Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn sử dụng thiết bị đóng cắt điện áp thấp thay vì thiết bị đóng cắt trung thế?

Trong hệ thống điện,thiết bị đóng cắt điện áp thấp (LV)Vàthiết bị đóng cắt trung thế (MV)được thiết kế cho các dải điện áp, ứng dụng và tiêu chuẩn an toàn hoàn toàn khác nhau. Thiết bị đóng cắt LV thường hoạt động ở điện áp lên tới 1.000V AC, trong khi thiết bị đóng cắt MV có phạm vi từ 3kV đến 36kV (hoặc lên đến 38kV trong một số tiêu chuẩn). Việc sử dụng thiết bị đóng cắt LV thay cho thiết bị đóng cắt trung thế không chỉ là một lỗi về thông số kỹ thuật mà còn là sự vi phạm nguy hiểm các nguyên tắc kỹ thuật điện. Dưới đây là phân tích chi tiết về những gì sẽ xảy ra trong một kịch bản như vậy.

1. Sự cố điện môi ngay lập tức (Lỗi cách điện)

Hậu quả ngay lập tức và thảm khốc nhất sẽ là sự cố cách điện. Thiết bị đóng cắt LV được thiết kế với các khe hở (khe hở không khí) và khoảng cách đường rò chỉ phù hợp với điện áp lên đến 1.000V. Khi chịu tác dụng của điện áp trung bình (ví dụ: 11kV hoặc 33kV), không khí giữa các thanh cái, thiết bị đầu cuối và vỏ bọc sẽ bị ion hóa và phóng điện. Kết quả là tạo ra một tia hồ quang mạnh bên trong, có khả năng dẫn đến nổ thiết bị đóng cắt.

2. Tia hồ quang điện và nguy cơ cháy nổ

Sự cố điện áp trung thế giải phóng năng lượng cao hơn đáng kể so với sự cố điện áp thấp. Thiết bị đóng cắt hạ áp thiếu buồng dập hồ quang, máng hồ quang và cơ cấu giảm áp có trong thiết bị đóng cắt trung thế (chẳng hạn như bộ ngắt khí SF6 hoặc chân không). Khi hồ quang xảy ra trong thiết bị đóng cắt hạ thế ở mức MV, nhiệt độ hồ quang có thể vượt quá 10.000°C, làm bay hơi đồng và thép. Sóng áp suất có thể thổi bay các cánh cửa và gây thương tích cho nhân viên gần đó. Kim loại nóng chảy và khí ion hóa có thể đốt cháy các vật liệu xung quanh. Kết quả là xảy ra cháy nổ có nguy cơ cao, thường gây hậu quả nghiêm trọng cho người vận hành.

3. Phá hủy hoàn toàn bộ ngắt mạch

Cầu dao hạ áp (ví dụ: cầu dao vỏ đúc hoặc cầu dao không khí) có công suất ngắt định mức (Icu) đối với các sự cố điện áp thấp, nhưng chúng không được thiết kế để ngắt dòng điện sự cố trung áp. Khi xảy ra sự cố trung thế, các tiếp điểm của máy cắt có thể hàn lại với nhau do áp suất tiếp điểm không đủ và khả năng cắt hồ quang. Hồ quang có thể không tắt khi dòng điện tự nhiên cắt 0, dẫn đến hồ quang kéo dài. Vỏ cầu dao có thể bị vỡ do áp suất hồ quang bên trong. Do đó, cầu dao không thể khắc phục được sự cố và bộ bảo vệ trung thế phía thượng lưu (ví dụ: cầu dao trung tuyến ở trạm biến áp) phải ngắt — nhưng lúc đó, thiết bị đóng cắt hạ thế đã bị phá hủy.

4. Mất an toàn điện và nguy hiểm cho con người

Thiết bị đóng cắt trung thế kết hợp các tính năng an toàn bắt buộc mà thiết bị đóng cắt hạ thế không có, bao gồm công tắc nối đất để nối đất an toàn cho cáp sau khi cách ly, chỉ báo hiện diện điện áp và cửa chớp trên các tiếp điểm cố định, khóa liên động để ngăn chặn việc tiếp cận các bộ phận mang điện (chẳng hạn như khóa liên động Castell hoặc điện từ) và giá đỡ từ xa với hệ thống giảm thiểu phóng điện hồ quang. Nếu không có những tính năng này, người vận hành đang cố gắng duy trì hoặc cách ly mạch trung thế bên trong bảng điều khiển LV sẽ phải đối mặt với nguy hiểm ngay lập tức từ điện thế bước và điện thế tiếp xúc, điện tích điện dung và tia lửa hồ quang không được kiểm soát. Kết quả là nhân viên điện bị thương nặng hoặc tử vong.

5. Quá nóng và thoát nhiệt

Thiết bị đóng cắt MV được thiết kế để xử lý dòng điện liên tục cao hơn và dòng điện chịu được trong thời gian ngắn (ví dụ: 25kA trong 1 đến 3 giây). Thanh cái và kết nối LV nhỏ hơn và có khối lượng nhiệt thấp hơn. Trong điều kiện MV, ngay cả dòng tải bình thường cũng có thể gây ra hiện tượng nóng lên quá mức do thanh cái có kích thước nhỏ. Khi xảy ra sự cố, năng lượng I2t sẽ làm nóng chảy các thanh cái đồng và lớp cách điện gần như ngay lập tức. Điều này dẫn đến nóng chảy cách điện, đoản mạch giữa các pha và hỏng xếp tầng.

6. Phối hợp bảo vệ không đáng tin cậy

Rơle bảo vệ hạ áp (thường được tích hợp vào máy cắt) có đường cong tác động đơn giản và khả năng giao tiếp hạn chế. Hệ thống MV yêu cầu rơle bảo vệ phức tạp với các tính năng như bảo vệ vi sai, quá dòng định hướng, bảo vệ khoảng cách (trở kháng) và bảo vệ sự cố máy cắt. Thiết bị đóng cắt LV được kết nối với nguồn MV sẽ không có cách nào để phân biệt giữa quá tải nhỏ và lỗi lớn. Kết quả là gây vấp ngã khó chịu - hoặc tệ hơn là không bị vấp ngã chút nào. Cuối cùng, toàn bộ máy cắt trạm biến áp phía thượng lưu có thể bị ngắt, gây mất điện trên diện rộng.

7. Vi phạm quy chuẩn, tiêu chuẩn điện

Việc sử dụng thiết bị đóng cắt LV trên mạch trung thế vi phạm gần như mọi quy tắc điện chính, bao gồm IEC 61439 (bộ phận hạ thế) so với IEC 62271-200 (thiết bị đóng cắt trung thế có vỏ bọc bằng kim loại), NEC (NFPA 70) Điều 240 và 490, và IEEE C37.20.2 cho thiết bị đóng cắt trung thế. Điều này dẫn đến trách nhiệm pháp lý, bảo hiểm vô hiệu và có thể bị buộc tội sơ suất hình sự trong trường hợp xảy ra tai nạn.

8. Hư hỏng thiết bị hạ lưu

Ngay cả khi thiết bị đóng cắt LV tồn tại được trong một thời gian ngắn — điều này cực kỳ khó xảy ra — việc chuyển đổi điện áp vẫn sẽ sai. Hệ thống MV thường cung cấp máy biến áp giảm áp. Về mặt vật lý, việc đặt thiết bị đóng cắt LV ngược dòng máy biến áp MV/LV là không thể vì lớp cách điện của thiết bị đóng cắt LV sẽ bị hỏng trước khi chạm tới phía sơ cấp của máy biến áp và dòng điện khởi động của máy biến áp sẽ cắt hoặc phá hủy cầu dao LV. Kết quả là mất tất cả các tải phía hạ lưu và có thể gây hư hỏng máy biến áp.

Kết luận – Tại sao điều này không bao giờ được thực hiện

Tóm lại, thiết bị đóng cắt hạ thế được thiết kế cho điện áp lên đến 1kV, trong khi thiết bị đóng cắt trung thế được thiết kế cho điện áp 3kV đến 36kV. Thiết bị đóng cắt LV phụ thuộc vào quá trình làm nguội bằng không khí với khả năng ngắt hồ quang hạn chế, trong khi thiết bị đóng cắt MV sử dụng chân không hoặc SF6 để dập hồ quang đáng tin cậy. Khả năng cắt của máy cắt hạ thế không đủ đối với dòng điện sự cố trung thế, dẫn đến hàn tiếp điểm và gây nổ. Các tính năng an toàn trong thiết bị đóng cắt LV là cơ bản, trong khi thiết bị đóng cắt MV bao gồm các công tắc nối đất, cửa chớp và khóa liên động để ngăn ngừa điện giật chết người. Cuối cùng, thiết bị đóng cắt LV tuân thủ IEC 61439, trong khi thiết bị đóng cắt MV phải đáp ứng IEC 62271-200 — một tiêu chuẩn mà thiết bị LV không thể đáp ứng.

Câu trả lời cuối cùng:Sử dụng thiết bị đóng cắt điện áp thấp thay vì thiết bị đóng cắt điện áp trung thế sẽ dẫn đến hỏng cách điện ngay lập tức, nổ tia hồ quang dữ dội, phá hủy thiết bị, có nguy cơ gây thương tích nghiêm trọng cho nhân viên và vi phạm hoàn toàn các quy tắc an toàn điện. Nó không bao giờ được phép trong bất kỳ trường hợp nào. Nếu cần có thiết bị đóng cắt trung thế, giải pháp đúng đắn duy nhất là sử dụng thiết bị đóng cắt trung thế được thiết kế, thử nghiệm và chứng nhận phù hợp cho loại điện áp đó.