Herseleider: Hoe het werkt & Waarom nutsbedrijven het gebruiken

1. Wat is een Recloser?
Een recloser is een geautomatiseerde hoogspanningschakelaar. Vergelijkbaar met een circuitbreker in huishoudelijke elektrische systemen, onderbreekt het de stroom wanneer er een fout optreedt, zoals een korte sluiting. Echter, in tegenstelling tot een huishoudelijke circuitbreker die handmatig gereset moet worden, monitort een recloser automatisch de lijn en bepaalt of de fout is verdwenen. Als de fout tijdelijk is, zal de recloser automatisch heropenen en de stroom herstellen.

Reclosers worden wijdverspreid gebruikt in distributiesystemen, van transformatorhuisjes tot elektriciteitspalen in woonwijken. Ze komen in verschillende types voor, waaronder compacte enkelefasereclosers voor enkelefaase lijnen en grotere driefasereclosers voor transformatorhuisjes en hoogspanningsdistributielijnen tot 38 kV.

Het ontwerp en de prestaties van reclosers worden gereguleerd door internationale normen zoals ANSI/IEEE C37.60 en IEC 62271-111.

2. Waarom Reclosers Gebruiken?

Automatische circuitsluiters worden wereldwijd door elektriciteitsbedrijven beschouwd als essentiële apparaten om hun kerndoel te bereiken: het leveren van de meest continue en betrouwbare stroomvoorziening aan klanten op een eenvoudige en kosteneffectieve manier.

Reclosers kunnen foutstromen detecteren en onderbreken, en dan automatisch de stroom herstellen zodra een tijdelijke fout is verdwenen. In wezen is een recloser een zelfstandig intelligent apparaat dat in staat is overstroom te detecteren, te timen, foutstromen te onderbreken en automatisch te heropenen om de lijn opnieuw te energiseren.

Als de fout permanent is, zal de recloser na een vooraf ingesteld aantal operaties—meestal drie tot vier pogingen—op slot gaan, waardoor het defecte gedeelte wordt geïsoleerd van de rest van het systeem. Deze mogelijkheid bespaart elektriciteitsbedrijven aanzienlijke tijd en operationele kosten, omdat de stroom vaak wordt hersteld na slechts één of twee korte spanningsfluctuaties, zonder enige noodzaak voor interventie ter plaatse.

In gevallen waarbij het uitzenden van personeel onvermijdelijk is, helpen reclosers de omvang van de storing te minimaliseren en onderhoudspersoneel bij het snel lokaliseren van de fout en het herstellen van de dienst. Woon-, bedrijfs-, industrie- en instellingsklanten profiteren allemaal van minder verstoringen en de daarbij horende kosten. Zonder dit hoge niveau van leveringsbetrouwbaarheid zouden veel kritieke moderne belastingen, zoals computers, waterpompen en geautomatiseerde productielijnen, moeite hebben om betrouwbaar te functioneren.

3. Hoe Werkt een Recloser?

Wanneer er een fout optreedt op de lijn, detecteert de recloser deze en schakelt automatisch uit om de stroom te onderbreken. Na een zeer korte periode—vaak zo kort dat het slechts een momentaire lichtflits veroorzaakt—probeert de recloser opnieuw te sluiten en de stroom te herstellen. Als de fout blijft bestaan, schakelt hij opnieuw uit.

Na meestal drie mislukte pogingen classificeert de recloser de fout als permanent en blijft open (op slot). Op dat moment moeten technici ter plaatse de beschadigde infrastructuur repareren en de recloser handmatig resetten om de stroom te herstellen.

Typische permanente fouten zijn:

• Bliksemschade aan geleiders of apparatuur

• Takken die op en schade toebrengen aan lijnen

• Voertuigbotsingen met palen of hardware

4. Wat Zijn Tijdelijke Fouten?

De meerderheid van de fouten op bovengrondse distributielijnen zijn tijdelijk. Voorbeelden hiervan zijn blikseminslagen, windgevoerde geleiders, of momentane contacten veroorzaakt door vogels of kleine dieren. Deze fouten verdwijnen meestal nadat de stroom is onderbroken en veroorzaken geen blijvende schade aan de lijn.

Gewone soorten tijdelijke fouten:

• Windveroorzaakte botsingen tussen geleiders

• Flashover langs isolatoroppervlakken door bliksemgeïnduceerde overspanning

• Momentane brugging tussen live geleiders en aangesloten delen door vogels, knaagdieren of andere dieren

• Takken die kortstondig contact maken met geladen lijnen

• Schakelstoten die flashovers op isolatoren veroorzaken

Langdurige operationele gegevens en veldervaring tonen duidelijk het belang van de "trip-and-reclose" functie. Als de lijn momenteel wordt gedempteerd, verdwijnt de bron van de fout vaak—waardoor succesvolle heropening zeer waarschijnlijk is. Zo elimineren automatische circuitsluiters bijna volledig langdurige storingen veroorzaakt door tijdelijke fouten of transiënte overstroom in distributiesystemen.

5. Soorten Reclosers

5.1 Enkelefasereclosers

Enkelefasereclosers worden gebruikt om enkelefaase circuits te beschermen, zoals taklijnen of aftakkingen van een driefase voederlijn. Ze kunnen ook worden ingezet op driefase circuits waar de meeste belasting enkelefaas is.

Bij een permanente fase-aardefout wordt alleen de getroffen fase op slot gezet, terwijl de overige twee derde van het systeem doorgaat met stroomlevering—wat de algemene servicecontinuïteit verhoogt.

Vanwege hun lichtere gewicht in vergelijking met grote driefase reclosers, worden enkelefasereenheden meestal direct op elektriciteitspalen of stalen constructies in transformatorhuisjes gemonteerd met behulp van hun geïntegreerde montagebeugels, waardoor extra steunframes niet nodig zijn.

Afhankelijk van het ontwerp kunnen eenfase herkoppelaren voorzien zijn van hydraulische bediening (geïntegreerd in de oliebak van de herkoppelaar) of elektronische bediening (gehuisvest in een aparte bedieningskast).

Opmerkelijk is dat eenfase herkoppelaren nu ook beschikbaar zijn in een snijdersvormig formaat, wat een hoge mate van integratie tussen primaire en secundaire componenten vertegenwoordigt. Deze kunnen rechtstreeks op standaard snijdermontageplaten worden geïnstalleerd en worden vaak gebruikt voor taklijnbescherming, met typische stroomwaarden tot 200 A.

Een representatieve fabrikant is S&C Electric Company (VS), waarvan het TripSaver® II-product deze type verbeeldt, zoals hieronder te zien:

5.2 Driefase herkoppelaren

Driefase herkoppelaren worden gebruikt op driefase distributielijnen om de systeembetrouwbaarheid te verbeteren. Bij het optreden van een permanente storing worden alle drie fasen tegelijkertijd afgesloten, waardoor het risico op eenfasing voor kritieke driefaselasten, zoals grote driefasemotoren, wordt voorkomen, die anders beschadigd zouden kunnen raken door ongebalanceerde of incomplete spanning.

De selectie van een driefase herkoppelaar is gebaseerd op de vereiste elektrische waarden, de onderbrekings- en isolatiemedium (bijvoorbeeld olie, vacuüm of milieuvriendelijke gassen), en de keuze tussen hydraulische bediening (geïntegreerd in het apparaat) of elektronische bediening (gehuisvest in een aparte bedieningskast).

5.3 Bedrijfsmodus: driefase uitval en driefase vergrendeling

Dit is de standaardbedrijfsmodus voor grotere herkoppelaren. Ongeacht of de storing een eenfasenaarde-fout, een fasetofasefout of een driefasefout is, vallen alle drie polen gelijktijdig bij elke bewerking. Het uitschakelen en herkoppelen van alle drie fasen zijn mechanisch gekoppeld en gedreven door één bedieningsmechanisme, waardoor gesynchroniseerde prestaties worden gegarandeerd.

Driefase herkoppelaren ondersteunen verschillende montageconfiguraties, waaronder:

• Paalgeplaatste frames (voor bovengrondse lijninstallaties)

• Onderstationsmontageframes (voor toepassingen in onderstations of padgeplaatste installaties)

5.4 Drievoudige-eenfase herkoppelaren

Drievoudige-eenfase herkoppelaren zijn elektronisch bestuurd en bieden drie bedrijfsmodi:

• Driefase uitval en driefase vergrendeling
  Alle drie fasen vallen gelijktijdig uit vanwege overstroming, sluiten gelijktijdig aan en werken in dezelfde volgorde.

• Eenfase uitval en driefase vergrendeling
  Elke fase voert onafhankelijk overstrominguitval en -aanvoer uit. Als een fase de vergrendelingsvolgorde ingaat vanwege een permanente storing, of als een lokaal/afstandsbediening "vergrendel" commando wordt gegeven, vallen de andere twee fasen ook uit en gaan ze in vergrendeling, waardoor langdurige eenfasing van driefaselasten wordt voorkomen.

• Eenfase uitval en eenfase vergrendeling
  Elke fase valt en vergrendelt onafhankelijk, zonder de andere te beïnvloeden. Deze modus wordt voornamelijk gebruikt voor woonlasten, of in scenario's waar driefaselasten al beschermd zijn tegen eenfasing door andere middelen.

Drievoudige-eenfase herkoppelaren kunnen op palen worden gemonteerd met behulp van een paalmontageframe, of geïnstalleerd worden op onderstationsframes of direct op staalconstructies van onderstations.

6. Typen bediening van herkoppelaren

De "intelligentie" die een herkoppelaar in staat stelt om overstroming te detecteren, tijd-stroomkenmerken te selecteren, uitval- en herkoppelbewerkingen uit te voeren, en uiteindelijk te vergrendelen, komt van het bedieningssysteem. Er zijn twee hoofdtypen bediening: geïntegreerde hydraulische bediening en elektronische bediening gehuisvest in een aparte bedieningskast.

Hydraulische bediening

Hydraulische bediening wordt breed toegepast in de meeste eenfase herkoppelaren en sommige driefase herkoppelaren. Het bestaat als een integraal deel van de herkoppelaar zelf. Met deze bedieningsmethode wordt overstroming gedetecteerd door een tripspoel die in serie met de lijn is aangesloten. Wanneer er overstroming door de tripspoel stroomt, trekt de spoel een plunger, waardoor de contacten van de herkoppelaar openvallen.

Timing en sequentiebewerkingen worden bereikt door hydraulische olie die door verschillende hydraulische kamers of openingen stroomt. In kleinere herkoppelaren wordt de energie voor herkoppeling geleverd door veerkrachten, die worden opgeladen door de plunger van de reeksverbonden tripspoel tijdens de overstromingsbeveiligingsbewerking. In grotere herkoppelaren wordt het sluiten uitgevoerd door een aparte sluitsolenoid die wordt aangedreven door de lijnspanning van de bronzijde van de herkoppelaar.

7. Microprocessor-gebaseerde of elektronische bediening

Microprocessor-gebaseerde of elektronische bedieningssystemen voor herkoppelaren zijn doorgaans geïnstalleerd in aparte bedieningskasten, waardoor de bedieningsparameters op elk moment kunnen worden aangepast. Ze kunnen worden gecombineerd met verschillende accessoires om basisfuncties aan te passen aan een breed scala aan toepassingsvereisten. In vergelijking met hydraulische bediening bieden deze bedieningsmethoden grotere flexibiliteit, eenvoudiger programmering en parameteraanpassing, en geavanceerde beveiligings-, meting- en automatiseringsmogelijkheden.

Microprocessorgebaseerde bediening wordt meestal gebruikt in combinatie met PC-gebaseerde interface software voor het configureren van bedieningsinstellingen, het vastleggen van meetgegevens en het instellen van communicatieparameters. Het bedieningssysteem biedt ook meerdere analysetools, waaronder foutlocatie, gebeurtenisregistratie en oscillografiefuncties. Elektronische bediening wordt sinds de jaren tachtig breed toegepast op de meeste driefase herkoppelapparaten, en veel van deze apparaten blijven vandaag de dag betrouwbaar functioneren.

8. Onderbrekingsmedia voor herkoppelapparaten

8.1 Olieonderbrekers
Herkoppelapparaten die olie gebruiken voor stroomonderbreking, maken gebruik van dezelfde olie als primaire isolatiemiddel. Sommige herkoppelapparaten met hydraulische bediening gebruiken ook deze olie om timing- en tellerfuncties uit te voeren.

8.2 Vakuumonderbrekers
Vakuumonderbrekers stellen snelle, laagenergie onderbreking van de boog mogelijk en bieden voordelen zoals een lange levensduur van de contacten en onderbreker, lage mechanische spanning en hoge operationele veiligheid. Aangezien de boog in een vacuüm wordt gedoofd, is de levensduur van de contacten en onderbreker verreweg groter dan bij andere onderbrekingsmedia. Afhankelijk van het model kan de isolatiemedium voor vakuumherkoppelapparaten olie, lucht of epoxy zijn.