IEEE Std C37.20.9™ визначає вимоги до проектування, тестування та встановлення металевого газозаповненого комутаційного обладнання (MEGIS), яке використовує газ під тиском, більшим за атмосферний, як основний ізоляційний середовище для систем змінного струму напругою від 1 кВ до 52 кВ. Це включає, але не обмежується, вимикачі, перемикачі, вводи, шинопроводи, вимірювальні трансформатори, кінцеві вузли кабелів, лічильники та реле керування/захисту. У цих комутаційних пристроях вертикальні камери — деякі або всі розділи середнього напругу — головним чином ізольовані за допомогою тискуваного газу. Стандарт застосовується як до внутрішніх, так і до зовнішніх встановлень.
Історично, домінуючим типом комутаційного обладнання на ринку США було повітряно-ізольоване, металево-обкладене комутаційне обладнання. Для розподільчих систем у вигляді кільця широко використовувалися американські переносні трансформатори, в яких високонапружні компоненти, такі як вимикачі навантаження та високонапружні предохранители, разом з ядром та обмотками трансформатора містяться в баку, заповненому оливкою з високою точкою загоряння, або, альтернативно, використовуються повітряно-ізольовані вимикачі навантаження. В результаті, прийняття газозаповненого комутаційного обладнання в США сталося відносно пізніше.
З появою газозаповненого комутаційного обладнання від європейських виробників, таких як ABB та Schneider Electric, на ринку США клієнти почали приймати та впроваджувати цю технологію. В результаті, стандарт IEEE для газозаповненого комутаційного обладнання був розроблений пізніше і був офіційно опублікований лише у 2019 році. Цей стандарт в основному базується на стандартах IEC, але був модифікований щодо параметрів, конструкції та вимог до випробувань, щоб відповідати IEEE C37.20.2 та іншим відповідним стандартам IEEE, особливо щодо вимог IEEE до безпеки обладнання.
1. Екологічні умови експлуатації
a) Робоча температура: максимальна +40 °C; середня за 24 години не перевищує +35 °C; мінімальна –5 °C.
b) Висота над рівнем моря: не більше 3,300 футів (1,000 метрів).
c) Клас захисту корпусу: NEMA 250 Тип 1 (IP20) для внутрішнього використання; Тип 3R (IP24) для зовнішнього використання.
Згідно з GB/T 11022, внутрішнє комутаційне обладнання в Китаї поділяється на три категорії мінімальної навколишньої температури: –5 °C, –15 °C, і –25 °C. Мінімальна робоча температура, визначена в IEEE C37.20.9 для газозаповненого комутаційного обладнання (–5 °C), вища, ніж та, що визначена в IEEE C37.20.2 для повітряно-ізольованого комутаційного обладнання (–30 °C). Тому газозаповнене комутаційне обладнання, яке відповідає китайським стандартам, може повністю задовольняти екологічним вимогам IEEE C37.20.9.
Таблиця 1 нижче показує вимоги IEEE C37.20.9 до номінальної напруги, напруги стійкості до промислового частотного напруги та напруги стійкості до ударів блискавки для газозаповненого комутаційного обладнання.
Таблиця 1 – Напруги ізоляції для газозаповненого комутаційного обладнання згідно з IEEE C37.20.9
| Зона застосування у Північному Китаї | Номінальне напруга комутаційного пристрою (кВ) | Номінальна стійкість до напруги промислової частоти (кВ, ефективне значення) | Номінальна стійкість до імпульсної напруги (кВ, амплітудне значення) | ||
| З роздільним з'єднувальним відключенням, що відповідає IEC 60664-1, EN 60664-1/CD1317 | Без роздільного з'єднувального відключення, що відповідає IEC 60217-5013, IEC 60217-5013 | Відповідно до IEC 60217-5013, IEC 60217-5013 (без роздільного з'єднувального відключення) | |||
| 2.3/4.16 | 4.76 | 19 | 19 | 19 | 60 |
| 6/9 | 8.25 | 34 | 36 | 26 |
95 |
| 12.47/12.9 | 15 | 34 | 36 | 26 | 95 |
| 21/37 | 27 | 40 | 50 | 60 | 125 |
| 34.5 | 38 | 50 | 70 | 60 | 150 |
Напруга вимикальної апаратури за північноамериканськими стандартами відрізняється від китайських. Тому газозаповнена вимикальна апаратура (GIS) повинна відповідати вимогам IEEE щодо номінальної установлених напруг частотного струму та номінальної установленої імпульсної напруги блискавиці. Наприклад, шафа GIS на 12 кВ, спроектована згідно з китайськими стандартами, може задовольнити вимоги до діелектричних випробувань для класу напруги 4,76 кВ за американськими стандартами, тоді як китайська шафа GIS на 24 кВ може задовольнити вимоги до ізоляції для класів напруги до 27 кВ включно.
IEEE Std 386™-2016 визначає вимоги до роздільних ізольованих з'єднувачів, використовуваних в системах розподілу з напругою від 2,5 кВ до 35 кВ, відомих як "американський лікотний з'єднувач". Ці з'єднувачі широко використовуються в обладнанні за американськими стандартами, такому як переносні трансформатори та розподільні коробки. Натомість, китайська газозаповнена вимикальна апаратура зазвичай використовує кабельні втулки та з'єднувачі, що відповідають EN 50181. Стандарт IEEE для газозаповненої вимикальної апаратури включає конкретні вимоги до діелектричних випробувань для різних типів аксесуарів для завершення кабелів.
2 Номінальний струм
Рекомендовані значення номінального постійного струму головних шин в газозаповненій вимикальній апаратурі IEEE (MEGIS) становлять 200 А, 600 А, 1200 А, 2000 А, 2500 А, 3000 А та 4000 А, що відрізняється від типових китайських оцінок, таких як 630 А, 1250 А та 3150 А.
3 Номінальна частота
Стандарт IEEE визначає номінальну частоту 60 Гц, тоді як стандартна частота в Китаї становить 50 Гц. Вища частота 60 Гц має значний вплив на підвищення температури та характеристики розриву короткого замикання. Згідно з GB/T 11022, для вимикальної апаратури та контролю, що працюють при 50 Гц або 60 Гц, за умови відсутності феромагнітних компонентів поруч з провідними частинами, якщо виміряне підвищення температури при тестуванні постійного струму при 50 Гц не перевищує 95% максимально допустимого обмеження, обладнання вважається відповідним для обох частот, тобто відповідає вимогам до підвищення температури при 60 Гц.
Однак, через обмежену теплоотдачу в газозаповненій вимикальній апаратурі та її відносно невелику термічну резерву, часто необхідні покращення проекту, щоб задовольнити вимоги 60 Гц. Продукти, що пройшли тест підвищення температури при 1,1× номінальному струмі за китайськими стандартами, зазвичай можуть задовольнити вимоги 60 Гц.
4 Номінальний струм короткочасної стійкості та номінальний піковий струм стійкості
Рекомендовані значення струму короткочасної стійкості для газозаповненої вимикальної апаратури IEEE показані в таблиці 3. На відміну від китайських стандартів, які визначають тривалість короткого замикання 3 с або 4 с, стандарт IEEE визначає тривалість короткого замикання 2 секунди.
Крім того, оскільки система IEEE працює при 60 Гц (на відміну від 50 Гц), номінальний піковий струм стійкості визначається як 2,6 рази номінального струму короткочасної стійкості. Наприклад, номінальний струм короткочасної стійкості 31,5 кА відповідає номінальному піковому струму стійкості 82 кА, що трохи вище, ніж типові 80 кА, використовувані в Китаї. Для витримання електродинамічних сил, що генеруються такими пиковими струмами короткого замикання, необхідно підвищити тиск контакту та механічну міцність компонентів, таких як контакти.
Таблиця 2 – Рекомендовані оцінки струму короткочасної стійкості для газозаповненої вимикальної апаратури IEEE
| Елемент | Номінальні |
||
| Номінальний струм витримки короткого замикання кА (ефективне значення, для медного та алюмінієвого матеріалу) з термостійким оболонковим матеріалом на 2 секунди | Номінальний піковий струм витримки короткого замикання кА | Швидкотривалий струм кА (ефективне значення, асиметричний) | |
| 1 |
12.5 | 32.5 | 19.4 |
| 2 | 16.0 | 42.0 | 24.8 |
| 3 | 20.0 | 52.0 | 31.0 |
| 4 | 25.0 | 65.0 | 38.8 |
| 5 | 31.5 | 82.0 | 48.8 |
| 6 | 40.0 | 104.0 | 61.0 |
| 7 | 50.0 | 130.0 | 77.5 |
| 8 | 63.0 | 164.0 | 97.7 |