Amerykańskie standardy: Porównanie standardów IEEE i chińskich standardów przekładek

IEEE Std C37.20.9™ określa wymagania dotyczące projektowania, testowania i montażu metalowych, gazowo-izolowanych urządzeń przełączających (MEGIS) wykorzystujących gaz pod ciśnieniem powyżej atmosferycznego jako główne medium izolacyjne w systemach napędu przemiennego o napięciu od 1 kV do 52 kV. Obejmuje to, ale nie ogranicza się do, przekładowców, przełączników, obudów, szyn, transformatorów pomiarowych, końcówek kabli, liczników oraz relé sterowania/ochrony. W tych zestawach urządzeń przełączających, pionowe komory - niektóre lub wszystkie sekcje średniego napięcia - są głównie izolowane gazem pod ciśnieniem. Standard stosuje się zarówno do instalacji wewnątrz, jak i na zewnątrz.

Historycznie dominującym typem urządzeń przełączających na rynku amerykańskim były urządzenia przełączające metalowe, izolowane powietrzem. Dla zastosowań dystrybucji pierścieniowej często używano amerykańskich transformatorów zamontowanych na podstawie, gdzie komponenty wysokiego napięcia, takie jak przełączniki obciążeniowe i bezpieczniki wysokiego napięcia, są umieszczane razem z rdzeniem i cewkami transformatora w zbiorniku wypełnionym olejem o wysokiej temperaturze zapłonu, lub alternatywnie, używano przełączników obciążeniowych izolowanych powietrzem. W rezultacie przyjęcie gazowo-izolowanych urządzeń przełączających w USA nastąpiło stosunkowo późno.

Po wprowadzeniu gazowo-izolowanych urządzeń przełączających przez europejskich producentów, takich jak ABB i Schneider Electric, na rynek amerykański, klienci zaczęli akceptować i przyjmować tę technologię. W wyniku tego standard IEEE dla gazowo-izolowanych urządzeń przełączających został opracowany później i został oficjalnie opublikowany dopiero w 2019 roku. Ten standard jest w dużej mierze oparty na standardach IEC, ale został zmodyfikowany pod względem parametrów, konstrukcji i wymagań testowych, aby zgadzał się z IEEE C37.20.2 i innymi odpowiednimi standardami IEEE, szczególnie aby spełniać wymagania bezpieczeństwa IEEE dla sprzętu.

1.Warunki środowiskowe użytkowania

a) Temperatura pracy: maksymalna +40 °C; średnia w ciągu 24 godzin nie przekraczająca +35 °C; minimalna –5 °C.
b) Wysokość nad poziomem morza: nie przekraczająca 3,300 stóp (1,000 metrów).
c) Klasa ochrony obudowy: NEMA 250 Typ 1 (IP20) do użytku wewnętrznego; Typ 3R (IP24) do użytku zewnętrznego.

Zgodnie z GB/T 11022, urządzenia przełączające wewnętrzne w Chinach są klasyfikowane na trzy kategorie minimalnej temperatury otoczenia: –5 °C, –15 °C i –25 °C. Minimalna temperatura pracy określona w IEEE C37.20.9 dla gazowo-izolowanych urządzeń przełączających (–5 °C) jest wyższa niż ta określona w IEEE C37.20.2 dla urządzeń przełączających izolowanych powietrzem (–30 °C). Dlatego urządzenia przełączające gazowo-izolowane zgodne ze standardami chińskimi mogą w pełni spełniać wymagania środowiskowe IEEE C37.20.9.

Tabela 1 poniżej przedstawia wymagania IEEE C37.20.9 dotyczące napięcia znamionowego, napięcia wytrzymałościowego częstotliwości sieciowej i napięcia wytrzymałościowego impulsu błyskawicznego dla gazowo-izolowanych urządzeń przełączających.

Tabela 1 – Klasyfikacja napięć izolacyjnych dla gazowo-izolowanych urządzeń przełączających według IEEE C37.20.9

Napięcia znamionowe przestawek w standardach północnoamerykańskich różnią się od tych w Chinach. Dlatego gazowe przestawki izolowane (GIS) muszą spełniać wymagania dotyczące znamionowego napięcia wytrzymałościowego częstotliwości sieciowej i znamionowego napięcia wytrzymałościowego impulsu błyskawicznego określone w standardach IEEE. Na przykład, szafka GIS o napięciu 12 kV zaprojektowana według chińskich standardów może spełniać wymagania testów dielektrycznych dla klasy napięcia 4,76 kV według amerykańskich standardów, podczas gdy chińska szafka GIS o napięciu 24 kV może spełniać wymagania izolacyjne dla klas napięcia do 27 kV włącznie.

IEEE Std 386™-2016 określa wymagania dla separowalnych łączników izolowanych używanych w systemach dystrybucyjnych o napięciu od 2,5 kV do 35 kV - znanych również jako standard "amerykańskiego łącznika łokciowego". Te łączniki są szeroko stosowane w amerykańskim sprzęcie, takim jak transformatory montowane na platformie i skrzynki dystrybucyjne kablowe. W przeciwieństwie do tego, chińskie gazowe przestawki izolowane zwykle wykorzystują wtyczki kablowe i gniazda zgodne z EN 50181. Standard IEEE dla gazowych przestawek izolowanych obejmuje specyficzne wymagania testów dielektrycznych dla różnych rodzajów akcesoriów końcówek kablowych.

2 Znamionowy prąd
Zalecane wartości znamionowego prądu ciągłego głównych linii matrycowych w gazowych przestawkach izolowanych IEEE (MEGIS) to 200 A, 600 A, 1200 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A i 4000 A - różniące się od typowych chińskich wartości, takich jak 630 A, 1250 A i 3150 A.

3 Znamionowa częstotliwość
Standard IEEE określa znamionową częstotliwość 60 Hz, podczas gdy standardowa częstotliwość w Chinach wynosi 50 Hz. Wyższa częstotliwość 60 Hz ma istotny wpływ na wzrost temperatury i wydajność rozłączania krótkiego zwarcia. Zgodnie z GB/T 11022, dla urządzeń sterujących i kontrolujących o napięciu 50 Hz lub 60 Hz - pod warunkiem, że nie ma części ferromagnetycznych w pobliżu elementów przewodzących prąd - jeśli zmierzony wzrost temperatury podczas testu prądu ciągłego przy 50 Hz nie przekracza 95% maksymalnej dopuszczalnej granicy, urządzenie jest uznawane za zgodne z obiema częstotliwościami, tj. spełnia również wymagania wzrostu temperatury przy 60 Hz.

Jednak ze względu na ograniczoną odprowadzanie ciepła w gazowych przestawkach izolowanych i stosunkowo małą rezerwę termiczną, często niezbędne są poprawki projektowe, aby spełnić wymagania dla 60 Hz. Produkty, które przeszły test wzrostu temperatury przy 1,1× znamionowego prądu ciągłego według chińskich standardów, mogą ogólnie spełniać wymagania dla 60 Hz.

4 Znamionowy prąd wytrzymałościowy krótkotrwałej trwania i znamionowy prąd wytrzymałościowy szczytowy
Zalecane wartości znamionowego prądu wytrzymałościowego krótkotrwałej trwania dla gazowych przestawek izolowanych IEEE przedstawione są w tabeli 3. W przeciwieństwie do chińskich standardów, które określają czas trwania krótkiego zwarcia 3 s lub 4 s, standard IEEE definiuje czas trwania krótkiego zwarcia 2 sekundy.

Ponadto, ponieważ system IEEE działa z częstotliwością 60 Hz (w przeciwieństwie do 50 Hz), znamionowy prąd wytrzymałościowy szczytowy jest określany jako 2,6 razy znamionowy prąd wytrzymałościowy krótkotrwałej trwania. Na przykład, znamionowy prąd wytrzymałościowy krótkotrwałej trwania 31,5 kA odpowiada znamionowemu prądowi wytrzymałościowemu szczytowemu 82 kA - nieco wyższemu niż typowe 80 kA stosowane w Chinach. Aby wytrzymać siły elektrodynamyczne generowane przez takie szczytowe prądy krótkiego zwarcia, należy wzmocnić ciśnienie kontaktowe i wytrzymałość mechaniczną komponentów, takich jak kontakty.

Tabela 2 – Zalecane wartości znamionowego prądu wytrzymałościowego krótkotrwałej trwania dla gazowych przestawek izolowanych IEEE