มาตรฐานอเมริกาเหนือ: การเปรียบเทียบระหว่างมาตรฐาน IEE-Business และมาตรฐานสวิตช์เกียร์ของจีน

IEEE Std C37.20.9™ กำหนดข้อกำหนดในการออกแบบ การทดสอบ และการติดตั้งสำหรับอุปกรณ์สวิตช์เกียร์ที่มีโครงสร้างโลหะและใช้ก๊าซเป็นสารฉนวนหลัก (MEGIS) ที่ใช้ก๊าซภายใต้ความดันสูงกว่าความดันบรรยากาศสำหรับระบบไฟฟ้ากระแสสลับที่มีแรงดันตั้งแต่ 1 kV ถึง 52 kV รวมถึง แต่ไม่จำกัดเพียง เบรกเกอร์สวิทช์ ปลอกสาย บัสบาร์ หม้อแปลงวัด ปลายสายเคเบิล มิเตอร์ และรีเลย์ควบคุม/ป้องกัน ในชุดสวิตช์เกียร์เหล่านี้ ช่องทางตั้งตรง—บางส่วนหรือทั้งหมดของส่วนแรงดันกลาง—ได้รับการฉนวนโดยใช้ก๊าซที่ถูกทำให้เป็นแรงดัน ส่วนมาตรฐานนี้ใช้ได้ทั้งการติดตั้งภายในอาคารและภายนอกอาคาร

ในอดีต ประเภทของสวิตช์เกียร์ที่มีความสำคัญในตลาดสหรัฐฯ เป็นสวิตช์เกียร์ที่ใช้อากาศเป็นสารฉนวนและมีโครงสร้างโลหะคลุม สำหรับการกระจายพลังงานแบบวงแหวน ส่วนใหญ่จะใช้หม้อแปลงที่ติดตั้งบนฐานสไตล์อเมริกัน โดยที่ส่วนประกอบแรงดันสูง เช่น สวิตช์โหลดและฟิวส์แรงดันสูง ถูกบรรจุอยู่พร้อมกับแกนหม้อแปลงและขดลวดภายในถังที่เต็มไปด้วยน้ำมันที่มีจุดวาบไฟสูง หรืออาจใช้สวิตช์โหลดที่ใช้อากาศเป็นสารฉนวนแทน ดังนั้น การยอมรับและการใช้งานสวิตช์เกียร์ที่ใช้ก๊าซเป็นสารฉนวนในสหรัฐฯ จึงเกิดขึ้นค่อนข้างช้า

ด้วยการนำเข้าสวิตช์เกียร์ที่ใช้ก๊าซเป็นสารฉนวนจากผู้ผลิตยุโรป เช่น ABB และ Schneider Electric ลงในตลาดสหรัฐฯ ลูกค้าเริ่มยอมรับและนำไปใช้เทคโนโลยีนี้ ผลจากการนี้ มาตรฐาน IEEE สำหรับสวิตช์เกียร์ที่ใช้ก๊าซเป็นสารฉนวนจึงถูกพัฒนาขึ้นในภายหลังและได้รับการเผยแพร่เป็นทางการในปี 2019 มาตรฐานนี้มีพื้นฐานมาจากมาตรฐาน IEC แต่ได้รับการปรับเปลี่ยนเกี่ยวกับพารามิเตอร์ การสร้าง และข้อกำหนดการทดสอบ เพื่อให้สอดคล้องกับ IEEE C37.20.2 และมาตรฐาน IEEE อื่น ๆ ที่เกี่ยวข้อง โดยเฉพาะเพื่อให้สอดคล้องกับข้อกำหนดด้านความปลอดภัยของอุปกรณ์ตาม IEEE

1.สภาพแวดล้อมในการใช้งาน

a) อุณหภูมิในการทำงาน: สูงสุด +40 °C; ค่าเฉลี่ยตลอด 24 ชั่วโมงไม่เกิน +35 °C; ต่ำสุด –5 °C
b) ระดับความสูง: ไม่เกิน 3,300 ฟุต (1,000 เมตร)
c) ระดับการป้องกันของตัวครอบ: NEMA 250 Type 1 (IP20) สำหรับการใช้งานภายในอาคาร; Type 3R (IP24) สำหรับการใช้งานภายนอกอาคาร

ตาม GB/T 11022 สวิตช์เกียร์ภายในอาคารในประเทศจีนถูกจำแนกออกเป็นสามหมวดหมู่ตามอุณหภูมิแวดล้อมต่ำสุด: –5 °C, –15 °C, และ –25 °C อุณหภูมิการทำงานต่ำสุดที่ระบุใน IEEE C37.20.9 สำหรับสวิตช์เกียร์ที่ใช้ก๊าซเป็นสารฉนวน (–5 °C) สูงกว่าที่ระบุใน IEEE C37.20.2 สำหรับสวิตช์เกียร์ที่ใช้อากาศเป็นสารฉนวน (–30 °C) ดังนั้น สวิตช์เกียร์ที่ใช้ก๊าซเป็นสารฉนวนที่สอดคล้องกับมาตรฐานจีนสามารถตอบสนองข้อกำหนดสภาพแวดล้อมของ IEEE C37.20.9 ได้อย่างครบถ้วน

ตาราง 1 ด้านล่างแสดงข้อกำหนดของ IEEE C37.20.9 สำหรับแรงดันจัดอันดับ แรงดันทนทานสูงสุดที่ความถี่ของกำลัง และแรงดันทนทานสูงสุดที่แรงดันฟ้าผ่าสำหรับสวิตช์เกียร์ที่ใช้ก๊าซเป็นสารฉนวน

ตาราง 1 – ระดับแรงดันฉนวนสำหรับสวิตช์เกียร์ที่ใช้ก๊าซเป็นสารฉนวน ตาม IEEE C37.20.9

ระดับแรงดันสวิตช์เกียร์ในมาตรฐานอเมริกาเหนือแตกต่างจากที่ใช้ในจีน ดังนั้น สวิตช์เกียร์ฉนวนแก๊ส (GIS) ต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดแรงดันทนทานความถี่กำลังไฟฟ้าและแรงดันทนทานกระแทกฟ้าผ่าตามมาตรฐาน IEE-Business ตัวอย่างเช่น ตู้ GIS 12 kV ที่ออกแบบตามมาตรฐานจีนสามารถตอบสนองความต้องการทดสอบด้านฉนวนสำหรับคลาสแรงดัน 4.76 kV ภายใต้มาตรฐานของสหรัฐฯ ในขณะที่ตู้ GIS 24 kV ของจีนสามารถตอบสนองความต้องการฉนวนสำหรับคลาสแรงดันสูงสุดถึง 27 kV

IEEE Std 386™-2016 ระบุข้อกำหนดสำหรับตัวเชื่อมต่อฉนวนแยกได้ที่ใช้ในระบบจำหน่ายที่มีแรงดันตั้งแต่ 2.5 kV ถึง 35 kV—ซึ่งเป็นที่รู้จักกันในชื่อ "มาตรฐานตัวเชื่อมต่อแบบเอลโบว์สไตล์อเมริกัน" ตัวเชื่อมต่อเหล่านี้ถูกใช้อย่างกว้างขวางในอุปกรณ์มาตรฐานของสหรัฐฯ เช่น หม้อแปลงบนพื้นและกล่องกระจายสายเคเบิล ในทางตรงกันข้าม GIS ของจีนโดยทั่วไปจะใช้ปลอกสายและปลั๊กที่สอดคล้องกับ EN 50181 มาตรฐาน IEEE สำหรับ GIS รวมถึงข้อกำหนดการทดสอบด้านฉนวนสำหรับอุปกรณ์ปลายสายประเภทต่างๆ

2 กระแสไฟฟ้าเรตติ้ง
ค่าที่แนะนำสำหรับกระแสไฟฟ้าเรตติ้งต่อเนื่องของบัสบาร์หลักใน GIS ของ IEE-Business (MEGIS) คือ 200 A, 600 A, 1200 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A และ 4000 A—แตกต่างจากค่าทั่วไปในจีน เช่น 630 A, 1250 A และ 3150 A

3 ความถี่เรตติ้ง
มาตรฐาน IEEE ระบุความถี่เรตติ้งที่ 60 Hz ในขณะที่ความถี่มาตรฐานในจีนคือ 50 Hz ความถี่ที่สูงขึ้นเป็น 60 Hz มีผลสำคัญต่อการเพิ่มอุณหภูมิและการทำงานในการตัดวงจรลัดวงจร ตาม GB/T 11022 สำหรับสวิตช์เกียร์และอุปกรณ์ควบคุมที่มีความถี่เรตติ้ง 50 Hz หรือ 60 Hz—ตราบใดที่ไม่มีส่วนประกอบแม่เหล็กใกล้กับส่วนที่พาความถี่—หากการวัดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นระหว่างการทดสอบกระแสต่อเนื่องที่ 50 Hz ไม่เกิน 95% ของขีดจำกัดสูงสุดที่อนุญาต อุปกรณ์นั้นถือว่าสอดคล้องกับทั้งสองความถี่ กล่าวคือ ยังสอดคล้องกับความต้องการอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นที่ 60 Hz

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการระบายความร้อนที่จำกัดใน GIS และมาร์จินความร้อนที่ค่อนข้างเล็ก การปรับปรุงการออกแบบมักจำเป็นเพื่อให้สอดคล้องกับความต้องการที่ 60 Hz ผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการทดสอบอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นที่ 1.1× กระแสเรตติ้งภายใต้มาตรฐานจีนโดยทั่วไปสามารถตอบสนองความต้องการที่ 60 Hz ได้

4 กระแสทนทานสั้นเวลาและกระแสทนทานสูงสุด
ค่ากระแสทนทานสั้นเวลาที่แนะนำสำหรับ GIS ของ IEEE แสดงในตาราง 3 ต่างจากมาตรฐานจีนที่ระบุระยะเวลาวงจรลัดวงจร 3 วินาที หรือ 4 วินาที มาตรฐาน IEEE กำหนดระยะเวลาวงจรลัดวงจร 2 วินาที

นอกจากนี้ เนื่องจากระบบ IEEE ทำงานที่ 60 Hz (ต่างจาก 50 Hz) กระแสทนทานสูงสุดถูกกำหนดเป็น 2.6 เท่าของกระแสทนทานสั้นเวลา ตัวอย่างเช่น กระแสทนทานสั้นเวลา 31.5 kA หมายถึงกระแสทนทานสูงสุด 82 kA—สูงกว่าค่าปกติ 80 kA ที่ใช้ในจีน เพื่อทนทานต่อแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากกระแสวงจรลัดวงจรสูงสุด ความดันการสัมผัสและความแข็งแกร่งทางกลของส่วนประกอบเช่น ตัวติดต่อต้องได้รับการเสริมสร้าง

ตาราง 2 – ค่ากระแสทนทานสั้นเวลาที่แนะนำสำหรับ GIS ของ IEEE