Was passiert, wenn Sie eine Niederspannungsschaltanlage anstelle einer Mittelspannungsschaltanlage verwenden?

In elektrischen EnergiesystemenNiederspannungsschaltanlagen (NS).UndMittelspannungsschaltanlagen (MV).sind für völlig unterschiedliche Spannungsbereiche, Anwendungen und Sicherheitsstandards konzipiert. Niederspannungs-Schaltanlagen arbeiten typischerweise mit Spannungen bis zu 1.000 V Wechselstrom, während Mittelspannungs-Schaltanlagen Spannungsbereiche von 3 kV bis 36 kV (oder in einigen Normen bis zu 38 kV) abdecken. Die Verwendung einer NS-Schaltanlage anstelle einer MS-Schaltanlage ist nicht nur ein Spezifikationsfehler, sondern auch ein gefährlicher Verstoß gegen die Grundsätze der Elektrotechnik. Nachfolgend finden Sie eine detaillierte Analyse dessen, was in einem solchen Szenario passieren würde.

1. Sofortiger dielektrischer Durchschlag (Isolierungsfehler)

Die unmittelbarste und katastrophalste Folge wäre ein Ausfall der Isolierung. Niederspannungsschaltanlagen sind mit Abständen (Luftstrecken) und Kriechstrecken ausgelegt, die nur für bis zu 1.000 V geeignet sind. Bei Mittelspannung (z. B. 11 kV oder 33 kV) würde die Luft zwischen Sammelschienen, Klemmen und dem Gehäuse ionisieren und überschlagen. Die Folge ist ein heftiger Störlichtbogen, der wahrscheinlich zu einer Explosion der Schaltanlage führt.

2. Lichtbogen- und Brandgefahr

Mittelspannungsfehler setzen deutlich mehr Energie frei als Niederspannungsfehler. Niederspannungs-Schaltanlagen verfügen nicht über die Lichtbogenlöschkammern, Lichtbogenkammern und Druckentlastungsmechanismen, die in Mittelspannungs-Schaltanlagen zu finden sind (z. B. SF6-Gas- oder Vakuum-Unterbrecher). Wenn in NS-Schaltanlagen auf MS-Ebene ein Lichtbogen auftritt, können die Lichtbogentemperaturen 10.000 °C überschreiten und Kupfer und Stahl verdampfen. Druckwellen können Türen von Gehäusen wegblasen und in der Nähe befindliches Personal verletzen. Geschmolzenes Metall und ionisierte Gase können umgebende Materialien entzünden. Die Folge sind Brände und Explosionen mit hohem Risiko, oft mit tödlichen Folgen für die Bediener.

3. Vollständige Zerstörung der Leistungsschalter

Niederspannungs-Leistungsschalter (z. B. Leistungsschalter mit geformtem Gehäuse oder offene Leistungsschalter) verfügen über ein Nennausschaltvermögen (Icu) für Niederspannungsfehler, sind jedoch nicht für die Unterbrechung von Mittelspannungsfehlerströmen ausgelegt. Wenn ein Mittelspannungsfehler auftritt, können die Kontakte des Leistungsschalters aufgrund unzureichenden Kontaktdrucks und unzureichender Lichtbogenunterbrechungsfähigkeit verschweißen. Der Lichtbogen erlischt möglicherweise nicht beim Nulldurchgang des natürlichen Stroms, was zu einer anhaltenden Lichtbogenbildung führt. Das Gehäuse des Leistungsschalters kann aufgrund des internen Lichtbogendrucks zerbrechen. Folglich kann der Leistungsschalter den Fehler nicht beheben und der vorgeschaltete MS-Schutz (z. B. ein Abzweigschalter im Umspannwerk) muss auslösen – aber zu diesem Zeitpunkt ist die NS-Schaltanlage bereits zerstört.

4. Verlust der elektrischen Sicherheit und Gefährdung von Personen

Mittelspannungsschaltanlagen verfügen über obligatorische Sicherheitsfunktionen, über die Niederspannungsschaltanlagen nicht verfügen, darunter Erdungsschalter für die sichere Erdung von Kabeln nach der Isolierung, Spannungsanwesenheitsanzeigen und Blenden über festen Kontakten, Verriegelungen, um den Zugriff auf stromführende Teile zu verhindern (z. B. Castell- oder Magnetverriegelungen) und entfernte Racks mit Systemen zur Störlichtbogenminderung. Ohne diese Funktionen sind Bediener, die versuchen, einen MS-Stromkreis innerhalb eines NS-Schaltschranks aufrechtzuerhalten oder zu isolieren, einer unmittelbaren Gefahr durch Tritt- und Berührungspotentiale, kapazitive Ladungen und unkontrollierte Lichtbögen ausgesetzt. Die Folge sind schwere oder tödliche Verletzungen des Elektropersonals.

5. Überhitzung und thermisches Durchgehen

Mittelspannungsschaltanlagen sind für höhere Dauerströme und Kurzzeitströme ausgelegt (z. B. 25 kA für 1 bis 3 Sekunden). NS-Sammelschienen und -Verbindungen sind kleiner und haben eine geringere thermische Masse. Unter Mittelspannungsbedingungen kann selbst ein normaler Laststrom aufgrund unterdimensionierter Sammelschienen zu übermäßiger Erwärmung führen. Bei einem Fehler würde die I²t-Energie Kupferschienen und Isolierung fast augenblicklich zum Schmelzen bringen. Dies führt zum Schmelzen der Isolierung, zu Kurzschlüssen zwischen den Phasen und zu kaskadierenden Ausfällen.

6. Unzuverlässige Schutzkoordination

Niederspannungs-Schutzrelais (oft in Leistungsschalter integriert) haben einfache Auslösekurven und eine eingeschränkte Kommunikation. Mittelspannungssysteme erfordern hochentwickelte Schutzrelais mit Funktionen wie Differentialschutz, gerichtetem Überstrom, Distanzschutz (Impedanz) und Leistungsschalterversagerschutz. Eine an eine Mittelspannungsquelle angeschlossene NS-Schaltanlage hätte keine Möglichkeit, zwischen einer geringfügigen Überlast und einem schwerwiegenden Fehler zu unterscheiden. Das Ergebnis ist ein lästiges Auslösen – oder schlimmer noch, überhaupt kein Auslösen. Letztendlich könnte der gesamte Leistungsschalter der vorgeschalteten Umspannstation auslösen, was zu einem großflächigen Stromausfall führen würde.

7. Verstöße gegen elektrische Vorschriften und Standards

Die Verwendung von NS-Schaltanlagen in einem MS-Stromkreis verstößt gegen fast alle wichtigen elektrischen Vorschriften, einschließlich IEC 61439 (NS-Baugruppen) im Vergleich zu IEC 62271-200 (MS-Schaltanlagen mit Metallgehäuse), NEC (NFPA 70) Artikel 240 und 490 und IEEE C37.20.2 für MS-Schaltanlagen. Dies führt im Falle eines Unfalls zu einer gesetzlichen Haftung, zum Erlöschen der Versicherung und zu möglichen Anklagen wegen strafrechtlicher Fahrlässigkeit.

8. Schäden an nachgeschalteter Ausrüstung

Selbst wenn die NS-Schaltanlage nur kurze Zeit überleben würde – was äußerst unwahrscheinlich ist – wäre die Spannungsumwandlung falsch. MV-Systeme liefern häufig Abwärtstransformatoren. Die Platzierung einer NS-Schaltanlage vor einem MS-/NS-Transformator ist physikalisch unmöglich, da die Isolierung der NS-Schaltanlage versagen würde, bevor sie die Primärseite des Transformators erreicht, und der Einschaltstrom des Transformators NS-Leistungsschalter auslösen oder zerstören würde. Die Folge ist der Verlust aller nachgeschalteten Lasten und eine mögliche Beschädigung des Transformators.

Fazit – Warum dies niemals getan werden darf

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Niederspannungsschaltanlagen für Spannungen bis 1 kV ausgelegt sind, während Mittelspannungsschaltanlagen für 3 kV bis 36 kV ausgelegt sind. Niederspannungs-Schaltanlagen basieren auf Luftlöschung mit begrenzter Fähigkeit zur Lichtbogenunterbrechung, während Mittelspannungs-Schaltanlagen Vakuum oder SF6 für eine zuverlässige Lichtbogenlöschung verwenden. Das Ausschaltvermögen von NS-Leistungsschaltern reicht für MS-Fehlerströme nicht aus, was zu verschweißten Kontakten und Explosionen führt. Sicherheitsfunktionen in NS-Schaltanlagen sind grundlegend, während MS-Schaltanlagen Erdungsschalter, Rollläden und Verriegelungen umfassen, um einen tödlichen Stromschlag zu verhindern. Schließlich entsprechen NS-Schaltanlagen der Norm IEC 61439, während MS-Schaltanlagen IEC 62271-200 erfüllen müssen – eine Norm, die NS-Geräte nicht erfüllen können.

Endgültige Antwort:Die Verwendung einer Niederspannungs-Schaltanlage anstelle einer Mittelspannungs-Schaltanlage führt zu einem sofortigen Isolationsversagen, einer heftigen Lichtbogenexplosion, der Zerstörung von Geräten, einem extremen Risiko tödlicher Verletzungen für das Personal und einem vollständigen Verstoß gegen elektrische Sicherheitsvorschriften. Es ist unter keinen Umständen zulässig. Wenn eine Mittelspannungsschaltanlage erforderlich ist, besteht die einzig richtige Lösung darin, ordnungsgemäß ausgelegte Mittelspannungsschaltanlagen zu verwenden, die für diese Spannungsklasse entwickelt, getestet und zertifiziert sind.