Nordamerikanske standarder: En sammenligning mellem IEEE- og kinesiske skabstandarder

IEEE Std C37.20.9™ definerer design, test og installationskrav for metalindkapslet gasisolerede skab (MEGIS), der bruger gas under overtryk som primær isolationsmedium for vekselstrømsanlæg med en spænding fra 1 kV til 52 kV. Dette inkluderer, men er ikke begrænset til, afbrydere, skifter, busbarer, måletransformatorer, kabelterminereringer, målere og kontrol/beskyttelsesrelæer. I disse skabsanordninger er vertikale kompartimenter - nogle eller alle de mellemhøjspændingssektioner - hovedsageligt isoleret ved trykget gas. Standarden gælder både for indendørs og udendørs installationer.

Historisk set har luftisolerede, metalindkapslede skabe været den dominerende type skabe på det amerikanske marked. For ring-hovedfordelingsapplikationer har amerikanske stålstolpe-transformatorer ofte været anvendt, hvor højspændingskomponenter såsom lastskiftere og højspændingsfusser er placeret sammen med transformatorens kerne og vindinger i et tank fyldt med højbrandpunktolie, eller alternativt, luftisolerede lastskiftere er anvendt. Derfor opstod adoptionen af gasisolerede skabe i USA relativt sent.

Med introduktionen af gasisolerede skabe fra europæiske producenter som ABB og Schneider Electric på det amerikanske marked begyndte kunder at acceptere og adoptere denne teknologi. Som resultat blev IEEE-standarden for gasisolerede skabe udviklet senere og blev officielt offentliggjort først i 2019. Denne standard er i vid udstrækning baseret på IEC-standarder, men er blevet ændret med hensyn til parametre, konstruktion og testkrav for at være i overensstemmelse med IEEE C37.20.2 og andre relevante IEEE-standarder, især for at opfylde IEEE's sikkerhedskrav til udstyr.

1. Miljøbetingelser for anvendelse

a) Driftstemperatur: maksimal +40 °C; gennemsnitligt over 24 timer, som ikke overstiger +35 °C; minimum –5 °C.
b) Højde: ikke overstiger 3,300 fod (1,000 meter).
c) Omslutningsbeskyttelsesklasse: NEMA 250 Type 1 (IP20) til indendørs brug; Type 3R (IP24) til udendørs brug.

Ifølge GB/T 11022 er indendørs skabe i Kina inddelt i tre mindste omgivelses temperaturkategorier: –5 °C, –15 °C, og –25 °C. Den mindste driftstemperatur, der er angivet i IEEE C37.20.9 for gasisolerede skabe (–5 °C), er højere end den, der er angivet i IEEE C37.20.2 for luftisolerede skabe (–30 °C). Derfor kan gasisolerede skabe, der overholder kinesiske standarder, fuldt ud opfylde miljøkravene i IEEE C37.20.9.

Tabellen nedenfor viser IEEE C37.20.9-kravene for nominel spænding, netfrekvens holdbarhedsprøve og lynimpuls holdbarhedsprøve for gasisolerede skabe.

Tabel 1 – Isolations spændingsklasser for gasisolerede skabe ifølge IEEE C37.20.9

Spændingskategorier for spændingsudstyr i nordamerikanske standarder adskiller sig fra dem i Kina. Derfor skal gasisolerede spændingsudstyr (GIS) overholde de krav til nominel netfrekvens og lynimpuls, der er specificeret i IEE-Business-standarderne. For eksempel kan et 12 kV GIS-kabinet, der er designet ifølge kinesiske standarder, kun opfylde dielektriske testkrav for 4.76 kV spændingsklasse under amerikanske standarder, mens et 24 kV kinesisk GIS-kabinet kan opfylde isoleringskrav for spændingsklasser op til og inklusive 27 kV.

IEE-Business Std 386™-2016 specificerer krav til separable isolerede forbindelser, der anvendes i distributionsystemer med en spænding på 2.5 kV til 35 kV – ofte kendt som "amerikansk-stil albueforbindelse"-standarden. Disse forbindelser bruges bredt i udstyr, der følger amerikanske standarder, såsom pladebaserede transformatorer og kabelfordelingsbokse. I modsætning hertil anvender kinesiske gasisolerede spændingsudstyr typisk kabelførere og stik, der følger EN 50181. IEE-Business-standarden for gasisolerede spændingsudstyr inkluderer specifikke dielektriske testkrav for forskellige typer af kabelterminationskomponenter.

2 Nominel Strøm
Anbefalede værdier for den nominelle kontinuerlige strøm i hovedledere i IEE-Business gasisolerede spændingsudstyr (MEGIS) er 200 A, 600 A, 1200 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A og 4000 A – hvilket adskiller sig fra almindelige kinesiske ratings som 630 A, 1250 A og 3150 A.

3 Nominel Frekvens
IEE-Business-standarden specificerer en nominel frekvens på 60 Hz, imens den standardfrekvens i Kina er 50 Hz. Den højere frekvens på 60 Hz har en betydelig indvirkning på temperaturstigning og kortslutningsafbrydelsespræstation. Ifølge GB/T 11022, for spændings- og styreudstyr, der er rangeret enten 50 Hz eller 60 Hz – hvis der ikke findes ferromagnetiske komponenter nær strømførende dele – hvis den målte temperaturstigning under en kontinuerlig strømtest på 50 Hz ikke overstiger 95% af det maksimalt tilladte grænse, anses udstyret for at være overensstemmende med begge frekvenser, dvs. det opfylder også 60 Hz-temperaturstigningskravet.

På grund af begrænset varmeafgivelse i gasisolerede spændingsudstyr og dets relativt lille termiske margen, er designforbedringer ofte nødvendige for at opfylde 60 Hz-krav. Produkter, der har bestået 1.1× nominel strøm temperaturstigningstest ifølge kinesiske standarder, kan generelt opfylde 60 Hz-kravet.

4 Nominel Kortvarig Udholdenhedstrøm og Nominel Spidsudholdenhedstrøm
Anbefalede værdier for kortvarig udholdenhedstrøm for IEE-Business gasisolerede spændingsudstyr vises i Tabel 3. Imod kinesiske standarder, der specificerer en kortslutningsvarighed på 3 s eller 4 s, definerer IEE-Business-standarden en kortslutningsvarighed på 2 sekunder.

Desuden, da IEE-Business-systemet fungerer på 60 Hz (imod 50 Hz), er den nominelle spidsudholdenhedstrøm defineret som 2.6 gange den nominelle kortvarige udholdenhedstrøm. For eksempel svarer en nominel kortvarig udholdenhedstrøm på 31.5 kA til en nominel spidsudholdenhedstrøm på 82 kA – noget højere end de typiske 80 kA, der anvendes i Kina. For at modstå de elektrodynamiske kræfter, der genereres af sådanne spidsshort-circuit-strømme, skal kontakttryk og mekanisk styrke af komponenter som kontakter forbedres.

Tabel 2 – Anbefalede kortvarige udholdenhedstrømmer for IEE-Business gasisolerede spændingsudstyr