Nordamerikanska standarder: En jämförelse mellan IEEE och kinesiska strömbrytarsystemstandarder

IEEE Std C37.20.9™ definierar design-, test- och installationskrav för metallomslutet gasisolert strömskifte (MEGIS) som använder gas vid tryck över omgivningsluft som primär isoleringsmedel för växelströmsystem i spänningsklasserna från 1 kV till 52 kV. Detta inkluderar, men är inte begränsat till, brytare, växlar, busshorn, ledningar, mättransformatorer, kablageenden, mätare samt kontroll- och skyddsslutare. I dessa strömskiftanordningar är vertikala avdelningar - vissa eller alla mellanspänningssektioner - främst isolerade genom pressuriserad gas. Standarden gäller både inomhus- och utomhusinstallationer.

Historiskt sett har det dominerande typen av strömskift i den amerikanska marknaden varit luftisolera, metallbeslagna strömskift. För ringhuvudsfördelningsapplikationer har amerikanskt stilade plattmonterade transformatorer ofta använts, där högspänningskomponenter som belastningsväxlar och högspänningsfusstrådar är placerade tillsammans med transformatorernas kärnor och virvlar i en tank fylld med olja med högt antändningstemperatur, eller alternativt används luftisolera belastningsväxlar. Därför inträffade införandet av gasisolera strömskift i USA relativt sent.

Med introduktionen av gasisolera strömskift från europeiska tillverkare som ABB och Schneider Electric på den amerikanska marknaden började kunderna acceptera och anta denna teknologi. Som ett resultat utvecklades IEEE-standarden för gasisolera strömskift senare och publicerades officiellt först 2019. Denna standard baseras till stor del på IEC-standarder men har modifierats angående parametrar, konstruktion och testkrav för att anpassas till IEEE C37.20.2 och andra relevanta IEEE-standarder, särskilt för att uppfylla IEEE:s säkerhetskrav för utrustning.

1.Miljöförhållanden för användning

a) Drifttemperatur: max +40 °C; genomsnittlig temperatur under 24 timmar skall inte överstiga +35 °C; minsta –5 °C.
b) Höjd: skall inte överstiga 3,300 fot (1,000 meter).
c) Skyddsklass för omslutning: NEMA 250 Typ 1 (IP20) för inomhusanvändning; Typ 3R (IP24) för utomhusanvändning.

Enligt GB/T 11022 klassificeras inomhusströmskift i Kina i tre kategorier med minsta omgivningstemperatur: –5 °C, –15 °C, och –25 °C. Den minsta drifttemperaturen som anges i IEEE C37.20.9 för gasisolera strömskift (–5 °C) är högre än den som anges i IEEE C37.20.2 för luftisolera strömskift (–30 °C). Därför kan gasisolera strömskift som uppfyller kinesiska standarder fullständigt uppfylla miljökraven i IEEE C37.20.9.

Tabell 1 nedan visar IEEE C37.20.9-kraven för nomsättningsspänning, nettfrekvensbelastningsvolt och blixtimpulsbelastningsvolt för gasisolera strömskift.

Tabell 1 – Isoleringsspänningsklasser för gasisolera strömskift enligt IEEE C37.20.9

Spänningsklasserna för strömbrytare i nordamerikanska standarder skiljer sig från de kinesiska. Därför måste gasisolered strömbrytare (GIS) följa kraven på nomspegel- och blixtimpulstålighet som anges i IEE-Business-standarder. Till exempel kan en 12 kV GIS-skåp konstruerad enligt kinesiska standarder endast uppfylla dielektriska testkrav för spänningsklassen 4,76 kV enligt amerikanska standarder, medan en 24 kV kinesisk GIS-skåp kan uppfylla isoleringskrav för spänningsklasser upp till och inklusive 27 kV.

IEEE Std 386™-2016 specificerar krav för separabla isolerade kopplingar som används i distributionsystem med spänningar mellan 2,5 kV och 35 kV—vanligtvis kända som "amerikanska armbågskopplingar". Dessa kopplingar används ofta i utrustning som stämmer in på amerikanska standarder, såsom plattformsmontage transformatorer och kabelfördelningskassar. I motsats till detta använder kinesiska gasisolereda strömbrytare vanligtvis kabelförtäckningar och stopp som överensstämmer med EN 50181. IEEE-standarden för gasisolereda strömbrytare inkluderar specifika dielektriska testkrav för olika typer av kabelterminationsaccessoarer.

2 Nomsström
Rekommenderade värden för den kontinuerliga nomsströmmen i huvudbussarna i IEE-Business gasisolera strömbrytare (MEGIS) är 200 A, 600 A, 1200 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A och 4000 A—vilket skiljer sig från vanliga kinesiska värden som 630 A, 1250 A och 3150 A.

3 Nomfrekvens
IEE-Business-standarden specificerar en nomfrekvens på 60 Hz, medan den vanliga frekvensen i Kina är 50 Hz. Den högre frekvensen på 60 Hz har en betydande inverkan på temperaturhöjning och kortslutningsavbrottsprestanda. Enligt GB/T 11022, för strömbrytare och styrunit som är dimensionerade för antingen 50 Hz eller 60 Hz—om det inte finns ferromagnetiska komponenter nära strömförande delar—om den mätbara temperaturhöjningen under ett kontinuerligt strömtest vid 50 Hz inte överskrider 95% av det maximala tillåtna gränsvärdet, anses utrustningen vara i överensstämmelse med båda frekvenserna, dvs. den uppfyller också 60 Hz temperaturhöjningskravet.

På grund av begränsad värmeavledning i gasisolera strömbrytare och dess relativt små termiska marginaler, är designförbättringar ofta nödvändiga för att uppfylla 60 Hz-kraven. Produkter som har passerat 1,1× nomsström temperaturhöjningstest enligt kinesiska standarder kan generellt uppfylla 60 Hz-kravet.

4 Nomsström för kortvarig tålighet och nomsström för toppimpulstålighet
Rekommenderade värden för kortvarig tålighet för IEE-Business gasisolera strömbrytare visas i tabell 3. I motset till kinesiska standarder, som anger en kortslutningstid på 3 s eller 4 s, definierar IEE-Business-standarden en kortslutningstid på 2 sekunder.

Vidare, eftersom IEE-Business-systemet fungerar på 60 Hz (snarare än 50 Hz), definieras nomsströmmen för toppimpulstålighet som 2,6 gånger nomsströmmen för kortvarig tålighet. Till exempel motsvarar en nomsström för kortvarig tålighet på 31,5 kA en nomsström för toppimpulstålighet på 82 kA—lite högre än de vanliga 80 kA som används i Kina. För att klara av de elektrodynamiska krafterna från sådana toppkurvor för kortslutningsströmmar, måste kontakttrycket och mekaniska egenskaper hos komponenter som kontakter förbättras.

Tabell 2 – Rekommenderade värden för kortvarig tålighet för IEE-Business gasisolera strömbrytare