תקנים צפון-אמריקאיים: השוואה בין תקני IEE-Business ותאגידים סוויטצ'יגר סיניים

התקן IEEE Std C37.20.9™ מגדיר דרישות לעיצוב, בדיקה והתקנה של ציוד חשמלי מתכתי סגור גז-מעוטר (MEGIS) המשתמש בגז בלחץ מעל לחץ הסביבה כמדיאת ההפרדה העיקרית עבור מערכות זרם חילופין ברמת מתח בין 1 kV ל-52 kV. זה כולל, אך לא מוגבל ל-, מתגים, פלחיים, משטחי חיבור, טרנספורמיטורים מדידים, תחנות קצה כבלים, מדדים ויחידות בקרה/הגנה. ברכיבים אלו של הציוד החשמלי, התאים האנכיים - חלק או כל חלקי המתח הבינוני - מבודדים בעיקר על ידי גז בלחץ גבוה. התקן חל גם על התקנים בתוך מבנים וחיצוניים.

היסטוריית, הטיפוס הדומיננטי של הציוד החשמלי בשוק האמריקאי היה ציוד חשמלי מבודד אוויר, מכסה מתכת. עבור יישומי הפצה בעיגול ראשי, הוחלפו טרנספורמרים בסגנון אמריקאי שהוצבו על עמודים, בהם מרכיבים במתח גבוה כגון מתגים לשעב ומפגרים במתח גבוה נמצאים יחד עם הליבה והשעון של הטרנספורמר בתוך מיכל מלא בשמן בעירה גבוהה, או לחלופין, מתגים מבודדי אוויר היו בשימוש. כתוצאה מכך, אימוץ הציוד החשמלי מבודד גז בארצות הברית התרחש באופן יחסית מאוחר.

עם הצגת הציוד החשמלי מבודד גז מתצרפי יצרנים אירופיים כמו ABB ו-Schneider Electric בשוק האמריקאי, לקוחות החלו לקבל ולהתאים את הטכנולוגיה הזו. כתוצאה מכך, התקן ה-IEEE עבור הציוד החשמלי מבודד גז פותח מאוחר יותר ונפרס רשמית רק בשנת 2019. התקן זה מבוסס בעיקר על תקני IEC אך עבר שינוי לגבי פרמטרים, בנייה ודרישות בדיקה כדי להתאים לתקן IEEE C37.20.2 ותקנים אחרים של IEEE, במיוחד כדי לעמוד בדרישות הבטיחות של IEEE להתקנים.

1.תנאי סביבה לשימוש

א) טמפרטורה של פעולה: מקסימום +40 °C; ממוצע לאורך 24 שעות לא יעלה על +35 °C; מינימום –5 °C.
ב) גובה: לא יעלה על 3,300 רגל (1,000 מטר).
ג) דרגת הגנה של הקופה: NEMA 250 סוג 1 (IP20) לשימוש בתוך מבנים; סוג 3R (IP24) לשימוש בחוץ.

לפי GB/T 11022, הציוד החשמלי בתוך מבנים בסין מסווג לשלוש קטגוריות טמפרטורה סביבתית מינימלית: –5 °C, –15 °C, ו–25 °C. הטמפרטורה המינימלית של פעילות שנקבעה בתקן IEEE C37.20.9 עבור הציוד החשמלי מבודד גז (–5 °C) גבוהה מזו שנקבעה בתקן IEEE C37.20.2 עבור הציוד החשמלי מבודד אוויר (–30 °C). לכן, הציוד החשמלי מבודד גז תואם לתקנים סיניים יכול לקיים לחלוטין את דרישות הסביבה של IEEE C37.20.9.

טבלה 1 להלן מציגה את דרישות ה-IEEE C37.20.9 למתח מוערך, לחיזוק מתח בתדר הרשת ולתנאי מתח פגיעת ברק עבור הציוד החשמלי מבודד גז.

טבלה 1 – דירוג מתח ההפרדה עבור הציוד החשמלי מבודד גז לפי IEEE C37.20.9

הדרגות של מתח בציוד חילוף בתקנים צפון-אמריקאיים שונות מאלה בסין. לכן, על ציוד חילוף מבודד בגז (GIS) לעמוד בדרישות המתח החשמלי התלת-פאזי והמתח החשמלי השוקל שנקבעו בתקנים של IEE-Business. לדוגמה, כונן GIS בתשע עשרה קילו-볼ט שתוכנן לפי תקנים סיניים יכול לעמוד רק בדרישות המבחן הדיאלקטרי עבור דרגת מתח של ארבעה עשרים ושישה קילו-בולטים לפי תקני ארה"ב, בעוד כונן GIS סיני בתשע עשרים וארבעה קילו-בולטים יכול לעמוד בדרישות המבודק עבור דרגות מתח עד כולל שמונה עשרים ותשע קילו-בולטים.

IEEE Std 386™-2016 קובע דרישות לקשרים מבודדים נפרדים המשמשים במערכות הפצה מדרגת שניים וחצי קילו-בולטים ועד שלושים וחמישה קילו-בולטים - ידועים גם בשם "תקן הקשת האמריקאית". לקשרים אלה יש שימוש נרחב בציוד המורכב לפי תקני ארה"ב כגון טרנספורמציות מונחות על פלטפורמה וקופסאות הפצה קابل. לעומת זאת, ציוד חילוף מבודד בגז סיני משתמש בדרך כלל בחיבורים קבלניים ומגפיים בהתאם ל-EN 50181. התקן של IEE-Business ל-GIS כולל דרישות מבחן דיאלקטריות ספציפיות למגוון סוגים של ציוד סיום קבלים.

זרם מרומז
הערכים המומלצים לזרם המרומז של החוטים הראשיים ב-GIS של IEE-Business הם מאתיים אמפר, שש מאות אמפר, אלף二百安培、2000 安培、2500 安培、3000 安培和 4000 安培——这与中国常见的 630 安培、1250 安培和 3150 安培不同。 **3 额定频率** IEEE 标准规定额定频率为 60 Hz，而中国的标准频率为 50 Hz。60 Hz 的较高频率对温升和短路开断性能有显著影响。根据 GB/T 11022 的规定，对于额定频率为 50 Hz 或 60 Hz 的开关设备和控制设备——只要载流部件附近没有铁磁性部件——如果在 50 Hz 下进行连续电流测试时测得的温升不超过最大允许限值的 95%，则认为该设备符合两种频率的要求，即也满足 60 Hz 的温升要求。 然而，由于气体绝缘开关设备散热有限且热裕度相对较小，通常需要进行设计改进以满足 60 Hz 的要求。通过中国标准 1.1× 额定电流温升测试的产品通常可以满足 60 Hz 的要求。 **4 额定短时耐受电流和额定峰值耐受电流** IEEE 气体绝缘开关设备推荐的短时耐受电流值如表 3 所示。与规定 3 秒或 4 秒短路持续时间的中国标准不同，IEEE 标准定义了 2 秒的短路持续时间。 此外，由于 IEEE 系统运行在 60 Hz（而不是 50 Hz），额定峰值耐受电流被定义为额定短时耐受电流的 2.6 倍。例如，31.5 kA 的额定短时耐受电流对应于 82 kA 的额定峰值耐受电流——略高于中国常用的 80 kA。为了承受这种峰值短路电流产生的电动力，必须增强触点压力和机械强度等组件。 表 2 – IEEE 气体绝缘开关设备推荐的短时耐受电流等级 --- 请让我纠正上述翻译中的错误，并提供正确的希伯来语翻译：

הדרגות של מתח בציוד חילוף בתקנים צפון-אמריקאיים שונות מאלה בסין. לכן, על ציוד חילוף מבודד בגז (GIS) לעמוד בדרישות המתח החשמלי התלת-פאזי והמתח החשמלי השוקל שנקבעו בתקנים של IEE-Business. לדוגמה, כונן GIS בתשע עשרה קילו-בולט שתוכנן לפי תקנים סיניים יכול לעמוד רק בדרישות המבחן הדיאלקטרי עבור דרגת מתח של ארבעה עשרים ושישה קילו-בולטים לפי תקני ארה"ב, בעוד כונן GIS סיני בתשע עשרים וארבעה קילו-בולטים יכול לעמוד בדרישות המבודק עבור דרגות מתח עד כולל שמונה עשרים ותשע קילו-בולטים.

IEEE Std 386™-2016 קובע דרישות לקשרים מבודדים נפרדים המשמשים במערכות הפצה מדרגת שניים וחצי קילו-בולטים ועד שלושים וחמישה קילו-בולטים - ידועים גם בשם "תקן הקשת האמריקאית". לקשרים אלה יש שימוש נרחב בציוד המורכב לפי תקני ארה"ב כגון טרנספורמציות מונחות על פלטפורמה וקופסאות הפצה קבלים. לעומת זאת, ציוד חילוף מבודד בגז סיני משתמש בדרך כלל בחיבורים קבלניים ומגפיים בהתאם ל-EN 50181. התקן של IEE-Business ל-GIS כולל דרישות מבחן דיאלקטריות ספציפיות למגוון סוגים של ציוד סיום קבלים.

זרם מרומז
הערכים המומלצים לזרם המרומז של החוטים הראשיים ב-GIS של IEE-Business הם מאתיים אמפר, שש מאות אמפר, אלף שניים מאות אמפר, אלפיים אמפר, אלפיים חמש מאות אמפר, שלושת אלפים אמפר וארבעת אלפים אמפר - שונים מהדרגות הסיניות הנפוצות כמו ששה מאות שלושים אמפר, אלף שניים מאות וחמישים אמפר ושלש אלף מאה וחמישים אמפר.

תדירות מרומזת
התANDARD של IEE-Business קובע תדירות מרומזת של שישים הרץ, בעוד שהתדירות המרומזת בסין היא חמישים הרץ. תדירות גבוהה יותר של שישים הרץ משפיעה באופן משמעותי על עלייה בטמפרטורה ובביצועים של ניתוק קצר-مدار. לפי GB/T 11022, עבור ציוד חילוף וניהול המורכב לתדירויות של חמישים הרץ או שישים הרץ - אם אין רכיבים פרומגנטיים ליד חלקים המוליכים זרם - אם העליה בטמפרטורה שנמדדה במבחן זרם מתמשך בתדירות של חמישים הרץ אינה עולה על תשעים וחמישה אחוז מהגבול המרבי המותר, המיתוג נחשב לעמיד בשתי התדירויות, כלומר הוא גם עומד בדרישה לעלייה בטמפרטורה בתדירות של שישים הרץ.

עם זאת, בשל הפיזור המוגבל של חום ב-GIS והתווך התרמי הקטן יחסית, לעתים קרובות נדרשות שיפורים עיצוביים כדי לעמוד בדרישות של שישים הרץ. מוצרים שעברו מבחן עלייה בטמפרטורה עם 1.1 פעמים הזרם המרומז לפי תקני סין יכולים בדרך כלל לעמוד בדרישה של שישים הרץ.

זרם מחזיק קצר-מועד מרומז וזרם שיא מרומז
הערכים המומלצים לזרם מחזיק קצר-מועד ב-GIS של IEE-Business מופיעים בטבלה 3. בניגוד לתקנים סיניים המגדירים משך קצר-مدار של שלושה שניות או ארבעה שניות, התקן של IEE-Business מגדיר משך קצר-مدار של שתי שניות.

בנוסף, מכיוון שהמערכת של IEE-Business פועלת בתדירות של שישים הרץ (ולא חמישים הרץ), הזרם השיא המרומז מוגדר כ-2.6 פעמים הזרם מחזיק קצר-מועד המרומז. לדוגמה, זרם מחזיק קצר-מועד מרומז של שלושים ואחת וחצי קילואמפר מתאים לזרם שיא מרומז של שמונים ושניים קילואמפר - מעט גבוה מה-שמונים קילואמפר הנפוץ בסין. כדי לעמוד בכוחות אלקטרודינמיים הנוצרים על ידי זרמים שיא כאלה, על לחץ ההתקשרות וה חוזק המכני של רכיבים כמו מגעים להיות משופרים.

טבלה 2 - דירוגי זרם מחזיק קצר-מועד מומלצים ל-GIS של IEE-Business