북미 표준: IEEE와 중국 스위치 기어 표준 비교

IEEE Std C37.20.9™는 주변 기압보다 높은 압력의 가스를 주요 절연 매체로 사용하는 금속 케이싱 가스 절연 개폐기(MEGIS)의 설계, 테스트, 설치 요구사항을 정의합니다. 이는 1 kV에서 52 kV까지의 교류 시스템에 적용되며, 회로 차단기, 스위치, 부싱, 버스바, 계측 변압기, 케이블 종단, 미터, 제어/보호 릴레이 등을 포함하나 이에 국한되지 않습니다. 이러한 개폐기 어셈블리에서 중간 전압 섹션의 일부 또는 전부가 주로 압축된 가스로 절연됩니다. 이 표준은 실내 및 실외 설치 모두에 적용됩니다.

역사적으로 미국 시장에서 지배적인 형태의 개폐기는 공기 절연, 금속 피복 개폐기였습니다. 링 메인 배전 응용 분야에서는 미국식 패드 마운트 변압기가 일반적으로 사용되었으며, 여기서 고전압 부품인 부하 스위치와 고전압 유전관은 변압기 코어 및 와인딩과 함께 고점화유로 채워진 탱크 내에 수납되거나, 대안으로 공기 절연 부하 스위치가 사용되었습니다. 따라서 미국에서 가스 절연 개폐기의 도입은 상대적으로 늦게 이루어졌습니다.

ABB와 Schneider Electric 같은 유럽 제조업체들이 가스 절연 개폐기를 미국 시장에 도입하면서 고객들은 이 기술을 받아들이고 채택하기 시작했습니다. 그 결과, 가스 절연 개폐기에 대한 IEEE 표준은 나중에 개발되어 2019년에 공식적으로 발표되었습니다. 이 표준은 주로 IEC 표준을 기반으로 하되, 파라미터, 구조, 테스트 요구사항 등이 IEEE C37.20.2 및 기타 관련 IEEE 표준, 특히 장비의 안전 요구사항을 충족하도록 수정되었습니다.

1. 사용 환경 조건

a) 작동 온도: 최대 +40°C; 24시간 평균 +35°C 이하; 최소 –5°C.
b) 고도: 3,300피트(1,000미터) 이하.
c) 케이스 보호 등급: 실내용 NEMA 250 Type 1 (IP20); 실외용 Type 3R (IP24).

GB/T 11022에 따르면, 중국의 실내 개폐기는 –5°C, –15°C, –25°C의 세 가지 최소 환경 온도 범주로 분류됩니다. IEEE C37.20.9에서 가스 절연 개폐기에 대해 지정된 최소 작동 온도(–5°C)는 IEEE C37.20.2에서 공기 절연 개폐기에 대해 지정된 최소 작동 온도(–30°C)보다 높습니다. 따라서 중국 표준에 준수하는 가스 절연 개폐기는 IEEE C37.20.9의 환경 요구사항을 완전히 충족할 수 있습니다.

아래 표 1은 IEEE C37.20.9에 따른 가스 절연 개폐기의 정격 전압, 전원 주파수 내전압, 그리고 번개 내구전압 요구사항을 나타냅니다.

표 1 – IEEE C37.20.9에 따른 가스 절연 개폐기의 절연 전압 등급

북미 표준과 중국의 전압 등급이 다릅니다. 따라서 기체 절연 스위치기어(GIS)는 IEEE 표준에서 지정된 정격 주파수 내전압 및 정격 번개 충격 내전압 요구 사항을 충족해야 합니다. 예를 들어 중국 표준에 따라 설계된 12kV GIS 캐비닛은 미국 표준에서 4.76kV 전압 클래스의 유전체 시험 요구 사항만 충족할 수 있으며 24kV 중국 GIS 캐비닛은 최대 27kV까지의 전압 클래스의 절연 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

IEEE Std 386™-2016은 2.5kV부터 35kV까지의 분배 시스템에서 사용되는 분리형 절연 커넥터에 대한 요구 사항을 지정합니다—일반적으로 "미국식 엘보 커넥터" 표준으로 알려져 있습니다. 이러한 커넥터는 패드 마운트 변압기와 케이블 분배 상자와 같은 미국 표준 장비에서 널리 사용됩니다. 반면 중국의 기체 절연 스위치기어는 일반적으로 EN 50181에 부합하는 케이블 부싱과 플러그를 사용합니다. IEEE 표준은 다양한 종류의 케이블 종단 부속품에 대한 특정 유전체 시험 요구 사항을 포함하고 있습니다.

2 정격 전류
IEEE 기체 절연 스위치기어(MEGIS)의 메인 버스바의 정격 연속 전류에 대한 권장 값은 200A 600A 1200A 2000A 2500A 3000A 및 4000A입니다—이는 630A 1250A 및 3150A와 같은 일반적인 중국의 등급과 다릅니다.

3 정격 주파수
IEEE 표준은 60Hz의 정격 주파수를 지정하지만 중국의 표준 주파수는 50Hz입니다. 60Hz의 높은 주파수는 온도 상승과 단락 회로 차단 성능에 큰 영향을 미칩니다. GB/T 11022에 따르면 전류를 운반하는 부분 근처에 페로마그네틱 구성 요소가 없는 경우 50Hz에서의 연속 전류 시험 중 측정된 온도 상승이 최대 허용 한도의 95%를 초과하지 않으면 해당 장비는 두 주파수 모두에 대해 적합하다고 간주되며 즉 60Hz의 온도 상승 요구 사항도 충족합니다.

그러나 기체 절연 스위치기어의 열 방출이 제한적이고 열 여유가 상대적으로 작기 때문에 60Hz 요구 사항을 충족하기 위해 설계 개선이 종종 필요합니다. 중국 표준 하에서 1.1× 정격 전류 온도 상승 시험을 통과한 제품은 일반적으로 60Hz 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

4 정격 단시간 내전류 및 정격 피크 내전류
IEEE 기체 절연 스위치기어의 권장 단시간 내전류 값은 표 3에 나와 있습니다. 중국 표준과 달리 IEEE 표준은 단락 회로 지속 시간을 2초로 정의합니다.

또한 IEEE 시스템은 50Hz 대신 60Hz로 작동하므로 정격 피크 내전류는 정격 단시간 내전류의 2.6배로 정의됩니다. 예를 들어 31.5kA의 정격 단시간 내전류는 82kA의 정격 피크 내전류에 해당하며 이는 중국에서 일반적으로 사용되는 80kA보다 약간 높습니다. 이러한 피크 단락 회로 전류로 인해 발생하는 전자기력에 견딜 수 있도록 접촉 압력과 접촉부와 같은 구성 요소의 기계적 강도를 강화해야 합니다.

표 2 – IEEE 기체 절연 스위치기어를 위한 권장 단시간 내전류 등급