Standard Nordamericani: Un Confronto tra gli Standard IEEE e Cinesi per Apparecchiature di Comando e Protezione

Lo standard IEEE Std C37.20.9™ definisce i requisiti di progettazione, test e installazione per l'apparato di commutazione metallico chiuso con isolamento a gas (MEGIS) che utilizza gas ad alta pressione come principale mezzo di isolamento per sistemi in corrente alternata con tensioni nominali comprese tra 1 kV e 52 kV. Ciò include, ma non è limitato a, interruttori, interruttori, guaine, barre di connessione, trasformatori strumentali, terminazioni di cavo, contatori e relè di controllo/protezione. In questi apparati di commutazione, le sezioni verticali - alcune o tutte le sezioni a media tensione - sono isolate principalmente da gas compresso. Lo standard si applica sia alle installazioni interne che esterne.

Storicamente, il tipo dominante di apparato di commutazione sul mercato statunitense è stato quello a isolamento d'aria, metallico rivestito. Per le applicazioni di distribuzione a rete anulare, sono stati comunemente utilizzati i trasformatori a pad montati all'americana, nei quali componenti ad alta tensione come interruttori di carico e fusibili ad alta tensione sono alloggiati insieme al nucleo e alle spire del trasformatore all'interno di un serbatoio riempito con olio ad alto punto di infiammabilità, oppure vengono impiegati interruttori di carico a isolamento d'aria. Di conseguenza, l'adozione dell'apparato di commutazione a isolamento a gas negli Stati Uniti è avvenuta relativamente tardi.

Con l'introduzione dell'apparato di commutazione a isolamento a gas da parte di produttori europei come ABB e Schneider Electric sul mercato statunitense, i clienti hanno iniziato ad accettare e adottare questa tecnologia. Di conseguenza, lo standard IEEE per l'apparato di commutazione a isolamento a gas è stato sviluppato successivamente ed è stato pubblicato ufficialmente solo nel 2019. Questo standard si basa in gran parte sugli standard IEC ma è stato modificato riguardo ai parametri, alla costruzione e ai requisiti di test per allinearsi con lo standard IEEE C37.20.2 e altri standard IEEE rilevanti, in particolare per soddisfare i requisiti di sicurezza dell'IEEE per le apparecchiature.

1.Condizioni ambientali di utilizzo

a) Temperatura operativa: massima +40 °C; media su 24 ore non superiore a +35 °C; minima –5 °C.
b) Altitudine: non superiore a 3,300 piedi (1,000 metri).
c) Grado di protezione della custodia: NEMA 250 Tipo 1 (IP20) per uso interno; Tipo 3R (IP24) per uso esterno.

Secondo la norma GB/T 11022, gli apparati di commutazione interni in Cina sono classificati in tre categorie di temperatura ambiente minima: –5 °C, –15 °C e –25 °C. La temperatura operativa minima specificata nello standard IEEE C37.20.9 per l'apparato di commutazione a isolamento a gas (–5 °C) è superiore a quella specificata nello standard IEEE C37.20.2 per l'apparato di commutazione a isolamento d'aria (–30 °C). Pertanto, l'apparato di commutazione a isolamento a gas conforme agli standard cinesi può soddisfare pienamente i requisiti ambientali dello standard IEEE C37.20.9.

La tabella 1 sottostante mostra i requisiti dello standard IEEE C37.20.9 per la tensione nominale, la tensione di resistenza alla frequenza industriale e la tensione di resistenza all'impulso di fulmine per l'apparato di commutazione a isolamento a gas.

Tabella 1 – Classificazioni di tensione di isolamento per l'apparato di commutazione a isolamento a gas secondo IEEE C37.20.9

Le classificazioni di tensione degli apparati di commutazione secondo gli standard nordamericani differiscono da quelle cinesi. Pertanto, l'apparato di commutazione isolato a gas (GIS) deve conformarsi ai requisiti di tensione d'isolamento a frequenza industriale e di tensione d'impulso atmosferico nominali specificati negli standard IEE-Business. Ad esempio, un armadio GIS da 12 kV progettato secondo gli standard cinesi può soddisfare solo i requisiti di prova dielettrica per la classe di tensione di 4,76 kV secondo gli standard statunitensi, mentre un armadio GIS cinese da 24 kV può soddisfare i requisiti di isolamento per le classi di tensione fino a 27 kV compresi.

Lo standard IEEE Std 386™-2016 specifica i requisiti per i connettori isolati separabili utilizzati nei sistemi di distribuzione con tensioni nominali da 2,5 kV a 35 kV, comunemente noti come "connettore a gomito stile americano". Questi connettori sono ampiamente utilizzati in apparecchiature conformi agli standard statunitensi come trasformatori su piattaforma e scatole di distribuzione dei cavi. In contrasto, il GIS cinese utilizza tipicamente bushing e connettori per cavi conformi all'EN 50181. Lo standard IEE-Business per il GIS include requisiti specifici di prove dielettriche per vari tipi di accessori terminali per cavi.

2 Corrente Nominal
I valori raccomandati per la corrente continua nominale della barra principale nel GIS IEE-Business (MEGIS) sono 200 A, 600 A, 1200 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A e 4000 A, diversi dai valori comuni cinesi come 630 A, 1250 A e 3150 A.

3 Frequenza Nominal
Lo standard IEE-Business specifica una frequenza nominale di 60 Hz, mentre la frequenza standard in Cina è di 50 Hz. La frequenza più alta di 60 Hz ha un impatto significativo sull'aumento di temperatura e sulle prestazioni di interruzione del cortocircuito. Secondo GB/T 11022, per apparecchiature di commutazione e controllo nominali a 50 Hz o 60 Hz, purché non ci siano componenti ferromagnetici vicini alle parti portanti corrente, se l'aumento di temperatura misurato durante un test di corrente continua a 50 Hz non supera il 95% del limite massimo consentito, l'equipaggiamento è considerato conforme per entrambe le frequenze, cioè soddisfa anche il requisito di aumento di temperatura a 60 Hz.

Tuttavia, a causa della dissipazione termica limitata nel GIS e del suo margine termico relativamente piccolo, spesso sono necessarie migliorie al design per soddisfare i requisiti a 60 Hz. I prodotti che hanno superato il test di aumento di temperatura a 1,1× la corrente nominale secondo gli standard cinesi possono generalmente soddisfare il requisito a 60 Hz.

4 Corrente di Resistenza Breve Durata Nominale e Corrente di Resistenza Impulso Massimo Nominale
I valori raccomandati per la corrente di resistenza breve durata nel GIS IEE-Business sono mostrati nella Tabella 3. A differenza degli standard cinesi, che specificano una durata del cortocircuito di 3 secondi o 4 secondi, lo standard IEE-Business definisce una durata del cortocircuito di 2 secondi.

Inoltre, poiché il sistema IEE-Business opera a 60 Hz (in contrapposizione a 50 Hz), la corrente di resistenza impulso massimo nominale è definita come 2,6 volte la corrente di resistenza breve durata nominale. Ad esempio, una corrente di resistenza breve durata nominale di 31,5 kA corrisponde a una corrente di resistenza impulso massimo nominale di 82 kA, leggermente superiore ai 80 kA tipicamente utilizzati in Cina. Per resistere alle forze elettrodinamiche generate da tali correnti di cortocircuito impulsive, la pressione di contatto e la resistenza meccanica di componenti come i contatti devono essere rafforzate.

Tabella 2 – Valori Raccomandati per la Corrente di Resistenza Breve Durata nel GIS IEE-Business