Normas Norteamericanas Unha Comparación entre as Normas IEEE e as Normas Chinas de Interruptores

O IEEE Std C37.20.9™ define os requisitos de deseño, proba e instalación para o equipamento de conmutación metálico hermético aislado a gas (MEGIS) que usa gas a presións superiores á ambiente como medio principal de aislamento para sistemas de corrente alternativa con potencias entre 1 kV e 52 kV. Isto inclúe, pero non se limita a, interruptores, conmutadores, tubos, barras colectoras, transformadores de instrumento, terminais de cable, contadores e relés de control/protección. Nestes ensamblaxes de conmutación, as compartimentacións verticais —algúns ou todos os sectores de media tensión— están principalmente aisladas por gas a presión. A norma aplica tanto a instalacións interiores como exteriores.

Históricamente, o tipo dominante de equipamento de conmutación no mercado estadounidense foi o aislado ao aire, con cubierta metálica. Para as aplicacións de distribución en anel, foron comúns os transformadores de pedestal estilo americano, onde os componentes de alta tensión como conmutadores de carga e fusibles de alta tensión están aloxados xuntos co núcleo e espiras do transformador dentro dun tanque cheo de aceite de punto de inflamación alto, ou alternativamente, empregan conmutadores de carga aislados ao aire. En consecuencia, a adopción do equipamento de conmutación aislado a gas nos Estados Unidos ocorreu relativamente tarde.

Con a introdución do equipamento de conmutación aislado a gas de fabricantes europeos como ABB e Schneider Electric no mercado estadounidense, os clientes comezaron a aceptar e adoptar esta tecnoloxía. Como resultado, a norma IEEE para o equipamento de conmutación aislado a gas desenvolveuse máis tarde e só se publicou oficialmente en 2019. Esta norma basease en gran medida nas normas IEC, pero modifícase respecto aos parámetros, construción e requisitos de proba para alinexarse coas normas IEEE C37.20.2 e outras normas IEEE relevantes, especialmente para cumprir os requisitos de seguridade da IEEE para equipos.

1. Condicions Ambientais de Uso

a) Temperatura de funcionamento: máxima +40 °C; media durante 24 horas non superior a +35 °C; mínima –5 °C.
b) Altitude: non superior a 3,300 pés (1,000 metros).
c) Clasificación de protección da caixa: NEMA 250 Type 1 (IP20) para uso interior; Type 3R (IP24) para uso exterior.

Segundo GB/T 11022, o equipamento de conmutación interior en China clasifícase en tres categorías de temperatura ambiente mínima: –5 °C, –15 °C e –25 °C. A temperatura mínima de funcionamento especificada no IEEE C37.20.9 para o equipamento de conmutación aislado a gas (–5 °C) é maior que a especificada no IEEE C37.20.2 para o equipamento de conmutación aislado ao aire (–30 °C). Polo tanto, o equipamento de conmutación aislado a gas conforme coas normas chinesas pode satisfacer completamente os requisitos ambientais do IEEE C37.20.9.

A táboa 1 a continuación mostra os requisitos do IEEE C37.20.9 para a tensión nominal, a tensión de resistencia a frecuencia industrial e a tensión de resistencia a impulsos de raio para o equipamento de conmutación aislado a gas.

Táboa 1 – Clasificacións de Tensión de Aislamento para Equipamento de Conmutación Aislado a Gas segundo o IEEE C37.20.9

As clasificacións de voltagem dos interruptores segundo as normas norteamericanas difiren das chinas. Polo tanto, o equipo de conmutación aislado por gas (GIS) debe cumprir coas especificacións de voltagem nominal de resistencia a impulsos de frecuencia e de resistencia a impulsos de raio que se establecen nas normas IEE-Business. Por exemplo, un armario GIS de 12 kV deseñado segundo as normas chinas só pode satisfacer os requisitos de proba dieléctrica para a clase de voltagem de 4.76 kV baixo as estándares dos Estados Unidos, mentres que un armario GIS chinés de 24 kV pode satisfacer os requisitos de aislamento para clases de voltagem de ata e incluíndo 27 kV.

A norma IEE-Business Std 386™-2016 especifica os requisitos para conectores separables aislados utilizados en sistemas de distribución calificados entre 2.5 kV e 35 kV, comúnmente coñecidos como o "estándar do conector de codo estilo americano". Estes conectores son amplamente utilizados en equipos de estándar estadounidense como transformadores montados en pedestal e caixas de distribución de cables. En contraste, o equipo de conmutación aislado por gas chino xeralmente emprega terminais de cable e plugs conforme á EN 50181. A norma IEE-Business para equipo de conmutación aislado por gas inclúe requisitos específicos de proba dieléctrica para varios tipos de accesorios de terminación de cable.

2 Corrente nominal
Os valores recomendados para a corrente continua nominal da barra principal no equipo de conmutación aislado por gas IEE-Business (MEGIS) son 200 A, 600 A, 1200 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A e 4000 A, diferindo das clasificacións comúns chinas como 630 A, 1250 A e 3150 A.

3 Frecuencia nominal
A norma IEE-Business especifica unha frecuencia nominal de 60 Hz, mentres que a frecuencia estándar en China é de 50 Hz. A maior frecuencia de 60 Hz ten un impacto significativo no aumento de temperatura e no rendemento de interrupción de cortocircuito. Segundo o GB/T 11022, para equipos de conmutación e control calificados a 50 Hz ou 60 Hz - sempre que non haxa compoñentes ferromagnéticos preto das partes portadoras de corrente - se o aumento de temperatura medido durante unha proba de corrente continua a 50 Hz non excede o 95% do límite máximo permitido, o equipo considerase conforme para ambas as frecuencias, é dicir, tamén cumpre co requisito de aumento de temperatura a 60 Hz.

No entanto, debido á dissipación de calor limitada no equipo de conmutación aislado por gas e ao seu márgen térmico relativamente pequeno, solemos necesitar melloras de deseño para satisfacer os requisitos de 60 Hz. Os produtos que pasaron a proba de aumento de temperatura a 1.1× a corrente nominal baixo as normas chinas xeralmente poden cumprir co requisito de 60 Hz.

4 Corrente nominal de resistencia a cortocircuito a breve tempo e corrente nominal de pico de resistencia a cortocircuito
Os valores recomendados de corrente de resistencia a cortocircuito a breve tempo para o equipo de conmutación aislado por gas IEE-Business móstranse na Táboa 3. Ao contrario das normas chinas, que especifican unha duración de cortocircuito de 3 s ou 4 s, a norma IEE-Business define unha duración de cortocircuito de 2 segundos.

Ademais, porque o sistema IEE-Business opera a 60 Hz (en contraste co 50 Hz), a corrente nominal de pico de resistencia a cortocircuito defínese como 2.6 veces a corrente nominal de resistencia a cortocircuito a breve tempo. Por exemplo, unha corrente nominal de resistencia a cortocircuito a breve tempo de 31.5 kA corresponde a unha corrente nominal de pico de resistencia a cortocircuito de 82 kA, lixeiramente superior aos típicos 80 kA usados en China. Para resistir as forzas electrodinámicas xeradas por esas correntes de pico de cortocircuito, a presión de contacto e a resistencia mecánica de compoñentes como os contactos deben ser melloradas.

Táboa 2 – Clasificacións recomendadas de corrente de resistencia a cortocircuito a breve tempo para o equipo de conmutación aislado por gas IEE-Business