استانداردهای قاره آمریکا: مقایسه بین استانداردهای IEE-Business و تجهیزات کلیدزنی چینی

استاندارد IEEE Std C37.20.9™ مقررات طراحی، آزمایش و نصب تجهیزات برق‌رسانی با عایق گازی (MEGIS) که از گاز تحت فشار بالاتر از محیط به عنوان عایق اصلی برای سیستم‌های جریان متناوب با ولتاژ بین ۱ کیلوولت تا ۵۲ کیلوولت استفاده می‌کنند را تعریف می‌کند. این شامل ولتاژبرها، سوئیچ‌ها، بوشینگ‌ها، باربرها، ترانسفورماتورهای اندازه‌گیری، پایانه‌های کابل، دستگاه‌های اندازه‌گیری و رله‌های کنترل/حفاظت می‌شود. در این تجهیزات برق‌رسانی، قسمت‌های عمودی - برخی یا همه بخش‌های ولتاژ متوسط - عمدتاً با گاز تحت فشار عایق می‌شوند. این استاندارد برای نصب‌های داخلی و خارجی قابل اعمال است.

در تاریخ، نوع غالب تجهیزات برق‌رسانی در بازار آمریکا تجهیزات برق‌رسانی با عایق هوا و پوشش فلزی بوده است. برای کاربردهای توزیع حلقه‌ای، ترانسفورماتورهای آمریکایی روی پد معمولاً استفاده شده‌اند، که در آن‌ها مولفه‌های ولتاژ بالا مانند سوئیچ‌های بار و فیوز‌های ولتاژ بالا همراه با هسته و پیچش‌های ترانسفورماتور در یک مخزن حاوی روغن با نقطه آتش‌سوزی بالا یا به صورت جایگزین، سوئیچ‌های بار با عایق هوا قرار داده می‌شوند. بنابراین، پذیرش تجهیزات برق‌رسانی با عایق گازی در آمریکا نسبتاً دیر اتفاق افتاد.

با معرفی تجهیزات برق‌رسانی با عایق گازی از سازندگان 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 تجهیزات برق‌رسانی با عایق گازی بعداً توسعه یافت و تنها در سال ۲۰۱۹ منتشر شد. این استاندارد بیشتر بر اساس استانداردهای IEC است اما در مورد پارامترها، ساخت و مقررات آزمایشی برای هماهنگی با استانداردهای مرتبط IEEE مانند IEEE C37.20.2 و سایر استانداردهای مرتبط، 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: حداکثر ۳۳۰۰ فوت (۱۰۰۰ متر).
ج) درجه حفاظت پوشش: NEMA 250 Type 1 (IP20) برای استفاده داخلی؛ Type 3R (IP24) برای استفاده خارجی.

بر اساس GB/T 11022، تجهیزات برق‌رسانی داخلی در چین به سه دسته دمای محیطی حداقل تقسیم‌بندی می‌شوند: –۵ °C، –۱۵ °C و –۲۵ °C. دمای عملیاتی حداقل مشخص شده در IEEE C37.20.9 برای تجهیزات برق‌رسانی با عایق گازی (–۵ °C) بالاتر از دمای مشخص شده در IEEE C37.20.2 برای تجهیزات برق‌رسانی با عایق هوا (–۳۰ °C) است. بنابراین، تجهیزات برق‌رسانی با عایق گازی مطابق با استانداردهای چینی می‌توانند تمام الزامات محیطی IEEE C37.20.9 را برآورده کنند.

جدول ۱ زیر الزامات IEEE C37.20.9 برای ولتاژ اسمی، ولتاژ تحمل فرکانس توان و ولتاژ تحمل ضربه برقی برای تجهیزات برق‌رسانی با عایق گازی را نشان می‌دهد.

جدول ۱ – رتبه‌بندی ولتاژ عایق برای تجهیزات برق‌رسانی با عایق گازی بر اساس IEEE C37.20.9

نرخ‌های ولتاژ دستگاه‌های تغییر مسیر در استانداردهای آمریکای شمالی با چین متفاوت است. بنابراین، دستگاه‌های تغییر مسیر عایق‌شده با گاز (GIS) باید با نیازهای ولتاژ تحمل فرکانس توان و ولتاژ تحمل ضربه صاعقه مشخص شده در استانداردهای IEEE مطابقت داشته باشند. به عنوان مثال، یک کابینت GIS ۱۲ کیلوولت طراحی شده بر اساس استانداردهای چینی فقط می‌تواند نیازهای آزمون عایق‌بندی برای رده ولتاژ ۴/۷۶ کیلوولت تحت استانداردهای آمریکایی را برآورده کند، در حالی که یک کابینت GIS ۲۴ کیلوولت چینی می‌تواند نیازهای عایق‌بندی برای رده‌های ولتاژ تا و شامل ۲۷ کیلوولت را برآورده کند.

IEEE Std 386™-2016 نیازمندی‌هایی را برای اتصالات عایق‌شده جداپذیر استفاده شده در سیستم‌های توزیع با نرخ ۲/۵ کیلوولت تا ۳۵ کیلوولت—معروف به استاندارد "اتصال مفصلی آمریکایی"—مشخص می‌کند. این اتصالات در تجهیزات استاندارد آمریکایی مانند ترانسفورماتورهای پاد-نصب شده و جعبه‌های توزیع کابل گسترده استفاده می‌شود. در مقایسه، GIS چینی معمولاً از بومه‌های کابل و پلاگ‌های مطابق با EN 50181 استفاده می‌کند. استاندارد IEEE برای GIS شامل نیازمندی‌های آزمون عایق‌بندی خاص برای انواع مختلف لوازم پایانه کابل است.

۲ نرخ جریان اسمی
مقادیر توصیه شده برای نرخ جریان پیوسته خط اصلی در GIS استاندارد IEEE (MEGIS) شامل ۲۰۰ آمپر، ۶۰۰ آمپر، ۱۲۰۰ آمپر، ۲۰۰۰ آمپر، ۲۵۰۰ آمپر، ۳۰۰۰ آمپر و ۴۰۰۰ آمپر هستند—که با نرخ‌های معمول چینی مانند ۶۳۰ آمپر، ۱۲۵۰ آمپر و ۳۱۵۰ آمپر متفاوت است.

۳ فرکانس اسمی
استاندارد IEEE 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 دارد. بر اساس GB/T 11022، برای دستگاه‌های تغییر مسیر و کنترلگر با نرخ ۵۰ یا ۶۰ هرتز—در صورت عدم وجود مولفه‌های فرومغناطیسی نزدیک به بخش‌های حامل جریان—اگر افزایش دما در طی آزمون جریان پیوسته در ۵۰ هرتز ۹۵٪ حداقل مجاز را نپیچید، تجهیزات به عنوان مطابق با هر دو فرکانس، یعنی نیز با نیازهای افزایش دما در ۶۰ هرتز در نظر گرفته می‌شوند.

با این حال، به دلیل محدودیت تشعشع گرما در GIS و حاشیه حرارتی نسبتاً کوچک آن، اغلب بهبودهای طراحی لازم است تا نیازهای ۶۰ هرتز برآورده شود. محصولاتی که آزمون افزایش دما با ۱/۱× نرخ جریان اسمی تحت استانداردهای چینی را پشت سر گذاشته‌اند معمولاً می‌توانند نیازهای ۶۰ هرتز را برآورده کنند.

۴ نرخ جریان تحمل کوتاه‌مدت اسمی و نرخ جریان تحمل قله‌ای اسمی
مقادیر توصیه شده برای جریان تحمل کوتاه‌مدت GIS استاندارد IEEE در جدول ۳ نشان داده شده است. برخلاف استانداردهای چینی که مدت زمان قطع کوتاه ۳ ثانیه یا ۴ ثانیه را مشخص می‌کنند، استاندارد IEEE مدت زمان قطع کوتاه ۲ ثانیه را تعریف می‌کند.

علاوه بر این، چون سیستم IEEE با فرکانس ۶۰ هرتز (نه ۵۰ هرتز) کار می‌کند، نرخ جریان تحمل قله‌ای اسمی به عنوان ۲/۶ برابر نرخ جریان تحمل کوتاه‌مدت اسمی تعریف می‌شود. به عنوان مثال، نرخ جریان تحمل کوتاه‌مدت اسمی ۳۱/۵ کیلوآمپر معادل نرخ جریان تحمل قله‌ای اسمی ۸۲ کیلوآمپر است—که کمی بالاتر از مقدار معمول ۸۰ کیلوآمپر در چین است. برای تحمل نیروهای الکترودینامیکی ایجاد شده توسط چنین جریان‌های قله‌ای قطع کوتاه، فشار تماس و مقاومت مکانیکی اجزایی مانند تماس‌ها باید افزایش یابد.

جدول ۲ – مقادیر توصیه شده برای نرخ جریان تحمل کوتاه‌مدت GIS استاندارد IEEE