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Automatischer Leistungsschalter (Wiedereinschalter) für Freileitungs-Verteilungsnetze

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Automatischer Leistungsschalter (Wiedereinschalter)

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Ein automatischer Leistungsschalter (Wiedereinschalter), allgemein bekannt als „Recloser“ oder „Automatic Circuit Recloser“ (ACR), ist ein intelligentes Mittelspannungs-Schaltgerät, das den Fehlerstrom automatisch unterbricht und anschließend versucht, die Stromversorgung durch Wiedereinschalten nach einer voreingestellten Zeitverzögerung wiederherzustellen. Er ist dafür ausgelegt, vorübergehende (transiente) Fehler – wie sie beispielsweise durch Blitzschlag, Äste oder Tiere verursacht werden – zu beheben, ohne dass ein manuelles Eingreifen erforderlich ist.

Wiedereinschaltvorrichtungen werden häufig in Freileitungs-Verteilungsnetzen im Spannungsbereich von typischerweise 11 kV bis 38 kV eingesetzt, um die Zuverlässigkeit des Stromnetzes zu verbessern und die Dauer von Stromausfällen zu verkürzen.

Aufbau

Zu den Hauptkomponenten gehören:
·Vakuumunterbrecher – Versiegelte Unterbrecher, die Last- und Fehlerströme unterbrechen.
·Isolierter Tank – Je nach Bauart mit fester Isolierung oder dielektrischem Gas gefüllt.
·Betätigungsmechanismus – Federbetätigter oder magnetischer Antrieb, der die Unterbrecher öffnet und schließt.
·Elektronische Steuerung – Mikroprozessorbasierte Steuerung, die Schutzfunktionen, Wiedereinschaltlogik, Überwachung und Kommunikation bereitstellt.
·Stromwandler (CTs) – Messen den Leitungsstrom für Schutzfunktionen.
·Spannungssensoren (optional) – Ermöglichen spannungsbasierten Schutz und Synchronisation.
·Schaltschrank – Beherbergt Batterien, Ladegerät, Kommunikationsausrüstung und Steuerelektronik.
·Mast- oder Umspannwerks-Montagestruktur – Trägt den Wiedereinschalter im Außenbereich.

Funktionsprinzip
1. Unter normalen Bedingungen bleibt der Wiedereinschalter geschlossen und versorgt die Abzweigleitung mit Strom.
2. Ein Fehler führt dazu, dass der Strom über den Schutzgrenzwert ansteigt.
3. Die Steuerung löst die Vakuumunterbrecher aus, um den Fehlerstrom zu unterbrechen.
4. Nach einer programmierten Totzeit (beispielsweise 0,3–5 Sekunden) schließt der Wiedereinschalter automatisch.
5. Wenn der Fehler behoben ist (vorübergehender Fehler), wird die Versorgung wiederhergestellt.
6. Besteht der Fehler weiterhin, löst der Wiedereinschalter erneut aus.
7. Der Vorgang wiederholt sich gemäß einer programmierten Abfolge (üblicherweise 2–4 Wiedereinschaltversuche).
8. Bleibt der Fehler nach dem letzten Versuch bestehen, sperrt sich der Wiedereinschalter und lässt den Stromkreis offen, bis er lokal oder ferngesteuert zurückgesetzt wird.

Typische Wiedereinschaltsequenz
·Erste Auslösung: Fehler unterbrechen
·Erster Wiedereinschaltversuch: Automatisches Schließen nach kurzer Verzögerung
·Zweite Auslösung: Fehler weiterhin vorhanden
·Zweiter Wiedereinschaltversuch: Automatisches Schließen nach längerer Verzögerung
·Dritte Auslösung: Anhaltender Fehler erkannt
·Sperrung: Stromkreis bleibt offen, bis er zurückgesetzt wird

Hauptmerkmale
·Installation: Im Freien, mastmontiert oder in Schaltanlagen montiert
·Spannungsbereich: Typischerweise 11–38 kV
·Löschmedium: Vakuum (die meisten modernen Ausführungen)
·Automatische Wiedereinschaltung: Ja
·Intelligente Steuerung: Mikroprozessorbasiert
·Fernsteuerung: Unterstützt über SCADA und Kommunikationsnetzwerke
·Schutz: Programmierbare Überstrom-, Erdschluss-, Richtungs- und weitere Schutzfunktionen

Vorteile
·Stellt die Stromversorgung nach vorübergehenden Störungen automatisch wieder her.
·Verkürzt die Ausfallzeit und verbessert die Versorgungssicherheit.
·Minimiert den Einsatzbedarf von Außendienstteams zur Wiederherstellung der Versorgung.
·Unterstützt Fernüberwachung und -steuerung über SCADA.
·Geringer Wartungsaufwand dank Vakuum-Löschvorrichtungen.
·Verbessert die Zuverlässigkeitskennzahlen des Verteilungsnetzes (wie SAIDI und SAIFI).
·Ermöglicht eine fortschrittliche Automatisierung der Abzweigleitungen und selbstheilende Verteilungsnetze.

Nachteile
·Höhere Kosten als bei einem Standard-Leistungsschalter.
·Erfordert eine sorgfältige Abstimmung mit nachgeschalteten Sicherungen und Schutzvorrichtungen.
·Nicht dafür ausgelegt, dauerhafte Fehler ohne Sperrung wiederholt zu beseitigen.
·Die elektronische Steuerung benötigt Hilfsspannung und regelmäßige Wartung.

Typische Anwendungsbereiche
·Freileitungs-Verteilungszuleitungen von Energieversorgern
·Ländliche Stromverteilungsnetze
·Industrielle Verteilungsnetze
·Anschlüsse für erneuerbare Energien
·Bergbaubetriebe
·Öl- und Gasanlagen
·Smart Grids und automatisierte Verteilungssysteme
·Abschnittsbildung in Zuleitungen

Typische Nennwerte
·Nennspannung: 11–38 kV
·Nennfrequenz: 50/60 Hz
·Nenn-Dauerstrom: 630–1.250 A
·Kurzschluss-Ausschaltstrom: 12,5–25 kA
·Wiedereinschaltversuche: 2–4 (programmierbar)
·Betätigungsmechanismus: Feder- oder Magnetantrieb
·Kommunikation: SCADA, DNP3, IEC 61850, Modbus (modellabhängig)

Gängige Spannungsklassen
·11 kV
·12 kV
·15 kV
·22 kV
·24 kV
·27 kV
·33 kV
·38 kV

Relevante Normen
·IEC 62271-111 – Legt Anforderungen, Nennwerte, Prüfungen und Leistungsmerkmale für automatische Wiedereinschaltvorrichtungen fest.
·IEEE C37.60 – Behandelt Konstruktions- und Leistungsanforderungen für automatische Wiedereinschaltvorrichtungen.
·IEEE C37.61 – Bietet Leitlinien zur Anwendung und Koordinierung von Wiedereinschaltvorrichtungen in Verteilungsnetzen.

Typische Installationsorte
·An Strommasten entlang von Freileitungszuleitungen.
·An den Abzweigstellen von Verteilerstationen.
·An Abzweigpunkten zur Isolierung von fehlerhaften Abschnitten.
·In der Nähe dezentraler Energiequellen wie Solar- oder Windkraftanlagen.
·In ländlichen Netzen, in denen die automatische Wiederherstellung der Stromversorgung die Ausfallzeiten erheblich verkürzt.

Zusammenfassung
Ein automatischer Leistungsschalter (Recloser) ist ein intelligentes Mittelspannungs-Schutzgerät, das Vakuumunterbrechung, mikroprozessorgesteuerte Schutzfunktionen und automatische Wiedereinschaltung kombiniert. Durch die automatische Wiederherstellung der Stromversorgung nach vorübergehenden Fehlern und die Isolierung nur dauerhafter Fehler verbessern Recloser die Zuverlässigkeit, Effizienz und Ausfallsicherheit moderner Stromverteilungsnetze erheblich.