Standard Amerika Utara: Perbandingan antara Standard IEEE dan Standard Switchgear China

IEEE Std C37.20.9™ mentakrifkan keperluan reka bentuk, ujian, dan pemasangan bagi peralatan pemutus litar bertembok logam yang diasingkan dengan gas (MEGIS) menggunakan gas pada tekanan di atas persekitaran sebagai medium pengasingan utama untuk sistem arus ulang-alik berperingkat dari 1 kV hingga 52 kV. Ini termasuk, tetapi tidak terhad kepada, pemutus litar, saklar, bushings, busbar, transformer alat, terminasi kabel, meter, dan rele kawalan/pelindung. Dalam peralatan pemutus litar ini, kompartmen menegak—beberapa atau semua bahagian voltan sederhana—diasingkan secara utama oleh gas bertekanan. Piawaian ini berlaku untuk kedua-dua pemasangan dalaman dan luaran.

Secara historis, jenis peralatan pemutus litar yang dominan dalam pasaran AS adalah peralatan pemutus litar bertembok logam yang diasingkan dengan udara. Untuk aplikasi pengedaran ring-main, transformer bantuan gaya Amerika telah digunakan secara meluas, di mana komponen voltan tinggi seperti saklar beban dan fusible voltan tinggi ditempatkan bersama dengan inti dan pembungkusan transformer di dalam tangki yang diisi dengan minyak titik api tinggi, atau alternatifnya, saklar beban yang diasingkan dengan udara digunakan. Oleh itu, penggunaan peralatan pemutus litar yang diasingkan dengan gas di AS berlaku agak lewat.

Dengan pengenalan peralatan pemutus litar yang diasingkan dengan gas dari pembuat-pembuat Eropah seperti ABB dan Schneider Electric ke dalam pasaran AS, pelanggan mula menerima dan mengadaptasi teknologi ini. Akibatnya, piawaian IEEE untuk peralatan pemutus litar yang diasingkan dengan gas dibangunkan kemudian dan hanya diterbitkan secara rasmi pada tahun 2019. Piawaian ini sebahagian besarnya didasarkan pada piawaian IEC tetapi telah dimodifikasi mengenai parameter, konstruksi, dan keperluan ujian untuk diselaraskan dengan IEEE C37.20.2 dan piawaian IEEE lain yang berkaitan, terutamanya untuk memenuhi keperluan keselamatan IEEE untuk peralatan tersebut.

1. Keadaan Alam Sekitar untuk Penggunaan

a) Suhu operasi: maksimum +40 °C; purata selama 24 jam tidak melebihi +35 °C; minimum –5 °C.
b) Ketinggian: tidak melebihi 3,300 kaki (1,000 meter).
c) Penilaian perlindungan enklous: NEMA 250 Jenis 1 (IP20) untuk penggunaan dalaman; Jenis 3R (IP24) untuk penggunaan luaran.

Mengikut GB/T 11022, peralatan pemutus litar dalaman di China diklasifikasikan ke dalam tiga kategori suhu ambien minimum: –5 °C, –15 °C, dan –25 °C. Suhu operasi minimum yang ditetapkan dalam IEEE C37.20.9 untuk peralatan pemutus litar yang diasingkan dengan gas (–5 °C) lebih tinggi daripada yang ditetapkan dalam IEEE C37.20.2 untuk peralatan pemutus litar yang diasingkan dengan udara (–30 °C). Oleh itu, peralatan pemutus litar yang diasingkan dengan gas yang sesuai dengan piawaian China dapat sepenuhnya memenuhi keperluan alam sekitar IEEE C37.20.9.

Jadual 1 di bawah menunjukkan keperluan IEEE C37.20.9 untuk voltan berperingkat, voltan daya frekuensi penahanan, dan voltan impulsi petir penahanan bagi peralatan pemutus litar yang diasingkan dengan gas.

Jadual 1 – Penilai Voltan Pengasingan untuk Peralatan Pemutus Litar yang Diasingkan dengan Gas mengikut IEEE C37.20.9

Penarafan voltan peralatan pengalihan dalam piawaian Amerika Utara berbeza daripada yang di China. Oleh itu, peralatan pengalihan bertapis gas (GIS) mesti mematuhi keperluan voltan tahanan frekuensi kuasa dan voltan tahanan impuls petir yang ditetapkan dalam piawaian IEEE. Sebagai contoh, kabinet GIS 12 kV yang direka mengikut piawaian China hanya boleh memenuhi keperluan ujian dielektrik untuk kelass voltan 4.76 kV di bawah piawaian AS, manakala kabinet GIS 24 kV China boleh memenuhi keperluan isolasi untuk kelass voltan sehingga dan termasuk 27 kV.

IEEE Std 386™-2016 menetapkan keperluan untuk penyambung terasing bertapis yang digunakan dalam sistem agihan dengan penarafan dari 2.5 kV hingga 35 kV—dikenali sebagai "piawaian sambungan siku gaya Amerika". Penyambung-penyambung ini digunakan secara meluas dalam peralatan standard AS seperti transformator dudukan dan kotak pembahagian kabel. Sebaliknya, peralatan pengalihan bertapis gas China biasanya menggunakan soket kabel dan stopper yang mematuhi EN 50181. Piawaian IEEE untuk peralatan pengalihan bertapis gas merangkumi keperluan ujian dielektrik tertentu untuk pelbagai jenis aksesori penghujung kabel.

2 Arus Tertinggi
Nilai disyorkan untuk arus berterusan tertinggi bus utama dalam peralatan pengalihan bertapis gas IEEE (MEGIS) adalah 200 A, 600 A, 1200 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A, dan 4000 A—berbeza daripada penarafan biasa di China seperti 630 A, 1250 A, dan 3150 A.

3 Frekuensi Tertinggi
Piawaian IEEE menetapkan frekuensi tertinggi 60 Hz, manakala frekuensi standard di China adalah 50 Hz. Frekuensi yang lebih tinggi iaitu 60 Hz memberi kesan yang signifikan terhadap peningkatan suhu dan prestasi pemutusan litar pendek. Menurut GB/T 11022, untuk peralatan pengalihan dan alat kawalan yang diberi penarafan pada 50 Hz atau 60 Hz—dengan syarat tiada komponen feromagnetik berdekatan dengan bahagian penghantar arus—jika peningkatan suhu yang diukur semasa ujian arus berterusan pada 50 Hz tidak melebihi 95% had maksimum yang dibenarkan, peralatan tersebut dianggap sesuai untuk kedua-dua frekuensi, iaitu ia juga memenuhi keperluan peningkatan suhu 60 Hz.

Walau bagaimanapun, kerana pendinginan yang terhad dalam peralatan pengalihan bertapis gas dan margin termal yang relatif kecil, penambahbaikan reka bentuk sering diperlukan untuk memenuhi keperluan 60 Hz. Produk yang telah lulus ujian peningkatan suhu arus berterusan 1.1× mengikut piawaian China umumnya boleh memenuhi keperluan 60 Hz.

4 Arus Tahanan Singkat Masa dan Arus Tahanan Puncak
Nilai arus tahanan singkat masa yang disyorkan untuk peralatan pengalihan bertapis gas IEEE ditunjukkan dalam Jadual 3. Berbeza daripada piawaian China yang menetapkan tempoh litar pendek 3 saat atau 4 saat, piawaian IEEE mentakrifkan tempoh litar pendek selama 2 saat.

Selain itu, kerana sistem IEEE beroperasi pada 60 Hz (berbanding 50 Hz), arus tahanan puncak tertinggi didefinisikan sebagai 2.6 kali arus tahanan singkat masa tertinggi. Sebagai contoh, arus tahanan singkat masa 31.5 kA berkoresponden dengan arus tahanan puncak 82 kA—sedikit lebih tinggi daripada 80 kA yang biasa digunakan di China. Untuk menahan daya elektrodinamik yang dihasilkan oleh arus litar pendek puncak sedemikian, tekanan kontak dan kekuatan mekanikal komponen seperti kontak mesti ditingkatkan.

Jadual 2 – Penarafan Arus Tahanan Singkat Masa yang Disyorkan untuk Peralatan Pengalihan Bertapis Gas IEEE