Severnoameriški standardi: primerjava med standardi IEEE in kitajskimi preklopniki

IEEE Std C37.20.9™ določa zahteve za načrtovanje, preizkuse in nameščanje metalnega z gasom izoliranega komutacijskega opremarja (MEGIS), ki uporablja gas pod tlakom višjim od okoljskega kot primarno izolacijsko sredstvo za napetostne sisteme na střemelju od 1 kV do 52 kV. To vključuje, a ni omejeno le na, preklopnike, ključe, vstopnice, nosilce, merilne transformatorje, zaključke kablove, mere in relé za nadzor/varnost. V teh komutacijskih opremah so vertikalni oddelki – nekateri ali vsi srednjega napetostnega razdelka – predvsem izolirani s tlakovanim gasom. Standard se uporablja za notranje in zunanje namestitve.

Zgodovinsko gledano je dominantna vrsta komutacijske opreme na ameriškem trgu bila zrakom izolirana, metalno obložena komutacijska oprema. Za porazdelilne aplikacije s kolobarjem so bili pogosto uporabljani ameriški pad-mounted transformatorji, kjer so visokonapetostni elementi, kot so naložni preklopniki in visokonapetostni preplavljalniki, skupaj z jedrom in ovitvi transformatorja v tanku, napolnjenem z visoko točilno oljico, ali pa so bile uporabljene zrakom izolirane naložne preklopnike. Tako je prihod gasom izolirane komutacijske opreme v ZDA zaznamoval relativno pozni čas.

S uvedbo gasom izolirane komutacijske opreme evropskih proizvajalcev, kot sta ABB in Schneider Electric, na ameriški trg, so se stranke začele sprejemati in uporabljati to tehnologijo. Kot rezultat tega je bil razvit IEEE standard za gasom izolirano komutacijsko opremo, ki je bil uradno objavljen le leta 2019. Ta standard je v veliki meri temeljil na IEC standardih, a je bil prilagojen glede parametrov, konstrukcije in zahtev za preizkušanje, da bi se ujemal z IEEE C37.20.2 in drugimi relevantnimi IEEE standardi, še posebej za zagotavljanje varnosti opreme po IEEE standardih.

1.Pogoji okolja za uporabo

a) Delovna temperatura: maksimalno +40 °C; povprečje v 24 urah ne presega +35 °C; minimalno –5 °C.
b) Višina: ne presega 3,300 stopinj (1,000 metrov).
c) Stopnja zaščite ohišja: NEMA 250 Type 1 (IP20) za notranjo uporabo; Type 3R (IP24) za zunanjo uporabo.

Po GB/T 11022 je notranja komutacijska oprema v Kitajski razdeljena v tri kategorije najmanjše okoljske temperature: –5 °C, –15 °C in –25 °C. Minimalna delovna temperatura, določena v IEEE C37.20.9 za gasom izolirano komutacijsko opremo (–5 °C), je višja od tiste, določene v IEEE C37.20.2 za zrakom izolirano komutacijsko opremo (–30 °C). Torej, gasom izolirana komutacijska oprema, ki je skladna s kitajskimi standardi, lahko popolnoma zadosti okoljskim zahtevam IEEE C37.20.9.

Spodnja tabela 1 prikazuje zahteve IEEE C37.20.9 za nazivno napetost, izdržljivost pri valovitosti močne frekvence in izdržljivost pri udarni svetlobni napetosti za gasom izolirano komutacijsko opremo.

Tabela 1 – Nazivi izolacijske napetosti za gasom izolirano komutacijsko opremo glede na IEEE C37.20.9

Napetostni razredi preklopnih naprav v severnoameriških standardih se razlikujejo od tistih v Kitajski. Zato mora plinsko izolirana preklopna oprema (GIS) ustrezati zahtevam za imenovano čestotno in imenovano strelsko trdnost, določenim v standardih IEEE. Na primer, GIS kabinet na 12 kV, zasnovan po kitajskih standardih, lahko zadošča dielektričnim preskusom za napetostni razred 4,76 kV po ameriških standardih, medtem ko GIS kabinet na 24 kV po kitajskih standardih lahko zadošča izolacijskim zahtevam za napetostne razrede do in vključno s 27 kV.

IEEE Std 386™-2016 določa zahteve za ločljive izolirane povezave, uporabljene v distribucijskih sistemih s napetostmi od 2,5 kV do 35 kV, znane kot "ameriški lokti". Te povezave so široko uporabljene v opremi po ameriških standardih, kot so transformatorji na podlagah in kabelske distribucijske škatle. V nasprotju s tem kitajska plinsko izolirana preklopna oprema običajno uporablja kabelske vstopnice in vstave, ki so skladne s standardom EN 50181. Standard IEEE za plinsko izolirano preklopno opremo vključuje specifične dielektrične preskusne zahteve za različne vrste dodatkov za zaključevanje kablov.

2 Imenovani tok
Priporočene vrednosti za imenovani nepretrgovan tok glavnega busa v plinsko izolirani preklopni opremi IEEE (MEGIS) so 200 A, 600 A, 1200 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A in 4000 A, kar se razlikuje od običajnih kitajskih oznak, kot so 630 A, 1250 A in 3150 A.

3 Imenovana frekvenca
Standard IEEE določa imenovano frekvenco 60 Hz, medtem ko je standardna frekvenca v Kitajski 50 Hz. Višja frekvenca 60 Hz ima velik vpliv na temperaturno povišanje in zmogljivost prekida kratkih krožnic. Glede na GB/T 11022, za preklopno in nadzorno opremo, označeno za 50 Hz ali 60 Hz – če pri njej ni feromagnetnih komponent pri nosilcih toka – če merjeno temperaturno povišanje pri nepretrganem toku na 50 Hz ne presega 95 % najvišje dovoljene meje, se oprema smatra skladna za obe frekvinci, torej zadošča tudi zahtevi za 60 Hz temperaturno povišanje.

Vendar zaradi omejenega segrevanja v plinsko izolirani preklopni opremi in relativno majhnega toplotnega marža, so pogosto potrebne izboljšave dizajna, da bi bilo mogoče zadoščiti zahtevam za 60 Hz. Izdelki, ki so uspešno prešli preskus temperaturnega povišanja pri 1,1× imenovanemu toku po kitajskih standardih, običajno lahko zadoščajo zahtevam za 60 Hz.

4 Imenovani kratkotrajni prenosljivi tok in imenovani vrhunski prenosljivi tok
Priporočene vrednosti za kratkotrajni prenosljivi tok v plinsko izolirani preklopni opremi IEEE so prikazane v Tabeli 3. V nasprotju s kitajskimi standardi, ki določajo trajanje kratkega krožnega toka 3 s ali 4 s, standard IEEE definira trajanje kratkega krožnega toka 2 sekunde.

Dodatno, ker operira pri 60 Hz (namesto 50 Hz), je imenovani vrhunski prenosljivi tok določen kot 2,6-krat večji od imenovanega kratkotrajnega prenosljivega toka. Na primer, imenovani kratkotrajni prenosljivi tok 31,5 kA ustreza imenovanemu vrhunskemu prenosljivemu toku 82 kA, kar je malo višje od običajnih 80 kA, uporabljenih v Kitajski. Za prenašanje elektrodinamskih sil, generiranih s takšnimi vrhunskimi kratkimi krožnimi toki, mora biti kontaktne pritisk in mehanska trdota komponent, kot so kontakte, okrepana.

Tabela 2 – Priporočene vrednosti za kratkotrajni prenosljivi tok v plinsko izolirani preklopni opremi IEEE