北米規格：IEEEと中国のスイッチギア規格の比較

IEEE Std C37.20.9™は、周囲より高い圧力のガスを使用して主な絶縁媒体として交流システム（1 kVから52 kVまで）用の金属製ガス絶縁開閉装置（MEGIS）の設計、試験、設置要件を定義しています。これには、遮断器、スイッチ、ブッシング、母線、計器変圧器、ケーブル端末、メーター、制御/保護リレーなどが含まれますが、これらに限定されるわけではありません。これらの開閉装置アセンブリでは、中電圧セクションの一部またはすべてが主に加圧されたガスによって絶縁されています。この標準は屋内および屋外の設置に適用されます。

歴史的に見て、米国市場で主流だったのは空気絶縁型の金属製開閉装置でした。リング式配電アプリケーションでは、アメリカスタイルのパッドマウントトランスフォーマーが一般的に使用されており、高電圧コンポーネント（負荷スイッチや高電圧ヒューズなど）とトランスコアと巻線が高着火点オイルで満たされたタンク内、または別の方法として空気絶縁型の負荷スイッチが使用されました。そのため、ガス絶縁開閉装置の米国での採用は比較的遅いものでした。

ABBやSchneider Electricなどのヨーロッパメーカーからのガス絶縁開閉装置が米国市場に導入されると、顧客はこの技術を受け入れ、採用し始めました。その結果、ガス絶縁開閉装置に関するIEEE標準は後になって開発され、公式に公表されたのは2019年でした。この標準は主にIEC標準に基づいていますが、パラメータ、構造、試験要件についてIEEE C37.20.2および他の関連IEEE標準、特にIEEEの機器に対する安全要件に合わせて修正されています。

1. 使用環境条件

a) 動作温度：最大+40 °C；24時間平均+35 °C以下；最小–5 °C。
b) 標高：3,300フィート（1,000メートル）以下。
c) ケース保護等級：室内使用向けNEMA 250 Type 1（IP20）；室外使用向けType 3R（IP24）。

GB/T 11022によれば、中国の室内開閉装置は–5 °C、–15 °C、–25 °Cの3つの最低環境温度カテゴリーに分類されます。IEEE C37.20.9で規定されているガス絶縁開閉装置の最低動作温度（–5 °C）は、IEEE C37.20.2で規定されている空気絶縁開閉装置の最低動作温度（–30 °C）よりも高いです。したがって、中国標準に準拠したガス絶縁開閉装置は、IEEE C37.20.9の環境要件を完全に満たすことができます。

以下の表1は、IEEE C37.20.9におけるガス絶縁開閉装置の定格電圧、商用周波数耐電圧、雷衝撃耐電圧の要件を示しています。

表1 – IEEE C37.20.9によるガス絶縁開閉装置の絶縁電圧等級

北米の規格におけるスイッチギアの電圧等級は、中国のそれとは異なります。したがって、ガス絶縁スイッチギア（GIS）は、IEEE標準で指定された定格商用周波数耐電圧および定格雷衝撃耐電圧の要件を満たす必要があります。例えば、中国の規格に基づいて設計された12 kVのGISキャビネットは、米国の規格における4.76 kVの電圧クラスの絶縁試験要件のみを満たすことができます。一方、24 kVの中国製GISキャビネットは、最大27 kVまでの電圧クラスの絶縁要件を満たすことができます。

IEEE Std 386™-2016は、2.5 kVから35 kVの配電システム用の分離型絶縁コネクタの要件を規定しています。これは一般的に「アメリカンスタイルエルボーコネクタ」標準として知られています。これらのコネクタは、パッドマウント変圧器やケーブル分配箱などの米国規格の設備で広く使用されています。一方、中国のガス絶縁スイッチギアでは通常、EN 50181に準拠したケーブルブッシングとプラグを使用しています。IEEEのガス絶縁スイッチギアの標準には、さまざまなタイプのケーブル終端アクセサリーに対する具体的な絶縁試験要件が含まれています。

2 定格電流
IEEEのガス絶縁スイッチギア（MEGIS）における主母線の定格連続電流の推奨値は、200 A、600 A、1200 A、2000 A、2500 A、3000 A、および4000 Aです。これは、中国で一般的な630 A、1250 A、3150 Aとは異なります。

3 定格周波数
IEEE標準では定格周波数が60 Hzとなっていますが、中国の標準周波数は50 Hzです。60 Hzという高い周波数は、温度上昇と短絡遮断性能に大きな影響を与えます。GB/T 11022によれば、通電部品近くに鉄磁性部品がない場合、50 Hzでの連続電流試験での測定された温度上昇が最大許容限界の95％以下であれば、その設備は両方の周波数に対応しているとみなされ、つまり60 Hzの温度上昇要件も満たしているとされます。

しかし、ガス絶縁スイッチギアの熱放出が制限されており、熱余裕が比較的小さいため、60 Hzの要件を満たすために設計改善が必要なことが多いです。中国の規格に基づいて1.1×定格電流の温度上昇試験を通過した製品は、一般的に60 Hzの要件を満たすことができます。

4 定格短時間耐電流と定格ピーク耐電流
IEEEのガス絶縁スイッチギアの推奨される短時間耐電流値は表3に示されています。中国の規格が短絡持続時間を3秒または4秒としているのに対し、IEEE標準では短絡持続時間が2秒と定義されています。

さらに、IEEEシステムは60 Hz（50 Hzに対して）で動作するため、定格ピーク耐電流は定格短時間耐電流の2.6倍と定義されています。例えば、定格短時間耐電流が31.5 kAの場合、定格ピーク耐電流は82 kAになります。これは中国で一般的に使用される80 kAよりも少し高くなります。このようなピーク短絡電流によって生じる電動力に耐えるためには、接触部の接触圧力や機械的な強度を強化する必要があります。

表2 – IEEEガス絶縁スイッチギアの推奨短時間耐電流等級