Padrões Norte-Americanos: Uma Comparação entre os Padrões IEEE e Chineses para Equipamentos de Distribuição

A norma IEEE Std C37.20.9™ define os requisitos de projeto, teste e instalação para equipamentos de comutação metálicos fechados e isolados a gás (MEGIS) que utilizam gás sob pressão superior à atmosférica como principal meio de isolamento em sistemas de corrente alternada com tensões entre 1 kV e 52 kV. Isso inclui, mas não se limita a, disjuntores, chaves, bushings, barras de distribuição, transformadores de instrumentos, terminações de cabos, medidores e relés de controle/proteção. Nesses conjuntos de comutação, compartimentos verticais — alguns ou todos dos seções de média tensão — são primariamente isolados por gás pressurizado. A norma aplica-se tanto a instalações internas quanto externas.

Historicamente, o tipo predominante de equipamento de comutação no mercado americano foi o de comutação metálico revestido e isolado a ar. Para aplicações de distribuição em anel, transformadores americanos montados em caixas têm sido comumente usados, onde componentes de alta tensão, como chaves de carga e fusíveis de alta tensão, são abrigados juntamente com o núcleo e as bobinas do transformador dentro de um tanque preenchido com óleo de alto ponto de ignição, ou alternativamente, chaves de carga isoladas a ar são empregadas. Consequentemente, a adoção de equipamentos de comutação isolados a gás nos EUA ocorreu relativamente tarde.

Com a introdução de equipamentos de comutação isolados a gás de fabricantes europeus, como ABB e Schneider Electric, no mercado americano, os clientes começaram a aceitar e adotar essa tecnologia. Como resultado, a norma IEEE para equipamentos de comutação isolados a gás foi desenvolvida posteriormente e publicada oficialmente apenas em 2019. Essa norma baseia-se em grande parte nas normas IEC, mas foi modificada em relação a parâmetros, construção e requisitos de teste para alinhar-se com a IEEE C37.20.2 e outras normas relevantes da IEEE, particularmente para atender aos requisitos de segurança da IEEE para equipamentos.

1. Condições Ambientais de Uso

a) Temperatura de operação: máxima +40 °C; média em 24 horas não excedendo +35 °C; mínima –5 °C.
b) Altitude: não excedendo 3,300 pés (1,000 metros).
c) Classificação de proteção da caixa: NEMA 250 Tipo 1 (IP20) para uso interno; Tipo 3R (IP24) para uso externo.

De acordo com GB/T 11022, os equipamentos de comutação internos na China são classificados em três categorias de temperatura ambiente mínima: –5 °C, –15 °C e –25 °C. A temperatura mínima de operação especificada na IEEE C37.20.9 para equipamentos de comutação isolados a gás (–5 °C) é mais alta do que a especificada na IEEE C37.20.2 para equipamentos de comutação isolados a ar (–30 °C). Portanto, equipamentos de comutação isolados a gás em conformidade com as normas chinesas podem satisfazer plenamente os requisitos ambientais da IEEE C37.20.9.

A Tabela 1 abaixo mostra os requisitos da IEEE C37.20.9 para tensão nominal, tensão de resistência a frequência de rede e tensão de resistência a impulso de raio para equipamentos de comutação isolados a gás.

Tabela 1 – Classificações de Tensão de Isolamento para Equipamentos de Comutação Isolados a Gás conforme IEEE C37.20.9

As classificações de tensão dos disjuntores na América do Norte diferem das da China. Portanto, o equipamento de comutação isolado a gás (GIS) deve atender aos requisitos de tensão nominal de resistência à frequência e tensão nominal de resistência ao impulso de raio especificados nos padrões IEEE. Por exemplo, um gabinete GIS de 12 kV projetado de acordo com os padrões chineses pode apenas atender aos requisitos de teste dielétrico para a classe de tensão de 4,76 kV sob os padrões dos EUA, enquanto um gabinete GIS chinês de 24 kV pode satisfazer os requisitos de isolamento para classes de tensão até e incluindo 27 kV.

O IEEE Std 386™-2016 especifica requisitos para conectores separáveis isolados usados em sistemas de distribuição classificados de 2,5 kV a 35 kV—comumente conhecidos como o padrão do "conector de cotovelo americano". Esses conectores são amplamente utilizados em equipamentos de padrão americano, como transformadores montados em plataforma e caixas de distribuição de cabos. Em contraste, o equipamento de comutação isolado a gás chinês geralmente emprega terminais de cabo e tampões conforme EN 50181. O padrão IEEE para equipamento de comutação isolado a gás inclui requisitos específicos de testes dielétricos para vários tipos de acessórios de terminação de cabo.

2 Corrente Nominal
Os valores recomendados para a corrente contínua nominal da barra principal no equipamento de comutação isolado a gás IEE-Business (MEGIS) são 200 A, 600 A, 1200 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A e 4000 A—diferentes das classificações comuns chinesas, como 630 A, 1250 A e 3150 A.

3 Frequência Nominal
O padrão IEEE especifica uma frequência nominal de 60 Hz, enquanto a frequência padrão na China é de 50 Hz. A frequência mais alta de 60 Hz tem um impacto significativo no aumento de temperatura e no desempenho de interrupção de curto-circuito. De acordo com GB/T 11022, para equipamentos de comutação e controle classificados em 50 Hz ou 60 Hz—desde que não haja componentes ferromagnéticos próximos às partes condutoras de corrente—if a elevação de temperatura medida durante o teste de corrente contínua em 50 Hz não exceder 95% do limite máximo permitido, o equipamento é considerado compatível para ambas as frequências, ou seja, também atende ao requisito de elevação de temperatura de 60 Hz.

No entanto, devido à dissipação de calor limitada no equipamento de comutação isolado a gás e sua margem térmica relativamente pequena, melhorias de design são frequentemente necessárias para atender aos requisitos de 60 Hz. Produtos que passaram no teste de elevação de temperatura de 1,1× a corrente nominal sob padrões chineses geralmente podem atender ao requisito de 60 Hz.

4 Corrente Nominal de Resistência a Curto Prazo e Corrente Nominal de Pico de Resistência
Os valores recomendados de corrente de resistência a curto prazo para o equipamento de comutação isolado a gás IEE-Business estão mostrados na Tabela 3. Diferentemente dos padrões chineses, que especificam uma duração de curto-circuito de 3 s ou 4 s, o padrão IEEE define uma duração de curto-circuito de 2 segundos.

Além disso, porque o sistema IEEE opera em 60 Hz (em oposição a 50 Hz), a corrente nominal de pico de resistência é definida como 2,6 vezes a corrente nominal de resistência a curto prazo. Por exemplo, uma corrente nominal de resistência a curto prazo de 31,5 kA corresponde a uma corrente nominal de pico de resistência de 82 kA—ligeiramente superior aos 80 kA típicos usados na China. Para suportar as forças eletrodinâmicas geradas por tais correntes de pico de curto-circuito, a pressão de contato e a resistência mecânica de componentes, como contatos, devem ser reforçadas.

Tabela 2 – Classificações Recomendadas de Corrente de Resistência a Curto Prazo para Equipamento de Comutação Isolado a Gás IEE-Business