Automatikwiederzuschalter: Schlüssel zur Zuverlässigkeit des Smart Grids

Blitze, gefallene Baumäste und sogar Mylar-Ballon sind ausreichend, um den Stromfluss auf Stromleitungen zu unterbrechen. Aus diesem Grund verhindern Versorgungsunternehmen Ausfälle, indem sie ihre oberirdischen Verteilersysteme mit zuverlässigen Wiederzuschaltungsreglern ausstatten.

In jeder Smart-Grid-Umgebung spielen Wiederzuschaltungsregler eine entscheidende Rolle bei der Erkennung und Unterbrechung von vorübergehenden Fehlern. Obwohl viele Kurzschlüsse in oberirdischen Leitungen sich selbst beheben können, helfen Wiederzuschalter, die Dienstkontinuität durch automatische Wiederherstellung des Stroms nach einem vorübergehenden Fehler zu verbessern.

Wiederzuschaltungsregler messen die Spannung und den Strom der Wechselstromübertragung in Stromleitungen. Wenn ein Spannungsspitzen oder ein Fehler auftritt, öffnen Schutzschalter, um den Fehler einzudämmen und zu verhindern, dass er sich über das gesamte Netzwerk ausbreitet – ein Phänomen, das als Kaskadenausfall bekannt ist. Wenn der Fehler durch ein vorübergehendes Ereignis wie Blitze, Baumäste oder Ballons (wie bereits erwähnt) verursacht wird, können diese temporär dazu führen, dass Leitungen miteinander in Kontakt kommen. Der Wiederzuschaltungsregler überwacht weiterhin die Stromleitung und versucht, wenn die Wechselstromleistung stabilisiert wird, den Schalter zu schließen oder "wiederzuschalten". Nach dem Schließen öffnet der Schalter sich wieder, wenn hohe Spannung, hoher Strom oder ein anderer Fehlerzustand erkannt wird. Wiederzuschalter versuchen in der Regel, den Schalter drei bis fünf Mal wiederzuschließen. Die Idee dahinter ist es, das Netzwerk zu ermöglichen, sich selbst zu heilen.

Warum sind Wiederzuschaltungsregler so wichtig?

Wiederzuschaltungsregler haben mehrere wichtige Merkmale:

• Messung der Stromleitung, einschließlich drei Spannungen, drei Ströme, eines oder zweier Erdungen und in der Regel Redundanz. Hohe Genauigkeit ist besonders für harmonische Messungen essentiell.

• Isolierung ist zwingend erforderlich. Isolierung wird in der Regel sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts in der Signalverkettung implementiert, um eine zuverlässige Systemfunktion sicherzustellen und elektronische Komponenten zu schützen. Isolierung ist auch vor Kommunikationsverbindungen erforderlich, und verschiedene Isolierungsoptionen werden oft benötigt.

• Mehrere Stromversorgungen mit AC- und DC-Eingängen. Überraschenderweise enthält das System eine Batterie, da es während eines Stromausfalls weiterhin funktionsfähig bleiben und die Wechselstromleitung weiterhin messen muss.

• Kommunikation ist auch kritisch für Wiederzuschaltungsregler, da diese Systeme mit dem größeren Netzwerk kommunizieren müssen, um Ereignisse zu melden. Die meisten Smart Grids verwenden drahtlose oder Stromlinien-Kommunikationsnetzwerke. Geräte wie Wiederzuschaltungsregler behalten oft traditionelle serielle Kommunikation, wie RS-485, bei, die über ein Gateway oder andere Hardware in das gewählte drahtlose Protokoll konvertiert wird.

Analoge Bausteine für Wiederzuschaltungsregler

Das Entwickeln eines Wiederzuschaltungsreglers erfordert verschiedene kritische analoge Bausteine. Das in Abbildung 1 gezeigte Blockdiagramm bietet nur ein Beispiel für ein Wiederzuschaltungsregler-Design. Wie Sie sehen können, gibt es mehrere Systemstromversorgungen, Kommunikationsschnittstellen, Spannungsüberwachung und Überwachungsschaltkreise. Wie wählen Sie die richtigen Komponenten aus? Hohe Genauigkeit, breiter Eingangsspannungsschutzbereich, geringer Stromverbrauch und kleine Größe sind einige wichtige Eigenschaften, die bewertet werden sollten, um Ihren Designanforderungen gerecht zu werden. Die MAX16126/MAX16127 Lastdump/Umgekehrte-Spannungsschutzschaltkreise sind ein Beispiel für Geräte, die diese Merkmale bieten. 

Mit einer integrierten Ladepumpe steuern diese ICs zwei externe N-Kanal-MOSFETs im Rückwärtsanschluss, die die stromabwärtige Stromversorgung unter zerstörerischen Eingangsbedingungen abschalten und isolieren. Sie enthalten einen Flag-Ausgang, der während Fehlerbedingungen signalisiert. Für den Schutz gegen Umgekehrte Spannung minimieren die externen N-Kanal-MOSFETs den Spannungsabfall und den Verlustleistung während des normalen Betriebs, was traditionellen Umgekehrten-Batteriedioden überlegen ist. Ein weiterer zuverlässiger, energieeffizienter Mikroprozessorüberwacher ist unsere MAX6365-Familie, die Funktionen zur Batterie-Reserve und Chip-Enable-Gating bietet. 

Der MAX6365-Überwachungsschaltkreis, in einem miniaturisierten 8-poligen SOT23-Gehäuse, vereinfacht die Stromüberwachung, die Batterie-Reserve-Steuerung und die Speicher-Schreibschutzfunktionen in Mikroprozessorsystemen. Für Anwendungen, die ständig eingeschaltet sein müssen, wie Wiederzuschaltungsregler, erfüllt der niedrig-stromverbrauchende lineare Regler MAX6766 die Anforderungen. Der MAX6766 arbeitet bei 4V bis 72V, liefert bis zu 100mA Laststrom und verbraucht nur 31µA Ruhestrom.

Smart Grids bringen höhere Effizienz und Zuverlässigkeit in die Stromversorgung und erhöhen gleichzeitig die Resilienz der Strominfrastruktur. Deshalb sollten Sie beim Entwurf Ihres nächsten Wiederzuschaltungsreglers die zugrunde liegenden Technologien im Auge behalten – sie alle spielen eine Rolle dabei, das Licht brennen zu lassen.