12-kV-Einphasen-Wiederholungsschalter mit DNP3.0-Kommunikation, 11-kV-Säulenmontage-Hochspannungs-Wiederholungsschalter

Einphasen-Wiederanschluss (Single phase reclosing) ist eine automatische Wiederanschlussmethode für Schutzmaßnahmen von Übertragungsleitungen in der Elektroenergieindustrie. Seine Funktionsweise lautet: Bei einphasigen Fehlern wird nur die fehlerhafte Phase getrennt und wiederangeschlossen; bei Phasenfehlern werden alle drei Phasen getrennt und es wird je nach Fall entschieden, ob ein dreiphasiger Wiederanschluss durchgeführt wird; bei einem Wiederanschluss auf einen bleibenden Fehler werden alle drei Phasen getrennt. Diese Methode wird hauptsächlich in großen Erdstromsystemen mit 220 kV und höher eingesetzt und kann die Zuverlässigkeit der Stromversorgung und die transiente Stabilität des Systems verbessern. Da die gesunden Phasen durch Kopplung über Kapazität und Wechselwirkungsinduktivität einen Ersatzspeisestrom erzeugen, der das Löschen des Lichtbogens am Fehlerpunkt beeinträchtigt, sind Maßnahmen wie das Erdung des Neutralpunkts von Hochspannungsdrosseln oder das kurzzeitige Einbringen einer Erdungsschalter erforderlich, um den Lichtbogen zu löschen. Seine Phasenauswahlelemente umfassen Entfernungsphasenauswahl, Phasenstromdifferenzspitzenauswahl und Phasenstromschnellschaltung usw. International werden bei ÜHÜ-Leitungen mit über 1000 kV meist einphasige Wiederanschlüsse eingesetzt, bei Doppelleitungen auf gemeinsamer Stütze wird eine phasenweise Wiederanschlussmethode verwendet.

Betriebserfahrungen im Elektrizitätsversorgungssystem zeigen, dass die meisten Fehler an Freileitungen vorübergehend sind, beispielsweise Oberflächenüberschläge an Isolatoren durch Blitzüberspannungen, kurzzeitige Berührungen durch starke Winde, Entladungen durch Vögel und Kurzschlüsse durch Zweige oder andere Gegenstände, die auf Leitungen fallen. Wenn die fehlerhafte Leitung schnell getrennt wird, erlischt der Lichtbogen sofort und die Isolationsfestigkeit am Fehlerpunkt stellt sich wieder her. Daher kann ein erneuter Wiederanschluss nach dem Trennen der Leitung die Zuverlässigkeit der Stromversorgung deutlich verbessern. Bei Leitungen mit 110 kV und niedriger werden meist dreiphasige Einmal-Wiederanschlüsse eingesetzt. Laut Betriebserfahrungen machen bei Hochspannungsfreileitungen in großen Erdstromsystemen mit über 110 kV mehr als 70 % der Kurzschlussfehler einphasige Erdschlüsse aus, insbesondere bei Freileitungen mit über 220 kV, aufgrund der großen Phasenabstände beträgt der Anteil an einphasigen Erdschlüssen sogar etwa 90 %. In diesem Fall kann man, wenn nur die fehlerhafte Phase getrennt und anschließend ein einphasiger Wiederanschluss durchgeführt wird, während die unfehlerhaften beiden Phasen während des Wiederanschlusszeitraums weiter betrieben werden, die Zuverlässigkeit der Stromversorgung und die Stabilität des parallelen Betriebs des Systems deutlich verbessern. Daher wird der einphasige Wiederanschluss in großen Erdstromsystemen mit über 220 kV weit verbreitet eingesetzt. Wenn ein vorübergehender einphasiger Erdschluss an der Leitung auftritt und eine Phase getrennt wird, liefern die gesunden Phasen über die Phasenkapazität und die Erdkapazität einen Kapazitätsstrom zum Fehlerpunkt, gleichzeitig erzeugt der Laststrom der gesunden Phasen über die Phasenwandler eine induzierte Spannung in der fehlerhaften Phase und liefert über die Phasen- und Erdkapazität einen induktiven Strom zum Fehlerpunkt. Diese beiden Stromanteile bilden gemeinsam den Ersatzspeisestrom. Die Größe des Ersatzspeisestroms hängt von den Leitungs parametern ab. Im Allgemeinen ist je höher die Leitungsspannung und je größer der Laststrom, desto größer ist auch der Ersatzspeisestrom. Aufgrund des Ersatzspeisestroms lässt sich der Lichtbogen am Fehlerpunkt nur schwer löschen, was die Verzögerung des einphasigen Wiederanschlusses zur Folge hat. Bei einem schnellen einphasigen Wiederanschluss kann dies zu einem Fehlschlagen des einphasigen Wiederanschlusses führen und alle drei Phasen trennen.

Die Zeit für den einphasigen Wiederanschluss (die Zeit vom Trennen der Stromversorgung am Fehlerpunkt bis zum erneuten Anlegen der Arbeitsspannung) muss größer sein als die Zeit, die zum Löschen des Lichtbogens am Fehlerpunkt und zur Wiederherstellung der Leitungsisolierung erforderlich ist. Anders als bei dem dreiphasigen Wiederanschluss bleibt bei dem einphasigen Wiederanschluss, bei dem nur die fehlerhafte Phase getrennt wird, der Fehlerpunkt über die Phasenkapazität verbunden, solange der Lichtbogen am Fehlerpunkt nicht gelöscht ist, und es wird Strom von den beiden anderen noch betriebenen Phasenquellen zum Aufrechterhalten des Lichtbogens geliefert. Nach dem Löschen des Lichtbogens trägt der Fehlerpunkt hauptsächlich die Verteilungsspannung, die von den beiden noch betriebenen Phasenquellen über die Erdkapazität zur fehlerhaften Phase gebildet wird. Wenn der Lichtbogen nach dem Erlöschen durch den Nulldurchgang des Dauerstroms auseinanderbricht und die Isolationsgeschwindigkeit am Fehlerpunkt niedriger ist als die Anstiegsgeschwindigkeit der überspannenden Spannungswelle, bricht die Isolierung am Fehlerpunkt in der Nähe der Spitze dieser Spannungswelle erneut durch. Zusätzlich zum Strom, der von den nicht fehlerhaften Phasen zum Lichtbogen geliefert wird, wird die im Fehlerkapazitor gespeicherte elektrische Energie ebenfalls zum Fehlerpunkt freigesetzt, wodurch ein Wiederzündstrom entsteht, dessen Spitzenwert deutlich größer ist als der des vorangegangenen stationären Lichtbogenstroms. Dieses Phänomen wiederholt sich jeden halben Frequenzzyklus und beeinträchtigt daher die endgültige Löschzeit des Lichtbogens. Je höher die Betriebsspannung der Leitung und je länger die Leitung, desto länger ist die endgültige Löschzeit des Lichtbogens. Künstliche Kurzschlusstests und tatsächliche Betriebsprotokolle bestätigen diese Schlussfolgerung. Um die Zeit für den einphasigen Wiederanschluss auf einen vernünftigen Wert, beispielsweise nicht mehr als etwa 1 Sekunde, zu verkürzen, um die Anforderungen an die Systemstabilität (Wiederanschlusszeit) und die Abstimmung mit dem Schutzrelais zu erfüllen, ohne die Erfolgsrate des Wiederanschlusses zu senken, werden bei mittleren und langen Leitungen mit Spannungen von 500 kV und höher weit verbreitete unterstützende Lichtbogenlöschmaßnahmen eingesetzt. Es gibt hauptsächlich zwei Arten: ① Bei Hochspannungsdrosseln, die zur Kapazitätskompensation von Leitungen eingesetzt werden, wird der Neutralpunkt über einen geeigneten Induktivitätswert geerdet. Dies entspricht einem Parallelschaltungsresonanzinduktor und reduziert deutlich den Dauerstrom, der durch den Fehlerpunkt fließt, und die Wiederherstellungsspannung über dem Fehlerpunkt, wodurch die Voraussetzung für ein schnelles und erfolgreiches endgültiges Löschen des Fehlerlichtbogens geschaffen wird. Diese Methode wurde erfolgreich und weit verbreitet im Elektrizitätsversorgungssystem eingesetzt. ② Während des einphasigen Wiederanschlussvorgangs werden an beiden Enden der getrennten fehlerhaften Leitungsseite kurzzeitig Erdungsschalter eingeschaltet, sodass der Fehlerpunkt im Wesentlichen auf Nullpotential liegt und das Ziel einer schnellen Lichtbogenlöschung erreicht wird. Für besonders wichtige stark belastete Leitungen (Doppelleitungen auf gemeinsamer Stütze) ist der Erdungsschalter eine machbare Lösung, wenn ein phasenweiser Wiederanschluss bei einem fremdphasigen Fehler (z. B. A-Phase von Leitung A und B-Phase von Leitung B) erfolgreich durchgeführt werden soll.