Severoamerické normy: Srovnání mezi IEEE a čínskými standardy pro přepínací zařízení

IEEE Std C37.20.9™ stanoví požadavky na návrh, testování a instalaci pro kovové uzavřené plynově izolované rozvody (MEGIS) používající plyn pod tlakem vyšším než okolní prostředí jako hlavní izolační médium pro střídavé systémy od 1 kV do 52 kV. To zahrnuje, ale není omezeno pouze na, spínací přístroje, vypínače, trubkové spoje, sběrnice, měřicí transformátory, koncové části kabelů, měřiče a relé ochrany/řízení. V těchto rozvodech jsou vertikální oddíly – některé nebo všechny středně napěťové sekce – izolovány převážně stlačeným plynem. Standard se vztahuje jak na vnitřní, tak na venkovní instalace.

Historicky byl dominantní typ rozvodu na americkém trhu vzduchem izolovaný, kovově obložený rozvod. Pro distribuční aplikace s kruhovými hřebeny byly běžně používány americké stylizované transformátory umístěné na podložku, kde jsou součásti s vysokým napětím, jako jsou spínací přístroje a vysokonapěťové pojistky, umístěny společně s jádrem a cívkami transformátoru uvnitř nádrže plné oleje s vysokým teplotním bodem hoření, nebo alternativně se používají vzduchem izolované spínací přístroje. Proto se adopce plynově izolovaných rozvodů v USA uskutečnila relativně pozdě.

S příchodem plynově izolovaných rozvodů od evropských výrobců, jako je ABB a Schneider Electric, na trh v USA začali zákazníci akceptovat a adoptovat tuto technologii. V důsledku toho byl standard IEEE pro plynově izolované rozvody vyvinut později a byl oficiálně publikován až v roce 2019. Tento standard je z velké části založen na normách IEC, ale byl upraven ohledně parametrů, konstrukce a požadavků na testování, aby odpovídal standardům IEEE C37.20.2 a dalším relevantním standardům IEEE, zejména aby splňoval bezpečnostní požadavky IEEE na zařízení.

1.Podmínky prostředí pro použití

a) Provozní teplota: maximálně +40 °C; průměr za 24 hodin nesmí přesáhnout +35 °C; minimální –5 °C.
b) Nadmořská výška: nesmí přesáhnout 3,300 feet (1,000 metrů).
c) Stupeň ochrany obalu: NEMA 250 Typ 1 (IP20) pro vnitřní použití; Typ 3R (IP24) pro venkovní použití.

Podle GB/T 11022 jsou vnitřní rozvody v Číně klasifikovány do tří kategorií minimální teploty okolí: –5 °C, –15 °C a –25 °C. Minimální provozní teplota stanovená v IEEE C37.20.9 pro plynově izolované rozvody (–5 °C) je vyšší než ta stanovená v IEEE C37.20.2 pro vzduchem izolované rozvody (–30 °C). Proto lze plynově izolované rozvody v souladu s čínskými standardy plně splnit environmentální požadavky IEEE C37.20.9.

Níže uvedená tabulka 1 ukazuje požadavky IEEE C37.20.9 na nominální napětí, síťové frekvence a bleskové impulsy pro plynově izolované rozvody.

Tabulka 1 – Izolační hodnoty napětí pro plynově izolované rozvody podle IEEE C37.20.9

Napěťové hodnoty přepážkových zařízení podle severoamerických standardů se liší od těch v Číně. Proto musí plynově izolovaná přepážková zařízení (GIS) splňovat požadavky na udrženou sílu střídavého napětí a udrženou sílu bleskového impulzu stanovené v normách IEEE. Například GIS skříň navržená pro 12 kV podle čínských standardů splňuje pouze dielektrické testovací požadavky pro třídu napětí 4,76 kV podle amerických standardů, zatímco čínská GIS skříň pro 24 kV může splnit izolační požadavky pro třídy napětí až do 27 kV včetně.

IEEE Std 386™-2016 stanoví požadavky na oddělitelné izolované spoje používané v distribučních systémech s hodnotami od 2,5 kV do 35 kV – běžně známé jako „americký standard loktových spojů“. Tyto spoje jsou široce používány v zařízeních podle amerických standardů, jako jsou transformátory umístěné na padu a rozváděcí skříně. Naopak čínská plynově izolovaná přepážková zařízení obvykle používají kabelové trubice a zapichovací konektory v souladu s EN 50181. Standard IEEE pro plynově izolovaná přepážková zařízení zahrnuje specifické dielektrické testovací požadavky pro různé typy přípojkových doplňků pro kabely.

2 Nominální proud
Doporučené hodnoty nominálního spojového proudu hlavní sběrnice v plynově izolovaných přepážkových zařízeních IEE-Business (MEGIS) jsou 200 A, 600 A, 1200 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A a 4000 A – což se liší od běžných čínských hodnot, jako jsou 630 A, 1250 A a 3150 A.

3 Nominální frekvence
Standard IEEE stanovuje nominální frekvenci 60 Hz, zatímco standardní frekvence v Číně je 50 Hz. Vyšší frekvence 60 Hz má významný vliv na teplotní nárůst a výkon při rušení krátkého spojení. Podle GB/T 11022, pokud nejsou u součástek vedoucích proud žádné feromagnetické komponenty poblíž a pokud měřený teplotní nárůst při kontinuálním testu proudu 50 Hz nepřesahuje 95 % maximální povolené hranice, je zařízení považováno za shodné pro obě frekvence, tj. splňuje i požadavek na teplotní nárůst 60 Hz.

Nicméně, kvůli omezenému vedení tepla v plynově izolovaných přepážkových zařízeních a jejich relativně malému tepelnému zásobníku, jsou často nutné konstrukční vylepšení, aby bylo možné splnit požadavky 60 Hz. Výrobky, které prošly testem teplotního nárůstu 1,1× nominálního proudu podle čínských standardů, obecně splňují požadavek 60 Hz.

4 Nominální krátkodobý vydržovací proud a nominální vrcholový vydržovací proud
Doporučené hodnoty krátkodobého vydržovacího proudu pro plynově izolovaná přepážková zařízení IEE-Business jsou uvedeny v tabulce 3. Na rozdíl od čínských standardů, které stanovují dobu trvání krátkého spojení 3 s nebo 4 s, standard IEEE definuje dobu trvání krátkého spojení 2 sekundy.

Kromě toho, protože systém IEEE pracuje s frekvencí 60 Hz (na rozdíl od 50 Hz), je nominální vrcholový vydržovací proud definován jako 2,6 násobek nominálního krátkodobého vydržovacího proudu. Například nominální krátkodobý vydržovací proud 31,5 kA odpovídá nominálnímu vrcholovému vydržovacímu proudu 82 kA – mírně vyšší než běžné 80 kA používané v Číně. Aby bylo možné odolat elektrodynamickým silám generovaným takovými vrcholovými krátkými spojeními, musí být zvýšeno kontaktové tlak a mechanická pevnost komponent, jako jsou kontakty.

Tabulka 2 – Doporučené hodnoty krátkodobého vydržovacího proudu pro plynově izolovaná přepážková zařízení IEE-Business