Βορειοαμερικανικά Πρότυπα: Σύγκριση μεταξύ των προτύπων IEEE και IEE-Business για στροφόρα

Η IEEE Std C37.20.9™ ορίζει τις απαιτήσεις σχεδιασμού, δοκιμών και εγκατάστασης για μεταλλικά, χωρίς εξωτερική ατμόσφαιρα, αεριούχα στοίβια (MEGIS) που χρησιμοποιούν αέριο υπερβαλλόντων περιβαλλοντικών πιέσεων ως βασικό απομονωτικό μέσο για συστήματα εναλλασσόμενης ροής με τάση από 1 kV έως 52 kV. Αυτό περιλαμβάνει, αλλά δεν περιορίζεται σε, παρακοπείς, διακόπτες, λεκάνες, μπάρες, μετατροπείς, τερματισμοί καλωδίων, μετρητές και ρελέ προστασίας/έλεγχου. Σε αυτές τις συσκευές, οριζόντιες αίθουσες - μερικές ή όλες τις μεσοτάσης ενότητες - απομονώνονται κυρίως με την πίεση του αερίου. Η πρότυπη εφαρμόζεται και σε εσωτερικές και εξωτερικές εγκαταστάσεις.

Ιστορικά, ο προεξάρχων τύπος στοίβιων στην αγορά των ΗΠΑ ήταν τα αεροαπομονωμένα, μεταλλικά, στοίβια. Για εφαρμογές κύκλου κυκλοφορίας, συνήθως χρησιμοποιούνταν αμερικανικοί μετατροπείς που τοποθετούνταν σε βάση, όπου υψηλότητα συστατικά, όπως φορτιστικοί διακόπτες και υψηλοτάσης σφήνες, εγκαταστάτηκαν μαζί με τον πυρήνα και τις στροφές του μετατροπέα μέσα σε δοχείο γεμάτο πετρέλαιο υψηλής θερμοκρασίας ανάφλεξης, ή, εναλλακτικά, αεροαπομονωμένοι φορτιστικοί διακόπτες. Συνεπώς, η αποδοχή των αεριούχων στοίβιων στις ΗΠΑ συνέβη σχετικά αργά.

Με την εισαγωγή των αεριούχων στοίβιων από ευρωπαϊκούς κατασκευαστές, όπως η ABB και η Schneider Electric, στην αγορά των ΗΠΑ, οι πελάτες άρχισαν να αποδέχονται και να υιοθετούν αυτή την τεχνολογία. Ως αποτέλεσμα, το πρότυπο IEEE για τα αεριούχα στοίβια αναπτύχθηκε αργότερα και δημοσιεύτηκε επίσημα μόνο το 2019. Αυτό το πρότυπο βασίζεται σε μεγάλο βαθμό σε πρότυπα IEC, αλλά έχει τροποποιηθεί ως προς τους παράμετρους, την κατασκευή και τις απαιτήσεις δοκιμών, ώστε να συμμορφώνεται με την IEEE C37.20.2 και άλλα σχετικά πρότυπα IEEE, ειδικά για να συμμορφώνεται με τις απαιτήσεις ασφάλειας της IEEE για την εξοπλισμό.

1. Περιβαλλοντικές Συνθήκες Χρήσης

a) Λειτουργική θερμοκρασία: μέγιστη +40 °C; μέση τιμή για 24 ώρες χωρίς να υπερβαίνει +35 °C; ελάχιστη –5 °C.
b) Υψομέτριο: χωρίς να υπερβαίνει 3,300 πόδια (1,000 μέτρα).
c) Βαθμός προστασίας κατασκευής: NEMA 250 Type 1 (IP20) για εσωτερική χρήση; Type 3R (IP24) για εξωτερική χρήση.

Σύμφωνα με το GB/T 11022, τα εσωτερικά στοίβια στην Κίνα κατατάσσονται σε τρεις κατηγορίες ελάχιστης περιβαλλοντικής θερμοκρασίας: –5 °C, –15 °C και –25 °C. Η ελάχιστη λειτουργική θερμοκρασία που ορίζεται στην IEEE C37.20.9 για τα αεριούχα στοίβια (–5 °C) είναι υψηλότερη από την ελάχιστη λειτουργική θερμοκρασία που ορίζεται στην IEEE C37.20.2 για τα αεροαπομονωμένα στοίβια (–30 °C). Συνεπώς, τα αεριούχα στοίβια που συμμορφώνονται με τα κινέζικα πρότυπα μπορούν να εξασφαλίσουν πλήρως τις περιβαλλοντικές απαιτήσεις της IEEE C37.20.9.

Ο πίνακας 1 παρακάτω δείχνει τις απαιτήσεις της IEEE C37.20.9 για την τάση, την αντοχή σε εναλλασσόμενη ροή και την αντοχή σε αστραποεπίπληξη για τα αεριούχα στοίβια.

Πίνακας 1 – Τάσεις Απομόνωσης για Αεριούχα Στοίβια σύμφωνα με την IEEE C37.20.9

Οι βαθμοί τάσης των σκακιερών στα πρότυπα Βορείου Αμερικής διαφέρουν από εκείνους στην Κίνα. Συνεπώς, η γαζοεπενδύτης σκακιέρα (GIS) πρέπει να συμμορφώνεται με τις απαιτήσεις τάσης υπομονής συχνότητας λειτουργίας και τάσης υπομονής καταιγιδοποιής που καθορίζονται στα πρότυπα IEEE. Για παράδειγμα, ένας κιβωτός GIS 12 kV που σχεδιάστηκε σύμφωνα με τα πρότυπα της Κίνας μπορεί να ικανοποιήσει μόνο τις απαιτήσεις δοκιμών διαχωριστικής ικανότητας για την τάξη τάσης 4.76 kV σύμφωνα με τα πρότυπα των ΗΠΑ, ενώ ένας κιβωτός GIS 24 kV της Κίνας μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις απομόνωσης για τάξεις τάσης έως και 27 kV.

Το IEEE Std 386™-2016 καθορίζει απαιτήσεις για απομονωμένα σύνδεσης που χρησιμοποιούνται σε συστήματα διανομής με βαθμούς τάσης από 2.5 kV έως 35 kV—που είναι γνωστά ως "πρότυπο αμερικανικής στυλ άγκυρας". Αυτές οι σύνδεσεις χρησιμοποιούνται ευρέως σε εξοπλισμό που συμμορφώνεται με τα πρότυπα των ΗΠΑ, όπως τα τρανσφορματόρες με βάση και τα κουτιά κατανομής καλωδίων. Σε αντίθεση, η γαζοεπενδύτης σκακιέρα της Κίνας συνήθως χρησιμοποιεί καλωδιακές θήκες και πλάκες που συμμορφώνονται με το EN 50181. Το πρότυπο IEEE για γαζοεπενδύτης σκακιέρα περιλαμβάνει συγκεκριμένες απαιτήσεις δοκιμών διαχωριστικής ικανότητας για διάφορα είδη αξεσουάρ λήξης καλωδίων.

2 Ορισμένη Ροή
Συσταθείσες τιμές για την ορισμένη συνεχή ροή των κυρίων συνδετικών στην γαζοεπενδύτης σκακιέρα IEEE (MEGIS) είναι 200 A, 600 A, 1200 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A και 4000 A—που διαφέρουν από τις συνηθισμένες τιμές της Κίνας όπως 630 A, 1250 A και 3150 A.

3 Ορισμένη Συχνότητα
Το πρότυπο IEEE καθορίζει μια ορισμένη συχνότητα 60 Hz, ενώ η πρότυπη συχνότητα στην Κίνα είναι 50 Hz. Η υψηλότερη συχνότητα 60 Hz έχει σημαντική επίδραση στην θερμαντική ανόδο και την απόδοση κατάρρευσης σύντομης σύνδεσης. Σύμφωνα με το GB/T 11022, για σκακιέρες και εξοπλισμός ελέγχου με ορισμένη συχνότητα 50 Hz ή 60 Hz—αν δεν υπάρχουν φερρομαγνητικά συστατικά κοντά στα συστατικά που μεταφέρουν ρεύματα—αν η μετρημένη θερμαντική ανόδος κατά τη δοκιμή συνεχούς ροής σε 50 Hz δεν υπερβαίνει το 95% του μέγιστου επιτρεπτού ορίου, ο εξοπλισμός θεωρείται συμμόρφως με και τις δύο συχνότητες, δηλαδή ικανοποιεί την απαίτηση θερμαντικής ανόδου 60 Hz.

Ωστόσο, λόγω της περιορισμένης θερμοδιαχύτειας στη γαζοεπενδύτης σκακιέρα και της αναλογικά μικρής θερμικής περιθωρίου, συχνά είναι απαραίτητες βελτιώσεις στο σχεδιασμό για να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις 60 Hz. Προϊόντα που έχουν περάσει τη δοκιμή θερμαντικής ανόδου 1.1× της ορισμένης ροής σύμφωνα με τα πρότυπα της Κίνας μπορούν συνήθως να ικανοποιήσουν την απαίτηση 60 Hz.

4 Ορισμένη Σύντομη Υπομονή Ροής και Ορισμένη Μέγιστη Υπομονή Ροής
Οι συσταθείσες τιμές ορισμένης σύντομης υπομονής ροής για τη γαζοεπενδύτης σκακιέρα IEEE εμφανίζονται στο Πίνακα 3. Σε αντίθεση με τα πρότυπα της Κίνας, που καθορίζουν μια διάρκεια σύντομης σύνδεσης 3 s ή 4 s, το πρότυπο IEEE καθορίζει μια διάρκεια σύντομης σύνδεσης 2 δευτερόλεπτα.

Επιπλέον, επειδή το σύστημα IEEE λειτουργεί σε 60 Hz (σε αντίθεση με 50 Hz), η ορισμένη μέγιστη υπομονή ροής καθορίζεται ως 2.6 φορές η ορισμένη σύντομη υπομονή ροής. Για παράδειγμα, μια ορισμένη σύντομη υπομονή ροής 31.5 kA αντιστοιχεί σε μια ορισμένη μέγιστη υπομονή ροής 82 kA—αλλάζοντας από το συνηθισμένο 80 kA που χρησιμοποιείται στην Κίνα. Για να αντιμετωπιστούν οι ηλεκτροδυναμικές δυνάμεις που παράγονται από τέτοιες μέγιστες ροές σύντομης σύνδεσης, η πίεση επαφής και η μηχανική αντοχή συστατικών, όπως οι επαφές, πρέπει να ενισχυθούν.

Πίνακας 2 – Συσταθείσες Τιμές Ορισμένης Σύντομης Υπομονής Ροής για τη Γαζοεπενδύτης Σκακιέρα IEEE