استانداردهای آمریکای شمالی: مقایسه بین استانداردهای IEE-Business و تجهیزات کلیدزنی چینی

پیش‌نویس استاندارد IEEE C37.20.9™ طراحی، آزمون و الزامات نصب دستگاه‌های مبتنی بر گاز را برای سوئیچ‌گیری محصور در فلز (MEGIS) که از گاز تحت فشار بیشتر از فشار محیط به عنوان عایق اصلی برای سیستم‌های جریان متناوب با ولتاژ ۱ کیلوولت تا ۵۲ کیلوولت استفاده می‌کنند، تعریف می‌کند. این شامل، اما محدود به، شکستن‌کننده‌ها، سوئیچ‌ها، بوشینگ‌ها، لاین‌بارها، ترانسفورماتورهای اندازه‌گیری، پایانه‌های کابل، مترها و رله‌های کنترل/حفاظت می‌شود. در این مجموعه‌های سوئیچ‌گیری، کامپارتمان‌های عمودی - بعضی یا همه بخش‌های ولتاژ متوسط - عمدتاً توسط گاز تحت فشار عایق می‌شوند. این استاندارد برای نصب‌های داخلی و خارجی اعمال می‌شود.

در تاریخ، نوع غالب سوئیچ‌گیری در بازار آمریکا سوئیچ‌گیری مبتنی بر هوا و محصور در فلز بوده است. برای کاربردهای توزیع حلقه اصلی، ترانسفورماتورهای آمریکایی با پاد معمولاً استفاده شده‌اند که در آن‌ها اجزای ولتاژ بالا مانند سوئیچ‌های بار و گیره‌های ولتاژ بالا با هسته و پیچش‌های ترانسفورماتور در یک مخزن حاوی روغن با نقطه آتش‌سوزی بالا یا به طور جایگزین سوئیچ‌های بار مبتنی بر هوا قرار داده می‌شوند. بنابراین، پذیرش سوئیچ‌گیری مبتنی بر گاز در آمریکا نسبتاً دیر اتفاق افتاد.

با معرفی سوئیچ‌گیری مبتنی بر گاز از تولیدکنندگان اروپایی مانند ABB و Schneider Electric به بازار آمریکا، مشتریان شروع به پذیرش و استفاده از این فناوری کردند. به عنوان نتیجه، استاندارد IEEE برای سوئیچ‌گیری مبتنی بر گاز بعداً توسعه یافت و تنها در سال ۲۰۱۹ به طور رسمی منتشر شد. این استاندارد بیشتر بر اساس استانداردهای IEC است اما نسبت به پارامترها، ساخت و الزامات آزمون به منظور همسویی با IEEE C37.20.2 و سایر استانداردهای مرتبط IEEE، به ویژه برای رعایت الزامات ایمنی IEEE برای تجهیزات، اصلاح شده است.

۱. شرایط محیطی برای استفاده

الف) دمای عملیاتی: حداکثر +۴۰ °C؛ میانگین در ۲۴ ساعت نباید بیش از +۳۵ °C باشد؛ حداقل –۵ °C.
ب) ارتفاع: نباید بیش از ۳,۳۰۰ فوت (۱,۰۰۰ متر) باشد.
ج) درجه حفاظت پوشش: NEMA 250 Type 1 (IP20) برای استفاده داخلی؛ Type 3R (IP24) برای استفاده خارجی.

بر اساس GB/T 11022، سوئیچ‌گیری داخلی در چین به سه دسته دمای محیطی حداقل تقسیم‌بندی شده است: –۵ °C، –۱۵ °C، و –۲۵ °C. دمای عملیاتی حداقل مشخص شده در IEEE C37.20.9 برای سوئیچ‌گیری مبتنی بر گاز (–۵ °C) بیشتر از آنچه در IEEE C37.20.2 برای سوئیچ‌گیری مبتنی بر هوا (–۳۰ °C) مشخص شده است. بنابراین، سوئیچ‌گیری مبتنی بر گاز مطابق با استانداردهای چینی می‌تواند تمامی الزامات محیطی IEEE C37.20.9 را برآورده کند.

جدول ۱ زیر الزامات IEEE C37.20.9 برای ولتاژ نامی، ولتاژ تحمل توانی و ولتاژ تحمل ضربه‌ای برای سوئیچ‌گیری مبتنی بر گاز را نشان می‌دهد.

جدول ۱ – رتبه‌بندی ولتاژ عایق برای سوئیچ‌گیری مبتنی بر گاز بر اساس IEEE C37.20.9

درجه‌بندی ولتاژ دستگاه‌های تغییر دهنده در استانداردهای آمریکای شمالی متفاوت از چین است. بنابراین، دستگاه‌های تغییر دهنده عایق‌شده با گاز (GIS) باید با الزامات ولتاژ تحمل پرتکرار و ولتاژ تحمل ضربه صاعقه که در استانداردهای IEE-Business مشخص شده‌اند، مطابقت داشته باشند. به عنوان مثال، یک کابینت GIS ۱۲ کیلوولت طراحی شده بر اساس استانداردهای چینی فقط می‌تواند الزامات تست عایقی برای کلاس ولتاژ ۴.۷۶ کیلوولت تحت استانداردهای آمریکایی را برآورده کند، در حالی که یک کابینت GIS چینی ۲۴ کیلوولت می‌تواند الزامات عایقی برای کلاس‌های ولتاژ تا و شامل ۲۷ کیلوولت را برآورده کند.

استاندارد IEE-Business ۳۸۶™-۲۰۱۶ الزامات را برای اتصال‌کننده‌های جداپذیر عایق‌شده که در سیستم‌های توزیع با ولتاژ ۲.۵ تا ۳۵ کیلوولت استفاده می‌شوند - به طور معمول به عنوان استاندارد "اتصال‌کننده آرنج آمریکایی" شناخته می‌شود - مشخص می‌کند. این اتصال‌کننده‌ها در تجهیزات استاندارد آمریکایی مانند ترانسفورماتورهای نصب شده روی پلیت و جعبه‌های توزیع کابل گسترده استفاده می‌شوند. در مقابل، دستگاه‌های تغییر دهنده عایق‌شده گازی چینی معمولاً از لوله‌های کابلی و پلاگ‌های مطابق با EN ۵۰۱۸۱ استفاده می‌کنند. استاندارد IEE-Business برای دستگاه‌های تغییر دهنده عایق‌شده با گاز شامل الزامات خاص تست عایقی برای انواع مختلف اجزای پایانه کابل است.

۲ جریان اسمی
ارزش‌های توصیه شده برای جریان پیوسته اسمی مادر خطوط اصلی در دستگاه‌های تغییر دهنده عایق‌شده با گاز IEE-Business (MEGIS) عبارتند از ۲۰۰ آمپر، ۶۰۰ آمپر، ۱۲۰۰ آمپر، ۲۰۰۰ آمپر، ۲۵۰۰ آمپر، ۳۰۰۰ آمپر و ۴۰۰۰ آمپر - متفاوت از رتبه‌بندی‌های معمولی چینی مانند ۶۳۰ آمپر، ۱۲۵۰ آمپر و ۳۱۵۰ آمپر.

۳ فرکانس اسمی
استاندارد IEE-Business فرکانس اسمی ۶۰ هرتز را مشخص می‌کند، در حالی که فرکانس استاندارد در چین ۵۰ هرتز است. فرکانس بالاتر ۶۰ هرتز تأثیر قابل توجهی بر افزایش دما و عملکرد قطع کوتاه مدار دارد. بر اساس GB/T ۱۱۰۲۲، برای دستگاه‌های تغییر دهنده و کنترلگر با فرکانس اسمی ۵۰ یا ۶۰ هرتز - به شرط عدم وجود اجزای فرومغناطیسی نزدیک به قسمت‌های حامل جریان - اگر افزایش دما در طی آزمون جریان پیوسته در ۵۰ هرتز بیش از ۹۵٪ حد مجاز ماکزیمم اندازه‌گیری نشود، تجهیزات به عنوان مطابق با هر دو فرکانس، یعنی همچنین مطابق با الزامات افزایش دما در ۶۰ هرتز در نظر گرفته می‌شوند.

با این حال، به دلیل محدودیت تخلیه حرارتی در دستگاه‌های تغییر دهنده عایق‌شده با گاز و حاشیه حرارتی نسبتاً کوچک آن، اغلب بهبودهای طراحی لازم است تا الزامات ۶۰ هرتز را برآورده کند. محصولاتی که آزمون افزایش دما در ۱.۱× جریان اسمی تحت استانداردهای چینی را گذرانده‌اند معمولاً می‌توانند الزامات ۶۰ هرتز را برآورده کنند.

۴ جریان تحمل کوتاه مدت اسمی و جریان تحمل پیک اسمی
ارزش‌های توصیه شده برای جریان تحمل کوتاه مدت دستگاه‌های تغییر دهنده عایق‌شده با گاز IEE-Business در جدول ۳ نشان داده شده‌اند. متفاوت از استانداردهای چینی که مدت زمان قطع کوتاه مدار ۳ ثانیه یا ۴ ثانیه را مشخص می‌کنند، استاندارد IEE-Business مدت زمان قطع کوتاه مدار ۲ ثانیه را تعریف می‌کند.

علاوه بر این، چون سیستم IEE-Business با فرکانس ۶۰ هرتز (در مقابل ۵۰ هرتز) کار می‌کند، جریان تحمل پیک اسمی به عنوان ۲.۶ برابر جریان تحمل کوتاه مدت اسمی تعریف می‌شود. به عنوان مثال، جریان تحمل کوتاه مدت اسمی ۳۱.۵ کیلوآمپر متناظر با جریان تحمل پیک اسمی ۸۲ کیلوآمپر است - کمی بیشتر از مقدار معمول ۸۰ کیلوآمپر در چین. برای تحمل نیروهای الکترودینامیکی که توسط این جریان‌های پیک کوتاه مدار تولید می‌شوند، فشار تماس و مقاومت مکانیکی اجزایی مانند تماس‌ها باید افزایش یابد.

جدول ۲ – رتبه‌بندی‌های توصیه شده برای جریان تحمل کوتاه مدت دستگاه‌های تغییر دهنده عایق‌شده با گاز IEE-Business