Wie funktioniert die automatische Wiedereinschaltung in Stromnetzen?

Die automatische Wiedereinschaltung (AWE) ist ein Schutzverfahren in Stromnetzen, bei dem ein Schutzrelais nach einer kurzen Unterbrechung selbstständig versucht, eine abgeschaltete Leitung wieder einzuschalten. Sie kommt vor allem bei Lichtbogenfehlern zum Einsatz, die sich nach dem Abschalten von selbst löschen. Der folgende Artikel beantwortet die wichtigsten Fragen rund um Funktionsweise, Einsatzgrenzen und Normierung der Wiedereinschaltautomatik.

Welche Fehler lösen eine automatische Wiedereinschaltung aus?

Eine automatische Wiedereinschaltung wird ausgelöst, wenn ein Schutzrelais einen vorübergehenden Fehler im Netz erkennt, also einen Fehler, der sich nach dem Abschalten der Leitung selbst auflöst. Der häufigste Auslöser ist der Lichtbogenfehler, der durch Blitzeinschlag, Äste auf Freileitungen oder Überspannungen entsteht und in der Mehrzahl der Fälle transient ist.

Konkret unterscheidet man zwei Fehlerkategorien, die für die AWE relevant sind:

Transiente Fehler: Kurzschlüsse durch Blitzeinschlag, Vogelkontakt oder Äste, die nach der Kurzunterbrechung im Stromnetz verschwinden. Diese Fehler machen in Freileitungsnetzen erfahrungsgemäß den größten Anteil aller Störungen aus.
Semi-permanente Fehler: Störungen, die sich nach einem oder zwei Wiedereinschaltversuchen auflösen, etwa durch das Abbrennen eines Astes im Lichtbogen.

Permanente Fehler, wie ein gerissenes Kabel oder ein dauerhafter Erdschluss, lösen zwar technisch ebenfalls eine AWE aus, scheitern aber beim Wiedereinschaltversuch. Das Schutzrelais erkennt den anhaltenden Fehler und schaltet die Leitung endgültig ab. Im Kabelnetzbetrieb ist die AWE deshalb deutlich seltener sinnvoll, da Kabelfehler fast immer permanent sind.

Wie läuft der technische Ablauf einer Wiedereinschaltung ab?

Der technische Ablauf einer automatischen Wiedereinschaltung folgt einer klar definierten Sequenz: Das Schutzrelais erkennt den Fehler, gibt einen Auslösebefehl an den Leistungsschalter, wartet eine festgelegte Pausenzeit ab und sendet anschließend einen Einschaltbefehl. Bleibt die Leitung nach dem Einschalten fehlerfrei, gilt der Vorgang als erfolgreich.

Im Detail sieht der Ablauf so aus:

Fehlererkennung: Das Schutzrelais misst Strom- und Spannungswerte und identifiziert eine Abweichung, die einem Kurzschluss oder Erdschluss entspricht.
Auslösung: Der Leistungsschalter öffnet und trennt die fehlerhafte Leitung vom Netz. Der Lichtbogen erlischt, weil kein Strom mehr fließt.
Pausenzeit (Totzeit): Das System wartet eine voreingestellte Zeit, damit sich der Lichtbogen vollständig deionisieren kann. Diese Totzeit ist entscheidend für den Erfolg der Wiedereinschaltung.
Wiedereinschaltversuch: Der Leistungsschalter schließt wieder. Das Schutzrelais überwacht sofort, ob der Fehler noch vorhanden ist.
Bewertung: Ist die Leitung fehlerfrei, kehrt das System in den Normalbetrieb zurück. Liegt noch ein Fehler vor, wird endgültig abgeschaltet oder ein weiterer Versuch gestartet, je nach Konfiguration.

Moderne Wiedereinschaltautomatiken sind in die Schutzrelais integriert und kommunizieren direkt mit dem Leistungsschalter sowie dem übergeordneten Netzleitsystem. Die Anzahl der Wiedereinschaltversuche und die jeweiligen Pausenzeiten lassen sich projektspezifisch parametrieren.

Was ist der Unterschied zwischen schneller und langsamer Wiedereinschaltung?

Der Unterschied zwischen schneller und langsamer Wiedereinschaltung liegt in der Länge der Pausenzeit zwischen Auslösung und erneutem Einschalten. Bei der schnellen Wiedereinschaltung beträgt die Totzeit typischerweise unter einer Sekunde, bei der langsamen Variante liegt sie zwischen mehreren Sekunden und einigen Minuten.

Schnelle Wiedereinschaltung

Die schnelle AWE, auch als Kurzunterbrechung bezeichnet, wird vor allem im Hochspannungsnetz eingesetzt. Ziel ist es, die Versorgungsunterbrechung für Verbraucher so kurz wie möglich zu halten. Die Pausenzeit muss dabei lang genug sein, damit der Lichtbogen sicher erlischt und die Luft zwischen den Leitern wieder isolierende Eigenschaften gewinnt. Bei Hochspannungsfreileitungen liegt diese Zeit typischerweise im Bereich von 0,3 bis 0,5 Sekunden. Synchrongeneratoren und empfindliche Lasten können durch eine schnelle AWE unter Umständen destabilisiert werden, weshalb der Einsatz sorgfältig geplant werden muss.

Langsame Wiedereinschaltung

Die langsame AWE wird bevorzugt im Mittelspannungsnetz und bei Leitungen eingesetzt, an denen empfindliche Lasten oder komplexe Schutzkonzepte vorhanden sind. Die längere Pausenzeit gibt dem Netzbetriebspersonal die Möglichkeit, den Fehler zu bewerten, und sorgt dafür, dass angeschlossene Anlagen sicher heruntergefahren werden können. Außerdem erlaubt die längere Totzeit das sichere Erlöschen von Fehlerlichtbögen auch unter ungünstigen Bedingungen, etwa bei hoher Luftfeuchtigkeit oder starkem Wind.

Wann sollte keine automatische Wiedereinschaltung eingesetzt werden?

Eine automatische Wiedereinschaltung sollte nicht eingesetzt werden, wenn permanente Fehler wahrscheinlich sind, wenn angeschlossene Anlagen durch eine Wiedereinschaltung beschädigt werden könnten oder wenn Sicherheitsrisiken für Personen bestehen. In Kabelnetzen, Industrieeinspeiseleitungen und Bereichen mit Personengefährdung ist die AWE in der Regel nicht geeignet.

Die wichtigsten Ausschlusskriterien im Überblick:

Kabelnetze: Kabelfehler sind nahezu immer permanent. Ein Wiedereinschaltversuch belastet das Kabel zusätzlich und kann den Schaden ausweiten.
Personengefährdung: Wenn Wartungsarbeiten an der Leitung möglich sind oder Personen in der Nähe von Freileitungen arbeiten, darf keine AWE aktiv sein. Ein unerwartetes Wiedereinschalten wäre lebensgefährlich.
Empfindliche Industrieprozesse: Produktionsanlagen, die durch eine Kurzunterbrechung beschädigt werden oder unkontrolliert in einen unsicheren Zustand geraten können, dürfen nicht über Leitungen mit aktiver AWE versorgt werden.
Transformatoren und Generatoren: Bestimmte Betriebsmittel vertragen eine Wiedereinschaltung ohne vorherige Synchronisierung nicht. Hier sind spezielle Schutzkonzepte erforderlich.

Netzbetreiber und Anlagenplaner müssen die AWE-Eignung jeder Leitung individuell bewerten und dokumentieren. Eine pauschale Aktivierung ohne Analyse des Netzabschnitts ist aus Sicherheitsgründen nicht zulässig.

Wie beeinflusst die automatische Wiedereinschaltung die Anlagensteuerung in der Industrie?

Die automatische Wiedereinschaltung beeinflusst industrielle Anlagensteuerungen erheblich, weil eine Kurzunterbrechung im Stromnetz, selbst von wenigen hundert Millisekunden, zu Steuerungsausfällen, Datenverlust oder unkontrollierten Maschinenzuständen führen kann. Industriebetriebe müssen ihre Automatisierungssysteme gezielt auf AWE-bedingte Spannungseinbrüche vorbereiten.

Folgende Auswirkungen sind in der Praxis relevant:

SPS-Ausfall: Speicherprogrammierbare Steuerungen, die ohne unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) betrieben werden, können bei einer Kurzunterbrechung neu starten und Produktionsprozesse unterbrechen.
Antriebsstörungen: Frequenzumrichter und Motorsteuerungen reagieren empfindlich auf Spannungseinbrüche und schalten bei Unterschreitung eines Schwellwerts ab. Der Wiederanlauf muss dann manuell oder über definierte Anlaufprogramme erfolgen.
Datenverlust in Prozessleitsystemen: SCADA-Systeme und HMI-Einheiten können bei unerwarteten Spannungsunterbrechungen Prozessdaten verlieren, wenn keine redundante Spannungsversorgung vorhanden ist.
Sicherheitsrelevante Zustände: Maschinen, die sich in einem sicherheitskritischen Bewegungsablauf befinden, können durch einen AWE-bedingten Steuerungsausfall in einen gefährlichen Zustand geraten.

Industriebetriebe begegnen diesen Risiken durch USV-Systeme, Puffermodule für Steuerungen, definierte Wiederanlaufprogramme und die enge Abstimmung zwischen Netzschutzkonzept und Automatisierungsarchitektur. Wer eine neue Produktionslinie plant oder eine bestehende Anlage modernisiert, sollte das Thema AWE frühzeitig in die Planung der Energieverteilung einbeziehen.

Welche Normen und Standards regeln die automatische Wiedereinschaltung?

Die automatische Wiedereinschaltung wird durch eine Reihe internationaler und nationaler Normen geregelt, die Anforderungen an Schutzrelais, Leistungsschalter und Netzschutzkonzepte definieren. Die wichtigsten Regelwerke stammen aus der IEC-Normenfamilie sowie den VDE-Bestimmungen.

Die zentralen Normen im Überblick:

IEC 60255-111: Diese internationale Norm definiert Anforderungen an Schutzrelais mit AWE-Funktion, einschließlich der Anforderungen an Pausenzeiten, Wiedereinschaltversuche und die Rückfalllogik.
IEC 61850: Der Standard für die Kommunikation in Umspannwerken regelt auch die Integration der AWE-Funktion in digitale Schutz- und Leitsysteme. Die Funktion RREC (Auto Reclosing) ist hier standardisiert beschrieben.
VDE 0100 und VDE-AR-N 4110/4120: Die deutschen Anwendungsregeln für den Anschluss von Mittel- und Hochspannungsanlagen enthalten konkrete Vorgaben für den Einsatz von Schutzeinrichtungen, einschließlich der AWE, am Netzanschlusspunkt.
ENTSO-E Network Codes: Auf europäischer Ebene legen die Netzcodes der europäischen Übertragungsnetzbetreiber übergreifende Anforderungen an den Netzschutz und damit auch an die AWE im Übertragungsnetz fest.

Netzbetreiber erstellen auf Basis dieser Normen eigene technische Anschlussbedingungen (TAB), die für alle Anlagen im jeweiligen Netzgebiet verbindlich sind. Wer Schutzkonzepte plant oder Schutzrelais parametriert, muss die aktuell gültigen TAB des zuständigen Netzbetreibers kennen und einhalten.

Wie KSV bei der Planung sicherer Netzschutzkonzepte unterstützt

Die automatische Wiedereinschaltung ist kein isoliertes Thema. Sie ist eingebettet in ein übergreifendes Netzschutzkonzept, das Energie- und Anlagentechnik, Schutzrelais, Leistungsschalter und Anlagensteuerung miteinander verbindet. Genau hier setzen wir bei KSV an.

Als Spezialist für Energieverteilungssysteme und Industrieautomation begleiten wir Industriebetriebe und Infrastrukturbetreiber von der Planung bis zur Inbetriebnahme. Konkret unterstützen wir bei folgenden Aufgaben:

Planung und Auslegung von Mittelspannungsschaltanlagen und Niederspannungshauptverteilungen unter Berücksichtigung der AWE-Anforderungen
Auswahl, Parametrierung und Inbetriebnahme von Schutzrelais mit Wiedereinschaltautomatik
Integration von Netzschutzfunktionen in SCADA- und Prozessleitsysteme
Abstimmung zwischen Energieverteilung und Steuerungs- und Automatisierungstechnik, damit AWE-bedingte Kurzunterbrechungen keine unkontrollierten Maschinenzustände verursachen
Einhaltung aller relevanten VDE-Normen und technischen Anschlussbedingungen der Netzbetreiber

Wir bieten all das aus einer Hand, von der Netzberechnung und Schutzkonzeption über den Schaltanlagenbau bis zur SPS-Programmierung und Inbetriebnahme. Sprechen Sie unser Unternehmen an, und wir entwickeln gemeinsam ein Schutzkonzept, das Ihre Anlage zuverlässig absichert.