Що трапиться, якщо використовувати розподільний пристрій низької напруги замість розподільного пристрою середньої напруги?

В системах електроенергії,низьковольтні (НН) розподільні пристроїірозподільні пристрої середньої напруги (СН).призначені для абсолютно різних діапазонів напруги, застосування та стандартів безпеки. Розподільні пристрої низького напруги зазвичай працюють при напрузі до 1000 В змінного струму, тоді як розподільні пристрої середнього напруги охоплюють діапазони від 3 кВ до 36 кВ (або до 38 кВ у деяких стандартах). Використання розподільного пристрою низького напруги замість розподільного пристрою середньої напруги - це не просто помилка в специфікаціях - це небезпечне порушення принципів електротехніки. Нижче наведено детальний аналіз того, що станеться за такого сценарію.

1. Миттєвий пробій діелектрика (порушення ізоляції)

Найбільш негайним і катастрофічним наслідком буде руйнування ізоляції. Розподільний пристрій низького напруги розроблений із зазорами (повітряними зазорами) і шляхами витоку, придатними лише для напруги до 1000 В. Під впливом середньої напруги (наприклад, 11 кВ або 33 кВ) повітря між шинами, клемами та корпусом іонізується та спалахує. Результатом є сильний спалах внутрішньої дуги, що, ймовірно, призведе до вибуху розподільного пристрою.

2. Небезпека спалаху дуги та пожежі

Замики середньої напруги вивільняють значно більше енергії, ніж замики низької напруги. У розподільних пристроях низького напруги відсутні дугогасильні камери, дугогасильні жолоби та механізми скидання тиску, які є в розподільних пристроях середнього напруги (наприклад, газ SF6 або вакуумні переривачі). Коли в розподільних пристроях НН виникає дуга на рівнях середньої напруги, температура дуги може перевищувати 10 000 °C, випаровуючи мідь і сталь. Хвилі тиску можуть знести двері з корпусів і поранити персонал, який знаходиться поблизу. Розплавлений метал та іонізовані гази можуть запалити навколишні матеріали. Результатом є висока небезпека пожежі та вибуху, часто зі смертельними наслідками для операторів.

3. Повне знищення автоматичних вимикачів

Низьковольтні автоматичні вимикачі (наприклад, у формованому корпусі або повітряні автоматичні вимикачі) мають номінальну вимикальну здатність (Icu) для замикань низької напруги, але вони не призначені для переривання струмів замикання середньої напруги. Коли виникає несправність середнього напруги, контакти вимикача можуть спаятися разом через недостатній контактний тиск і здатність розривати дугу. Дуга може не згаснути при перетині природного струму через нуль, що призведе до тривалого горіння дуги. Корпус вимикача може розбитися через внутрішній тиск дуги. Отже, автоматичний вимикач не може усунути несправність, і захист середнього напруги вище за течією (наприклад, фідерний вимикач на підстанції) повинен спрацьовувати — але на той час розподільчий пристрій НН вже було зруйновано.

4. Втрата електричної безпеки та небезпека для персоналу

Розподільні пристрої середньої напруги включають обов’язкові функції безпеки, яких немає в розподільних пристроях НН, включаючи заземлювальні вимикачі для безпечного заземлення кабелів після ізоляції, індикатори наявності напруги та засувки над фіксованими контактами, блокування для запобігання доступу до струмоведучих частин (таких як блокування Castell або електромагнітне блокування) і дистанційну стійку з системами пом’якшення спалаху дуги. Без цих функцій оператори, які намагаються підтримувати або ізолювати ланцюг середнього напруги всередині панелі низького навантаження, стикаються з безпосередньою небезпекою через потенціали кроку та дотику, ємнісні заряди та нестримний спалах дуги. Результатом є важкі травми або смерть електротехнічного персоналу.

5. Перегрів і теплова втеча

Розподільні пристрої середнього напруги призначені для роботи з більшими безперервними струмами та короткочасними витримковими струмами (наприклад, 25 кА протягом 1–3 секунд). LV шини та з'єднання менші та мають меншу теплову масу. За умов середньої напруги навіть нормальний струм навантаження може спричинити надмірне нагрівання через занижені шини. Під час несправності енергія I²t розплавить мідні шини та ізоляцію майже миттєво. Це призводить до оплавлення ізоляції, міжфазних коротких замикань і каскадних відмов.

6. Ненадійна координація захисту

Захисні реле НН (часто вбудовані в вимикачі) мають прості криві спрацьовування та обмежений зв’язок. Для систем середнього напруги потрібні складні захисні реле з такими функціями, як диференціальний захист, спрямована перевантаження по струму, дистанційний захист (імпеданс) і захист від відмови вимикача. Розподільний пристрій низького напруги, підключений до джерела середньої напруги, не зможе відрізнити незначне перевантаження від серйозної несправності. Результатом є неприємне відключення — або ще гірше, відключення взагалі не відбувається. Зрештою, весь вимикач підстанції вище за течією може спрацювати, викликаючи повсюдне знеструмлення.

7. Порушення електричних норм і стандартів

Використання розподільного пристрою низького напруги в ланцюзі середньої напруги порушує майже всі основні електричні норми, включаючи IEC 61439 (вузли НН) проти IEC 62271-200 (розподільний пристрій середнього напруги в металевому корпусі), статті 240 і 490 NEC (NFPA 70) і IEEE C37.20.2 для розподільного пристрою середнього напруги. Це призводить до юридичної відповідальності, анулювання страховки та потенційних звинувачень у кримінальній недбалості у разі аварії.

8. Пошкодження наступного обладнання

Навіть якби розподільчий пристрій НН проіснував короткий час — що вкрай малоймовірно — перетворення напруги було б неправильним. Системи середнього напруги часто постачають знижувальні трансформатори. Розташувати розподільний пристрій низького напруги перед трансформатором середнього/низького напруги фізично неможливо, оскільки ізоляція розподільного пристрою низького напруги вийде з ладу, не досягнувши первинної сторони трансформатора, а пусковий струм трансформатора спрацює або зруйнує вимикачі низького напруги. Результатом є втрата всіх вихідних навантажень і потенційне пошкодження трансформатора.

Висновок – чому цього ніколи не можна робити

Підсумовуючи, розподільні пристрої низької напруги розраховані на напругу до 1 кВ, тоді як розподільні пристрої середньої напруги розраховані на напругу від 3 кВ до 36 кВ. Розподільні пристрої низького напруги покладаються на повітряне гасіння з обмеженою можливістю переривання дуги, тоді як розподільні пристрої середнього напруги використовують вакуум або елегаз для надійного гасіння дуги. Відключаюча здатність низьковольтних вимикачів недостатня для струмів замикання середньої напруги, що призводить до зварювання контактів і вибуху. Функції безпеки в розподільних пристроях низького напруги є основними, тоді як розподільні пристрої середнього напруги включають заземлювачі, жалюзі та блокування для запобігання смертельному удару. Нарешті, розподільні пристрої низького напруги відповідають стандарту IEC 61439, тоді як розподільні пристрої середнього напруги повинні відповідати IEC 62271-200 — стандарту, якому обладнання низького напруги не може задовольнити.

Остаточна відповідь:Використання розподільного пристрою низької напруги замість розподільного пристрою середньої напруги призведе до негайного руйнування ізоляції, сильного вибуху дугового розряду, руйнування обладнання, надзвичайного ризику смертельного травмування персоналу та повного порушення правил електробезпеки. Це неприпустимо ні за яких обставин. Якщо потрібен розподільний пристрій середньої напруги, єдиним правильним рішенням є використання розподільного пристрою середньої напруги з відповідними номінальними характеристиками, розробленого, перевіреного та сертифікованого для цього класу напруги.