IEEE标准气体绝缘开关柜的主要要求(二）

1. 3. 结构要求      

2. 3.1 电缆终端隔间      

进线或出线电缆端接点应不易进入，通常应封闭在单独的隔室内部或充气隔间。应通过门或面板提供进入电流连接隔室， MEGIS 应为用于与进线和出线电缆进行电气和机械连接的设备提供空间。每个电缆端子连接点应符合 NEMA CC1 的螺栓孔要求，开关设备使用电缆附件应符合 IEEE 386 或 EN 50181 的标准要求。  

3.2 主母线拼接

相邻垂直单元的母线连接，连接方式（螺栓、螺母、垫圈或其他方法）不得损害装置的绝缘完整性，连接应能够通过设备额定值的绝缘耐压测试。  

3.3 隔离方法

MEGIS 需要提供隔离，意味着 1 ）提供一个可见的断口（从开关柜外部可证实的）和 2 ）能够在分闸位置承受额定电压等级 110% 的绝缘试验。此外，隔离开关需要能够通过 IEEE C37.20.4 隔离开关要求的试验。  

负荷开关、断路器和电力熔断器可以是固定或抽出式安装，需要提供保证正确操作顺序的联锁，对于固定式断路器，需要配备隔离措施。  

隔离断口的可见可以通过观察窗或其它方式，如摄像系统实现。  

1 ）观察窗，应采用无遮光的安全玻璃，或无颜色阴影的透明材料。红外窗口通常不用于观察隔离开关状态，也不要求其具有阻燃性等级，观察窗需要具有永久连接、由制造商提供的盖子，以保护材料免受污垢和刮擦。盖子应包括以下特征：  

盖子的紧固装置在关闭时应易于用手松开，而无需使用工具；  

盖子必须易于手动关闭，并易于手动固定；  

盖子关闭后应有永久的标识“打开盖子观察隔离断口”；  

需要盖子一起进行试验。  

2 ）备选隔离断口查看系统  

为了提供隔离开关触头状态的视图，允许使用摄像机系统来代替直接观察窗，前提是它符合标准的规定。可以用相机、笔记本电脑查看开关的图像，或连接到设备的人机接口（ HMI ）。  

摄像机应具有实时视频输出功能，以便用户能够确认开关的运动和位置。摄像机应具有以下功能：  

a ．如果摄像机位于高压室中，则应进行电磁屏蔽，以便在高压环境中使用。  

b. 它的操作和储存温度范围应不低于使用该相机的开关设备。  

它应具有 150000 小时的最小平均无故障时间（ MTBF ），或者它应能够在不打开充气隔间的情况下进行更换观察窗。  

摄像机及其光源应能够由便携式外部电源供电，也可以使用永久电源，但是，这不应妨碍可移动电源的应用。摄像机输出应在同一视图（同一屏幕）中显示开关的所有三相触头。如果隔离开关通过公共操作轴操作，则应使用三个摄像头按顺序显示开关的所有相位触头。  

3.4 通风口和通风口

应设置泄压或通风开口，以便在正常操作过程中逸出的气体或蒸汽不会危及操作开关设备的人员。  

3.5 服务断开方式

被指定为服务断开装置的开关设备组件的设计应确保其能够按照 NFPA 70 （ NEC ）的适用规定进行安装。  

3.6 板材厚度等结构要求

相邻垂直隔室之间、一次回路重要部件的隔板板厚至少 3mm ；其它盖板、隔板、柜体和门板板厚至少是 1.9mm 。  

1. a) 对于通风网板面积大于 320mm ² ，网板线径需要≥ 2.1mm ，且安装板厚≥ 2.1mm ；网板面积≤ 320mm ² ，网板线径需要≥ 1.3mm ，且安装板厚≥ 1.1mm 。    

2. a) 柜顶部通风孔应阻止灰尘进入开关柜。    

3. b) 一次回路隔间除了必须的通讯开口应没有其它开口。    

4. c) 开关柜表面处理需要经磷化或相同的处理再喷漆，外表面需要抗腐蚀，盐雾试验要求 600 小时；开关柜喷漆颜色推荐 ASTM D1535-97 61 号浅灰色。    

5. d) 用于进入进行检查或维护的盖板重量需要小于 27kg 或面积小于 1.12m ² ，否则需要安装铰链或提升装置。    

6. 3.7 机械连锁      

当需要控制电源时，在控制电源之前，机械联锁检查操作的正确性，只有断路器分闸，才能接近操作电源熔断器，当熔断器可接近时，断路器不能合闸；  

应在 MEGIS 上提供机械或钥匙联锁，以防止接触固定或可移动断路器的带电部件，除非隔离开关断开。并且防止断路器在合闸位置打开或闭合隔离开关，只有断路器分闸时，才能合接地开关；  

配备储能机构的开关 / 断路器应具有联锁装置，除非储能机构处于未储能或阻塞位置，否则阻止进入开关 / 断路器室。  

提供机械和电气联锁，除非二次电路开路，否则禁止接通或断开控制电力变压器一次侧的保险丝；  

机械联锁只有断路器未带电才可以进入电缆隔室。  

1. 2.      元器件要求      

2. 4.1 断路器      

断路器需要满足 IEEE C37.04 《交流高压断路器标准额定结构》、 IEEE C37.06 《基于对称电流的交流高压断路器优选额定值和相关性能要求》和 IEEEC37.09 《基于对称电流的交流高压断路器试验程序》等标准要求。断路器辅助触点的定义和控制电压是与国内气体绝缘开关柜主要的不同点，其它不同点如短路开断试验等参照 IEEE 标准，这里不再赘述。  

1. a)        辅助触点的定义    

电路断开和开关装置的辅助开关和触点的操作应设计如下：  

代号 a ，当设备处于断电或非操作位置时断开；  

代号 b ，当设备处于断电或非操作位置时闭合；  

代号 aa ，当主设备的操作机构处于断电或未操作位置时断开；  

代号 bb ，当主设备的操作机构处于断电或非操作位置时闭合；  

代号 e,f,h,k ，除 a 、 b 、 aa 、 bb 以外的特殊触点和辅助开关。  

安装在固定外壳上的辅助开关，用于指示抽出装置或可拆卸元件的连接位置，应具有一个 TOC （手车操作触点或手车操作单元开关）。应指定触点闭合或断开的抽出或可移动元件的位置。以下是示例：  

    表示当断路器未处于连接位置时断开；  

    表示当断路器未处于连接位置时闭合。  

安装在固定外壳上的辅助开关，由断路器操作，以指示断路器的断开 - 闭合位置，应具有一个 MOC （机械操作触点或机械操作单元开关）。应为触点指定断路器的断开 - 闭合位置。以下是示例：  

    表示断路器分闸时断开；  

    表示断路器分闸时闭合。  

如果同一设备上存在多个辅助开关和触点。它们应从 1 开始被指定为数字连续的。必要时，在所有类型的图表上。触点和开关应显示在设备的断电位置。  

1. b)       断路器的控制电源电压范围要求，按表 4 。    

表 4   IEEE 标准控制电源电压范围

4.2 负荷开关、隔离开关、接地开关

气体绝缘开关柜使用的负荷开关、隔离开关、接地开关等需要满足 IEEE C37.20.4 标准的要求，抽出式断路器或带有隔离开关（和 / 或带有接地开关）的固定式断路器，接地开关需要具有只有断路器分闸接地开关才能合闸的机械联锁。  

4.3 电流互感器

电流互感器动稳定性能，电流互感器需要承受开断装置对应的瞬态峰值电流，如果有限流装置时，电流互感器需要承受熔断器的允通电流的峰值，耐受瞬态电流时间是 10 个周期（ 166.7ms ）。  

电流互感器的热稳定性能，电流互感器需要承受开断装置对应的短路电流，如果有限流装置时，电流互感器需要承受熔断器的允通电流的 I ² t ，耐受短路电流的时间是 1s 。  

按照 IEEE C57.13 电流互感器应该适用于开关柜内 55 ^O C 环境温度。  

电流互感器精度等级， IEEE 标准对 CT 精度等级的定义与 IEC 标准有所不同。在 IEEE 标准中，保护装置的标准负载是 1 ﹑ 2 ﹑ 4 ﹑和 8 欧姆 （阻抗角是 60 度），按 20 倍标称电流时 CT 二次侧的端电压来定义精度等级。对于二次侧的额定电流一般为 5A 的电流互感器，保护级分为 C100 ﹑ C200 ﹑ C400 ﹑和 C800 ，对应 GB 标准如表 5 所示。  

表 5 电流互感器保护等级对比  

4.4 电压互感器

电压互感器应符合 IEEE Std C57.13 ，并应通过满足以下要求进行保护：  

所有电压互感器的一次电路应包括限流熔断器。所有电压互感器的二次电路应包含熔断器或等效保护装置。  

例如：如果次级负载包括电压调节器，则可以从电压互感器的次级电路中省略保险丝。保护继电器或被认为对设备运行足够重要的其他设备，以使其更容易因持续的二次短路而产生与电压互感器可能损坏相关的危险，而不是因瞬时二次短路导致此类设备的电压供应中断的风险。  

1. 3.  气体要求      

制造商应向用户提供必要的说明，以更新气体并保持其所需的数量和质量。对于六氟化硫（ SF ₆ ）作为绝缘气体的开关设备。 SF ₆ 气体应符合 ASTM D2472 或 IEC 60376 的规定，重复使用的 SF ₆ 气体应符合 IEC 60480 的规定。对于带 SF ₆ 、混合物的开关设备参考 IEC 62271-4 。  

为了防止凝露，在额定充气密度的充气开关设备内，气体最大允许含水量应确保在使用寿命内的露点不高于 -5°C 。  

当设备在规定的要求温度范围内运行时，设备的绝缘性能不应降低。应为 MEGIS 设备中使用的所有气体和气体混合物提供安全数据表（ SDS ）， SDS 必须随机提供。应记录每个垂直单元或开关设备装配内所含气体的重量，并出现在铭牌上。铭牌上显示的重量应为 20°C 和额定填充压力下所含气体的重量。该重量应在生产过程中进行验证，并应精确到 1% 以内。  

对于可再填充气体的隔室，从任何单个气体隔室到大气的泄漏率每年不得超过 0.5% 。对于不可重新充气的密封型充气隔间的最大气体泄漏率应为每年 0.1% 。充气隔间垂直截面的最大气体泄漏率应为年 0.5% 。  

1. 4.      IEEE 气体绝缘开关柜的试验      

IEEE 气体绝缘开关柜的设计验证：  

1 ） IEEE 气体绝缘开关设备的试验与 GB 标准试验相近，只是绝缘耐压值按表 1 要求、温升限值按照表 2 要求，短时耐受电流按表 3 规定的值试验。  

2 ）断路器按照 IEEE C37.04 、 IEEE C37.06 、 IEEE C37.09 标准试验。  

3 ）隔离开关按照 IEEEC37.20.4 标准试验。  

4 ）对于绝缘材料需要满足如下试验要求。 IEEE C37.20.9 定义的绝缘材料有两种，固封绝缘材料和非固封绝缘材料；对于用于一次电力元件固封，起到隔离和 / 或支撑作用的绝缘材料，当材料暴露在空气或其它氧化反应气体中时，需要进行阻燃和耐电痕试验，阻燃等级需要至少满足 UL94 和 94-HB ，耐电痕试验需要将材料放置在气体中进行试验。对于不暴露在氧化反应气体中的材料，无需进行阻燃和耐电痕试验。  

5 ）内部电弧故障试验。  

IEEE 气体绝缘开关柜内部电弧需要按照 IEEE C37.20.7 试验， IEEE 基于内部电弧的产品可访问性定义了两种类型：类型 1 和类型 2 。  

类型 1– 仅在设备前部可自由接近的带有抗内部电弧设计或功能的开关设备，类似于 GB 标准 IAC AF 等级。  

类型 2– 仅在设备的可自由进入的外部（正面、背面和侧面）具有耐电弧设计或功能的开关设备，类似于 GB 标准的 IAC AFLR 等级。  

IAC 分类名称：  

a) 对于 1A 型或 2A 型，基本的内部电弧测试；对于 1B 型或 2B 型，需要额外的一组测试，使用户能够打开被识别为低压控制或仪表的隔间的门，也就是说内部电弧试验在仪表门打开的情况下进行试验；  

b) 对于 1C 型或 2C 型，每个隔室都是耐电弧的，内部电弧故障的影响仅限于发生故障的隔室，也就是说内部电弧隔室不会影响其它正常的功能隔室；  

c) 对于 1D 型，仅对需要抗电弧的面进行 IAC 测试的开关设备。由于其位置或其他考虑因素，不需要在所有侧面都具有抗电弧性。  

IEEE 标准内部电弧测试与 GB 标准的一些差异是：  

a) GB 标准授权人员 A 类可触及性，棉布指示器和设备外壳之间的距离 300 mm ， C37.20.7 标准定义的距离是 100 mm ，与 GB 标准一般公众 B 类可触及性一样；  

b) ANSI/IEEE 标准电弧持续时间一般是 0.5s ，而 GB 标准一般是 0.5s 或 1s 。  

7. 结语

国内气体绝缘开关柜产品技术、制造水平已经非常成熟，产品质量、稳定性，虽然IEEE C37.20.9气体绝缘开关柜标准大部分采用了IEC62271-200标准的要求，但由于电压、电流等参数不同，产品安全性等要求不同。因此，国产气体绝缘开关柜电流、电压互感器等元器件需要符合相应的美标标准，按照美标的材料要求改进产品，所充气体参数等符合要求，按照美标的要求完成试验，才能满足北美市场的要求。