12 kV jednofazowy recloser, recloser z komunikacją DNP3.0, 11 kV słupowy wysokonapięciowy recloser

Jednofazowe ponowne zamknięcie (Single phase reclosing) to automatyczny sposób zamknięcia obwodu używany w ochronie linii przesyłowych w inżynierii energetycznej. Działanie polega na tym, że w razie awarii jednofazowej wyłącza się tylko uszkodzoną fazę i przeprowadza ponowne zamknięcie; w razie awarii międzyfazowej wyłącza się wszystkie trzy fazy i w zależności od sytuacji decyduje, czy przeprowadzić trójfazowe ponowne zamknięcie; jeżeli ponowne zamknięcie nastąpi na trwałą awarię, wyłącza się wszystkie trzy fazy. Metoda ta jest głównie stosowana w systemach o dużym prądzie zasilania ziemnego dla napięcia 220 kV i wyższego, co pozwala podnieść niezawodność zasilania oraz stabilność przejściową systemu. Ponieważ nieuszkodzone fazy generują prąd kompensacyjny pośredni poprzez sprzężenie pojemnościowej i indukcyjnej wzajemnej, który wpływa na gaszenie łuku w punkcie awarii, konieczne jest zastosowanie środków do gaszenia łuku, takich jak uziemienie neutralnego wysokoprężnego reaktora lub krótkotrwałe włączenie noża uziemiającego. Elementy wyboru fazy obejmują wybór fazy na podstawie odległości, zmianę różnicy prądów fazowych oraz natychmiastowe wyłączenie prądów fazowych. Na świecie w większości linii przesyłowych o napięciu powyżej 1000 kV stosuje się jednofazowe ponowne zamknięcie, a w przypadku linii dwuprzewodowych na tym samym słupie stosuje się metodę zamykania poszczególnych faz.

Doświadczenia z eksploatacji systemów energetycznych dowodzą, że większość awarii na liniach powietrznych jest przejściowa, na przykład: błysk po powierzchni izolatorów spowodowany nadciśnieniem piorunowym, krótkotrwałe zetknięcie przewodów spowodowane silnym wiatrem, wyładowania przez ciała ptaków oraz zwarcie spowodowane opadaniem gałęzi lub innych przedmiotów na przewody. Gdy awaryjna linia zostanie szybko wyłączona, łuk gaśnie, a wytrzymałość izolacyjna w punkcie awarii wraca do normy, dlatego ponowne zamknięcie linii po jej wyłączeniu może znacznie podnieść niezawodność zasilania. Większość linii o napięciu do 110 kV stosuje trójfazowe jednorazowe ponowne zamknięcie. Na podstawie doświadczeń eksploatacyjnych w wysokoprężnych liniach powietrznych w systemach o dużym prądzie zasilania ziemnego o napięciu powyżej 110 kV ponad 70% zwarć to zwarcia jednofazowe do ziemi, a w szczególności w liniach powietrznych o napięciu powyżej 220 kV, ze względu na duże odległości między przewodami, nawet około 90% awarii to zwarcia jednofazowe do ziemi. W takim przypadku, jeśli wyłączy się tylko uszkodzoną fazę, a następnie przeprowadzi jednofazowe ponowne zamknięcie, a nieuszkodzone fazy nadal pracują w okresie ponownego zamknięcia, można znacznie podnieść niezawodność zasilania oraz stabilność równoległej pracy systemu. Dlatego w systemach o dużym prądzie zasilania ziemnego o napięciu powyżej 220 kV powszechnie stosuje się jednofazowe ponowne zamknięcie. Gdy ochrona jednofazowego zwarcia do ziemi spowoduje wyłączenie jednej fazy, nieuszkodzone fazy dostarczają prądu pojemnościowego do punktu awarii poprzez pojemności międzyfazową i doziemną, a jednocześnie prąd obciążenia nieuszkodzonych faz generuje indukowaną siłę elektromotoryczną w uszkodzonej fazie poprzez sprzężenie w transformatorach międzyfazowych, dostarczając prądu indukcyjnego do punktu awarii poprzez pojemności międzyfazową i doziemną. Te dwa składniki prądu tworzą razem prąd kompensacyjny pośredni. Wielkość prądu kompensacyjnego pośredniego zależy od parametrów linii. Ogólnie rzecz biorąc, im wyższe napięcie linii i im większy prąd obciążenia, tym większy prąd kompensacyjny pośredni. Dzięki obecności prądu kompensacyjnego pośredniego łuk w punkcie awarii trudno gasnąć, co opóźnia jednofazowe ponowne zamknięcie. Przy zastosowaniu szybkiego jednofazowego ponownego zamknięcia może dojść do niepowodzenia jednofazowego ponownego zamknięcia, a następnie wyłączyć wszystkie trzy fazy.

Czas jednofazowego ponownego zamknięcia (od momentu odłączenia zasilania w punkcie awarii do ponownego przyłożenia napięcia roboczego) musi być dłuższy niż czas potrzebny do gaszenia łuku w punkcie awarii i odzyskania wytrzymałości izolacyjnej linii. W przeciwieństwie do trójfazowego ponownego zamknięcia, w procesie jednofazowego ponownego zamknięcia, w którym wyłączono tylko uszkodzoną fazę, dopóki łuk w punkcie awarii nie zgaśnie, punkt awarii jest nadal połączony poprzez pojemność międzyfazową, a prąd do utrzymania łuku jest dostarczany przez pozostałe dwie fazy wciąż pracujące. Po zgaszeniu łuku punkt awarii głównie podlega napięciu podziałowemu utworzonemu przez pracujące dwie fazy poprzez pojemność doziemną uszkodzonej fazy. Gdy łuk rozciąga się i przerwa się w momzie przejścia prądu przez zero, jeżeli prędkość odzyskania wytrzymałości izolacyjnej w punkcie awarii jest niższa niż prędkość wzrostu napędu fal napięciowego, w pobliżu szczytu tej fali napięcia dojdzie do ponownego przebicia izolacji w punkcie awarii. W tym przypadku oprócz dostarczania prądu łukowego przez nieuszkodzone fazy, energia zgromadzona w pojemności awaryjnej jest również uwalniana do punktu awarii, tworząc prąd ponownego zapłonu o wartości szczytowej znacznie większej od początkowego prądu łuku w stanie ustalonym. Ten zjawisko powtarza się co pół okresu częstotliwości znamionowej, co wpływa na ostateczny czas gaszenia łuku. Im wyższe napięcie robocze linii i im dłuższa jej długość, tym dłuższy będzie ostateczny czas gaszenia łuku. Badania sztucznego zwarcia oraz zapisy z rzeczywistej eksploatacji potwierdzają ten wniosek. Aby skrócić czas jednofazowego ponownego zamknięcia do rozsądnej wartości, na przykład nie większej niż około 1 s, aby spełnić wymagania dotyczące stabilności systemu (czas ponownego zamknięcia), współpracy z ochronami przekaźnikowymi itp., jednocześnie nie zmniejszać skuteczności ponownego zamknięcia, w długich i średnich liniach o napięciu 500 kV i wyższym powszechnie stosuje się pomocnicze środki do gaszenia łuku, które mają głównie dwie formy: ① W punkcie neutralnego wysokoprężnego reaktora zainstalowanego w celu kompensacji pojemności linii, podłączonego do ziemi poprzez reaktor o odpowiedniej wartości indukcyjnej, co jest równoważne podłączeniu rezonansowego cewki indukcyjnej równolegle, co znacznie zmniejsza prąd ciągły przepływający przez punkt awarii oraz napięcie odzyskiwane przez punkt awarii, tworząc warunki do szybkiego i pomyślnego ostatecznego gaszenia łuku. Ta metoda została pomyślnie i szeroko zastosowana w systemach energetycznych. ② W trakcie jednofazowego ponownego zamknięcia, po obu stronach wyłączonej uszkodzonej fazy linii, krótkotrwale włącza się noże uziemiające, co spowoduje, że punkt awarii będzie miał w przybliżeniu potencjał zerowy, co pozwoli na szybkie gaszenie łuku. W przypadku szczególnie ważnych obciążonych linii (linii dwuprzewodowych na tym samym słupie), jeżeli planuje się pomyślne przeprowadzenie zamknięcia poszczególnych faz w razie awarii w fazie o przeciwnej nazwie (np. awaria fazy A w linii A i fazy B w linii B), noże uziemiające są dopuszczalnym rozwiązaniem.