In Mittelspannungsverteilnetzen, insbesondere an Freileitungen, ist die Versorgungszuverlässigkeit ein zentraler Leistungsindikator. Um mit transienten Fehlern wie blitzinduzierten Überschlägen und Baumkontakt sowie permanenten Fehlern durch Gerätealterung umzugehen, haben Ingenieure automatisierte Schaltgeräte eingeführt.
Unter diesen sind der Recloser und der Sectionalizer die beiden grundlegendsten und wichtigsten Geräte, und deren Koordination bildet das klassische lokale Netzautomatisierungsschema (Feeder Automation, FA).
Drehstrom-Mechanisch-Elektronischer Sectionalizer
1. Kerndefinitionen und Rollenpositionierung
Recloser: ein sich selbst schützender intelligenter Leistungsschalter
Ein Recloser ist im Wesentlichen ein intelligenter Leistungsschalter mit mehreren automatischen Wiedereinschaltvorgängen. Er integriert den Leistungsschalterkörper, den Schutzrelaisschutz, das Antriebswerk und das Steuerterminal in einer Einheit. Er kann unabhängig Fehlerströme erkennen, auslösen, wiederschließen und verriegeln und ist in der Lage, Kurzschlussfehlerströme zu unterbrechen (typische Ausschaltleistung 12,5 kA bis 25 kA).
Sein Kernwert liegt in der autonomen Unterscheidung von transienten Fehlern und permanenten Fehlern durch eine voreingestellte Auslöse-Schließ-Auslöse-Sequenzlogik. Bei einem transienten Fehler, wie etwa einem Blitzeinschlag, stellt eine erfolgreiche Wiedereinschaltung die Versorgung wieder her. Bei einem permanenten Fehler verriegelt das Gerät nach mehreren erfolglosen Wiedereinschaltversuchen in der Offen-Position und wartet auf eine manuelle Rückstellung.
Sectionalizer: ein intelligenter Lasttrennschalter
Ein Sectionalizer ist im Wesentlichen ein intelligenter Lasttrennschalter mit einer Logikspeicherfunktion. Er besteht aus dem Lasttrennschalterkörper, einem Fehlererkennungsrelais (FDR) und einem Steuerterminal. Er ist nicht in der Lage, Kurzschlussströme zu unterbrechen, aber er kann den elektrodynamischen und thermischen Belastungen eines Kurzschlusses standhalten, und einige Modelle sind in der Lage, Kurzschlussströme einzuschalten (Schließen auf Kurzschluss).
Seine Kernaufgabe besteht darin, sich mit dem vorgelagerten Recloser zu koordinieren, indem er bei Spannungsausfall oder Stromlosigkeit automatisch öffnet, um den Abschnitt mit dem permanenten Fehler präzise zu isolieren und die Versorgungsunterbrechung auf ein kleinstmögliches Gebiet zu begrenzen.
Zusammenfassung des Kernunterschieds in einem Satz: Der Recloser ist für das Unterbrechen des Fehlerstroms zuständig, während der Sectionalizer für die Isolierung des Fehlerabschnitts verantwortlich ist.
2. Tiefgehender Vergleich: Hardware- und Leistungsunterschiede
| Merkmal |
Wiedereinschalter |
Abschnittsschalter |
| Geräteart |
Intelligenter Leistungsschalter |
Intelligenter Lasttrennschalter |
| Kurzschlussstromunterbrechung |
Ja (Kernkompetenz) |
Nein |
| Kurzschlussstromzuschaltung |
Ja |
Einige Modelle (zuschalten, aber nicht unterbrechen) |
| Widerstandsfähigkeit gegen elektrodynamische und thermische Kurzschlussbelastungen |
Ja |
Ja |
| Eigenständiger Schutz |
Ja (kein externes Schutzrelais erforderlich) |
Nein (abhängig von der vorgelagerten Koordination) |
| Automatische Wiedereinschaltung |
Programmierbare Sequenz |
Keine |
| Typischer Installationsort |
Abgehender Speiseabzweig im Umspannwerk, Anfang der Hauptleitung |
Abzweigeingang, Mittelabschnitt langer Leitungen |
| Kostenreferenz |
Höher |
Etwa ein Drittel bis die Hälfte eines Wiedereinschalters |
| Anwendbare Normen |
IEC 62271-1, IEC 62271-100, IEEE C37.60 |
IEC 62271-1, IEC 62271-200, IEEE C37.60 |
3. Kernlogik: Wie die beiden Geräte zusammenarbeiten
Die Koordination von automatischem Wiedereinschalter und Abschnittsschalter folgt dem Prinzip der zeitlichen Koordination. Das Ziel ist es, den gesamten Abzweig bei einem vorübergehenden Fehler wiederherzustellen und bei einem dauerhaften Fehler nur den fehlerhaften Abschnitt zu isolieren. Zwei Koordinationslogiken sind weit verbreitet.
Spannungs-Zeit-Typ-Koordination
Dies ist derzeit die häufigste Betriebsart. Der Abschnittsschalter zeichnet sich durch ein Öffnen bei Spannungsausfall und ein verzögertes Schließen bei Spannungswiederkehr aus, gesteuert durch zwei wesentliche Zeiteinstellungen.
X-Zeit (Einschaltverzögerung): die Verzögerung von der Spannungswiederkehr auf der Einspeiseseite des Abschnittsschalters bis zum automatischen Schließen dieses Abschnittsschalters, typischerweise 7 s bis 45 s (häufig in Schritten wie 7 s, 14 s eingestellt).
Y-Zeit (Fehlererkennungszeit): Wenn die Spannung innerhalb der Y-Zeit nach dem Schließen des Abschnittsschalters erneut ausfällt, wird beurteilt, dass der Abschnitt einen dauerhaften Fehler aufweist; der Abschnittsschalter öffnet und blockiert seine Schließfunktion, typischerweise 3 s bis 10 s (häufig 5 s).
Betriebsablauf bei einem dauerhaften Fehler:
- Fehler tritt auf → automatischer Wiedereinschalter löst aus → Spannung fällt im gesamten Abzweig aus → alle Abschnittsschalter öffnen automatisch und setzen sich zurück.
- Erstes Wiedereinschalten des automatischen Wiedereinschalters (Verzögerung ca. 15 s) → Abschnittsschalter schließen nacheinander entsprechend ihren X-Zeiten.
- Nachdem der Abschnittsschalter stromaufwärts des fehlerhaften Abschnitts geschlossen hat, fällt die Spannung innerhalb der Y-Zeit erneut aus → dieser Abschnittsschalter identifiziert den fehlerhaften Abschnitt, öffnet und blockiert.
- Nachdem der automatische Wiedereinschalter erneut ausgelöst hat, schließt er ein zweites Mal (Verzögerung ca. 5 s) → Abschnittsschalter in den gesunden Abschnitten schließen nacheinander und stellen die Versorgung wieder her; der fehlerhafte Abschnitt bleibt geöffnet, da er blockiert ist, sodass eine Isolierung erreicht wird.
Überstromimpulszähl-Koordination
Der Abschnittsschalter zählt die durch ihn fließenden Kurzschlussstromimpulse, und wenn der voreingestellte Schwellenwert erreicht ist, öffnet und blockiert er während einer stromlosen Periode.
Wichtige Einstellregel: Die Speicherzeit des Abschnittsschalters muss länger sein als die vom vorgelagerten automatischen Wiedereinschalter benötigte Gesamtakkumulationszeit (TAT), um seine vollständige Wiedereinschaltsequenz abzuschließen. Wenn die Speicherzeit zu kurz ist, kann sich der Abschnittsschalter zurücksetzen, bevor der automatische Wiedereinschalter seine Sequenz abschließt, und die Koordination schlägt fehl.
Betriebsablauf bei einem dauerhaften Fehler (Zählschwellenwert = 2):
- Fehler tritt auf → automatischer Wiedereinschalter löst aus → Abschnittsschalter Zählung +1.
- Erstes Wiedereinschalten des automatischen Wiedereinschalters → Fehler weiterhin vorhanden → automatischer Wiedereinschalter löst erneut aus → Abschnittsschalter Zählung +1 (Schwellenwert erreicht).
- Während des stromlosen Fensters nach der zweiten Auslösung öffnet der Abschnittsschalter automatisch und blockiert.
- Zweites Wiedereinschalten des automatischen Wiedereinschalters → gesunde Abschnitte werden wiederhergestellt und der fehlerhafte Abschnitt wird isoliert.
Hinweis: Der Zählschwellenwert des Abschnittsschalters muss immer niedriger sein als die Anzahl der Auslösungen, bevor der automatische Wiedereinschalter verriegelt. Wenn der automatische Wiedereinschalter beispielsweise nach 4 Auslösungen verriegelt, stellen Sie den Abschnittsschalter auf 2 oder 3 ein.
4. Referenz für typische Einstellparameter
| Parameter |
Typischer Wert |
Bemerkungen |
| Wiedereinschaltfolge |
Einmal schnell, zweimal langsam, oder zweimal schnell, zweimal langsam |
Schnelle Auslösungen für vorübergehende Fehler; langsame Auslösungen zur Koordination mit nachgeschalteten Einrichtungen |
| Schnelle Auslösezeit des Wiedereinschalters |
0,05 s bis 0,1 s |
Momentan, ohne absichtliche Verzögerung |
| Langsame Auslösezeit des Wiedereinschalters |
0,3 s bis 1,0 s |
Zeitverzögerte Auslösung, ermöglicht Koordination mit nachgeschalteten Einrichtungen |
| Erstes Wiedereinschaltintervall |
0,5 s bis 5 s (typischerweise 15 s) |
Kurze Verzögerung, verwendet zur Wiederherstellung der Versorgung nach einem vorübergehenden Fehler |
| Zweites Wiedereinschaltintervall |
5 s bis 30 s (typischerweise 5 s) |
Längere Verzögerung, förderlich für die Lichtbogen-Deionisation |
| X-Zeit des Abschnittstrenners |
7 s bis 45 s |
Stufenweise Einstellung entsprechend der Anzahl der Abschnitte |
| Y-Zeit des Abschnittstrenners |
3 s bis 10 s (typischerweise 5 s) |
Fehlererkennungszeitfenster |
| Zählschwelle des Abschnittstrenners |
2 bis 3 |
Muss niedriger sein als die Verriegelungsanzahl des Wiedereinschalters |
| Speicherzeit des Abschnittstrenners |
15 s bis 30 s |
Muss länger sein als die TAT des Wiedereinschalters |
5. Warum nicht ausschließlich Wiedereinschalter entlang des gesamten Speisestrangs verwenden?
- Kosten: Ein Abschnittsschalter kostet etwa ein Drittel bis die Hälfte eines Wiedereinschalters. Bei langen ländlichen Speisesträngen oder Leitungen mit vielen Abzweigen ist der Einsatz von Abschnittsschaltern zur Abschnittstrennung erheblich wirtschaftlicher.
- Reduziertes Ausfallgebiet: Wenn entlang des gesamten Speisestrangs ausschließlich Wiedereinschalter verwendet werden, führt ein Abzweigfehler zur Auslösung der Hauptleitung. Durch die Koordination von Wiedereinschaltern und Abschnittsschaltern können Fehler präzise lokalisiert und isoliert werden, während intakte Bereiche unbeeinträchtigt bleiben.
- Vereinfachte Betriebs- und Instandhaltung: Ein Abschnittsschalter hat einen einfachen Aufbau (Lasttrennschalter plus Steuerung), und seine Betriebs- und Instandhaltungskosten sind weitaus niedriger als die eines Wiedereinschalters (Leistungsschalter plus komplexe Steuerung).
6. Neue Herausforderung: Die Auswirkungen dezentraler Energieerzeugungsanlagen (DER)
Mit zunehmender Durchdringung dezentraler Energieerzeugungsanlagen wie Aufdach-Photovoltaikanlagen und Windkraft in ausländischen Verteilnetzen sieht sich die herkömmliche Fehlerautomatik nach dem Spannungs-Zeit-Prinzip neuen Herausforderungen gegenüber.
- Rückwärtiger Leistungsfluss kann dazu führen, dass ein Abschnittsschalter die Fehlerrichtung falsch einschätzt oder bei der Spannungsausfallerkennung versagt.
- Bidirektionaler Fehlerstrom kann die Logik zählender Abschnittsschalter stören.
Für Netze mit hoher DER-Durchdringung wird empfohlen, adaptive Abschnittsschalter einzusetzen, die die Spannungs-Zeit-Logik mit einer richtungsabhängigen Fehlererkennung kombinieren, oder auf ein zentralisiertes Fehlerautomatik-Konzept umzusteigen, das auf der Kommunikation über Feeder Terminal Units (FTU) basiert.
Bearbeitet nach: Garca
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