Pohjois-Amerikan standardit: Vertailu IEEE:n ja kiinalaisten kytkentälaitestandardeiden välillä

IEEE Std C37.20.9™ määrittelee suunnittelun, testauksen ja asennuksen vaatimukset metallipaneelilla varustetulle kaasulaitteistolle (MEGIS) käyttäen ympäristöpaineen yläpuolella olevaa kaasua pääeristämateriaalina vaihtovirtajärjestelmille, joiden suurin sallittu jännite on 1 kV:sta 52 kV:hen. Tämä sisältää, mutta ei rajoitu, sulkemislaitteisiin, kytkimiin, liitännäisiin, virtajohtimiin, mittalaitteisiin, kabeleihin, lopputerminaaleihin, mittariin ja ohjaus-/suojareleihin. Nämä laitteisto-osastot, joissa vertikaaliset osastot - jotkut tai kaikki keski-jänniteosastot - eristetään pääasiassa paineisella kaasulla. Standardi soveltuu sekä sisä- että ulkoasennuksiin.

Historiallisesti Yhdysvaltain markkinoilla dominoiva laitteisto on ollut ilmaeristetty, metallilapikattainen laitteisto. Renkaanmuotoiseen jakeluun amerikkalaiset muodostimet ovat olleet yleisiä, missä korkean jännitteen komponentit, kuten kuormituskytkimet ja korkeajännitteen hajoamissuljet, on sijoitettu yhdessä muodostimen ytimen ja piiritysten kanssa tankissa, joka on täytetty korkean syttyntäpisteen öljyllä, tai vaihtoehtoisesti ilmaeristettyjä kuormituskytkimiä on käytetty. Seurauksena gas-insulated switchgear:n hyväksyminen Yhdysvalloissa tapahtui suhteellisen myöhään.

Kun eurooppalaiset valmistajat, kuten ABB ja Schneider Electric, tuivat gas-insulated switchgear:n Yhdysvaltain markkinoille, asiakkaat alkoivat hyväksyä ja omaksua tätä teknologiaa. Tämän seurauksena IEEE:n gas-insulated switchgear -standardi kehitettiin myöhemmin ja se julkaistiin virallisesti vasta vuonna 2019. Tämä standardi perustuu suurelta osin IEC-standardiin, mutta sitä on muokattu parametreihin, rakenteeseen ja testausvaatimuksiin sopimaan IEEE C37.20.2:n ja muiden relevanttien IEEE-standardien, erityisesti IEEE:n turvallisuusvaatimuksiin laitteille, kanssa.

1.Käyttöön liittyvät ympäristöolosuhteet

a) Toimintalämpötila: enintään +40 °C; 24 tunnin keskiarvo ei ylitä +35 °C:ta; vähintään –5 °C.
b) Korkeus: enintään 3,300 jalkaa (1,000 metriä).
c) Sulkeminen suoja-arvo: NEMA 250 Type 1 (IP20) sisäkäyttöön; Type 3R (IP24) ulkokäyttöön.

GB/T 11022:n mukaan Kiinan sisälaite on luokiteltu kolmeen vähimmäisympäristölämpötilaluokkaan: –5 °C, –15 °C ja –25 °C. IEEE C37.20.9:ssä määritelty vähimmäistoimintalämpötila gas-insulated switchgear:lle (–5 °C) on korkeampi kuin IEEE C37.20.2:ssa määritelty ilmaeristetylle laitteistolle (–30 °C). Siksi kiinalaisen standardin mukainen gas-insulated switchgear voi täysin täyttää IEEE C37.20.9:n ympäristövaatimukset.

Alla oleva taulukko 1 näyttää IEEE C37.20.9:n vaatimukset gas-insulated switchgear:n suurimman sallitun jännitteen, verkkotaajuuden kestokyvyn ja salaman pistokestokyvyn suhteen.

Taulukko 1 – Gas-insulated Switchgear:n eristyseristävyysvaatimukset IEEE C37.20.9:n mukaan

Pistorasiaan liittyvät jännitesluokitukset Pohjois-Amerikan standardeissa poikkeavat Kiinan standardeista. Siksi kaasujohdetun pistorasiapäällikkön (GIS) on täytettävä IEE-Business-standardeissa määritellyt ajastettu vaihtojännite ja äkillisen sähköiskun kestotoleranssit. Esimerkiksi 12 kV GIS-pistorasiapäällikkö, joka on suunniteltu Kiinan standardeihin, vastaa Yhdysvaltain standardeissa vain 4,76 kV jänniteluokan dielektrisiä testivaatimuksia, kun taas 24 kV kiinalainen GIS-pistorasiapäällikkö voi täyttää eristysvaatimukset jänniteluokkiin 27 kV asti.

IEEE Std 386™-2016 määrittelee vaatimukset eristyksessä oleville yhdisteille, joita käytetään 2,5 kV:n ja 35 kV:n välisissä jakeluverkoissa – yleisesti tunnetaan nimellä "amerikkalaisen kyynärpään yhdiste". Nämä yhdistimet ovat laajasti käytössä Yhdysvaltain standardien mukaisessa tavarassa, kuten pad-muotoisissa muuntimissa ja kaapelijakoissa. Toisaalta, kiinalaiset kaasujohdetut pistorasiapäälliköt käyttävät yleensä EN 50181 -standardin mukaisia kaapelipusseja ja pistoja. IEEE-standardi kaasujohdetuille pistorasiapäälliköille sisältää erilaisille kaapeliterminaattorin lisäosille tarkat dielektriset testivaatimukset.

2 Suositeltu jatkuvvirran arvo
IEEE:n kaasujohdettua pistorasiaa (MEGIS) koskevissa suosituksissa mainituksen johdon suositeltu jatkuvvirran arvo on 200 A, 600 A, 1200 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A ja 4000 A – poikkeamaan yleisistä kiinalaisista arvoista, kuten 630 A, 1250 A ja 3150 A.

3 Suositeltu taajuus
IEEE-standardi määrittelee taajuudeksi 60 Hz, kun taas Kiinassa vallitseva taajuus on 50 Hz. Korkeampi 60 Hz: n taajuus vaikuttaa merkittävästi lämpötilan nousuun ja lyhytkiertoputken katkaisusuorituskykyyn. GB/T 11022:n mukaan, jos 50 Hz:n jatkuvvirran testissa mitattu lämpötilan nousu ei ylitä maksimisallista raja-arvoa 95 prosentilla, laitteisto katsotaan täyttävän molempien taajuusten vaatimukset, eli se täyttää myös 60 Hz:n lämpötilan nousuvaatimuksen.

Kuitenkin, koska kaasujohdettu pistorasia on rajallinen lämmönpoisto ja sen termisten marginaalien on suhteellisen pieni, suunnittelun parannuksia usein tarvitaan 60 Hz:n vaatimusten täyttämiseksi. Tuotteet, jotka ovat hyväksytyt 1,1× suositeltuun jatkuvvirran arvoon liittyvään lämpötilan nousutestaukseen Kiinan standardeissa, voivat yleensä täyttää 60 Hz:n vaatimukset.

4 Suositeltu lyhytaikainen kestovirta ja suositeltu huippukestovirta
IEEE:n kaasujohdettua pistorasiaa koskevat suositellut lyhytaikaiset kestovirta-arvot näkyvät Taulukossa 3. Erikuin Kiinan standardeissa, jotka määrittelevät lyhytkierroksen keston 3 tai 4 sekuntiin, IEEE-standardi määrittelee lyhytkierroksen keston 2 sekuntiin.

Lisäksi, koska IEEE-järjestelmä toimii 60 Hz:ssa (ei 50 Hz:ssa), suositeltu huippukestovirta on määritelty 2,6 kertaa suositeltu lyhytaikainen kestovirta. Esimerkiksi 31,5 kA:n suositeltu lyhytaikainen kestovirta vastaa 82 kA:n suositeltua huippukestovirtaa – hieman korkeampi kuin Kiinassa yleisesti käytetty 80 kA. Tällaisia huippulyhytkierroksen virtoja kestääkseen kontaktien paine ja mekaaninen vahvuus komponenteissa, kuten kontakteissa, on vahvistettava.

Taulukko 2 – Suositellut lyhytaikaiset kestovirta-arvot IEEE:n kaasujohdettua pistorasiaa varten