高圧開閉装置の代わりに低圧開閉装置を使用するとどうなりますか?

電力システムでは、低電圧 (LV) 開閉装置そして高圧 (MV) 開閉装置は、まったく異なる電圧範囲、アプリケーション、安全規格向けに設計されています。 LV 開閉装置は通常、最大 1,000 V AC の電圧で動作しますが、MV 開閉装置は 3kV ～ 36kV (一部の規格では最大 38kV) の範囲をカバーします。 MV スイッチギヤの代わりに LV スイッチギヤを使用することは、仕様上の誤りであるだけでなく、電気工学の原則に対する危険な違反です。以下は、そのようなシナリオで何が起こるかを詳細に分析したものです。

1. 即時絶縁破壊（絶縁破壊）

最も即時的かつ壊滅的な結果は、絶縁破壊です。 LV スイッチギヤは、最大 1,000V までにのみ適したクリアランス (エアギャップ) と沿面距離を備えて設計されています。中電圧 (11kV または 33kV など) がかかると、バスバー、端子、エンクロージャの間の空気がイオン化してフラッシュオーバーします。その結果、激しい内部アークフラッシュが発生し、開閉装置の爆発につながる可能性があります。

2. アークフラッシュと火災の危険性

中電圧障害は、低電圧障害よりも大幅に高いエネルギーを放出します。 LV 開閉装置には、MV 開閉装置に見られる消弧室、アークシュート、および圧力解放機構 (SF6 ガスまたは真空遮断器など) がありません。 MV レベルの LV 開閉装置でアークが発生すると、アーク温度が 10,000°C を超え、銅や鋼が蒸発することがあります。圧力波によりドアがエンクロージャから吹き飛ばされ、近くにいる人が負傷する可能性があります。溶融金属とイオン化したガスは周囲の物質に発火する可能性があります。その結果、危険性の高い火災や爆発が発生し、多くの場合、オペレーターに致命的な結果をもたらします。

3. サーキットブレーカーの完全破壊

LV 回路ブレーカ (配線用遮断器や気中回路ブレーカなど) は、低電圧障害に対する定格遮断容量 (Icu) を備えていますが、中電圧障害電流を遮断するように設計されていません。 MV 故障が発生した場合、接触圧やアーク遮断能力が不十分なため、ブレーカ接点が溶着する可能性があります。アークは自然電流のゼロクロス時に消失しない可能性があり、アーク放電が継続する可能性があります。ブレーカーハウジングは内部アーク圧力により粉砕する可能性があります。その結果、回路ブレーカーは障害を解消できず、上流の MV 保護 (変電所のフィーダ ブレーカーなど) が作動する必要がありますが、その時までに LV 開閉装置はすでに破壊されています。

4. 電気的安全性の喪失と人体への危険

中圧開閉装置には、絶縁後のケーブルを安全に接地するための接地スイッチ、電圧存在インジケータと固定接点上のシャッター、活電部へのアクセスを防止するインターロック (カステルまたはソレノイド インターロックなど)、アークフラッシュ軽減システムを備えたリモート ラックなど、LV 開閉装置にはない必須の安全機能が組み込まれています。これらの機能がなければ、LV パネル内の MV 回路を保守または分離しようとするオペレータは、ステップ電位や接触電位、容量性電荷、および抑制されていないアーク フラッシュによる差し迫った危険に直面します。その結果、電気担当者は重傷を負うか死亡する可能性があります。

5. 過熱と熱暴走

MV スイッチギヤは、より高い連続電流と短時間の耐電流 (例: 1 ～ 3 秒で 25kA) を処理できるように設計されています。 LV バスバーと接続はより小さく、熱質量が小さくなります。 MV 条件では、通常の負荷電流であっても、バスバーのサイズが小さいために過剰な加熱が発生する可能性があります。障害が発生すると、I²t エネルギーによって銅のバスバーと絶縁体がほぼ瞬時に溶けてしまいます。これにより、絶縁体の溶融、相間の短絡、およびカスケード障害が発生します。

6. 信頼性の低い保護連携

LV 保護リレー (ブレーカーに組み込まれていることが多い) は、トリップ曲線が単純で、通信が制限されています。 MV システムには、差動保護、方向性過電流、距離保護 (インピーダンス)、ブレーカー障害保護などの機能を備えた高度な保護リレーが必要です。 MV 電源に接続された LV 開閉装置には、軽度の過負荷と重大な障害を区別する方法がありません。その結果、迷惑なつまずきが発生するか、さらに悪いことに、まったくつまずかなくなることもあります。最終的には、上流の変電所全体のブレーカーが落ち、広範囲にわたる停電を引き起こす可能性があります。

7. 電気規定および規格の違反

MV 回路で LV 開閉装置を使用することは、IEC 61439 (LV アセンブリ) と IEC 62271-200 (MV 金属密閉開閉装置)、NEC (NFPA 70) 第 240 条および 490 条、および MV 開閉装置に関する IEEE C37.20.2 を含む、ほぼすべての主要な電気規定に違反します。これにより、事故が発生した場合、法的責任、保険の無効化、刑事過失の可能性が生じます。

8. 下流機器の損傷

たとえ LV 開閉装置が短期間存続したとしても (これは非常にありそうにありませんが)、電圧変換は間違っているでしょう。 MV システムは多くの場合、降圧変圧器を供給します。低圧開閉装置を中圧/低圧変圧器の上流に配置することは物理的に不可能です。なぜなら、変圧器の一次側に到達する前に低圧開閉装置の絶縁が破壊され、変圧器の突入電流が低圧ブレーカーをトリップまたは破壊する可能性があるからです。その結果、下流側の負荷がすべて失われ、変圧器が損傷する可能性があります。

結論 – これを決して実行してはいけない理由

要約すると、低圧開閉装置の定格電圧は最大 1kV ですが、中圧開閉装置は 3kV ～ 36kV 向けに設計されています。 LV 開閉装置はアーク遮断能力が制限された空気消火に依存していますが、MV 開閉装置は信頼性の高いアーク消弧のために真空または SF6 を使用します。 LV ブレーカの遮断容量は MV 事故電流に対して不十分であり、接点の溶着や爆発につながります。 LV 開閉装置の安全機能は基本的なものですが、MV 開閉装置には、致命的な衝撃を防ぐための接地スイッチ、シャッター、インターロックが含まれています。最後に、LV スイッチギヤは IEC 61439 に準拠していますが、MV スイッチギヤは IEC 62271-200 に準拠する必要があります。これは LV 機器では満たせない規格です。

最終的な答え:中電圧開閉装置の代わりに低電圧開閉装置を使用すると、直ちに絶縁不良、激しいアークフラッシュ爆発、機器の破壊、人員への致命傷の極めて高い危険が発生し、電気安全規定の完全な違反が発生します。それはいかなる状況においても決して許されることではありません。中電圧開閉装置が必要な場合、唯一の正しい解決策は、その電圧クラス向けに設計、テスト、認定された適切な定格の MV 開閉装置を使用することです。