12 kV jednofázový spínač s automatickým znovuzapojením, komunikace DNP3.0, 11 kV sloupový vysokonapěťový spínač s automatickým znovuzapojením

Jednofázové opakování zapojení (Single phase reclosing) je automatický způsob opakování zapojení používaný v energetice pro ochranné zařízení přenosových linek. Jeho princip funguje takto: při jednofázové poruše se odpojí pouze poruchová fáze a provede se opakované zapojení; při fázové poruše se odpojí všechny tři fáze a podle okolností se rozhodne, zda se provede trojfázové opakování zapojení; pokud se opakované zapojení provede na trvalou poruchu, odpojí se všechny tři fáze. Tento způsob se primárně používá ve systémech s velkým zemiovacím proudem o napětí 220 kV a vyšším, a zvyšuje spolehlivost dodávky elektřiny a přechodovou stabilitu systému. Vzhledem k tomu, že zdravé fáze generují skrytý příkon prostřednictvím kapacitní a vzájemné indukční vazby, který ovlivňuje uhaření oblouku v poruchovém místě, je nutné použít opatření na odstranění oblouku, jako je uzemnění neutrálu vysokotlakého reaktoru nebo dočasné zapojení uzemňovacího spínače. Jeho fázové selekční prvky zahrnují fázovou selekci pomocí vzdálenosti, selekci pomocí změny rozdílu fázových proudů a rychlé ochrany fázových proudů. Na mezinárodní úrovni se na ultra vysokonapěťových linkách o napětí nad 1000 kV často používá jednofázové opakování zapojení, zatímco na dvouřetězových linkách na stejném sloupci se používá fázového opakování zapojení.

Zkušenosti s provozem energetických systémů dokazují, že poruchy na vzdušných linkách jsou většinou dočasné, např. povrchové bleskové bleskání izolátorů, krátkodobé dotykování vedení silným větrům, výboje přes tělo ptáků nebo krátké spojení způsobené větvemi padajícími na vedení. Po rychlém odpojení poruchové linky se oblouk zhasne, izolační schopnost poruchového místa se obnoví, takže opakované zapojení linky po odpojení může výrazně zvýšit spolehlivost dodávky elektřiny. Na linkách o napětí do 110 kV se většinou používá trojfázové jednorazové opakování zapojení. Podle provozních zkušeností na vysokonapěťových vzdušných linkách ve systémech s velkým zemiovacím proudem o napětí nad 110 kV je více než 70 % krátkých spojení jednofázových uzemňových poruch, zejména na vzdušných linkách o napětí nad 220 kV, kde se jednofázové uzemňové poruchy dosahují dokonce přibližně 90 %. V takovém případě, pokud se odpojí pouze poruchovaná fáze a provede se jednofázové opakování zapojení, zatímco neporuchované dvě fáze pokračují v provozu během cyklu opakování zapojení, lze výrazně zvýšit spolehlivost dodávky elektřiny a stabilitu souběžného provozu systému. Proto se ve systémech s velkým zemiovacím proudem o napětí nad 220 kV široce používá jednofázové opakování zapojení. Po odpojení jedné fáze při dočasné jednofázové uzemňové poruše dodávají zdravé fáze kapacitní proud do poruchového místa prostřednictvím mezifázové a pozemní kapacity, zatímco zátěžový proud zdravých fází prostřednictvím vzájemných fázových transformátorů generuje indukované napětí v poruchové fázi a dodává indukční proud do poruchového místa prostřednictvím mezifázové a pozemní kapacity. Tyto dvě části proudu tvoří dohromady skrytý příkon. Velikost skrytého příkonu závisí na parametrech linky. Obecně platí, že čím vyšší napětí linky a čím větší zátěžový proud, tím větší je skrytý příkon. Vzhledem k přítomnosti skrytého příkonu je obtížné uhasnout oblouk v poruchovém místě, což prodlužuje dobu trvání jednofázového opakování zapojení. Při použití rychlého jednofázového opakování zapojení může dojít k neúspěchu opakovaného zapojení a odpojení všech tří fází.

Doba trvání jednofázového opakování zapojení (doba od odpojení zdroje v poruchovém místě do opětovného zapojení pracovní napětí) musí být delší než doba potřebná k uhášení oblouku v poruchovém místě a obnově izolace linky. Na rozdíl od trojfázového opakování zapojení, při jednofázovém opakování zapojení, kde je odpojena pouze poruchová fáze, pokud oblouk v poruchovém místě neuhasne, je poruchové místo stále připojeno prostřednictvím mezifázové kapacity a dodává se proud pro udržení oblouku ze dvou zbývajících fází v provozu. Po zhasnutí oblouku je poruchové místo vystaveno rozdělenému napětí vznikajícímu ze dvou provozujících se fází prostřednictvím pozemní kapacity poruchové fáze. Po rozšíření a zhasnutí oblouku přetékáním proudu přes nulu, pokud se rychlost obnovy izolace poruchového místa nižší než rychlost růstu napěťové vlny přes poruchové místo, dojde k opětovnému propadu izolace poruchového místa poblíž vrcholu této napěťové vlny. V tomto okamžiku se kromě proudu oblouku dodávaného neporuchovými fázemi uvolní také energie uložená v poruchové kapacitě do poruchového místa, což vytvoří opakující se proud zapálení, jehož špička je mnohem vyšší než proud stacionárního oblouku v počáteční fázi. Tento jev se opakuje každou poloviční periodu síťové frekvence, což ovlivňuje konečnou dobu uhaření oblouku. Čím vyšší provozní napětí linky a čím delší je její délka, tím delší bude konečná doba uhaření oblouku. Zkoušky umělé krátké spojení a skutečné provozní záznamy potvrzují tento závěr. Aby se zkrátila doba trvání jednofázového opakování zapojení na rozumnou hodnotu, např. ne více než přibližně 1 s, aby se splnily požadavky stability systému (doba opakování zapojení), koordinace s ochrannými relé a další, a zároveň se nezmenšilo úspěšnost opakovaného zapojení, se na středně dlouhých linkách o napětí 500 kV a vyšším široce používají doplňková opatření na odstranění oblouku. Existují dva hlavní typy: ① Uzemnění neutrálu vysokotlakého reaktoru používaného pro kompenzaci kapacity linky pomocí vhodného hodnoty reaktance. Tato opatření je ekvivalentní paralelnímu připojení rezonančního indukčnosti, což výrazně snižuje pokračující proud procházející poruchovým místem a obnovovací napětí přes poruchové místo a vytváří předpoklad pro rychlé a úspěšné uhaření poruchového oblouku. Tato metoda byla úspěšně široce použita v energetických systémech. ② Během jednofázového opakování zapojení dočasně zapojit uzemňovací spínače na obou stranách poruchované fázové linky po odpojení, aby se poruchové místo dostalo do základní nulové potenciálové úrovně a dosáhlo se cíle rychlého uhaření oblouku. Pro zvláště důležité zatížené linky (dvouřetězové linky na stejném sloupci), pokud se plánuje úspěšné fázové opakování zapojení při poruše v různých fázích (např. porucha fáze A v lince A a fáze B v lince B), je uzemňovací spínač vhodným řešením.