Příručka k recloserům: Jak fungují a proč je využívají dodavatelé energie

1. Co je recloser?
Recloser je automatický vysokonapěťový elektrický spínač. Podobně jako obyčejný příhradový spínač v domácích elektrických systémech přeruší proud, když dojde k poruše, jako je krátké spojení. Na rozdíl od domácího příhradového spínače, který vyžaduje ruční reset, recloser automaticky sleduje linku a určuje, zda se porucha vyřešila. Pokud je porucha dočasná, recloser automaticky znovu zapne a obnoví dodávku elektrické energie.

Reclosery jsou široce používány po celém distribučním systému – od transformačních stanic až po elektrotyče v obytných oblastech. Existují různé typy, včetně kompaktních jednofázových recloserů pro jednofázové linky a větší třífázové reclosery pro transformační stanice a vysokonapěťové distribuční linky až do 38 kV.

Návrh a výkon recloserů jsou řízeny mezinárodními standardy, jako jsou ANSI/IEEE C37.60 a IEC 62271-111.

2. Proč používat reclosery?

Automatické obvodové reclosery jsou považovány energetickými společnostmi po celém světě za nezbytné zařízení pro dosažení jejich hlavního cíle: poskytnout zákazníkům co nejkontinuálnější a spolehlivější dodávku elektrické energie jednoduchým a nákladově efektivním způsobem.

Reclosery mohou detekovat a přerušit poruchové proudy a pak automaticky obnovit dodávku elektrické energie, jakmile dojde k vyřešení dočasné poruchy. V podstatě je recloser samostatný inteligentní přístroj schopný detekovat přetížení, časování, přerušení poruchového proudu a automatického opětovného zapnutí pro znovuenergizaci linky.

Pokud je porucha trvalá, recloser po nastaveném počtu operací – obvykle po třech až čtyřech pokusech – uzamkne, čímž izoluje vadnou část od zbytku systému. Tato schopnost energetickým společnostem ušetří významný čas a provozní náklady, protože dodávka elektrické energie je často obnovena po pouhých jednom až dvou krátkých výpadcích napětí bez potřeby intervenze na místě.

V případech, kdy je vyslání pracovního týmu nezbytné, reclosery pomáhají minimalizovat rozsah výpadku a asistují personálu při rychlém nalezení poruchy a obnovení služeb. Obyvatelští, komerční, průmysloví a institucionální zákazníci všichni těží z menšího přerušení a souvisejících nákladů. Bez této vysoké úrovně spolehlivosti dodávek by mnohé klíčové moderní zatížení, jako jsou počítače, vodní čerpadla a automatizované výrobní linky, měly problémy s spolehlivým fungováním.

3. Jak funguje recloser?

Když dojde na lince k poruše, recloser ji detekuje a automaticky zapne pro přerušení dodávky elektrické energie. Po velmi krátkém intervalu – často tak krátkém, že způsobí jen okamžité bliknutí světel – recloser pokusí o opětovné zapnutí a obnovení dodávky elektrické energie. Pokud porucha trvá, znovu se zapne.

Po obvykle třech neúspěšných pokusech recloser klasifikuje poruchu jako trvalou a zůstává otevřen (uzamčen). V tomto bodě musí pracovní týmy navštívit místo, opravit poškozenou infrastrukturu a manuálně resetovat recloser pro obnovení dodávky elektrické energie.

Typické trvalé poruchy zahrnují:

• Poškození vodičů nebo zařízení bleskem

• Padající větve stromů, které poškodí linky

• Nárazy vozidel do sloupů nebo hardwaru

4. Co jsou dočasné poruchy?

Většina poruch na nadzemních distribučních linkách je dočasná. Příklady zahrnují bleskové zásahy, větrem zaviněné kolize vodičů nebo okamžité kontaktování způsobené ptáky nebo malými zvířaty. Tyto poruchy se obvykle samočinně vyřeší, jakmile je přerušena dodávka elektrické energie, a nepřinese žádné trvalé poškození linky.

Běžné typy dočasných poruch:

• Větrem způsobené kolize vodičů

• Přehození po povrchu izolátorů způsobené přetížením napětí způsobeným bleskem

• Okamžité spojení mezi živými vodiči a zemnicemi způsobené ptáky, hlodavci nebo jinými zvířaty

• Krátce trvající kontakt větví stromů s napájenými linkami

• Přehození izolátorů způsobené přepínacími přetíženími

Dlouhodobá operační data a zkušenosti z terénu jasně ukazují důležitost funkce „zapnutí a opětovné zapnutí“. Pokud je linka okamžitě vypnuta, zdroj poruchy často zmizí – což zvyšuje pravděpodobnost úspěšného opětovného zapnutí. Automatické obvodové reclosery tedy téměř eliminují dlouhotrvající výpadky způsobené dočasnými poruchami nebo přechodnými přetíženími v distribučních systémech.

5. Typy recloserů

5.1 Jednofázové reclosery

Jednofázové reclosery se používají k ochraně jednofázových obvodů, jako jsou vedlejší linky nebo odbočky z třífázového vedení. Mohou být také nasazeny na třífázových obvodech, kde je většina zatížení jednofázová.

V případě trvalé fázové poruchy k zemi je pouze postižená fáze uzamčena, zatímco zbývající dvě třetiny systému pokračují v dodávce elektrické energie – což zlepšuje celkovou kontinuitu služeb.

Díky své nižší hmotnosti ve srovnání s velkými třífázovými reclosery jsou jednofázové jednotky obvykle montovány přímo na sloupy nebo ocelové konstrukce transformačních stanic pomocí integrovaných montážních závorek, což eliminuje potřebu dalších nosných rámu.

V závislosti na návrhu mohou jednofázové recloser buď hydraulicky ovládané (integrované do nádrže s olejem recloseru) nebo elektronicky ovládané (umístěné v samostatném ovládacím šachtíku).

Zajímavostí je, že jednofázové recloser jsou nyní dostupné také ve formátu odpojovacího čidlo, což představuje vysoký stupeň integrace mezi primárními a sekundárními komponentami. Tyto lze instalovat přímo na standardní montážní báze pro odpojovací čidlo a jsou často používány k ochraně vedlejších okruhů, s typickým nominálním proudem až 200 A.

Představitelský výrobce je S&C Electric Company (USA), jejichž produkt TripSaver® II ukazuje tento typ, jak je znázorněno níže:

5.2 Třífázové recloser

Třífázové recloser se používají na třífázových distribučních článcích k zlepšení spolehlivosti systému. V případě trvalého poruchy jsou současně uzamčeny všechny tři fáze, čímž se předejde riziku jednofázového chodu pro klíčové třífázové zatížení - jako jsou velké třífázové motory - které by jinak mohly být poškozeny nerovnoměrným nebo neúplným napájením.

Výběr třífázového recloseru je založen na požadovaných elektrických parametrech, průsečíkovém a izolačním prostředí (např. olej, vakuové, nebo ekologicky přátelští plyny) a volbě mezi hydraulickým řízením (integrovaným do jednotky) nebo elektronickým řízením (umístěným v samostatném ovládacím šachtíku).

5.3 Režim fungování: Třífázové vypnutí a třífázové uzamčení

Toto je standardní režim fungování pro větší recloser. Bez ohledu na to, zda se jedná o jednofázovou poruchu na zem, fázovou poruchu nebo třífázovou poruchu, všechny tři póly vypínají současně během každé operace. Vypínání a zapínání všech tří fází jsou mechanicky spojené a poháněny jedním provozním mechanismem, což zajišťuje synchronizované výkon.

Třífázové recloser podporují různé možnosti montáže, včetně:

• Rámce pro montáž na sloup (pro instalace na povrchové články)

• Rámce pro montáž v rozvodně (pro aplikace v rozvodnách nebo pad-mounted)

5.4 Tripplové jednofázové recloser

Tripplové jednofázové recloser jsou elektronicky ovládané a nabízejí tři režimy fungování:

• Třífázové vypnutí a třífázové uzamčení
  Všechny tři fáze vypínají současně kvůli nadproudoví, zapínají se současně a pracují ve stejném pořadí.

• Jednofázové vypnutí a třífázové uzamčení
  Každá fáze nezávisle provádí vypnutí a zapnutí kvůli nadproudoví. Pokud jedna fáze vstoupí do posloupnosti uzamčení kvůli trvalé poruchě, nebo pokud je vydaný lokální/vzdálený příkaz "uzamčení", zbylé dvě fáze také vypnou a vstoupí do uzamčení, čímž se předejde dlouhodobému jednofázovému chodu třífázových zatížení.

• Jednofázové vypnutí a jednofázové uzamčení
  Každá fáze vypíná a uzamčuje nezávisle, bez ovlivnění ostatních. Tento režim se především používá pro obytné zatížení, nebo ve scénářích, kdy třífázová zatížení jsou již chráněna proti jednofázovému chodu jinými prostředky.

Tripplové jednofázové recloser lze montovat na sloupy pomocí rámu pro montáž na sloup, nebo instalovat na rámce v rozvodně nebo přímo na ocelové konstrukce rozvodny.

6. Typy řízení recloser

"Inteligence", která umožňuje recloser detekovat nadproud, vybrat charakteristiku proudu a času, provést vypnutí a zapnutí a nakonec uzamknout, pochází z jeho řídicího systému. Existují dva hlavní typy řízení: integrované hydraulické řízení a elektronické řízení umístěné v samostatném ovládacím šachtíku.

Hydraulické řízení

Hydraulické řízení se široce používá v většině jednofázových recloser a některých třífázových recloser. Existuje jako integrovaná část samotného recloseru. Tímto způsobem se nadproud detekuje pomocí trip cívek spojených sériově s článkem. Když přeteče nadproud skrz trip cívku, cívka táhne plunger, což způsobí, že kontakty recloseru vypnou.

Časování a sekvence operací jsou dosaženy tokem hydraulického oleje skrz různé hydraulické komory nebo otvory. U menších recloser poskytuje energii potřebnou pro zapnutí pružiny, které jsou nabity plungerem sériově spojené trip cívky během operace ochrany před nadproudem. U větších recloser se zapínání provádí samostatným zapínacím elektromagnetem poháněným napětím z příchozí strany recloseru.

7. Mikroprocesorové nebo elektronické řízení

Mikroprocesorové nebo elektronické řídicí systémy recloser jsou obvykle instalovány v samostatných ovládacích šachtících, což umožňuje upravovat provozní parametry kdykoli. Mohou být kombinovány s různými příslušenstvími, aby byly základní funkce přizpůsobeny širokému spektru požadavků. V porovnání s hydraulickým řízením tyto metody řízení nabízejí větší flexibilitu, snadnější programování a přizpůsobení parametrů a pokročilé schopnosti ochrany, měření a automatizace.

Mikroprocesorové řízení se obvykle používá společně s PC založeným rozhraním pro konfiguraci nastavení řízení, záznam dat měření a nastavení komunikačních parametrů. Řídicí systém poskytuje také několik analytických nástrojů, včetně funkce lokalizace poruch, záznamu událostí a oscilografických funkcí. Elektronické řízení bylo od poloviny 80. let široce používáno u většiny třífázových recloserů a mnoho těchto jednotek stále funguje spolehlivě.

8. Přerušovací prostředky recloserů

8.1 Olejové přerušovače
Recloser, které používají olej k přerušení proudu, využívají tento olej jako hlavní izolační prostředek. Některé recloser s hydraulickým řízením používají tentýž olej také pro časování a počítání funkcí.

8.2 Vakuové přerušovače
Vakuové přerušovače umožňují rychlé a nízkoenergetické přerušení oblouku a nabízejí výhody jako dlouhá životnost kontaktů a přerušovače, nízké mechanické zatěžování a vysokou operační bezpečnost. Protože oblouk je uhašen ve vakuu, životnost kontaktů a přerušovače daleko přesahuje životnost jiných přerušovacích prostředků. Podle modelu může být izolačním prostředkem pro vakuové recloser olej, vzduch nebo epoxid.