Een herinschakelaar is een automatisch schakel- en beveiligingsapparaat voor distributienetten, ontworpen om gespecificeerde kortsluitstromen te onderbreken en een geprogrammeerde reeks herinschakelpogingen uit te voeren en, indien nodig, een vergrendeling te activeren. Het apparaat wordt geïnstalleerd op strategische punten in bovengrondse voedingslijnen – bij uitgangen van onderstations, op splitsingspunten halverwege de lijn of bij aftakkingen – en werkt zonder menselijke tussenkomst gedurende de cruciale seconden na een storing. Het zorgt voor stroomvoorziening wanneer de oorzaak tijdelijk is en houdt de lijn open wanneer de storing permanent is.
Afbeelding 1. Herinschakelaar gemonteerd op een scheidingspunt halverwege een bovengrondse distributieleiding.
In tegenstelling tot een zekering of een handmatig bediende schakelaar, integreert de herinschakelaar vier onderling afhankelijke subsystemen: de schakelunit die de stroom onderbreekt, sensoren die stroom en spanning meten, een controller die de beveiligingslogica uitvoert en een communicatie-interface die het apparaat verbindt met een SCADA- of distributiebeheersysteem. Geen van deze subsystemen is optioneel; samen vormen ze het apparaat. Het specificeren van een schakelunit zonder de controllerconfiguratie en de communicatiestack te definiëren, maakt de beveiligingscoördinatie onvolledig.
De schakelkast bevat de onderbreker en het bedieningsmechanisme. Vacuümonderbrekertechnologie is de meest gebruikte technologie voor middenspanningsdistributie-herinschakelaars, omdat deze zorgt voor snelle vlamboogdoving, een lange mechanische levensduur en een compacte, afgedichte constructie die geschikt is voor gebruik buitenshuis en onbewaakt gebruik. De behuizing moet geschikt zijn voor de systeemspanning, de continue belastingsstroom en – cruciaal – de uitschakelstroom bij het kortsluitniveau die beschikbaar is op het installatiepunt.
Afbeelding 2. Herinschakelaarbehuizing met geïntegreerde stroom- en spanningsmeting, controllerbehuizing en communicatiemodule – weergegeven als één geheel.
Geïntegreerde stroomtransformatoren leveren fase- en aardstroomsignalen aan de controller tijdens elke bedrijfscyclus. Sommige ontwerpen bevatten spanningssensoren aan zowel de voedings- als de belastingszijde, waardoor detectie van spanning op de lijn, synchronisatiecontrolefuncties en verificatie van de spanning na een storing mogelijk zijn voordat een herinschakelingspoging wordt gedaan. Zonder nauwkeurige metingen kan de controller geen onderscheid maken tussen belastingsstroom en foutstroom, waardoor het beveiligingssysteem terugvalt op een open-lusfunctie die zich niet kan aanpassen aan de systeemomstandigheden.
De controller vormt de intelligentie van het herinschakelpakket. Deze ontvangt analoge signalen van de sensoren, past de geselecteerde beveiligingscurves en drempelwaarden toe, bepaalt wanneer de beveiliging moet worden uitgeschakeld en wanneer deze opnieuw moet worden ingeschakeld, telt de herinschakelpogingen en voert een vergrendeling uit wanneer de geprogrammeerde sequentie is uitgeput. Omdat het aantal herinschakelpogingen, de dode tijden tussen de pogingen en de specifieke tijd-overstroomcurves (TOC) of momentane overstroomcurves (INST) die aan elke bewerking zijn toegewezen, allemaal in de controllerconfiguratie zijn gedefinieerd, zijn deze parameters projectspecifiek. Er mag niet zomaar van worden uitgegaan dat een standaardinstelling van de fabrikant voldoet aan de coördinatievereisten van een bepaalde voedingslijn zonder een formele studie.
Een communicatie-interface — IEC 61850, DNP3 via glasvezel of mobiel netwerk, of een ander door de netbeheerder goedgekeurd protocol — verbindt de controller met het distributiebeheer- of SCADA-platform. Inzicht op afstand in de apparaatstatus, de grootte van de kortsluitstroom, de vergrendelingsindicatie en de in-/uitschakeling van de herinschakeling worden geregeld via de communicatieconfiguratie, niet via de schakelunit zelf. De productpagina van de automatische vacuümcircuit-herinschakelaar beschrijft de architectuur van het pakket in de context van moderne smart grid-implementaties.
Storingen in bovengrondse distributienetten kunnen van voorbijgaande aard zijn, bijvoorbeeld na tijdelijk contact met de omgeving, of permanent, bijvoorbeeld na een beschadigde geleider of isolator. Wanneer een storing is verholpen en de goedgekeurde beveiligingsprocedure herinschakeling toestaat, kan een herinschakelingspoging de stroomvoorziening herstellen. De uiteindelijke gevolgen van de storing en de juiste procedure zijn afhankelijk van de toestand van de voedingslijn en het beveiligingsonderzoek.
De inschakel- en uitschakelprocedure van een automatische herinschakelaar is ontworpen om onderscheid te maken tussen deze twee soorten storingen. Het garandeert geen specifieke uitschakelsnelheid voor tijdelijke storingen; de uitkomst is afhankelijk van het type storing, de lengte van de voedingskabel, de configuratie van de geleiders en de specifieke procedure die in de controller is geprogrammeerd.
Figuur 3. Conceptuele beveiligingssequentie met uitschakeling, dode tijd, herinschakelpoging en vergrendeling — het specifieke aantal bewerkingen en de timing worden door de controller en het project bepaald.
Na een uitschakeling wacht de controller een vooraf ingestelde wachttijd voordat een herinschakelcommando wordt gegeven. Als de storing is verholpen, wordt de lijn weer onder spanning gezet en reset de herinschakelaar na een geprogrammeerde resettijd. Als de storing aanhoudt, schakelt het apparaat opnieuw uit en kan het meerdere herinschakelpogingen ondernemen – telkens met een wachttijd ertussen – voordat de vergrendeling wordt bereikt. Het aantal bewerkingen en de wachttijden ertussen worden in de controller ingesteld om te voldoen aan het beveiligingscoördinatieplan van de voedingslijn; dit zijn geen vaste productkenmerken.
Een vergrendeling treedt op wanneer de herinschakelaar zijn geprogrammeerde sequentie heeft doorlopen en de lijn spanningsloos houdt. Een bewuste reset – lokaal of via SCADA – is nodig voordat het apparaat opnieuw kan proberen te sluiten. Vergrendeling beschermt apparatuur stroomafwaarts tegen herhaalde blootstelling aan foutstromen en signaleert operationeel personeel dat een fysieke inspectie nodig is voordat de stroomtoevoer wordt hersteld.
Een herinschakelaar in een voedingslijncoördinatieschema werkt samen met zekeringen op aftakkingen en andere beveiligingsapparaten. Bij een eerste fout kan de herinschakelaar een snelle curve toepassen, bedoeld om te reageren voordat een zekering op een aftakking doorslaat, waardoor de zekering behouden blijft voor permanente fouten op die aftakking. Bij volgende inschakelingen kan de curve langzamer worden, waardoor de zekering een permanente fout op een aftakking kan verhelpen terwijl de herinschakelaar de hoofdvoedingslijn gesloten houdt. Deze coördinatielogica wordt volledig in de controller gedefinieerd en moet voor elke voedingslijntopologie afzonderlijk worden ontworpen. Zie het overzicht van schakelen en beveiliging in slimme netwerken voor de bredere context van distributieautomatisering.
| Apparaat | Onderbreekt foutstroom | Automatisch opnieuw sluiten | Sensoren en regelaar | Afstandsbediening | Hoofdrol |
|---|---|---|---|---|---|
| Hersluiter | Voor de geselecteerde onderbrekingsdienst | Projectgeprogrammeerde volgorde waar gespecificeerd | Geselecteerd sensor- en besturingspakket | Indien het geselecteerde communicatiepakket dit biedt | Beveiliging en automatisering van de feeder |
| Zekering uitschakeling | Binnen de compatibele zekering- en montagespecificaties | Nee | Voor de werking van de zekering is geen controller nodig. | Niet als automatische beveiligingsfunctie | Aansluitings- en transformatorfoutisolatie |
| Lastscheidingsschakelaar | Niet als een op zichzelf staand apparaat voor het verhelpen van storingen. | Nee | Modelspecifiek | Modelspecifiek | Sectie-indeling en lastomschakeling |
| Stroomonderbreker van het onderstation | Voor de geselecteerde schakelbelasting | Externe relais en schema-afhankelijk | Extern relais- en besturingsschema | Afhankelijk van het schema | Bus- en voedingsbeveiliging bij het onderstation |
Een uitschakelzekering zorgt voor passieve, eenmalige foutisolatie op een aftakking; deze kan niet opnieuw inschakelen, kan zijn reactie niet aanpassen tussen verschillende werkingen en registreert geen elektronische fouten. Een middenspanningsschakelaar werkt binnen een schakelinstallatie die wordt aangestuurd door een apart beveiligingsrelais en wordt voornamelijk toegepast bij de bus- en voedingsschakelaars in onderstations – niet voor autonome distributiecentra in het midden van de lijn. Het verwarren van deze functies leidt tot verkeerd toegepaste apparatuur en coördinatieproblemen.
Normcontext: de classificatie van apparatuur en de prestatie-eisen voor herinschakelaars in distributienetten worden behandeld in IEC 62271-111 , die betrekking heeft op herinschakelaars en foutonderbrekers voor wisselstroomdistributienetten met een nominale spanning van meer dan 1 kV.
De onderstaande tabel is een gestructureerde eerste-triagehandleiding. Deze vervangt niet de operationele procedures van de nutsbedrijven of de servicedocumentatie van de fabrikant.
| Symptoom | Eerste test | waarschijnlijke oorzaak | Volgende actie |
|---|---|---|---|
| Herinschakelaar in vergrendeling, voedingslijn spanningsloos | Controleer de vergrendelingsindicatie op het display van de controller of het SCADA-systeem; raadpleeg het foutstroomlogboek. | Permanente fout op beveiligd segment | Niet resetten totdat de gegevens van de patrouille of foutzoeker bevestigen dat de storing verholpen is. |
| De herinschakelaar schakelt herhaaldelijk in en uit zonder de vergrendeling te bereiken. | Controleer het gebeurtenislogboek van de controller op de grootte van de foutstroom en het aantal bewerkingen; bevestig de status van de reset-timer. | Terugkerende tijdelijke storing of grensgeval van een permanente storing | Controleer de foutlocatiegegevens; inspecteer de bovenleiding op mechanische contactpunten. |
| De herinschakelaar schakelt niet uit tijdens een bevestigde storing. | Controleer de voedingsspanning van de regelaar; controleer de continuïteit van de secundaire circuits van de stroomtransformatoren. | Stroomuitval, doorgebrande stuurzekering of onderbroken secundaire stroomtransformatorwikkeling | Herstel de stroomtoevoer volgens de procedure; omzeil nooit de secundaire CT-component. |
| De herinschakelaar sluit, maar schakelt vervolgens onmiddellijk weer uit. | Controleer de fase- en aardingsoverstroomwaarden van de controller; controleer de spanning aan de voedingszijde. | De storing is nog steeds aanwezig, of de pick-up-instelling komt niet overeen met het huidige belastingsprofiel. | Controleer of de invoeropening vrij is voordat u deze handmatig sluit; raadpleeg de beveiligingstechnicus voor een controle van de ophaalprocedure. |
| Communicatieverlies met SCADA | Controleer de statusindicator van de communicatiemodule; controleer de continuïteit van de glasvezel- of mobiele verbinding. | Storing in het communicatiepad of modulefout | Herstel het pad volgens de netwerkprocedure; lokale beveiliging blijft onafhankelijk actief. |
Figuur 4. Technische beoordelingsfase: de input voor de controllerconfiguratie en coördinatiestudie wordt beoordeeld aan de hand van de feedertopologie vóór de aanschaf.
Onvolledige specificaties voor de automatische herinschakelaar leiden tot apparatuur die niet zonder kostbare aanpassingen ter plaatse kan worden gecoördineerd. Voordat u een offerte aanvraagt, dient u het volgende te definiëren:
Een stroomonderbreker is een schakel- en onderbrekingsinrichting die is ontworpen om te werken onder controle van een apart extern beveiligingsrelais binnen een schakelinstallatie. Een herinschakelaar integreert de onderbreker, de sensor en de controller in één behuizing voor buitengebruik, bedoeld voor autonome werking op een distributieleiding. De stroomonderbreker is afhankelijk van externe relaislogica; de herinschakelaar heeft zijn beveiligingsinformatie intern en is ontworpen om de volledige fout-tot-vergrendelingssequentie te voltooien zonder commando vanuit de controlekamer.
Deze apparaten vervullen fundamenteel verschillende coördinatierollen. Een zekeringuitschakelaar biedt passieve, eenmalige foutisolatie, afgestemd op het zekeringelement. Een herinschakelaar biedt actieve, programmeerbare foutonderbreking met meerdere functies. Het vervangen van het ene door het andere verandert het coördinatieschema voor elk apparaat stroomopwaarts en stroomafwaarts; elke dergelijke wijziging vereist een formeel onderzoek naar de beveiligingscoördinatie voordat deze wordt doorgevoerd.
De herinschakelprocedure — aantal bewerkingen, dode tijden en curve-toewijzingen — wordt opgeslagen in de controllerconfiguratie. Op apparaten met een communicatie-interface kunnen bevoegde medewerkers deze parameters wijzigen via SCADA of een lokale interface zonder het apparaat buiten bedrijf te stellen. Alle wijzigingen in de beveiligingsinstellingen moeten het wijzigingsbeheer- en coördinatieproces van de nutsmaatschappij doorlopen voordat ze worden doorgevoerd.
De stroomvoorziening en -vereisten voor de besturing zijn apparaat- en projectspecifiek. Gangbare methoden zijn onder andere een potentiële transformator die de voedingsspanning aftapt, een aparte batterij met lader of een door zonne-energie ondersteunde voeding voor installaties op afstand. De controller moet van stroom voorzien blijven, zelfs wanneer de netspanning wegvalt, om foutlogboeken, de vergrendelingsstatus en de communicatie te behouden. Stroomuitval is een meldingsplichtige situatie die kan wijzen op een beveiligingslek.
Via de communicatie-interface rapporteert een herinschakelaar de status, de grootte van de kortsluitstroom, het aantal bewerkingen en de vergrendelingsstatus aan het distributiebeheersysteem. Binnen het door de netbeheerder vastgestelde autorisatiekader kan de schakelaar op afstand open-, sluit- en configuratiecommando's ontvangen. In een distributieautomatiseringstoepassing kunnen meerdere herinschakelaars en sectieschakelaars worden gecoördineerd om automatische foutisolatie en herstel van de stroomvoorziening over verschillende voedingssegmenten te realiseren – een systeemontwerp dat onafhankelijk van elk afzonderlijk apparaat moet worden gespecificeerd en bestudeerd.
Voor de selectie van apparatuur, studies naar de coördinatie van beveiliging en de configuratie van de controller, dient u uw beveiligingsteam te raadplegen en de toepasselijke IEC-normen en specificaties van de nutsbedrijven te bekijken alvorens tot aanschaf of inbedrijfstelling over te gaan.
