Kuzey Amerika Standartları: IEEE ve Çinli Anahtar Kapanları Standartları Arasında Bir Karşılaştırma

IEEE Std C37.20.9™ atmosferden yüksek basınçta gazı birincil yalıtım ortamı olarak kullanan alternatif akım sistemleri için (1 kV ile 52 kV arasında derecelendirilmiş) metal kaplı gaz yalıtımlı anahtar kapan (MEGIS) tasarım, test ve kurulum gereksinimlerini tanımlar. Bu, devre kesiciler, anahtarlardan, bükülüler, şineler, ölçüm transformatörleri, kablo sonlandırmaları, sayaçlar ve kontrol/koruma rölelerine kadar birçok bileşeni içerir. Bu anahtar kapan montajlarında, orta gerilim bölümlerinin bazı veya tümünün dikey bölümleri, basınçlı gaz ile öncelikli olarak yalıtılmıştır. Standart hem iç mekan hem de dış mekan kurulumlarına uygulanır.

Tarihsel olarak, ABD pazarında hakim olan anahtar kapan türü hava yalıtımlı, metal kaplı anahtar kapan olmuştur. Halka tipi dağıtım uygulamaları için, Amerikan tarzı zemin monte dönüşümler yaygın olarak kullanılmıştır. Yüksek gerilimli bileşenler, yük anahtarlardan ve yüksek gerilimli fuze elemanlarına kadar, dönüşüm çekirdeği ve sarımlarla birlikte yüksek yanma noktası yağ dolu bir tank içinde veya alternatif olarak hava yalıtımlı yük anahtarlarda yer almıştır. Sonuç olarak, gaz yalıtımlı anahtar kapanın ABD'deki benimsenmesi nispeten geç gerçekleşmiştir.

ABB ve Schneider Electric gibi Avrupa üreticilerinden gaz yalıtımlı anahtar kapanın ABD pazarına girişleriyle birlikte, müşteriler bu teknolojiyi kabul etmeye ve benimsemeye başladı. Bunun sonucunda, gaz yalıtımlı anahtar kapan için IEEE standartı daha sonra geliştirildi ve resmi olarak 2019 yılında yayınlandı. Bu standart çoğunlukla IEC standartlarına dayanmaktadır ancak parametreler, yapı ve test gereksinimleri konusunda, özellikle ekipman güvenliği için IEEE'nin gereksinimlerine uygun hale getirmek için, IEEE C37.20.2 ve diğer ilgili IEEE standartlarına göre değiştirilmiştir.

1.Kullanım İçin Çevresel Koşullar

a) İşletme sıcaklığı: maksimum +40 °C; 24 saat boyunca ortalama +35 °C'yi aşmamak üzere; minimum –5 °C.
b) Yükseklik: 3,300 feet (1,000 metre) aşmamalıdır.
c) Kapsül koruma derecesi: iç mekan kullanımı için NEMA 250 Tip 1 (IP20); dış mekan kullanımı için Tip 3R (IP24).

GB/T 11022'ye göre, Çin'deki iç mekan anahtar kapanları üç en düşük çevre sıcaklık kategorisine ayrılmıştır: –5 °C, –15 °C ve –25 °C. IEEE C37.20.9'da gaz yalıtımlı anahtar kapan için belirtilen minimum işletme sıcaklığı (–5 °C), IEEE C37.20.2'de hava yalıtımlı anahtar kapan için belirtilen (-30 °C) değerinden yüksektir. Bu nedenle, Çin standartlarına uyan gaz yalıtımlı anahtar kapan tamamen IEEE C37.20.9 çevresel gereksinimlerini karşılayabilir.

Aşağıdaki Tablo 1, gaz yalıtımlı anahtar kapan için IEEE C37.20.9 gereksinimlerini, nominal gerilim, güç frekanslı dayanıklılık gerilimi ve yıldırım darbe dayanıklılık gerilimi açısından göstermektedir.

Tablo 1 – IEEE C37.20.9'a Göre Gaz Yalıtımlı Anahtar Kapan için yalıtım Gerilim Derecelendirmeleri

Kuzey Amerika standartlarındaki anahtarlama ekipmanı gerilim sınıfları, Çin'deki standartlardan farklıdır. Bu nedenle, gaz yalıtımlı anahtarlama ekipmanı (GIS), IEEE standartlarında belirtilen nominal güç frekans dayanıklılık gerilimi ve nominal yıldırım darbe dayanıklılık gerilimi gereksinimlerine uymalıdır. Örneğin, Çin standartlarına göre tasarlanmış bir 12 kV GIS dolabı, ABD standartları altında sadece 4.76 kV gerilim sınıfı için dielektrik test gereksinimlerini karşılayabilirken, 24 kV Çin GIS dolabı, 27 kV'ye kadar olan gerilim sınıfları için yalıtım gereksinimlerini sağlayabilir.

IEEE Std 386™-2016, dağıtım sistemleri için kullanılan, 2.5 kV ile 35 kV arasında derecelendirilmiş ayrılabilir yalıtılmış konektörler için gereksinimleri belirler—genellikle "Amerikan tarzı dirsek konektörü" standardı olarak bilinir. Bu konektörler, ABD standartındaki ekipmanlarda yaygın olarak kullanılır, örneğin zemin monte dönüştürücüler ve kablo dağıtım kutularında. Buna karşılık, Çin gaz yalıtımlı anahtarlama ekipmanları genellikle EN 50181'e uygun kablo sapları ve fişler kullanır. IEEE gaz yalıtımlı anahtarlama ekipmanı standardı, çeşitli türde kablo sonlandırma aksesuarları için spesifik dielektrik test gereksinimlerini içerir.

2 Nominal Akım
IEEE gaz yalıtımlı anahtarlama ekipmanı (MEGIS) için ana hatların nominal sürekli akımı önerilen değerler 200 A, 600 A, 1200 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A ve 4000 A'dır—bu, 630 A, 1250 A ve 3150 A gibi yaygın Çin derecelendirmelerinden farklıdır.

3 Nominal Frekans
IEEE standardı, 60 Hz nominal frekansını belirtir, ancak Çin'deki standart frekans 50 Hz'dır. 60 Hz'nin daha yüksek olması, sıcaklık yükselmesi ve kısa devre kesme performansı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. GB/T 11022'ye göre, 50 Hz veya 60 Hz'da derecelendirilmiş anahtarlama ve kontrol ekipmanları için—eğer akım taşıyan parçaların yakınında ferromanyetik bileşenler yoksa—50 Hz'de sürekli akım testinde ölçülen sıcaklık yükselmesi maksimum izin verilen limitin %95'ini aşmamak koşuluyla, ekipman her iki frekans için de uygun kabul edilir, yani 60 Hz sıcaklık yükselmesi gereksinimini de karşılar.

Ancak, gaz yalıtımlı anahtarlama ekipmanlarında sınırlı ısı vericilik ve göreceli olarak küçük termal marj nedeniyle, 60 Hz gereksinimlerini karşılamak için tasarım iyileştirmeleri genellikle gerekli olur. Çin standartlarına göre 1.1× nominal akım sıcaklık yükselmesi testini geçen ürünler genellikle 60 Hz gereksinimini karşılayabilir.

4 Nominal Kısa Süre Dayanıklılık Akımı ve Nominal Tepki Dayanıklılık Akımı
IEEE gaz yalıtımlı anahtarlama ekipmanı için önerilen kısa süre dayanıklılık akımı değerleri Tablo 3'te gösterilmiştir. Çin standartlarının 3 s veya 4 s kısa devre süresi belirtmesine karşılık, IEEE standardı 2 saniye kısa devre süresini tanımlar.

Ayrıca, IEEE sisteminin 50 Hz yerine 60 Hz'de çalışması nedeniyle, nominal tepki dayanıklılık akımı, nominal kısa süre dayanıklılık akımının 2.6 katı olarak tanımlanır. Örneğin, 31.5 kA nominal kısa süre dayanıklılık akımı, 82 kA nominal tepki dayanıklılık akımıya karşılık gelir—Çin'de yaygın olarak kullanılan tipik 80 kA'dan biraz yüksektir. Bu tür zirve kısa devre akımlarından kaynaklanan elektrodinamik kuvvetlere dayanmak için, kontakt basıncı ve kontakt gibi bileşenlerin mekanik gücü artırılmalıdır.

Tablo 2 – IEEE Gaz Yalıtımlı Anahtarlama Ekipmanı için Önerilen Kısa Süre Dayanıklılık Akımı Derecelendirmeleri