Wiederzuschalter-Leitfaden: Wie es funktioniert & warum Versorgungsunternehmen es verwenden

1. Was ist ein Recloser?
Ein Recloser ist ein automatischer Hochspannungsschalter. Ähnlich wie ein Haushalts-Sicherungsschalter unterbricht er die Energieversorgung, wenn ein Fehler, wie zum Beispiel ein Kurzschluss, auftritt. Im Gegensatz zu einem Haushalts-Sicherungsschalter, der manuell zurückgesetzt werden muss, überwacht ein Recloser die Leitung automatisch und bestimmt, ob der Fehler behoben wurde. Wenn der Fehler vorübergehend ist, schließt der Recloser automatisch und stellt die Energieversorgung wieder her.

Reclosers werden in Verteilungssystemen weit verbreitet eingesetzt – von Umspannwerken bis hin zu Strommasten in Wohngebieten. Sie gibt es in verschiedenen Typen, darunter kompakte Einphasen-Reclosers für Einphasenleitungen und größere Dreiphasen-Reclosers für Umspannwerke und Hochspannungsverteilungsleitungen bis zu 38 kV.

Die Konstruktion und Leistung von Reclosers werden durch internationale Standards wie ANSI/IEEE C37.60 und IEC 62271-111 geregelt.

2. Warum Reclosers verwenden?

Automatische Kreisschlußautomaten gelten weltweit bei Elektrizitätsversorgern als wesentliche Geräte, um ihr Kernziel zu erreichen: den stetigsten und zuverlässigsten Energieversorgung an Kunden auf einfache und kostengünstige Weise bereitzustellen.

Reclosers können Fehlerströme erkennen und unterbrechen, dann die Energieversorgung nach Beseitigung eines vorübergehenden Fehlers automatisch wiederherstellen. Im Wesentlichen ist ein Recloser ein eigenständiges intelligentes Gerät, das in der Lage ist, Überstrom zu erfassen, zu zeitigen, Fehlerströme zu unterbrechen und sich automatisch wieder zu schließen, um die Leitung neu zu energisieren.

Wenn der Fehler dauerhaft ist, sperrt der Recloser nach einer vorgegebenen Anzahl von Betriebsvorgängen – in der Regel drei bis vier Versuchen – und isoliert den defekten Abschnitt vom Rest des Systems. Diese Fähigkeit spart den Versorgern erhebliche Zeit und Betriebskosten, da die Energieversorgung oft nach nur einem oder zwei kurzen Spannungsflickern wiederhergestellt wird, ohne dass eine Feldintervention erforderlich ist.

In Fällen, in denen die Abkommandierung von Teams unvermeidlich ist, helfen Reclosers, die Ausfallfläche zu minimieren und dem Wartungspersonal, den Fehler schnell zu lokalisieren und den Dienst wiederherzustellen. Privatkunden, Gewerbe, Industrie und Institutionen profitieren alle von reduzierten Störungen und damit verbundenen Kosten. Ohne diesen hohen Grad an Versorgungszuverlässigkeit würden viele moderne kritische Lasten, wie Computer, Wasserpumpen und automatisierte Produktionslinien, Schwierigkeiten haben, zuverlässig zu arbeiten.

3. Wie funktioniert ein Recloser?

Wenn ein Fehler auf der Leitung auftritt, erkennt der Recloser ihn und unterbricht die Energieversorgung automatisch. Nach einem sehr kurzen Intervall – oft so kurz, dass es nur einen flüchtigen Lichtblitz verursacht – versucht der Recloser, sich wieder zu schließen und die Energieversorgung wiederherzustellen. Wenn der Fehler weiterhin besteht, fällt er erneut aus.

Nach typischerweise drei erfolglosen Versuchen klassifiziert der Recloser den Fehler als dauerhaft und bleibt offen (gesperrt). An diesem Punkt müssen die Versorger das Gebiet besuchen, um die beschädigte Infrastruktur zu reparieren und den Recloser manuell zurückzusetzen, um die Energieversorgung wiederherzustellen.

Typische dauerhafte Fehler sind:

• Blitzschaden an Leitern oder Ausrüstung

• Fallen von Baumästen auf und Beschädigung von Leitungen

• Fahrzeugkollisionen mit Masten oder Hardware

4. Was sind vorübergehende Fehler?

Die Mehrheit der Fehler an Freileitungsverteilungsleitungen ist vorübergehend. Beispiele dafür sind Blitzschläge, windbedingtes Berühren von Leitern oder flüchtiger Kontakt durch Vögel oder kleine Tiere. Diese Fehler beseitigen sich in der Regel selbst, sobald die Energieversorgung unterbrochen wird, und verursachen keinen anhaltenden Schaden an der Leitung.

Gängige Arten von vorübergehenden Fehlern:

• Windbedingtes Berühren von Leitern

• Überfliegen entlang von Isolatoren durch blitzinduzierte Überspannung

• Flüchtige Verbindung zwischen lebenden Leitern und geerdeten Teilen durch Vögel, Nagetiere oder andere Tiere

• Kurze Berührung von Bäumen mit energisierten Leitungen

• Schaltvorgänge, die zu Isolatorüberfliegen führen

Langfristige Betriebsdaten und Felderfahrungen zeigen deutlich die Bedeutung der „Ausschalten-und-Wieder-einschalten“-Funktion. Wenn die Leitung nur kurz deaktiviert wird, verschwindet oft die Fehlerquelle – was erfolgreiche Wiedereinschaltungen sehr wahrscheinlich macht. Automatische Kreisschlußautomaten eliminieren daher praktisch längere Ausfälle, die durch vorübergehende Fehler oder transiente Überströme in Verteilungssystemen verursacht werden.

5. Recloser-Typen

5.1 Einphasen-Recloser

Einphasen-Recloser werden verwendet, um Einphasenschaltkreise, wie Nebenleitungen oder Ableiter von einer Dreiphasen-Leitung, zu schützen. Sie können auch in Dreiphasen-Schaltkreisen eingesetzt werden, wo die Mehrheit der Last einphasig ist.

Bei einem dauerhaften Phasen-zu-Erde-Fehler wird nur die betroffene Phase gesperrt, während die restlichen zwei Drittel des Systems weiterhin Energie liefern – was die Gesamtdienstkontinuität verbessert.

Aufgrund ihres geringeren Gewichts im Vergleich zu großen Dreiphasen-Reclosers werden Einphasen-Geräte in der Regel direkt auf Strommasten oder Umspannwerk-Stahlkonstruktionen montiert, wobei sie ihre integrierten Montageklammern verwenden, was zusätzliche Trägerrahmen unnötig macht.

Je nach Ausführung können Einphasen-Wiederzuschalter entweder eine hydraulische Steuerung (integriert in den Ölbehälter des Wiederzuschalters) oder eine elektronische Steuerung (untergebracht in einem separaten Steuerkasten) aufweisen.

Bemerkenswert ist, dass Einphasen-Wiederzuschalter nun auch in einer Formfaktor-Variante im Stil von Abschaltvorrichtungen erhältlich sind, was ein hohes Maß an Integration zwischen primären und sekundären Komponenten darstellt. Diese können direkt auf Standard-Montagebasen für Sicherungsabschaltvorrichtungen installiert werden und werden häufig für den Schutz von Nebenschaltkreisen verwendet, mit typischen Nennströmen bis zu 200 A.

Ein repräsentativer Hersteller ist die S&C Electric Company (USA), deren TripSaver® II-Produkt diese Art veranschaulicht, wie unten dargestellt:

5.2 Dreiphasen-Wiederzuschalter

Dreiphasen-Wiederzuschalter werden in dreiphasigen Verteilungsleitungen eingesetzt, um die Systemzuverlässigkeit zu erhöhen. Im Falle eines dauerhaften Fehlers werden alle drei Phasen gleichzeitig ausgeschaltet, wodurch das Risiko der Einstellung einer Phase für kritische dreiphasige Lasten – wie große dreiphasige Motoren – vermieden wird, die andernfalls durch ungleichmäßige oder unvollständige Spannungsversorgung beschädigt werden könnten.

Die Auswahl eines Dreiphasen-Wiederzuschalters basiert auf den erforderlichen elektrischen Kennwerten, dem Unterbrechungs- und Isolationsmedium (z.B. Öl, Vakuum oder umweltfreundliche Gase) und der Wahl zwischen hydraulischer Steuerung (integriert in der Einheit) oder elektronischer Steuerung (untergebracht in einem separaten Steuerkasten).

5.3 Betriebsmodus: Dreiphasiger Auslösevorgang und dreiphasiges Ausschalten

Dies ist der Standardbetriebsmodus für größere Wiederzuschalter. Unabhängig davon, ob es sich um einen Einphasen-Erdschlussfehler, einen Phasen-zu-Phasen-Fehler oder einen Dreiphasenfehler handelt, lösen alle drei Pole bei jedem Vorgang gleichzeitig aus. Das Auslösen und Wiedereinschalten aller drei Phasen sind mechanisch gekoppelt und werden durch ein einzelnes Betriebsmechanismus gesteuert, was eine synchronisierte Leistung gewährleistet.

Dreiphasen-Wiederzuschalter unterstützen verschiedene Montagekonfigurationen, darunter:

• Pole-Montagerahmen (für Freileitungsinstallationen)

• Umspannwerksmontage-Rahmen (für Umspannwerk- oder Bodenmontageanwendungen)

5.4 Trippel-Einzel-Wiederzuschalter

Trippel-Einzel-Wiederzuschalter sind elektronisch gesteuert und bieten drei Betriebsmodi:

• Dreiphasiger Auslösevorgang und dreiphasiges Ausschalten
  Alle drei Phasen lösen gleichzeitig aufgrund von Überstrom aus, schließen gleichzeitig wieder ein und arbeiten in der gleichen Sequenz.

• Einphasiger Auslösevorgang und dreiphasiges Ausschalten
  Jede Phase führt unabhängig voneinander den Überstrom-Auslösevorgang und das Wiedereinschalten durch. Wenn eine Phase aufgrund eines dauerhaften Fehlers in den Ausschaltvorgang eingeht oder wenn ein lokales/fernes "Ausschalten"-Befehl gegeben wird, treten die anderen beiden Phasen ebenfalls aus und gehen in den Ausschaltvorgang, wodurch eine lang andauernde Einstellung einer Phase bei dreiphasigen Lasten verhindert wird.

• Einphasiger Auslösevorgang und einphasiges Ausschalten
  Jede Phase tritt unabhängig voneinander aus und schaltet aus, ohne die anderen zu beeinflussen. Dieser Modus wird hauptsächlich für Wohngebäude-Lasten oder in Szenarien verwendet, in denen dreiphasige Lasten bereits durch andere Mittel gegen die Einstellung einer Phase geschützt sind.

Trippel-Einzel-Wiederzuschalter können mit einem Mastmontage-Rahmen auf Masten montiert oder auf Umspannwerksrahmen oder direkt auf Umspannwerksstahlstrukturen installiert werden.

6. Arten der Wiederzuschaltersteuerung

Die "Intelligenz", die es einem Wiederzuschalter ermöglicht, Überströme zu erkennen, Zeit-Strom-Kennlinien auszuwählen, Auslöse- und Wiedereinschalteoperationen durchzuführen und letztendlich auszuschalten, stammt aus seinem Steuerungssystem. Es gibt zwei Hauptarten der Steuerung: integrierte hydraulische Steuerung und elektronische Steuerung in einem separaten Steuerkasten.

Hydraulische Steuerung

Hydraulische Steuerung wird in den meisten Einphasen-Wiederzuschaltern und einigen Dreiphasen-Wiederzuschaltern weit verbreitet eingesetzt. Sie existiert als integraler Bestandteil des Wiederzuschalters selbst. Mit dieser Steuerungsmethode wird der Überstrom durch einen in Serie mit der Leitung verbundenen Auslöse-Spulen erkannt. Wenn ein Überstrom durch die Auslöse-Spule fließt, zieht die Spule einen Kolben, wodurch die Kontakte des Wiederzuschalters öffnen.

Zeit- und Sequenzoperationen werden durch das Fließen von Hydrauliköl durch verschiedene Hydraulikkammern oder Öffnungen erreicht. Bei kleineren Wiederzuschaltern wird die Energie für das Wiedereinschalten durch Federn bereitgestellt, die während des Überstromschutzbetriebs durch den Kolben der in Serie geschalteten Auslöse-Spule aufgeladen werden. Bei größeren Wiederzuschaltern wird das Einschalten durch einen separaten Einschalt-Solenoid durchgeführt, der durch die Leitungsspannung von der Quellenseite des Wiederzuschalters versorgt wird.

7. Mikroprozessor-basierte oder elektronische Steuerung

Mikroprozessor-basierte oder elektronische Steuerungssysteme für Wiederzuschalter werden in der Regel in separaten Steuerkästen installiert, was es ermöglicht, die Betriebsparameter jederzeit anzupassen. Sie können mit verschiedenen Zubehörkomponenten kombiniert werden, um grundlegende Funktionen an breite Anwendungsanforderungen anzupassen. Im Vergleich zur hydraulischen Steuerung bieten diese Steuerungsmethoden eine größere Flexibilität, einfachere Programmierung und Parametrierung sowie fortschrittliche Schutz-, Mess- und Automatisierungsfähigkeiten.

Mikroprozessor-basierte Steuerungen werden in der Regel zusammen mit PC-gestützter Schnittstellensoftware eingesetzt, um Steuerungseinstellungen vorzunehmen, Messdaten aufzuzeichnen und Kommunikationsparameter zu setzen. Das Steuerungssystem bietet auch mehrere analytische Werkzeuge, einschließlich Fehlersuche, Ereignisaufzeichnung und Oszillographiefunktionen. Elektronische Steuerungen finden seit Mitte der 1980er Jahre in den meisten dreiphasigen Wiederzuschaltern breite Anwendung, und viele dieser Geräte sind heute noch zuverlässig in Betrieb.

8. Unterbrechungsmedien von Wiederzuschaltern

8.1 Ölunterbrecher
Wiederzuschalter, die Öl zur Stromunterbrechung verwenden, nutzen dasselbe Öl als primäres Isoliermedium. Einige Wiederzuschalter mit hydraulischer Steuerung verwenden dieses Öl ebenfalls, um Zeit- und Zählvorgänge durchzuführen.

8.2 Vakuumunterbrecher
Vakuumunterbrecher ermöglichen eine schnelle, energieeffiziente Bogenunterbrechung und bieten Vorteile wie lange Kontakt- und Unterbrecherlebensdauer, geringe mechanische Belastung und hohe Betriebssicherheit. Da der Bogen im Vakuum erlischt, übertrifft die Lebensdauer der Kontakte und Unterbrecher bei weitem die anderer Unterbrechungsmedien. Je nach Modell kann das Isoliermedium für Vakuumwiederzuschalter Öl, Luft oder Epoxid sein.