Američki standardi: Usporedba između IEEE i kineskih standarda za prekidače

IEEE Std C37.20.9™ definira zahtjeve za dizajn, testiranje i instalaciju metalno obloženog gas-insulirane prekidačke opreme (MEGIS) koja koristi plin pod pritiskom višim od okolišnog kao primarno izolacijsko sredstvo za strujne sustave naizmjence struje s nominalnim naprezanjem od 1 kV do 52 kV. To uključuje, ali se ne ograničava na, prekidni uređaje, prekidače, ulaze, šine, instrumentne transformatori, završnice kabela, brojilice i releji za nadzor/zaštitu. U tim sklopovima prekidačke opreme, vertikalni odjeli - neki ili svi srednjeg napona - su uglavnom izolirani pod pritiskom plina. Standard se odnosi na unutarnje i vanjske instalacije.

Istorijaski gledano, dominantni tip prekidačke opreme na američkom tržištu bio je zračno izolirana, metalno obložena prekidačka oprema. Za distribucijske primjene sa kružnim spojem, često su se koristili američki pad-mounted transformatori, gdje su visokonaponski komponenti poput prekidača opterećenja i visokonaponskih žica bili smješteni zajedno s jezgrom i vijcima transformatora unutar rezervoara ispunitog naftom s visokom točkom zapaljenja, ili alternativno, zračno izolirani prekidači opterećenja su se koristili. Stoga je prihvaćanje i usvajanje gas-insulirane prekidačke opreme u SAD-u dogodilo relativno kasno.

S uvodenjem gas-insulirane prekidačke opreme europskih proizvođača, poput ABB-a i Schneider Electric, na američko tržište, klijenti su počeli prihvaćati i usvajati ovu tehnologiju. Kao rezultat, IEEE standard za gas-insuliranu prekidačku opremu razvijen je kasnije i zvanično objavljen tek 2019. godine. Taj standard uglavnom temelji na IEC standardima, ali je modificiran u pogledu parametara, konstrukcije i zahtjeva za ispitivanje kako bi se poravnali s IEEE C37.20.2 i drugim relevantnim IEEE standardima, posebno kako bi zadovoljio zahtjeve IEEE-a za sigurnost opreme.

1. Okružne uvjeti za korištenje

a) Temperatura rada: maksimalna +40 °C; prosječna tijekom 24 sata ne prelazi +35 °C; minimalna –5 °C.
b) Visina: ne prelazi 3,300 stopa (1,000 metara).
c) Ocjena zaštite obojke: NEMA 250 Type 1 (IP20) za unutarnje korištenje; Type 3R (IP24) za vanjsko korištenje.

Prema GB/T 11022, unutarnja prekidačka oprema u Kini je klasificirana u tri kategorije minimalne okružne temperature: –5 °C, –15 °C i –25 °C. Minimalna radna temperatura navedena u IEEE C37.20.9 za gas-insuliranu prekidačku opremu (–5 °C) je veća od one navedene u IEEE C37.20.2 za zračno izoliranu prekidačku opremu (–30 °C). Stoga, gas-insulirana prekidačka oprema u skladu s kineskim standardima može u potpunosti zadovoljiti okružne zahtjeve IEEE C37.20.9.

Tablica 1 ispod pokazuje zahtjeve IEEE C37.20.9 za nominalno naprezanje, izdržljivost na naponski ispit pri strujnom frekvenci i izdržljivost na ispit pri udaru bljesnave za gas-insuliranu prekidačku opremu.

Tablica 1 – Izolacijska naponska ocjena za gas-insuliranu prekidačku opremu prema IEEE C37.20.9

Napetosti prekidača u sijalici prema sjevernoameričkim standardima razlikuju se od onih u Kini. Stoga mora plinsko izolirani prekidač (GIS) biti u skladu s zahtjevima za napetostnu izdržljivost pri strujnom frekvenci i zahtjevima za izdržljivost pri udarnoj napetosti kako je definirano u IEE-Business standardima. Na primjer, GIS ormarić dizajniran prema kineskim standardima na 12 kV može ispuniti dielektričke testne zahtjeve samo za napetosni razred od 4,76 kV prema američkim standardima, dok GIS ormarić na 24 kV iz Kine može zadovoljiti izolacijske zahtjeve za napetosne razrede do i uključivo 27 kV.

IEE-Business Std 386™-2016 definira zahtjeve za odvojive izolirane spojeve koji se koriste u distribucijskim sustavima s napetostima od 2,5 kV do 35 kV — poznatiji kao "američki standard za lakati spojevi". Ovi spojevi su široko upotrebljavani u opremi prema američkim standardima, poput transformatora na podlozi i škropljavih distribucijskih kutija. U suprotnosti, kineski plinsko izolirani prekidači obično koriste kabelske gušće i štapiće u skladu s EN 50181. IEE-Business standard za plinsko izolirane prekidače uključuje specifične dielektričke testne zahtjeve za različite vrste akcesorija za terminaciju kabela.

2 Nominirana struja
Preporučene vrijednosti za nominiranu kontinuiranu struju glavnog busa u IEE-Business plinsko izoliranom prekidaču (MEGIS) su 200 A, 600 A, 1200 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A i 4000 A — što se razlikuje od često korištenih kineskih ocjena poput 630 A, 1250 A i 3150 A.

3 Nominirana frekvencija
IEE-Business standard definira nominiranu frekvenciju od 60 Hz, dok je standardna frekvencija u Kini 50 Hz. Viša frekvencija od 60 Hz ima značajan utjecaj na porast temperature i performanse prekidanja kratkog spoja. Prema GB/T 11022, za prekidače i nadzorno-izvršnu opremu s nominiranom frekvencijom od 50 Hz ili 60 Hz — ako nema feromagnetskih komponenti blizu dijelova koji nose struja — ako mjerena temperatura tijekom kontinuiranog testa struje na 50 Hz ne prelazi 95% maksimalnog dopuštenog ograničenja, smatra se da oprema zadovoljava zahtjeve za obje frekvencije, tj. zadovoljava i zahtjev za porast temperature na 60 Hz.

Međutim, zbog ograničene topline disipacije u plinsko izoliranom prekidaču i relativno malog toplinskog margina, često su potrebne poboljšanja dizajna kako bi se zadovoljili zahtjevi za 60 Hz. Proizvodi koji su prošli test porasta temperature na 1,1× nominirane struje prema kineskim standardima obično mogu zadovoljiti zahtjev za 60 Hz.

4 Nominirana kratkotrajna izdržljiva struja i nominirana vrhunska izdržljiva struja
Preporučene vrijednosti za kratkotrajnu izdržljivu struju u IEE-Business plinsko izoliranom prekidaču prikazane su u Tablici 3. S druge strane, kineski standardi definiraju trajanje kratkog spoja od 3 s ili 4 s, dok IEE-Business standard definira trajanje kratkog spoja od 2 sekunde.

Dodatno, budući da IEE-Business sustav radi na 60 Hz (nasuprot 50 Hz), nominirana vrhunska izdržljiva struja definirana je kao 2,6 puta nominirana kratkotrajna izdržljiva struja. Na primjer, nominirana kratkotrajna izdržljiva struja od 31,5 kA odgovara nominiranoj vrhunskoj izdržljivoj struji od 82 kA — malo više od tipičnih 80 kA korištenih u Kini. Da bi se izdržale elektrodinamičke sile generirane takvim vrhunskim strujama kratkog spoja, pritisak kontakata i mehanička čvrstoća dijelova poput kontakata mora biti jačana.

Tablica 2 – Preporučene vrijednosti za kratkotrajnu izdržljivu struju u IEE-Business plinsko izoliranom prekidaču