Severnoamerički standardi: Uporedba između IEEE i kineskih standarda za prekidače

IEEE Std C37.20.9™ definiše zahteve za dizajn, testiranje i instalaciju metalno-ugrađenog gas-insulativnog aparata (MEGIS) koji koristi gas pod pritiskom iznad okoline kao primarno izolaciono sredstvo za sisteme naizmenične struje od 1 kV do 52 kV. Ovo uključuje, ali se ne ograničava na, prekidače, prekidače, čevlje, šine, instrumente transformatora, završnice kabla, mere i releje za kontrolu/zastitu. U ovim sklopovima za prekid, vertikalni odseoci - neki ili svi srednjeg napon - uglavnom su izolovani preko stisnutog gasa. Standard se odnosi na unutrasnje i spoljne instalacije.

Istorijat govori da je dominantan tip aparata za prekid u američkom tržištu bio aparat sa izolacijom vazduhom, metalno-ugrađeni. Za primene distribucije prstena, često su se koristili američki pad-mount transformatori, gde su visokonaponski komponenti, poput prekidača opterećenja i visokonaponskih sigurnika, smešteni zajedno sa jezgrom transformatora i vijcima unutar rezervoara ispunih uljem visoke točke zapaljivosti, ili alternativno, prekidači opterećenja sa izolacijom vazduhom su korišćeni. Stoga, usvajanje gas-insulativnih aparata za prekid u SAD je bilo relativno kasno.

Sa uvođenjem gas-insulativnih aparata za prekid proizvođača iz Evrope, kao što su ABB i Schneider Electric, na američko tržište, klijenti su počeli da prihvataju i usvajaju ovu tehnologiju. Kao rezultat, IEEE standard za gas-insulativne aparat za prekid je razvijen kasnije i zvanično objavljen tek 2019. godine. Ovaj standard je u velikoj meri baziran na IEC standardima, ali je modifikovan u pogledu parametara, konstrukcije i zahteva za ispitivanje kako bi se poravnali sa IEEE C37.20.2 i drugim relevantnim IEEE standardima, posebno da bi zadovoljio zahteve IEEE-a za bezbednost opreme.

1. Uslovi okruženja za upotrebu

a) Radna temperatura: maksimalno +40 °C; prosečno tokom 24 sata ne premašuje +35 °C; minimalno –5 °C.
b) Visina: ne premašuje 3,300 stopa (1,000 metara).
c) Stepen zaštite ohranjiva: NEMA 250 Type 1 (IP20) za unutrašnju upotrebu; Type 3R (IP24) za spoljašnju upotrebu.

Prema GB/T 11022, unutrašnji aparat za prekid u Kini se klasi u tri kategorije minimalne temperature okruženja: –5 °C, –15 °C i –25 °C. Minimalna radna temperatura koja je definisana u IEEE C37.20.9 za gas-insulativne aparat za prekid (–5 °C) je viša od one definisane u IEEE C37.20.2 za aparat sa izolacijom vazduhom (–30 °C). Stoga, gas-insulativni aparat za prekid u skladu sa kineskim standardima može potpuno zadovoljiti zahteve za okruženje definisane u IEEE C37.20.9.

Tabela 1 ispod pokazuje zahteve IEEE C37.20.9 za nominalni napon, naponsku otpornost na frekvenciji mreže i naponsku otpornost na udarne impuluse za gas-insulativne aparat za prekid.

Tabela 1 – Izolacioni naponi za gas-insulativne aparat za prekid prema IEEE C37.20.9

Naponske ocene prekidača u severnoameričkim standardima se razlikuju od onih u Kini. Stoga mora gas-insulirani prekidač (GIS) da ispunjava zahteve za izdržljivost na naponskoj frekvenci i izdržljivost na gremskom impulsnom napadu definisane u IEE-Business standardima. Na primer, GIS kabinet od 12 kV dizajniran prema kineskim standardima može zadovoljiti testne zahteve dielektričnosti samo za naponsku klasu od 4,76 kV prema američkim standardima, dok GIS kabinet od 24 kV prema kineskim standardima može zadovoljiti zahteve izolacije za naponske klase do i uključujući 27 kV.

IEE-Business Std 386™-2016 definiše zahteve za separabilne izolovane konektore korštenje u distributivnim sistemima sa nominalnim naponom od 2,5 kV do 35 kV—poznat kao "američki standard lakta". Ovi konektori su široko korišćeni u opremi prema američkim standardima, kao što su transformatori montirani na podlozi i kutije za distribuciju kabla. U suprotnosti, kineski gas-insulirani prekidači obično koriste vodove i plugove koji se slažu sa EN 50181. IEE-Business standard za gas-insulirani prekidač uključuje specifične zahteve za dielektrični test za različite tipove akcesoara za završetke kabla.

2 Nominalna struja
Preporučene vrednosti za nominalnu neprekidnu struju glavnog busa u IEE-Business gas-insuliranom prekidaču (MEGIS) su 200 A, 600 A, 1200 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A i 4000 A—različite od često korišćenih kineskih ocena poput 630 A, 1250 A i 3150 A.

3 Nominalna frekvencija
IEE-Business standard definiše nominalnu frekvenciju od 60 Hz, dok je standardna frekvencija u Kini 50 Hz. Viša frekvencija od 60 Hz ima značajan uticaj na porast temperature i performanse prekidanja kratkog spoja. Prema GB/T 11022, za prekidače i uređaje za kontrolu sa nominalnom frekvencijom od 50 Hz ili 60 Hz—pod uslovom da nema feromagnetnih komponenata blizu delova koji nose struju—ako mereni porast temperature tijekom testa neprekidne struje na 50 Hz ne prelazi 95% maksimalnog dopuštenog ograničenja, smatra se da oprema ispunjava zahteve za obe frekvencije, tj. takođe ispunjava zahtev za porast temperature na 60 Hz.

Međutim, zbog ograničene disipacije toplote u gas-insuliranom prekidaču i relativno malog toplinskog margina, često je potrebno uneti poboljšanja dizajna kako bi se ispunili zahtevi za 60 Hz. Proizvodi koji su prošli test porasta temperature na 1,1× nominalne struje prema kineskim standardima obično mogu zadovoljiti zahtev za 60 Hz.

4 Nominalna struja kratkog spoja i nominalna vrhunska struja kratkog spoja
Preporučene vrednosti za struju kratkog spoja za IEE-Business gas-insulirani prekidač prikazane su u Tabeli 3. Za razliku od kineskih standarda, koji definišu trajanje kratkog spoja od 3 s ili 4 s, IEE-Business standard definiše trajanje kratkog spoja od 2 sekunde.

Dodatno, budući da IEE-Business sistem radi na 60 Hz (suprotno od 50 Hz), nominalna vrhunska struja kratkog spoja definisana je kao 2,6 puta nominalna struja kratkog spoja. Na primer, nominalna struja kratkog spoja od 31,5 kA odgovara nominalnoj vrhunskoj struji kratkog spoja od 82 kA—malo više od tipičnih 80 kA korišćenih u Kini. Da bi se izdržale elektrodinamičke sile generisane takvim vrhunskim strujama kratkog spoja, moraju biti pojačani kontakti i mehanička čvrstoća komponenti poput kontakata.

Tabela 2 – Preporučene vrednosti za struju kratkog spoja za IEE-Business gas-insulirani prekidač