Mi történik, ha középfeszültségű kapcsolóberendezés helyett alacsony feszültségű kapcsolóberendezést használ?

Az elektromos rendszerekben,kisfeszültségű (LV) kapcsolóberendezésésközépfeszültségű (MV) kapcsolóberendezésteljesen eltérő feszültségtartományokhoz, alkalmazásokhoz és biztonsági szabványokhoz tervezték. A kisfeszültségű kapcsolóberendezések jellemzően 1000 V AC feszültségig működnek, míg a középfeszültségű kapcsolóberendezések 3 kV és 36 kV (egyes szabványok esetén 38 kV) közötti tartományban működnek. A kisfeszültségű kapcsolóberendezés használata a középfeszültségű kapcsolóberendezés helyett nem csupán a specifikáció hibája, hanem az elektrotechnikai elvek veszélyes megsértése. Az alábbiakban részletes elemzést olvashat arról, hogy mi történne egy ilyen forgatókönyv esetén.

1. Azonnali dielektromos meghibásodás (szigetelési hiba)

A legközvetlenebb és legkatasztrofálisabb következmény a szigetelés meghibásodása lenne. A kisfeszültségű kapcsolóberendezéseket hézagokkal (légrésekkel) és kúszótávolságokkal tervezték, amelyek csak 1000 V-ig alkalmasak. Amikor középfeszültségnek (pl. 11 kV vagy 33 kV) van kitéve, a gyűjtősínek, a kivezetések és a burkolat közötti levegő ionizálódna, és átgyulladna. Az eredmény egy heves belső ívvillanás, amely valószínűleg a kapcsolóberendezés felrobbanásához vezet.

2. Ívvillanás és tűzveszély

A középfeszültségű hibák lényegesen nagyobb energiát szabadítanak fel, mint a kisfeszültségű hibák. A kisfeszültségű kapcsolóberendezésekből hiányoznak az ívoltó kamrák, az ívcsatornák és a nyomáscsökkentő mechanizmusok, amelyek a középfeszültségű kapcsolóberendezésekben találhatók (például SF6 gáz- vagy vákuummegszakítók). Amikor ív lép fel a kisfeszültségű kapcsolóberendezésben középfeszültségű szinten, az ív hőmérséklete meghaladhatja a 10 000 °C-ot, és elpárolog a réz és az acél. A nyomáshullámok lefújhatják az ajtókat a burkolatokról, és megsérülhetnek a közelben tartózkodók. Az olvadt fém és az ionizált gázok meggyújthatják a környező anyagokat. Az eredmény nagy kockázatú tűz és robbanás, amely gyakran végzetes következményekkel jár a kezelőkre nézve.

3. Az áramköri megszakítók teljes megsemmisítése

A kisfeszültségű megszakítók (pl. öntött házas vagy levegős megszakítók) névleges megszakítóképességgel (Icu) rendelkeznek kisfeszültségű hibákhoz, de nem arra tervezték őket, hogy megszakítsák a középfeszültségű hibaáramokat. Középfeszültségű hiba esetén a megszakító érintkezői összehegeszthetők az elégtelen érintkezési nyomás és az ívmegszakítási képesség miatt. Előfordulhat, hogy az ív a természetes áram nulla kereszteződésénél nem alszik ki, ami tartós ívképződéshez vezet. A megszakító háza a belső ívnyomás miatt összetörhet. Következésképpen a megszakító nem szünteti meg a hibát, és a felső feszültségű védelemnek (pl. az alállomáson lévő betápláló megszakítónak) ki kell kapcsolnia – de addigra a kisfeszültségű kapcsolóberendezés már megsemmisült.

4. Az elektromos biztonság elvesztése és a személyzet veszélye

A középfeszültségű kapcsolóberendezések olyan kötelező biztonsági funkciókat tartalmaznak, amelyekkel a kisfeszültségű kapcsolóberendezések nem rendelkeznek, ideértve a földelőkapcsolókat a kábelek biztonságos földeléséhez a leválasztás után, a feszültségjelenlét-jelzőket és a rögzített érintkezőkön lévő redőnyöket, a reteszelőket, amelyek megakadályozzák a feszültség alatt álló részekhez való hozzáférést (például Castell vagy mágneses reteszelés), valamint a távoli állványokat ívvillanáscsillapító rendszerekkel. E tulajdonságok nélkül az üzemeltetők, akik megkísérlik karbantartani vagy leválasztani a középfeszültségű áramkört egy kisfeszültségű panelen belül, közvetlen veszélynek vannak kitéve a lépés- és érintési potenciálok, a kapacitív töltések és a nem zárt ívvillanás miatt. Az eredmény az elektromos személyzet súlyos sérüléséhez vagy halálához vezethet.

5. Túlmelegedés és termikus kifutás

A MV kapcsolóberendezést nagyobb folyamatos áramok és rövid idejű ellenállási áramok kezelésére tervezték (pl. 25 kA 1-3 másodpercig). A kisfeszültségű gyűjtősínek és csatlakozások kisebbek és kisebb a termikus tömegük. MV körülmények között még a normál terhelési áram is túlzott felmelegedést okozhat az alulméretezett gyűjtősínek miatt. Hiba esetén az I²t energia szinte azonnal megolvasztja a rézsíneket és a szigetelést. Ez a szigetelés megolvadásához, fázisok közötti rövidzárlatokhoz és lépcsőzetes meghibásodásokhoz vezet.

6. Megbízhatatlan védelmi koordináció

A kisfeszültségű védőrelék (gyakran megszakítókba integrálva) egyszerű kioldási görbékkel és korlátozott kommunikációval rendelkeznek. A középfeszültségű rendszerek kifinomult védelmi reléket igényelnek olyan jellemzőkkel, mint a differenciálvédelem, az irányított túláram, a távolságvédelem (impedancia) és a megszakító meghibásodás elleni védelem. A középfeszültségű forráshoz csatlakoztatott kisfeszültségű kapcsolóberendezés nem tud különbséget tenni a kisebb túlterhelés és a jelentős hiba között. Az eredmény kellemetlen kioldás – vagy ami még rosszabb, egyáltalán nem botlik meg. Végső soron az alállomás teljes megszakítója leoldhat, ami széleskörű áramszünetet okozhat.

7. Az elektromos előírások és szabványok megsértése

A kisfeszültségű kapcsolóberendezések MV áramkörön történő használata megsért szinte minden fontosabb elektromos szabályt, beleértve az IEC 61439 (kisfeszültségű szerelvények) és az IEC 62271-200 (középfeszültségű fémzáras kapcsolóberendezések), az NEC (NFPA 70) 240. és 490. cikkét, valamint az IEEE C37.20.2 MV kapcsolóberendezést. Ez baleset esetén jogi felelősséget, biztosítás érvénytelenítését és esetleges gondatlanság miatti vádakat von maga után.

8. A downstream berendezések károsodása

Még ha a kisfeszültségű kapcsolóberendezés rövid ideig fennmaradna is – ami rendkívül valószínűtlen – a feszültségtranszformáció hibás lenne. A középfeszültségű rendszerek gyakran szállítanak lecsökkentő transzformátorokat. A kisfeszültségű kapcsolóberendezés elhelyezése a középfeszültségű/kisfeszültségű transzformátor előtt fizikailag lehetetlen, mert a kisfeszültségű kapcsolóberendezés szigetelése meghibásodik, mielőtt elérné a transzformátor primer oldalát, és a transzformátor bekapcsolási árama kioldja vagy tönkreteszi a kisfeszültségű megszakítókat. Ennek eredményeként az összes terhelés elvesztése és a transzformátor esetleges károsodása következik be.

Következtetés – Miért nem szabad ezt soha megtenni?

Összefoglalva, a kisfeszültségű kapcsolóberendezések 1 kV-ig terjedő feszültségre, míg a középfeszültségű kapcsolóberendezések 3 kV és 36 kV közötti feszültségre vannak méretezve. A kisfeszültségű kapcsolóberendezések korlátozott ívmegszakítási képességgel rendelkező levegős kioltáson alapulnak, míg a középfeszültségű kapcsolóberendezések vákuumot vagy SF6-ot használnak a megbízható ívoltáshoz. A kisfeszültségű megszakítók megszakítóképessége nem elegendő a középfeszültségű hibaáramokhoz, ami hegesztett érintkezőkhöz és robbanáshoz vezet. A kisfeszültségű kapcsolóberendezések biztonsági jellemzői alapvetőek, míg a középfeszültségű kapcsolóberendezések földelő kapcsolókat, redőnyöket és reteszeket tartalmaznak a halálos sokk megelőzése érdekében. Végül a kisfeszültségű kapcsolóberendezéseknek meg kell felelniük az IEC 61439 szabványnak, míg a középfeszültségű kapcsolóberendezéseknek meg kell felelniük az IEC 62271-200 szabványnak – egy olyan szabványnak, amelyet a kisfeszültségű berendezések nem teljesíthetnek.

Végső válasz:Kisfeszültségű kapcsolóberendezés használata középfeszültségű kapcsolóberendezés helyett azonnali szigetelési meghibásodást, heves ívfelvillanást, a berendezés tönkremenetelét, a személyi sérülések rendkívüli kockázatát, valamint az elektromos biztonsági előírások teljes megsértését eredményezheti. Soha semmilyen körülmények között nem megengedett. Ha középfeszültségű kapcsolókészülékre van szükség, az egyetlen helyes megoldás az adott feszültségosztályra tervezett, tesztelt és tanúsított, megfelelően névleges MV kapcsolóberendezés használata.