المعايير الشمالية الأمريكية: مقارنة بين معايير IEE-Business والصينية للمعدات الكهربائية

يحدد IEEE Std C37.20.9™ متطلبات التصميم والاختبار والتثبيت للمعدات الكهربائية المغلقة بالغاز (MEGIS) التي تستخدم غازًا بضغط أعلى من الضغط الجوي كوسط عازل أساسي لأنظمة التيار المتردد ذات التصنيف من 1 كيلوفولت إلى 52 كيلوفولت. هذا يشمل، ولكنه لا يقتصر على، مفاتيح الدائرة والمفاتيح والأكمام والحافلات والمحولات القياسية ونهايات الكابلات والعدادات وأجهزة التحكم/الحماية. في هذه التجميعات من المعدات الكهربائية، يتم عزل الأقسام الرأسية - بعضها أو كلها من الأقسام ذات الجهد المتوسط - بشكل أساسي بواسطة غاز تحت ضغط. ينطبق المعيار على التثبيتات الداخلية والخارجية.

تاريخياً، كان النوع السائد من المعدات الكهربائية في السوق الأمريكي هو المعدات الكهربائية المعزولة بالهواء والمُغلفة بالمعادن. بالنسبة لتطبيقات التوزيع الحلقي، تم استخدام المحولات المثبتة على اللوحة الأمريكية بشكل شائع، حيث يتم وضع المكونات ذات الجهد العالي مثل مفاتيح الحمل والصمامات القاطعة ذات الجهد العالي مع نواة المحول واللفائف داخل خزان مملوء بزيت ذو نقطة اشتعال عالية، أو بدلاً من ذلك، يتم استخدام مفاتيح الحمل المعزولة بالهواء. نتيجة لذلك، حدث تبني المعدات الكهربائية المعزولة بالغاز في الولايات المتحدة بشكل متأخر نسبياً.

مع تقديم المعدات الكهربائية المعزولة بالغاز من الشركات المصنعة الأوروبية مثل ABB و Schneider Electric إلى السوق الأمريكي، بدأ العملاء في قبول وتبنّي هذه التكنولوجيا. نتيجة لذلك، تم تطوير معيار IEEE للمعدات الكهربائية المعزولة بالغاز لاحقاً وتم نشره رسميًا فقط في عام 2019. يعتمد هذا المعيار بشكل كبير على معايير IEC ولكن تم تعديله فيما يتعلق بالمعايير والبناء ومتطلبات الاختبار لتتوافق مع IEEE C37.20.2 ومعايير IEEE الأخرى ذات الصلة، خاصة للوفاء بمتطلبات السلامة لـ IEEE للتجهيزات.

1. ظروف البيئة الاستخدام

أ) درجة الحرارة التشغيلية: أقصى +40 °م؛ متوسط على مدى 24 ساعة لا يتجاوز +35 °م؛ أدنى –5 °م.
ب) الارتفاع: لا يتجاوز 3,300 قدم (1,000 متر).
ج) تصنيف حماية الغلاف: NEMA 250 Type 1 (IP20) للاستخدام الداخلي؛ Type 3R (IP24) للاستخدام الخارجي.

وفقًا لـ GB/T 11022، يتم تصنيف المعدات الكهربائية الداخلية في الصين إلى ثلاث فئات من درجات الحرارة الدنيا للأجواء: –5 °م، –15 °م، و–25 °م. درجة الحرارة التشغيلية الدنيا المحددة في IEEE C37.20.9 للمعدات الكهربائية المعزولة بالغاز (–5 °م) أعلى مما هو محدد في IEEE C37.20.2 للمعدات الكهربائية المعزولة بالهواء (–30 °م). لذا فإن المعدات الكهربائية المعزولة بالغاز المتوافقة مع المعايير الصينية يمكن أن تلبي بشكل كامل متطلبات البيئة لـ IEEE C37.20.9.

يوضح الجدول 1 أدناه متطلبات IEEE C37.20.9 لجهد التصنيف وجهد تحمل التردد الكهربائي وجهد تحمل الصدمة الكهربائية للمعدات الكهربائية المعزولة بالغاز.

الجدول 1 – تصنيفات الجهد العازل للمعدات الكهربائية المعزولة بالغاز وفقًا لـ IEEE C37.20.9

تختلف تصنيفات الجهد لمحولات التوزيع في المعايير الأمريكية الشمالية عن تلك الموجودة في الصين. لذا يجب أن يتوافق جهاز التحويل العازل للغاز (GIS) مع متطلبات الجهد المتردد المقاوم والمحدد في معايير IEEE. على سبيل المثال، خزانة GIS بجهد 12 كيلو فولت المصممة وفقًا للمعايير الصينية يمكن أن تلبي متطلبات الاختبار العازل لفئة الجهد 4.76 كيلو فولت بموجب المعايير الأمريكية، بينما يمكن لخزانة GIS صينية بجهد 24 كيلو فولت أن تلبي متطلبات العزل لفئات الجهد حتى 27 كيلو فولت.

تحدد IEEE Std 386™-2016 متطلبات الاتصالات المعزولة القابلة للفصل المستخدمة في أنظمة التوزيع ذات التصنيف من 2.5 كيلو فولت إلى 35 كيلو فولت - والمعروفة بشكل شائع باسم معيار "الموصل ذو المرفق الأمريكي". يتم استخدام هذه الموصلات على نطاق واسع في المعدات التي تتوافق مع المعايير الأمريكية مثل المحولات المثبتة على الأرض ومربعات توزيع الكابلات. في المقابل، تستخدم محولات التحويل العازلة للغاز الصينية عادةً قابسات الكابلات والأقفال المتوافقة مع EN 50181. يتضمن معيار IEEE لجهاز التحويل العازل للغاز متطلبات اختبار عازلة محددة لأنواع مختلفة من ملحقات نهاية الكابل.

2 الجهد المقنن
القيم المقترحة للتيار المستمر المقنن للأعمدة الرئيسية في جهاز التحويل العازل للغاز IEE-Business (MEGIS) هي 200 أمبير، 600 أمبير، 1200 أمبير، 2000 أمبير، 2500 أمبير، 3000 أمبير، و 4000 أمبير - مما يختلف عن التصنيفات الشائعة في الصين مثل 630 أمبير، 1250 أمبير، و 3150 أمبير.

3 التردد المقنن
يحدد معيار IEEE ترددًا مقننًا بـ 60 هرتز، بينما يكون التردد المقنن في الصين 50 هرتز. يؤثر التردد الأعلى البالغ 60 هرتز بشكل كبير على ارتفاع درجة الحرارة وأداء القطع أثناء حدوث قصر الدائرة. وفقًا لـ GB/T 11022، بالنسبة لمعدات التحويل والتحكم ذات التردد المقنن 50 هرتز أو 60 هرتز - إذا لم يكن هناك مكونات مغناطيسية قريبة من أجزاء الحمل الحالي - وإذا لم يتجاوز ارتفاع درجة الحرارة المقيس خلال اختبار التيار المستمر بـ 50 هرتز 95% من الحد الأقصى المسموح به، يعتبر الجهاز متوافقًا مع الترددات المذكورة، أي أنه يلبي أيضًا متطلبات ارتفاع درجة الحرارة بـ 60 هرتز.

ومع ذلك، بسبب التهوية المحدودة في جهاز التحويل العازل للغاز وهامش الحرارة الصغير نسبيًا، غالباً ما تكون التحسينات التصميمية ضرورية لتلبية متطلبات 60 هرتز. يمكن أن تلبي المنتجات التي تم اختبارها بنجاح تحت 1.1× تيار المقنن لارتفاع درجة الحرارة بموجب المعايير الصينية عادة متطلبات 60 هرتز.

4 التيار المقنن للتحمل لفترة قصيرة والقدرة المقننة للتحمل الذروي
تشمل القيم المقترحة للقدرة المقننة للتحمل لفترة قصيرة لجهاز التحويل العازل للغاز IEE-Business ما هو موضح في الجدول 3. على عكس المعايير الصينية التي تحدد فترة قصر الدائرة لمدة 3 ثوانٍ أو 4 ثوانٍ، يحدد معيار IEEE فترة قصر الدائرة لمدة 2 ثانية.

بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن نظام IEEE يعمل بتردد 60 هرتز (مقارنة بـ 50 هرتز)، يتم تعريف القدرة المقننة للتحمل الذروي بأنها 2.6 مرة من القدرة المقننة للتحمل لفترة قصيرة. على سبيل المثال، يتوافق التيار المقنن للتحمل لفترة قصيرة البالغ 31.5 كيلو أمبير مع القدرة المقننة للتحمل الذروي البالغة 82 كيلو أمبير - وهي أعلى قليلاً من القيمة النموذجية البالغة 80 كيلو أمبير المستخدمة في الصين. لتحمل القوى الكهروديناميكية الناتجة عن مثل هذه التيارات القصيرة للذراع، يجب زيادة ضغط الاتصال والقوة الميكانيكية لأجزاء مثل نقاط الاتصال.

الجدول 2 – القيم المقترحة للقدرة المقننة للتحمل لفترة قصيرة لجهاز التحويل العازل للغاز IEE-Business