Standar Amerika Utara: Perbandingan Antara Standar IEEE dan Standar Switchgear China

IEEE Std C37.20.9™ mendefinisikan persyaratan desain, pengujian, dan pemasangan untuk peralatan pemutus sirkuit tertutup logam yang diisolasi gas (MEGIS) menggunakan gas pada tekanan di atas ambien sebagai media isolasi utama untuk sistem arus bolak-balik dengan tegangan nominal dari 1 kV hingga 52 kV. Ini mencakup, namun tidak terbatas pada, pemutus sirkuit, sakelar, bushing, busbar, transformator instrumen, ujung kabel, meter, dan relai kontrol/pelindung. Dalam rangkaian peralatan pemutus sirkuit ini, kompartemen vertikal—beberapa atau semua bagian tegangan menengah—diisolasi secara utama oleh gas bertekanan. Standar ini berlaku untuk pemasangan indoor maupun outdoor.

Secara historis, jenis peralatan pemutus sirkuit yang dominan di pasar AS adalah peralatan pemutus sirkuit tertutup logam yang diisolasi udara. Untuk aplikasi distribusi ring-main, transformator pad-mounted gaya Amerika telah umum digunakan, di mana komponen tegangan tinggi seperti sakelar beban dan fusible tegangan tinggi ditempatkan bersama dengan inti dan gulungan transformator dalam tangki yang diisi dengan minyak titik api tinggi, atau alternatifnya, sakelar beban yang diisolasi udara digunakan. Akibatnya, adopsi peralatan pemutus sirkuit yang diisolasi gas di AS terjadi relatif lambat.

Dengan diperkenalkannya peralatan pemutus sirkuit yang diisolasi gas dari produsen Eropa seperti ABB dan Schneider Electric ke pasar AS, pelanggan mulai menerima dan mengadopsi teknologi ini. Sebagai hasilnya, standar IEEE untuk peralatan pemutus sirkuit yang diisolasi gas dikembangkan kemudian dan baru diterbitkan resmi pada tahun 2019. Standar ini sebagian besar didasarkan pada standar IEC tetapi telah dimodifikasi mengenai parameter, konstruksi, dan persyaratan pengujian untuk disesuaikan dengan IEEE C37.20.2 dan standar IEEE lainnya yang relevan, terutama untuk memenuhi persyaratan keselamatan peralatan oleh IEEE.

1. Kondisi Lingkungan Penggunaan

a) Suhu operasi: maksimum +40 °C; rata-rata selama 24 jam tidak melebihi +35 °C; minimum –5 °C.
b) Ketinggian: tidak melebihi 3,300 kaki (1,000 meter).
c) Peringkat perlindungan penutup: NEMA 250 Tipe 1 (IP20) untuk penggunaan indoor; Tipe 3R (IP24) untuk penggunaan outdoor.

Menurut GB/T 11022, peralatan pemutus sirkuit indoor di China diklasifikasikan menjadi tiga kategori suhu lingkungan minimum: –5 °C, –15 °C, dan –25 °C. Suhu operasi minimum yang ditentukan dalam IEEE C37.20.9 untuk peralatan pemutus sirkuit yang diisolasi gas (–5 °C) lebih tinggi dibandingkan yang ditentukan dalam IEEE C37.20.2 untuk peralatan pemutus sirkuit yang diisolasi udara (–30 °C). Oleh karena itu, peralatan pemutus sirkuit yang diisolasi gas yang sesuai dengan standar China dapat sepenuhnya memenuhi persyaratan lingkungan IEEE C37.20.9.

Tabel 1 di bawah ini menunjukkan persyaratan IEEE C37.20.9 untuk tegangan nominal, tegangan tahan frekuensi daya, dan tegangan tahan impuls petir untuk peralatan pemutus sirkuit yang diisolasi gas.

Tabel 1 – Peringkat Tegangan Isolasi untuk Peralatan Pemutus Sirkuit yang Diisolasi Gas menurut IEEE C37.20.9

Peringkat tegangan peralatan switching di standar Amerika Utara berbeda dari yang ada di China. Oleh karena itu, peralatan switching gas-insulated (GIS) harus mematuhi persyaratan tahanan tegangan frekuensi daya dan tahanan tegangan impuls petir sesuai dengan standar IEEE. Misalnya, kabinet GIS 12 kV yang dirancang menurut standar China hanya dapat memenuhi persyaratan uji dielektrik untuk kelas tegangan 4.76 kV menurut standar AS, sementara kabinet GIS 24 kV China dapat memenuhi persyaratan isolasi hingga dan termasuk kelas tegangan 27 kV.

IEEE Std 386™-2016 menentukan persyaratan untuk konektor insulatif terpisah yang digunakan dalam sistem distribusi dengan peringkat dari 2.5 kV hingga 35 kV—dikenal sebagai standar "sambungan siku gaya Amerika". Konektor ini secara luas digunakan dalam peralatan standar AS seperti trafo pad-mounted dan kotak distribusi kabel. Sebaliknya, peralatan switching gas-insulated China biasanya menggunakan bushing kabel dan plug yang sesuai dengan EN 50181. Standar IEEE untuk peralatan switching gas-insulated mencakup persyaratan uji dielektrik spesifik untuk berbagai jenis aksesori terminasi kabel.

2 Arus Nominal
Nilai yang disarankan untuk arus kontinu nominal busbar utama dalam peralatan switching gas-insulated IEE-Business (MEGIS) adalah 200 A, 600 A, 1200 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A, dan 4000 A—berbeda dari peringkat umum di China seperti 630 A, 1250 A, dan 3150 A.

3 Frekuensi Nominal
Standar IEEE menentukan frekuensi nominal 60 Hz, sementara frekuensi standar di China adalah 50 Hz. Frekuensi yang lebih tinggi yaitu 60 Hz memiliki dampak signifikan pada peningkatan suhu dan kinerja pemutusan arus pendek. Menurut GB/T 11022, untuk peralatan switching dan kontrol yang dirating pada 50 Hz atau 60 Hz—dengan catatan tidak ada komponen feromagnetik dekat bagian penghantar arus—jika peningkatan suhu yang terukur selama uji arus kontinu pada 50 Hz tidak melebihi 95% batas maksimum yang diperbolehkan, maka peralatan tersebut dianggap sesuai untuk kedua frekuensi, yaitu juga memenuhi persyaratan peningkatan suhu 60 Hz.

Namun, karena pembuangan panas yang terbatas pada peralatan switching gas-insulated dan margin termalnya yang relatif kecil, sering kali diperlukan perbaikan desain untuk memenuhi persyaratan 60 Hz. Produk yang telah lulus uji peningkatan suhu 1.1× arus nominal menurut standar China umumnya dapat memenuhi persyaratan 60 Hz.

4 Arus Tahanan Pendek Waktu Singkat dan Arus Tahanan Puncak Nominal
Nilai arus tahanan pendek waktu singkat yang disarankan untuk peralatan switching gas-insulated IEEE ditunjukkan dalam Tabel 3. Berbeda dengan standar China yang menentukan durasi arus pendek 3 detik atau 4 detik, standar IEEE mendefinisikan durasi arus pendek 2 detik.

Selanjutnya, karena sistem IEEE beroperasi pada 60 Hz (bukan 50 Hz), arus tahanan puncak nominal didefinisikan sebagai 2.6 kali arus tahanan pendek waktu singkat nominal. Misalnya, arus tahanan pendek waktu singkat nominal 31.5 kA berkorespondensi dengan arus tahanan puncak nominal 82 kA—sedikit lebih tinggi dari 80 kA yang umum digunakan di China. Untuk menahan gaya elektrodinamis yang dihasilkan oleh arus pendek puncak tersebut, tekanan kontak dan kekuatan mekanis komponen seperti kontak harus ditingkatkan.

Tabel 2 – Peringkat Arus Tahanan Pendek Waktu Singkat yang Disarankan untuk Peralatan Switching Gas-Insulated IEEE