Normes Nord-americanes: Una comparació entre les normes IEEE i les normes xineses de quadres de distribució

La norma IEEE Std C37.20.9™ define els requisits de disseny, prova i instal·lació per a l'equipament de commutació metàl·lic tancat amb aïllament a gas (MEGIS) que utilitza gas a pressions superiors a l'ambient com a principal mitjà d'aïllament per a sistemes en corrent alternada amb una tensió nominal entre 1 kV i 52 kV. Això inclou, però no es limita a, interruptors, commutadors, cànoves, barras de distribució, transformadors de mesura, terminacions de cablal, comptadors i relés de control/protecció. En aquests conjunts d'equipament de commutació, els compartiments verticals - alguns o tots dels seccions de mitja tensió - estan aïllats principalment per gas sota pressió. La norma s'aplica tant a instal·lacions interiors com exteriors.

Històricament, el tipus dominant d'equipament de commutació al mercat nord-americà ha estat l'equipament de commutació aeri a metall. Per a aplicacions de distribució en anell, s'han utilitzat sovint transformadors americans d'estil "pad-mounted", on els components de alta tensió com els commutadors de càrrega i els fusibles de alta tensió es troben juntament amb el nucli i les bobines del transformador dins d'un dipòsit omplert amb oli de punt d'inflamació alt, o alternativament, es fan servir commutadors de càrrega aeri. Com a conseqüència, l'adopció de l'equipament de commutació aïllat a gas als Estats Units va succeir relativament tard.

Amb la introducció de l'equipament de commutació aïllat a gas pels fabricants europeus com ABB i Schneider Electric al mercat nord-americà, els clients van començar a acceptar i adoptar aquesta tecnologia. Com a resultat, la norma IEEE per a l'equipament de commutació aïllat a gas va ser desenvolupada més tard i no va ser publicada oficialment fins a 2019. Aquesta norma es basa en gran part en les normes IEC, però s'ha modificat en relació als paràmetres, construcció i requisits de prova per a alinejar-se amb les normes IEEE C37.20.2 i altres normes IEEE rellevants, particularment per complir els requisits de seguretat de l'IEEE per a l'equipament.

1.Condicions ambientals d'ús

a) Temperatura de funcionament: màxim +40 °C; mitjana en 24 hores no superior a +35 °C; mínima –5 °C.
b) Altitud: no superior a 3,300 peus (1,000 metres).
c) Grau de protecció de l'envoltura: NEMA 250 Type 1 (IP20) per a l'ús interior; Type 3R (IP24) per a l'ús exterior.

Segons la norma GB/T 11022, l'equipament de commutació interior a la Xina es classifica en tres categories de temperatura ambient mínima: –5 °C, –15 °C i –25 °C. La temperatura mínima de funcionament especificada en la norma IEEE C37.20.9 per a l'equipament de commutació aïllat a gas (–5 °C) és més elevada que la especificada en la norma IEEE C37.20.2 per a l'equipament de commutació aeri (–30 °C). Per tant, l'equipament de commutació aïllat a gas conforme a les normes xineses pot satisfacer plenament els requisits ambientals de la norma IEEE C37.20.9.

La Taula 1 a continuació mostra els requisits de la norma IEEE C37.20.9 per a la tensió nominal, la tensió de resistència a la freqüència de la xarxa i la tensió de resistència a impulsos de llamp per a l'equipament de commutació aïllat a gas.

Taula 1 – Classificacions de tensió d'aïllament per a l'equipament de commutació aïllat a gas segons la norma IEEE C37.20.9

Les tensions nominales dels aparells de commutació en les normes nord-americanes són diferents de les de Xina. Per tant, els aparells de commutació aïllats per gas (GIS) han de complir amb els requisits de tensió d'impuls soportada a freqüència industrial i la tensió d'impuls soportada contra els llamps establerts pels estàndards IEE-Business. Per exemple, un armari GIS de 12 kV dissenyat segons les normes xineses només pot complir amb els requisits de prova dielèctrica per a la classe de tensió de 4,76 kV segons les normes estatunidenques, mentre que un armari GIS xinès de 24 kV pot satisfer els requisits d'aïllament per a classes de tensió fins i inclosos 27 kV.

L'estàndard IEEE Std 386™-2016 especifica els requisits per a connectors aïllats separables utilitzats en sistemes de distribució amb tensions entre 2,5 kV i 35 kV, comunament coneguts com l'estàndard del "connector de cotovella estil americà". Aquests connectors es fan servir àmpliament en equips segons normes estatunidenques com transformadors muntats en suport i caixes de distribució de cables. En contraposició, el GIS xinès sol utilitzar embolcalls i connectores de cable conforme a l'EN 50181. L'estàndard IEE-Business per a GIS inclou requisits específics de proves dielèctriques per a diversos tipus d'accessoris de terminació de cables.

2 Intensitat nominal
Els valors recomanats per a la corrent contínua nominal de les barres principals en el GIS segons IEE-Business són 200 A, 600 A, 1200 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A i 4000 A, diferents dels valors habituals a Xina com 630 A, 1250 A i 3150 A.

3 Freqüència nominal
L'estàndard IEE-Business especifica una freqüència nominal de 60 Hz, mentre que la freqüència estàndard a Xina és de 50 Hz. La freqüència més alta de 60 Hz té un impacte significatiu sobre l'augment de temperatura i el rendiment de trencament de curtes circuits. Segons el GB/T 11022, per a maquinària de commutació i control amb freqüències nominals de 50 Hz o 60 Hz—si no hi ha components ferromagnètics propers a les parts portadores de corrent—si l'augment de temperatura mesurat en la prova de corrent contínua a 50 Hz no supera el 95% del límit màxim permès, l'equip es considera conforme per a ambdues freqüències, és a dir, també compleix el requisit d'augment de temperatura a 60 Hz.

No obstant això, degut a la dissipació limitada de calor en el GIS i el seu petit marge tèrmic, sovint són necessàries millorades en el disseny per complir amb els requisits de 60 Hz. Els productes que han passat la prova d'augment de temperatura a 1,1× la corrent nominal segons les normes xineses generalment poden complir amb el requisit de 60 Hz.

4 Corrent soportada a curt termini i corrent soportada de punta
Els valors recomanats de corrent soportada a curt termini per al GIS segons IEE-Business es mostren a la Taula 3. A diferència de les normes xineses, que especifiquen una durada de curt circuit de 3 s o 4 s, l'estàndard IEE-Business defineix una durada de curt circuit de 2 segons.

A més, ja que el sistema IEE-Business opera a 60 Hz (en comptes de 50 Hz), la corrent soportada de punta es defineix com 2,6 vegades la corrent soportada a curt termini. Per exemple, una corrent soportada a curt termini de 31,5 kA correspon a una corrent soportada de punta de 82 kA, lleugerament superior als 80 kA típics a Xina. Per suportar les forces electrodinàmiques generades per aquestes corrents de curt circuit de punta, la pressió de contacte i la resistència mecànica de components com els contactes han de ser millorades.

Taula 2 – Valors recomanats de corrent soportada a curt termini per al GIS segons IEE-Business