Co się stanie, jeśli użyjesz rozdzielnicy niskiego napięcia zamiast rozdzielnicy średniego napięcia?

W systemach elektroenergetycznych,rozdzielnica niskiego napięcia (NN).Irozdzielnica średniego napięcia (SN).są przeznaczone do zupełnie innych zakresów napięć, zastosowań i standardów bezpieczeństwa. Rozdzielnice nn zazwyczaj pracują przy napięciach do 1000 V prądu przemiennego, natomiast rozdzielnice SN obejmują zakresy od 3 kV do 36 kV (lub do 38 kV w niektórych standardach). Używanie rozdzielnicy niskiego napięcia zamiast rozdzielnicy średniego napięcia to nie tylko błąd w specyfikacji — to niebezpieczne naruszenie zasad elektrotechniki. Poniżej znajduje się szczegółowa analiza tego, co by się stało w takim scenariuszu.

1. Natychmiastowe przebicie dielektryka (awaria izolacji)

Najbardziej bezpośrednią i katastrofalną konsekwencją byłoby uszkodzenie izolacji. Rozdzielnice niskiego napięcia są zaprojektowane z odstępami (szczelinami powietrznymi) i drogami upływu odpowiednimi tylko dla napięcia do 1000 V. Poddane działaniu średniego napięcia (np. 11 kV lub 33 kV) powietrze pomiędzy szynami zbiorczymi, zaciskami i obudową uległoby jonizacji i przeskoczeniu. Rezultatem jest gwałtowny łuk wewnętrzny, który prawdopodobnie prowadzi do eksplozji rozdzielnicy.

2. Zagrożenie łukiem elektrycznym i pożarem

Zwarcia średniego napięcia uwalniają znacznie więcej energii niż zwarcia niskiego napięcia. W rozdzielnicach niskiego napięcia brakuje komór gaszących łuk, komór łukowych i mechanizmów nadmiarowych ciśnienia występujących w rozdzielnicach średniego napięcia (takich jak przerywacze gazu SF6 lub próżniowe). Kiedy w rozdzielnicy niskiego napięcia na poziomie średniego napięcia pojawi się łuk, temperatura łuku może przekroczyć 10 000°C, powodując odparowanie miedzi i stali. Fale ciśnienia mogą wysadzić drzwi z obudów i zranić pobliski personel. Stopiony metal i zjonizowane gazy mogą spowodować zapalenie otaczających materiałów. Rezultatem jest pożar i eksplozja wysokiego ryzyka, często ze śmiertelnymi konsekwencjami dla operatorów.

3. Całkowite zniszczenie wyłączników

Wyłączniki automatyczne niskiego napięcia (np. wyłączniki kompaktowe lub powietrzne) mają znamionową zdolność wyłączania (Icu) w przypadku zwarć niskiego napięcia, ale nie są przeznaczone do przerywania prądów zwarciowych średniego napięcia. Kiedy wystąpi awaria SN, styki wyłącznika mogą się zespawać ze względu na niewystarczający nacisk styku i zdolność przerwania łuku. Łuk może nie zgasnąć przy przejściu prądu naturalnego przez zero, co prowadzi do trwałego wyładowania łukowego. Obudowa wyłącznika może pęknąć pod wpływem wewnętrznego ciśnienia łuku. W rezultacie wyłącznik nie usunie zwarcia, a zabezpieczenie SN znajdujące się powyżej (np. wyłącznik zasilania w podstacji) musi zadziałać, ale do tego czasu rozdzielnica niskiego napięcia została już zniszczona.

4. Utrata bezpieczeństwa elektrycznego i zagrożenie dla personelu

Rozdzielnice średniego napięcia zawierają obowiązkowe funkcje bezpieczeństwa, których nie posiada rozdzielnica niskiego napięcia, w tym uziemniki zapewniające bezpieczne uziemienie kabli po izolacji, wskaźniki obecności napięcia i przesłony na stykach stałych, blokady zabezpieczające przed dostępem do części pod napięciem (takie jak blokady Castell lub blokady elektromagnetyczne) oraz zdalne regały z systemami łagodzącymi łuk elektryczny. Bez tych funkcji operatorzy próbujący utrzymać lub odizolować obwód SN wewnątrz panelu NN stają w obliczu bezpośredniego zagrożenia ze strony potencjałów krokowych i dotykowych, ładunków pojemnościowych i niezahamowanego łuku elektrycznego. Konsekwencją tego mogą być poważne obrażenia lub śmierć personelu elektrycznego.

5. Przegrzanie i niestabilność termiczna

Rozdzielnice SN są zaprojektowane do obsługi wyższych prądów ciągłych i krótkotrwałych prądów wytrzymywanych (np. 25 kA przez 1 do 3 sekund). Szyny zbiorcze i przyłącza nn są mniejsze i mają mniejszą masę termiczną. W warunkach średniego napięcia nawet normalny prąd obciążenia może powodować nadmierne nagrzewanie z powodu zbyt małych szyn zbiorczych. Podczas zwarcia energia I²t niemal natychmiast stopiłaby miedziane szyny zbiorcze i izolację. Prowadzi to do stopienia izolacji, zwarć międzyfazowych i awarii kaskadowych.

6. Zawodna koordynacja ochrony

Przekaźniki ochronne niskiego napięcia (często zintegrowane z wyłącznikami) mają proste krzywe wyzwalania i ograniczoną komunikację. Systemy SN wymagają zaawansowanych przekaźników zabezpieczeniowych z funkcjami takimi jak zabezpieczenie różnicowe, kierunkowe zabezpieczenie nadprądowe, zabezpieczenie odległościowe (impedancja) i zabezpieczenie przed awarią wyłącznika. Rozdzielnica niskiego napięcia podłączona do źródła średniego napięcia nie byłaby w stanie rozróżnić niewielkiego przeciążenia od poważnej usterki. W rezultacie dochodzi do uciążliwego potknięcia się lub, co gorsza, całkowitego braku potknięcia. W ostatecznym rozrachunku cały wyłącznik poprzedzający podstację może się wyłączyć, powodując powszechną przerwę w dostawie prądu.

7. Naruszenie przepisów i norm elektrycznych

Używanie rozdzielnic niskiego napięcia w obwodzie SN narusza prawie wszystkie główne przepisy elektryczne, w tym IEC 61439 (zespoły NN) w porównaniu z IEC 62271-200 (rozdzielnice średniego napięcia w obudowie metalowej), artykuły 240 i 490 NEC (NFPA 70) oraz IEEE C37.20.2 dla rozdzielnic średniego napięcia. Skutkuje to odpowiedzialnością prawną, unieważnieniem ubezpieczenia i potencjalnymi oskarżeniami o zaniedbanie karne w razie wypadku.

8. Uszkodzenie urządzeń dalszych

Nawet gdyby rozdzielnica nn przetrwała przez krótki czas – co jest bardzo mało prawdopodobne – transformacja napięcia byłaby niewłaściwa. Systemy SN często zasilają transformatory obniżające napięcie. Umieszczenie rozdzielnicy nn przed transformatorem SN/nn jest fizycznie niemożliwe, ponieważ izolacja rozdzielnicy nn uległaby uszkodzeniu przed dotarciem do strony pierwotnej transformatora, a prąd rozruchowy transformatora spowodowałby wyzwolenie lub zniszczenie wyłączników nn. Rezultatem jest utrata wszystkich dalszych obciążeń i potencjalne uszkodzenie transformatora.

Wniosek – dlaczego nigdy nie wolno tego robić

Podsumowując, rozdzielnice niskiego napięcia projektuje się na napięcia do 1 kV, natomiast rozdzielnice średniego napięcia projektuje się na napięcia od 3 kV do 36 kV. Rozdzielnice niskiego napięcia opierają się na hartowaniu powietrzem z ograniczoną zdolnością przerywania łuku, podczas gdy rozdzielnice średniego napięcia wykorzystują próżnię lub SF6 do niezawodnego wygaszenia łuku. Zdolność wyłączania wyłączników nn jest niewystarczająca dla prądów zwarciowych średniego napięcia, co prowadzi do zespawanych styków i eksplozji. Funkcje bezpieczeństwa w rozdzielnicach niskiego napięcia są podstawowe, natomiast rozdzielnice średniego napięcia zawierają uziemniki, przesłony i blokady zapobiegające śmiertelnemu porażeniu. Wreszcie rozdzielnice NN są zgodne z normą IEC 61439, podczas gdy rozdzielnice SN muszą spełniać normę IEC 62271-200 — normę, której urządzenia NN nie są w stanie spełnić.

Ostateczna odpowiedź:Użycie rozdzielnicy niskiego napięcia zamiast rozdzielnicy średniego napięcia spowoduje natychmiastową awarię izolacji, gwałtowny wybuch łuku elektrycznego, zniszczenie sprzętu, skrajne ryzyko śmiertelnych obrażeń personelu i całkowite naruszenie przepisów bezpieczeństwa elektrycznego. Nigdy i pod żadnym pozorem nie jest to dozwolone. Jeżeli wymagana jest rozdzielnica średniego napięcia, jedynym właściwym rozwiązaniem jest zastosowanie rozdzielnicy średniego napięcia o odpowiednich parametrach, zaprojektowanej, przetestowanej i certyfikowanej dla tej klasy napięcia.