Nordamerikanske standarder: En sammenligning mellom IEEE- og kinesiske bryterstandarder

IEEE Std C37.20.9™ definerer design-, test- og installasjonskrav for gassisoleret metallomhyllet switchgear (MEGIS) som bruker gass ved trykk over ambients trykk som hovedisoleringmedium for vekselstrømsystemer med en spenning fra 1 kV til 52 kV. Dette inkluderer, men er ikke begrenset til, sirkuitbrytere, brytere, buskager, busbarer, måletransformatorer, kabelferdiggjøringer, målere og kontroll/beskyttelsesreler. I disse switchgear-monteringen er vertikale kompartementer - noen eller alle av de midtspenningsseksjonene - hovedsakelig isolert med pressurisert gass. Standarden gjelder både innendørs og utendørs installasjoner.

Historisk sett har den dominerende typen switchgear på den amerikanske markeds vært luftisoleret, metallbelegg switchgear. For ring-hovedfordelingsapplikasjoner har amerikanske stiltbaserte transformatorer blitt vanligvis brukt, der høyspenningskomponenter som belastningsbrytere og høyspenningsfusser er plassert sammen med transformatorens kjern og vindinger inne i en tank fylt med høy-brannpunkt olje, eller alternativt, luftisolerede belastningsbrytere er benyttet. Dermed skjedde innføringen av gassisoleret switchgear i USA relativt sent.

Med introduksjonen av gassisoleret switchgear fra europeiske produsenter som ABB og Schneider Electric til den amerikanske markedet, begynte kunder å akseptere og adoptere denne teknologien. Som et resultat, ble IEEE-standarden for gassisoleret switchgear utviklet senere og offisielt publisert først i 2019. Denne standarden er hovedsakelig basert på IEC-standarder, men har blitt endret angående parametre, konstruksjon og testkrav for å være i samsvar med IEEE C37.20.2 og andre relevante IEEE-standarder, spesielt for å møte IEEE's sikkerhetskrav for utstyr.

1.Miljøforhold for bruk

a) Driftstemperatur: maksimum +40 °C; gjennomsnitt over 24 timer ikke mer enn +35 °C; minimum –5 °C.
b) Høyde: ikke mer enn 3,300 fot (1,000 meter).
c) Beholderbeskyttelsesklasse: NEMA 250 Type 1 (IP20) for innendørs bruk; Type 3R (IP24) for utendørs bruk.

Ifølge GB/T 11022 er innendørs switchgear i Kina klassifisert i tre minste miljøtemperaturkategorier: –5 °C, –15 °C, og –25 °C. Den minste driftstemperaturen spesifisert i IEEE C37.20.9 for gassisoleret switchgear (–5 °C) er høyere enn den spesifisert i IEEE C37.20.2 for luftisoleret switchgear (–30 °C). Derfor kan gassisoleret switchgear i samsvar med kinesiske standarder fullstendig tilfredsstille miljøkravene i IEEE C37.20.9.

Tabell 1 nedenfor viser IEEE C37.20.9-kravene for spenningsrating, strømfrekvens holdbarhetsspenning, og lynimpuls holdbarhetsspenning for gassisoleret switchgear.

Tabell 1 – Isoleringsspenningratings for gassisoleret switchgear ifølge IEEE C37.20.9

Spenningsklasser for spenkasse i nordamerikanske standarder er ulike de i Kina. Derfor må gassisoleret spenkasse (GIS) overholde kravene til spenningstålmodighet ved nettspenning og lynimpulstålmodighet som er angitt i IEE-Business-standarder. For eksempel kan en 12 kV GIS-skuff designet ifølge kinesiske standarder bare oppfylle dielektriske testkrav for 4,76 kV spenningsklasse under amerikanske standarder, mens en 24 kV kinesisk GIS-skuff kan oppfylle isolasjonskrav for spenningsklasser opp til og inkludert 27 kV.

IEEE Std 386™-2016 spesifiserer krav for separable isolerte koblinger brukt i distribusjonssystemer med spenninger fra 2,5 kV til 35 kV – ofte kjent som "amerikansk stilelbowkobling"-standard. Disse koblingene er mye brukt i utstyr etter amerikanske standarder, som for eksempel padmonterte transformatorer og kabelfordelingsbokser. I motsetning til dette bruker kinesiske gassisolerede spenkasser typisk kabellufter og stopper som overholder EN 50181. IEEE-standarden for gassisoleret spenkasse inkluderer spesifikke dielektriske testkrav for ulike typer kabellufttilbehør.

2 Nominell strøm
Anbefalte verdier for nominell kontinuerlig strøm for hovedbusser i IEEE-gassisoleret spenkasse (MEGIS) er 200 A, 600 A, 1200 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A, og 4000 A—som skiller seg fra vanlige kinesiske verdier som 630 A, 1250 A, og 3150 A.

3 Nominell frekvens
IEEE-standarden spesifiserer en nominell frekvens på 60 Hz, mens standardfrekvensen i Kina er 50 Hz. Den høyere frekvensen på 60 Hz har betydelig innvirkning på temperaturstigning og kortslutningsavbrytningsegenskaper. Ifølge GB/T 11022, for spenkasse og styringsegenskaper vurdert enten 50 Hz eller 60 Hz—hvis det ikke finnes ferromagnetiske komponenter nær strømførende deler—om den målte temperaturstigningen under en kontinuerlig strømtest på 50 Hz ikke overstiger 95% av den maksimalt tillatte grensen, anses utstyret for å være i samsvar med begge frekvenser, altså også møter 60 Hz temperaturstigningskravet.

På grunn av begrenset varmeavledning i gassisoleret spenkasse og dets relativt lille termiske margin, er det ofte nødvendig med konstruksjonsforbedringer for å oppfylle 60 Hz-krav. Produkter som har bestått 1,1× nominell strømtemperaturstigningstest under kinesiske standarder, kan generelt møte 60 Hz-kravet.

4 Nominell korttidstålmodighetsstrøm og nominell toppstrøm
Anbefalte verdier for korttidstålmodighetsstrøm for IEEE-gassisoleret spenkasse vises i tabell 3. Ulik kinesiske standarder, som spesifiserer en kortslutningstid på 3 s eller 4 s, definerer IEEE-standarden en kortslutningstid på 2 sekunder.

Videre, ettersom IEEE-systemet opererer på 60 Hz (mot 50 Hz), defineres nominell toppstrøm som 2,6 ganger nominell korttidstålmodighetsstrøm. For eksempel tilsvarer en nominell korttidstålmodighetsstrøm på 31,5 kA en nominell toppstrøm på 82 kA—noe høyere enn de typiske 80 kA som brukes i Kina. For å standholde elektrodynamiske krefter generert av slik toppkortslutningsstrøm, må kontakttrykket og mekaniske styrken av komponenter som kontakter, forbedres.

Tabell 2 – Anbefalte korttidstålmodighetsstrømsverdier for IEEE-gassisoleret spenkasse