Североамериканские стандарты: сравнение стандартов IEE-Business и китайских стандартов на коммутационное оборудование

IEEE Std C37.20.9™ определяет требования к проектированию, испытаниям и установке металлического газонаполненного выключательного оборудования (MEGIS), использующего газ под давлением выше атмосферного в качестве основного изоляционного материала для систем переменного тока с номинальным напряжением от 1 кВ до 52 кВ. Это включает, но не ограничивается, выключатели, переключатели, вводы, шины, измерительные трансформаторы, кабельные концевые муфты, счетчики, реле управления и защиты. В этих сборках выключательного оборудования вертикальные секции — некоторые или все средневольтные секции — изолированы преимущественно сжатым газом. Стандарт применим как к внутренним, так и к наружным установкам.

Исторически доминирующим типом выключательного оборудования на рынке США было воздушно-изолированное, металлическое оболочечное оборудование. Для колец распределения широко использовались американские трансформаторы, установленные на фундаменте, где высоковольтные компоненты, такие как переключатели нагрузки и высоковольтные предохранители, размещены вместе с сердечником и обмотками трансформатора внутри бака, заполненного маслом с высокой температурой воспламенения, либо применялись воздушно-изолированные переключатели нагрузки. В результате принятие газонаполненного выключательного оборудования в США произошло относительно поздно.

С появлением газонаполненного выключательного оборудования европейских производителей, таких как ABB и Schneider Electric, на рынке США, потребители начали принимать и внедрять эту технологию. В результате стандарт IEEE для газонаполненного выключательного оборудования был разработан позже и официально опубликован только в 2019 году. Этот стандарт в значительной степени основан на стандартах МЭК, но был модифицирован по параметрам, конструкции и требованиям к испытаниям, чтобы соответствовать IEEE C37.20.2 и другим соответствующим стандартам IEEE, особенно требованиям безопасности оборудования IEEE.

1. Условия окружающей среды для использования

a) Температура эксплуатации: максимальная +40 °C; средняя за 24 часа не превышает +35 °C; минимальная –5 °C.
b) Высота над уровнем моря: не более 3,300 футов (1,000 метров).
c) Класс защиты корпуса: NEMA 250 Тип 1 (IP20) для внутреннего использования; Тип 3R (IP24) для наружного использования.

Согласно GB/T 11022, внутреннее выключательное оборудование в Китае классифицируется на три категории минимальных температур окружающей среды: –5 °C, –15 °C и –25 °C. Минимальная рабочая температура, указанная в IEEE C37.20.9 для газонаполненного выключательного оборудования (–5 °C), выше, чем указанная в IEEE C37.20.2 для воздушно-изолированного выключательного оборудования (–30 °C). Поэтому газонаполненное выключательное оборудование, соответствующее китайским стандартам, полностью удовлетворяет требованиям к условиям окружающей среды, указанным в IEEE C37.20.9.

Таблица 1 ниже показывает требования IEEE C37.20.9 к номинальному напряжению, напряжению выдерживаемости при промышленной частоте и напряжению выдерживаемости при ударе молнии для газонаполненного выключательного оборудования.

Таблица 1 – Номинальные значения изоляционного напряжения для газонаполненного выключательного оборудования согласно IEEE C37.20.9

Номинальные напряжения коммутационных устройств по североамериканским стандартам отличаются от китайских. Поэтому газонаполненное коммутационное оборудование (GIS) должно соответствовать требованиям номинального напряжения промышленной частоты и номинального напряжения молниеподобного импульса, указанным в стандартах IEEE. Например, шкаф GIS на 12 кВ, разработанный по китайским стандартам, может удовлетворять требованиям диэлектрических испытаний для класса напряжения 4,76 кВ по американским стандартам, в то время как китайский шкаф GIS на 24 кВ может удовлетворять требованиям изоляции для классов напряжения до и включая 27 кВ.

IEEE Std 386™-2016 устанавливает требования к разъемным изолированным соединителям, используемым в распределительных системах с напряжением от 2,5 кВ до 35 кВ, широко известным как стандарт "американского локтевого соединителя". Эти соединители широко используются в оборудовании по американскому стандарту, таком как трансформаторы на опоре и кабельные распределительные коробки. В отличие от этого, китайское газонаполненное коммутационное оборудование обычно использует кабельные вводы и разъемы, соответствующие EN 50181. Стандарт IEEE для газонаполненного коммутационного оборудования включает специфические требования к диэлектрическим испытаниям различных типов аксессуаров для окончаний кабелей.

2 Номинальный ток
Рекомендуемые значения номинального постоянного тока главных шин в газонаполненном коммутационном оборудовании IEEE (MEGIS) составляют 200 А, 600 А, 1200 А, 2000 А, 2500 А, 3000 А и 4000 А, что отличается от распространенных китайских значений, таких как 630 А, 1250 А и 3150 А.

3 Номинальная частота
Стандарт IEEE устанавливает номинальную частоту 60 Гц, тогда как стандартная частота в Китае составляет 50 Гц. Более высокая частота 60 Гц оказывает значительное влияние на температурный подъем и характеристики отключения короткого замыкания. Согласно GB/T 11022, для коммутационного и распределительного оборудования, рассчитанного на частоту 50 Гц или 60 Гц, при условии отсутствия ферромагнитных компонентов рядом с токопроводящими частями, если измеренный температурный подъем при испытаниях на постоянный ток при 50 Гц не превышает 95% максимально допустимого предела, оборудование считается соответствующим обоим частотам, то есть также удовлетворяет требованиям к температурному подъему при 60 Гц.

Однако, из-за ограниченного теплоотвода в газонаполненном коммутационном оборудовании и его относительно малого теплового запаса, часто необходимы улучшения в дизайне, чтобы удовлетворить требования 60 Гц. Продукты, прошедшие испытания на температурный подъем при 1,1× номинального тока по китайским стандартам, обычно могут удовлетворять требованиям 60 Гц.

4 Номинальный ток кратковременной выдержки и номинальный пиковый ток выдержки
Рекомендуемые значения кратковременного тока выдержки для газонаполненного коммутационного оборудования IEEE показаны в таблице 3. В отличие от китайских стандартов, которые устанавливают продолжительность короткого замыкания 3 с или 4 с, стандарт IEEE определяет продолжительность короткого замыкания 2 секунды.

Кроме того, поскольку система IEEE работает на частоте 60 Гц (в отличие от 50 Гц), номинальный пиковый ток выдержки определяется как 2,6 раза номинального кратковременного тока выдержки. Например, номинальный кратковременный ток выдержки 31,5 кА соответствует номинальному пиковому току выдержки 82 кА, что немного выше, чем типичные 80 кА, используемые в Китае. Для выдерживания электродинамических сил, создаваемых такими пиковыми токами короткого замыкания, необходимо усиление контактного давления и механической прочности компонентов, таких как контакты.

Таблица 2 – Рекомендуемые значения кратковременного тока выдержки для газонаполненного коммутационного оборудования IEEE