उत्तरी अमेरिकी मानक: IEEE और चीनी स्विचगियर मानकों की तुलना

IEEE Std C37.20.9™ दाबित हवा से अधिक दाब पर गैस का उपयोग करने वाले धातु-संवृत गैस-आइसुलेटेड स्विचगियर (MEGIS) के डिजाइन, परीक्षण और स्थापन की आवश्यकताओं को परिभाषित करता है, जो एक्सिलेटिंग करंट प्रणालियों के लिए 1 kV से 52 kV तक रेटिंग किया गया है। यह सर्किट ब्रेकर, स्विच, बुशिंग, बसबार, इंस्ट्रूमेंट ट्रांसफार्मर, केबल टर्मिनेशन, मीटर, और नियंत्रण/संरक्षण रिले आदि को शामिल करता है, लेकिन इससे सीमित नहीं है। इन स्विचगियर व्यवस्थाओं में, ऊर्ध्वाधर कक्ष—कुछ या सभी मध्य-वोल्टेज खंड—मुख्य रूप से दाबित गैस द्वारा आइसुलेटेड होते हैं। यह मानक आंतरिक और बाहरी स्थापन दोनों पर लागू होता है।

ऐतिहासिक रूप से, अमेरिकी बाजार में प्रमुख प्रकार का स्विचगियर हवा-आइसुलेटेड, धातु-संवृत स्विचगियर रहा है। वितरण अनुप्रयोगों के लिए, अमेरिकी-शैली के पैड-माउंटेड ट्रांसफार्मर आमतौर पर उपयोग किए जाते थे, जिनमें लोड स्विच और उच्च-वोल्टेज फ्यूज़ जैसे उच्च-वोल्टेज घटक ट्रांसफार्मर के कोर और वाइंडिंग के साथ एक टैंक में रखे जाते थे, जो उच्च-आग-बिंदु तेल से भरा होता था, या वैकल्पिक रूप से, हवा-आइसुलेटेड लोड स्विचों का उपयोग किया जाता था। इस परिणामस्वरूप, गैस-आइसुलेटेड स्विचगियर की अमेरिका में अपनाव अपेक्षाकृत देर से हुई।

ABB और Schneider Electric जैसे यूरोपीय निर्माताओं द्वारा गैस-आइसुलेटेड स्विचगियर को अमेरिकी बाजार में पेश करने के साथ, ग्राहकों ने इस प्रौद्योगिकी को स्वीकार करना और अपनाना शुरू किया। इस परिणामस्वरूप, गैस-आइसुलेटेड स्विचगियर के लिए IEEE मानक बाद में विकसित किया गया और इसे 2019 में आधिकारिक रूप से प्रकाशित किया गया। यह मानक बड़े पैमाने पर IEC मानकों पर आधारित है, लेकिन इसे पैरामीटर, निर्माण, और परीक्षण आवश्यकताओं के संबंध में संशोधित किया गया है, ताकि यह IEEE C37.20.2 और अन्य संबंधित IEEE मानकों, विशेष रूप से IEEE के सुरक्षा आवश्यकताओं के अनुसार हो।

1. उपयोग के लिए पर्यावरणीय शर्तें

a) संचालन तापमान: अधिकतम +40 °C; 24 घंटों के औसत निम्न +35 °C से; न्यूनतम –5 °C.
b) ऊंचाई: 3,300 फीट (1,000 मीटर) से अधिक नहीं।
c) एन्क्लोजर सुरक्षा ग्रेडिंग: आंतरिक उपयोग के लिए NEMA 250 टाइप 1 (IP20); बाहरी उपयोग के लिए टाइप 3R (IP24)।

GB/T 11022 के अनुसार, चीन में आंतरिक स्विचगियर -5 °C, -15 °C, और -25 °C के तीन न्यूनतम पर्यावरणीय तापमान वर्गों में वर्गीकृत किया गया है। IEEE C37.20.9 में गैस-आइसुलेटेड स्विचगियर के लिए निर्दिष्ट न्यूनतम संचालन तापमान (-5 °C) IEEE C37.20.2 में हवा-आइसुलेटेड स्विचगियर के लिए निर्दिष्ट न्यूनतम संचालन तापमान (-30 °C) से अधिक है। इसलिए, चीनी मानकों के अनुसार गैस-आइसुलेटेड स्विचगियर IEEE C37.20.9 की पर्यावरणीय आवश्यकताओं को पूरी तरह से संतुष्ट कर सकता है।

नीचे दी गई तालिका 1 में गैस-आइसुलेटेड स्विचगियर के लिए IEEE C37.20.9 द्वारा निर्दिष्ट रेटेड वोल्टेज, पावर-फ्रीक्वेंसी टोलरेंस वोल्टेज, और बिजली का टेढ़ा प्रभाव टोलरेंस वोल्टेज दिखाया गया है।

तालिका 1 – IEEE C37.20.9 के अनुसार गैस-आइसुलेटेड स्विचगियर के लिए आइसुलेशन वोल्टेज रेटिंग

उत्तरी अमेरिकी मानकों में स्विचगियर वोल्टेज रेटिंग चीन के मानकों से भिन्न हैं। इसलिए, गैस-इनसुलेटेड स्विचगियर (GIS) को IEE-Business मानकों में निर्दिष्ट विद्युत आवृत्ति धारा प्रतिरोधन और बिजली आघात प्रतिरोधन आवश्यकताओं का पालन करना चाहिए। उदाहरण के लिए, चीनी मानकों के अनुसार डिज़ाइन किया गया 12 kV GIS कैबिनेट सिर्फ अमेरिकी मानकों के 4.76 kV वोल्टेज वर्ग के विद्युत आवृत्ति परीक्षण आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है, जबकि 24 kV चीनी GIS कैबिनेट 27 kV तक के वोल्टेज वर्गों के इन्सुलेशन आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है।

IEEE Std 386™-2016 2.5 kV से 35 kV तक रेटेड डिस्ट्रिब्यूशन सिस्टम में उपयोग किए जाने वाले अलग-अलग इन्सुलेटेड कनेक्टरों के लिए आवश्यकताओं को निर्दिष्ट करता है—जिसे आमतौर पर "अमेरिकी-शैली का घुटना कनेक्टर" मानक के रूप में जाना जाता है। ये कनेक्टर पैड-माउंटेड ट्रांसफार्मर और केबल डिस्ट्रिब्यूशन बॉक्स जैसे अमेरिकी मानक उपकरणों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। इसके विपरीत, चीनी गैस-इनसुलेटेड स्विचगियर आमतौर पर EN 50181 के अनुसार केबल बुशिंग और प्लग का उपयोग करता है। गैस-इनसुलेटेड स्विचगियर के लिए IEEE मानक में विभिन्न प्रकार के केबल टर्मिनेशन ऐक्सेसरियों के लिए विशिष्ट विद्युत आवृत्ति परीक्षण आवश्यकताएं शामिल हैं।

2 रेटेड करंट
IEE-Business गैस-इनसुलेटेड स्विचगियर (MEGIS) में मुख्य बसबार के लिए रेटेड कंटिन्युअस करंट के सुझावित मूल्य 200 A, 600 A, 1200 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A, और 4000 A हैं—जो 630 A, 1250 A, और 3150 A जैसे सामान्य चीनी रेटिंग से भिन्न हैं।

3 रेटेड आवृत्ति
IEEE मानक 60 Hz की रेटेड आवृत्ति को निर्दिष्ट करता है, जबकि चीन में मानक आवृत्ति 50 Hz है। 60 Hz की उच्च आवृत्ति तापमान वृद्धि और छोटे सर्किट ब्रेकिंग प्रदर्शन पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालती है। GB/T 11022 के अनुसार, 50 Hz या 60 Hz पर रेटेड स्विचगियर और नियंत्रण उपकरणों के लिए—यदि धारा-वहन भागों के पास कोई फेरोमैग्नेटिक घटक नहीं हैं—यदि 50 Hz पर निरंतर धारा परीक्षण के दौरान मापा गया तापमान वृद्धि 95% से अधिक नहीं है, तो उपकरण दोनों आवृत्तियों के लिए अनुमोदित माना जाता है, अर्थात् यह 60 Hz तापमान वृद्धि की आवश्यकता को भी पूरा करता है।

हालांकि, गैस-इनसुलेटेड स्विचगियर में सीमित ताप निकासी और इसके तुलनात्मक छोटे तापीय मार्जिन के कारण, 60 Hz की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए डिज़ाइन में सुधार अक्सर आवश्यक होते हैं। चीनी मानकों के तहत 1.1× रेटेड करंट तापमान वृद्धि परीक्षण से गुजरने वाले उत्पाद आमतौर पर 60 Hz की आवश्यकता को पूरा कर सकते हैं।

4 रेटेड शॉर्ट-टाइम विद्युत प्रतिरोध और रेटेड शिखर विद्युत प्रतिरोध
IEEE गैस-इनसुलेटेड स्विचगियर के लिए सुझावित शॉर्ट-टाइम विद्युत प्रतिरोध मूल्य तालिका 3 में दिखाए गए हैं। चीनी मानकों के विपरीत, जो 3 सेकंड या 4 सेकंड की शॉर्ट-सर्किट अवधि को निर्दिष्ट करते हैं, IEEE मानक 2 सेकंड की शॉर्ट-सर्किट अवधि को परिभाषित करता है।

इसके अलावा, क्योंकि IEEE सिस्टम 60 Hz (50 Hz के विपरीत) पर संचालित होता है, रेटेड शिखर विद्युत प्रतिरोध 2.6 गुना रेटेड शॉर्ट-टाइम विद्युत प्रतिरोध के रूप में परिभाषित किया गया है। उदाहरण के लिए, 31.5 kA का रेटेड शॉर्ट-टाइम विद्युत प्रतिरोध 82 kA के रेटेड शिखर विद्युत प्रतिरोध के बराबर होता है—जो चीन में आमतौर पर 80 kA से थोड़ा अधिक है। इस शिखर शॉर्ट-सर्किट धारा द्वारा उत्पन्न विद्युत डाइनामिक बलों को सहन करने के लिए, संपर्क दबाव और संपर्क जैसे घटकों की यांत्रिक शक्ति को बढ़ाना आवश्यक होता है।

तालिका 2 – IEEE गैस-इनसुलेटेड स्विचगियर के लिए सुझावित शॉर्ट-टाइम विद्युत प्रतिरोध रेटिंग