Észak-Amerikai Szabványok: Összehasonlítás az IEEE és a kínai kapcsolókészülékek szabványai között

Az IEEE Std C37.20.9™ meghatározza a tervezési, tesztelési és telepítési követelményeket a metállefedett gázizolált átjárókészülékek (MEGIS) esetén, amelyekben a környezeti feletti nyomású gáz az elsődleges izolációs közeg 1 kV és 52 kV közötti váltóáramos rendszerekhez. Ez magában foglalja, de nem korlátozódik csak a következőkre: átjárók, kapcsolók, csatlakoztatások, buszosok, mérőátalakítók, kábelvégek, mérők, valamint irányító- és védelmi relék. Ezekben a szekciókban a közepes feszültségű részek – egyes vagy összes – főként nyomás alatt álló gázzal vannak izolálva. A szabvány belső és külső telepítésekre is érvényes.

Történetileg a leggyakrabban használt típus az Egyesült Államok piacán a levegőizolált, metálburkolatú átjárókészülékek voltak. Gyűrűháló elosztási alkalmazások esetén gyakran használták az amerikai stílusú pad-burkolatú transzformátorokat, ahol a nagyfeszültségű komponensek, mint például a terhelés-kapcsolók és a nagyfeszültségű biztosítékok, együtt találhatók a transzformátor magjával és tekercsekkel, egy magas-tűzpontrúgó olajjal teli tartályban, vagy alternatívan levegőizolált terhelés-kapcsolókat használtak. Ennek eredményeként a gázizolált átjárókészülékek bevezetése az Egyesült Államokban viszonylag későn történt.

A gázizolált átjárókészülékek bevezetése az Egyesült Államok piacára, például az ABB és a Schneider Electric európai gyártóktól, miatt a vevők elkezdtek elfogadni és alkalmazni ezt a technológiát. Erre a hozzáértésre adott válaszként az IEEE gázizolált átjárókészülékek szabványát később fejlesztették ki, és csak 2019-ben jelentettek meg hivatalosan. Ez a szabvány nagyrészt az IEC szabványokon alapszik, de paraméterek, szerkezet és tesztelési követelmények tekintetében módosítást szenvedett, hogy az IEEE C37.20.2 és más releváns IEEE szabványokkal, különösen az IEEE biztonsági követelményeivel, összhangban álljon.

1. Használati környezeti feltételek

a) Működési hőmérséklet: maximum +40 °C; 24 órás átlag nem haladja meg a +35 °C-t; minimum –5 °C.
b) Szint: nem haladja meg a 3,300 lábat (1,000 méter).
c) Tartály védelmi besorolása: NEMA 250 Type 1 (IP20) belső használatra; Type 3R (IP24) külső használatra.

A GB/T 11022 szerint Kínában a belső átjárókészülékek három minimális környezeti hőmérsékleti kategóriába oszthatók: –5 °C, –15 °C, és –25 °C. Az IEEE C37.20.9-ben meghatározott gázizolált átjárókészülékek minimális működési hőmérséklete (–5 °C) magasabb, mint az IEEE C37.20.2-ben meghatározott levegőizolált átjárókészülékek minimális működési hőmérséklete (–30 °C). Tehát a kínai szabványoknak megfelelő gázizolált átjárókészülékek teljesen kielégítik az IEEE C37.20.9 környezeti követelményeit.

A lenti táblázat az IEEE C37.20.9-s követelményeket mutatja a gázizolált átjárókészülékek nominális feszültségére, az áramfrekvencia kitartó feszültségére, valamint a villámimpulzus kitartó feszültségére nézve.

Táblázat 1 – Izolációs feszültség besorolása gázizolált átjárókészülékek esetén az IEEE C37.20.9 szerint

A feszültségi osztályok az amerikai szabványokban eltérőek a kínaiakhoz képest. Ezért a gázizolált kapcsolókészítmények (GIS) meg kell feleljenek az IEEE-szabványokban meghatározott üzemfeszültség- és villámimpulzus-ellenállás követelményeinek. Például egy 12 kV-os GIS doboz, amelyet kínai szabványok szerint terveztek, csak a 4,76 kV-os feszültségi osztály dielektrikus próbaigényeit teljesíti az Egyesült Államok szabványai szerint, míg egy 24 kV-os kínai GIS doboz elégséges izolációt biztosít a 27 kV-ig tartó feszültségi osztályokra.

Az IEEE Std 386™-2016 előírásokat ad a 2,5 kV-tól 35 kV-ig terjedő elosztási rendszerekben használt elkülönített izolált csatlakozókról – gyakran ismertek mint az "amerikai stílusú tekercsösszekötő" szabvány. Ezek a csatlakozók széles körben használatosak az Egyesült Államok szabványú felszerelésekben, mint például a padon állított transzformátorok és a kábelelosztó dobozok. Ellenben a kínai gázizolált kapcsolókészítmények általában EN 50181-hez konform kábelbocskorokat és csatlakozókat használnak. Az IEEE gázizolált kapcsolókészítmények szabványa specifikus dielektrikus próbaigényeket tartalmaz különböző típusú kábelvégezési hozzárendelések esetén.

2 Nominális áram
Az IEE-Business gázizolált kapcsolókészítmények (MEGIS) fő buszjainak ajánlott nominális folyamatos áram értékei 200 A, 600 A, 1200 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A és 4000 A – ezek eltérnek a Kínában gyakori 630 A, 1250 A és 3150 A értékektől.

3 Nominális frekvencia
Az IEEE szabvány 60 Hz nominális frekvenciát határoz meg, míg Kínában a szabványos frekvencia 50 Hz. A 60 Hz-es magasabb frekvencia jelentős hatással van a hőemelkedésre és a rövidzárlék törésképességére. A GB/T 11022 szerint, ha a feszültség- és irányító berendezések 50 Hz vagy 60 Hz nominális frekvencián vannak beállítva, és nincsenek ferromágneses komponensek a vezető részek közelében, akkor ha a 50 Hz-es folyamatos árampróbával mért hőemelkedés nem haladja meg a legnagyobb engedélyezett határérték 95%-át, a felszerelést mindkét frekvenciára megfelelőnek tekintik, azaz a 60 Hz-es hőemelkedési követelményt is teljesíti.

Ugyanakkor a korlátozott hőledés miatt a gázizolált kapcsolókészítményeknél, valamint a viszonylag kis hőmérsékleti margó miatt, gyakran szükségesek a tervezési javítások a 60 Hz követelmények teljesítéséhez. A kínai szabványok szerinti 1,1× nominális áram hőemelkedési próbatételt sikeresen teljesítő termékek általában megfelelnek a 60 Hz követelménynek.

4 Nominális rövid idejű átvészkeli áram és nominális csúcsárvíziós áram
Az IEEE gázizolált kapcsolókészítmények ajánlott rövid idejű átvészkeli áram értékeit a 3. táblázat mutatja. Ellentétben a kínai szabványokkal, amelyek 3 s vagy 4 s rövidzárlék időtartamot határoznak meg, az IEEE szabvány 2 másodperces rövidzárlék időtartamot definiál.

Ezenkívül, mivel az IEEE rendszer 60 Hz-en (50 Hz helyett) működik, a nominális csúcsárvíziós áram 2,6-szerese a nominális rövid idejű átvészkeli áramnak. Például egy 31,5 kA nominális rövid idejű átvészkeli áram 82 kA nominális csúcsárvíziós árhoz felel meg – ennek értéke kissé magasabb, mint a Kínában tipikusan használt 80 kA. Az ilyen csúcsrövidzárléki áramok által generált elektrodinamikus erőkkel szemben a kapcsolók nyomását és mechanikai erősségét kell megerősíteni.

Táblázat 2 – Az IEEE gázizolált kapcsolókészítmények ajánlott rövid idejű átvészkeli áram értékei