Pamantayan ng Hilagang Amerika: Paghihikayat sa mga Pamantayan ng Switchgear ng IEEE at Tsina

Ang IEEE Std C37.20.9™ ay naglalarawan ng mga disenyo, pagsusulit, at mga pangangailangan sa pag-install para sa metal-enclosed gas-insulated switchgear (MEGIS) na gumagamit ng gas sa itaas ng normal na presyon bilang pangunahing insulating medium para sa mga alternating current system na may rating mula 1 kV hanggang 52 kV. Ito ay kasama, ngunit hindi limitado, sa mga circuit breakers, switches, bushings, busbars, instrument transformers, cable terminations, meters, at control/protection relays. Sa mga switchgear assemblies na ito, ang mga vertical compartments—ilang o lahat ng mga medium-voltage sections—ay insulated nang pangunahing sa pamamagitan ng pressurized gas. Ang standard na ito ay aplikable sa parehong indoor at outdoor installations.

Sa kasaysayan, ang dominant na uri ng switchgear sa U.S. market ay ang air-insulated, metal-clad switchgear. Para sa ring-main distribution applications, ang mga American-style pad-mounted transformers ang karaniwang ginagamit, kung saan ang mga high-voltage components tulad ng load switches at high-voltage fuses ay nakakitaan ng lugar kasama ang transformer core at windings sa loob ng isang tank na puno ng high-fire-point oil, o alternatibong, ang mga air-insulated load switches ay ginagamit. Bilang resulta, ang pag-adopt ng gas-insulated switchgear sa U.S. ay nangyari nang huli.

Kapag ipinakilala ang gas-insulated switchgear mula sa European manufacturers tulad ng ABB at Schneider Electric sa U.S. market, nagsimulang tanggapin at adoptin ng mga customer ang teknolohiyang ito. Bilang resulta, ang IEEE standard para sa gas-insulated switchgear ay nabuo nang huli at opisyal na inilathala lamang noong 2019. Ang standard na ito ay malaking bahagi ay batay sa IEC standards ngunit binago ang mga parameter, construction, at testing requirements upang mag-ugnay sa IEEE C37.20.2 at iba pang relevant na IEEE standards, lalo na upang matugunan ang safety requirements ng IEEE para sa equipment.

1. Mga Kalagayang Pangkapaligiran para sa Paggamit

a) Operating temperature: maximum +40 °C; average over 24 hours not exceeding +35 °C; minimum –5 °C.
b) Altitude: not exceeding 3,300 feet (1,000 meters).
c) Enclosure protection rating: NEMA 250 Type 1 (IP20) for indoor use; Type 3R (IP24) for outdoor use.

Ayon sa GB/T 11022, ang indoor switchgear sa China ay nakaklase sa tatlong minimum ambient temperature categories: –5 °C, –15 °C, at –25 °C. Ang minimum operating temperature na ipinagbibigay alam ng IEEE C37.20.9 para sa gas-insulated switchgear (–5 °C) ay mas mataas kaysa sa ipinagbibigay alam sa IEEE C37.20.2 para sa air-insulated switchgear (–30 °C). Kaya, ang gas-insulated switchgear na sumusunod sa Chinese standards ay maaaring buong tugunan ang mga environmental requirements ng IEEE C37.20.9.

Ang Table 1 sa ibaba ay nagpapakita ng mga requirement ng IEEE C37.20.9 para sa rated voltage, power-frequency withstand voltage, at lightning impulse withstand voltage para sa gas-insulated switchgear.

Table 1 – Insulation Voltage Ratings for Gas-Insulated Switchgear per IEEE C37.20.9

Ang mga rating ng voltage ng switchgear sa mga pamantayan ng Hilagang Amerika ay naiiba mula sa mga ito sa Tsina. Kaya, ang gas-insulated switchgear (GIS) ay dapat sumunod sa mga requirement ng rated power-frequency withstand voltage at rated lightning impulse withstand voltage na ipinahiwatig sa mga pamantayan ng IEEE. Halimbawa, ang isang 12 kV GIS cabinet na disenyo ayon sa mga pamantayan ng Tsina ay maaari lamang tumugon sa mga requirement ng dielectric test para sa 4.76 kV voltage class sa ilalim ng mga pamantayan ng U.S., habang ang 24 kV Chinese GIS cabinet ay maaaring matugunan ang mga requirement ng insulation para sa mga voltage class hanggang at kasama ang 27 kV.

Ang IEEE Std 386™-2016 ay nagtatakda ng mga requirement para sa mga separable insulated connectors na ginagamit sa mga distribution system na may rating mula 2.5 kV hanggang 35 kV—karaniwang kilala bilang "American-style elbow connector" standard. Ang mga konektor na ito ay malawakang ginagamit sa mga equipment na may U.S. standard tulad ng pad-mounted transformers at cable distribution boxes. Sa katulad, ang Chinese gas-insulated switchgear ay karaniwang gumagamit ng mga cable bushings at plugs na sumusunod sa EN 50181. Ang IEEE standard para sa gas-insulated switchgear ay kasama ang mga specific dielectric test requirements para sa iba't ibang uri ng cable termination accessories.

2 Rated Current
Ang mga inirerekomendang values para sa rated continuous current ng main busbars sa IEEE gas-insulated switchgear (MEGIS) ay 200 A, 600 A, 1200 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A, at 4000 A—na naiiba mula sa mga common Chinese ratings tulad ng 630 A, 1250 A, at 3150 A.

3 Rated Frequency
Ang IEEE standard ay nagtatakda ng rated frequency na 60 Hz, samantalang ang standard frequency sa Tsina ay 50 Hz. Ang mas mataas na frequency na 60 Hz ay may malaking epekto sa temperature rise at short-circuit breaking performance. Ayon sa GB/T 11022, para sa switchgear at controlgear na may rating na 50 Hz o 60 Hz—basta walang ferromagnetic components malapit sa mga current-carrying parts—kung ang measured temperature rise sa panahon ng continuous current test sa 50 Hz ay hindi lumampas sa 95% ng maximum allowable limit, ang equipment ay itinuturing na compliant para sa parehong frequencies, i.e., ito rin ay sumasapat sa 60 Hz temperature rise requirement.

Gayunpaman, dahil sa limitadong heat dissipation sa gas-insulated switchgear at sa relatibong maliit na thermal margin, kadalasan kinakailangan ng mga pagbabago sa disenyo upang matugunan ang mga requirement ng 60 Hz. Ang mga produkto na nangyari ang 1.1× rated current temperature rise test sa ilalim ng mga pamantayan ng Tsina ay maaaring pangkalahatan na matugunan ang 60 Hz requirement.

4 Rated Short-Time Withstand Current and Rated Peak Withstand Current
Ang inirerekomendang values ng short-time withstand current para sa IEEE gas-insulated switchgear ay ipinapakita sa Table 3. Hindi tulad ng mga pamantayan ng Tsina, na nagtatakda ng short-circuit duration na 3 s o 4 s, ang IEEE standard ay naglalarawan ng short-circuit duration na 2 segundo.

Bukod dito, dahil ang IEEE system ay nag-ooperate sa 60 Hz (kasalanan ng 50 Hz), ang rated peak withstand current ay inilalarawan bilang 2.6 times ang rated short-time withstand current. Halimbawa, ang rated short-time withstand current na 31.5 kA ay tumutugon sa rated peak withstand current na 82 kA—bahagyang mas mataas kaysa sa typical 80 kA na ginagamit sa Tsina. Upang matugunan ang electrodynamic forces na gawa ng mga peak short-circuit currents, ang contact pressure at mechanical strength ng mga component tulad ng contacts ay dapat palakasin.

Table 2 – Inirerekomendang Ratings ng Short-Time Withstand Current para sa IEEE Gas-Insulated Switchgear