point for the purpose of increasing the conductor diameter, can also be used to keep the arc roots away from the conductors and auxiliary conductors themselves. It is also possible to design the conductors and auxiliary conductors not to be bare but to be partially insulated.
The inventive solution is based on a drawing with FIGS. 2 and 3 using the example of one
Three-phase pylon treated for a double line. However, it can be applied analogously to all other mast shapes.
FIG. 2 shows both the known design of a three-phase pylon with freely oscillating chains of isolators and with rigid plastic suspension isolators according to the parent patent. 1 with the vertical mast stand, with 2 the horizontally projecting mast traverse, to which the phase conductors 4 and 5 are attached to a three-phase line. These phase conductors are each suspended from the mast crossbeam 2 via two vertically hanging insulator chains 7, whereby these
Can assemble insulator chains from cap insulators made of porcelain or glass or so-called long rod insulators made of the same materials. Long rod insulators are shown.
In the case of low tensile loads on the line, one hanging insulator per phase conductor is sufficient. In the case of high loads, two isolator chains are suspended in parallel as shown. Such a suspension chain arrangement swings out to the left and right. The swing-out angle is denoted by 8. It can be between 30 and 400.
When dimensioning the traverse overhang, this swing-out must be taken into account in order to avoid that the live lower parts 9 of the suspension insulator or its ladder attachment approach the mast stand 1 in an impermissible manner. Even in the swung-out state, the remaining distance between the live parts of the line and the mast stand must be so large that a flashover between voltage and earth is definitely avoided. This swinging out of the conductor cables takes place in both directions, so that if the crossbeam is insufficiently dimensioned, the two phase conductors 4 and 5 can touch or approach one another to an impermissible degree.
If the insulator is rigid or if swinging is prevented according to the parent patent, the conductor cables can be moved close to the mast stand, as is done by means of a plastic suspension insulator 12 in the form of a double knee, as shown in FIG. The rigidity of the plastic insulator is increased by an inserted strut 10 made of plastic.
The conductor suspensions are equipped at the lower end with shielding rings 9, which firstly have the task of keeping flashover arcs away from the porcelain and which are secondly provided to improve the field conditions in the vicinity of the suspension point of the cables and thus to increase the flashover resistance of the overall arrangement. If you have these shield rings or
If ring shields are not arranged, the field pattern is basically created according to the electrode arrangement "tip-plate", whereby the tip is represented by the line and the plate by the mast cross member. The flashover voltage increases if the "tip-plate" arrangement is made into a "shield ring plate" arrangement, as can be seen from the embodiment shown in FIG.
The field conditions are all the more improved, the larger the shield rings are made in relation to the insulator length 11. The field relationships of the "shield ring-plate" arrangement come closer to that of a "plate-plate" arrangement, which is known to have the favorable rollover ratios, but which in practice are far from attainable.
In view of the swinging out of the suspension insulators explained above, it is now not possible, for economic reasons, to make the shielding rings 9 significantly larger than is evident from FIG. The diameter of the shield rings 9 is about 400 mm at 200 kV, and it is not easily possible to increase this dimension to a desirable dimension of 1200 mm or more. If you were to make this enlargement, you would have to lengthen the mast traverse considerably in order to maintain the required minimum distances even when the suspension chains swing out. An inefficient mast construction would be the result.
When using a rigid plastic suspension insulator 12, however, a significant increase in the size of the bundle shield at the point where the conductor ropes are suspended is possible without the mast cross member being
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to have to lengthen.
The known suspension chains 7, 9 are shown in the normal and in the swung-out state.
In addition, a plastic suspension insulator 12 according to the parent patent is shown in the form of a double knee. At the lower end of this insulator 12 are those appearing in section as five points
Cable conductors 15 and 16 designed and attached in the manner according to the invention. It can be seen from FIG. 2 that the outermost approach of the shield ring 9 to the mast stand 1, which occurs when the porcelain insulators 7, 9 swing out, is not exceeded by the outermost of the five cable conductors 15 and 16; H. the same flashover voltage to earth (mast stand) is present as with the swinging shield rings 9.
The chain length llb of the plastic insulator 12 is equal to the length lla of the porcelain insulator 7; However, this results in a higher flashover strength of the arrangement with the insulator 12, since the plastic insulator does not have any metallic intermediate members, which are present in the porcelain insulator and are denoted by 14.
On the basis of FIG. 3, which shows a floor plan of FIG. 2, the special features of the plastic suspension insulator designed according to the invention with its conductor attachment are to be described.
With 15 the two sub-conductors of a bundle of two are designated. These sub-conductors jointly carry the current to be transmitted through the overhead line and are laid over the entire length of the line between an overhead line mast and the respective next mast. Instead of the two-pack, three-packs or four-packs can also be provided. In all these cases, the two, three or four sub-conductors jointly carry the transmission current of the overhead line system.
According to the invention, in addition to the two current conductors 15 of the usual bundle of lines, for example a bundle of two, further subconductors 16 are also arranged which do not participate in the current transmission but are to be regarded as voltage conductors because they are on the same
High voltage potential as the conductor 15. As can be seen from Fig. 3, these auxiliary conductors 16 are only available in the area of the conductor suspension on the insulator, while the conductor 15 of a
Mast are freely stretched to the next mast.
In the immediate vicinity of the mast, the network-like structure consisting of the current conductors 15 and the auxiliary conductors 16 or the enlarged bundle arrangement serves to improve the field image, similar to the known shield rings at the lower end of the hanging chains, in order to reduce the flashover voltage compared to the arrangement without
Raise umbrella rings. As is known, the increase is based on the reduction in the surface field strength on the screen or, in the present case, on the enlarged bundle. The distance between the individual current and auxiliary or voltage sub-conductors that form the enlarged bundle must be in a certain ratio to the length of the suspension insulator, as is known from the technology of the bundle effect.
The bundling effect in the sense of reducing the surface field strength fails if the partial conductor spacings are chosen too large. The current and voltage sub-conductors are mechanically connected to one another using the known spacers.
The bundling effect of such a bundle is increased particularly effectively if the conductor diameter of the bundle sub-conductor in the area of the mast or the traverse is increased considerably, for example from the frequently used diameter of 21 mm to 60-80 mm. This enlargement of the partial conductors is by no means carried out on the overhead lines between the masts, but only in the vicinity of the traverse, for example by sliding light metal tubes over the cable ladder. Since the risk of icing increases with consideration of the small spaces between the enlarged partial conductors, the metal pipes can be encased in a plastic layer, for example made of PVC.
The ice adheres less strongly to such a PVC surface than to a metal surface, in particular a rope conductor surface.
In some cases, a bundle of two on the overhead line is not laid in a horizontal plane, as shown in FIG. 2, but in a vertical plane. In connection with the improvement of the field conditions explained above, measures can be applied to convert the plane from the vertical to the horizontal in the area of the mast and the traverse. In order to prevent short-circuit arc root points from forming on the main or auxiliary conductors, a protective ring can also be provided, or the metal tubes pushed over the conductors to increase the conductor diameter can be designed in such a way that they protect the conductors encased by them against the occurrence of arc root points.
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