The draft standard IEC/IEEE 62271-37-013 for generator circuit breakers

In electric power plants the use of a generator circuit-breaker, normally called GCB, is not mandatory. However, nowadays, the numerous advantages about safety, protection and reliability have led to its substantial diffusion. Since a generator circuit-breaker is generally applied in high-voltage system, it could be intended as a high-voltage circuit-breaker, however the vicinity to the generator introduces many specific features and requirements, which the generator circuit-breaker shall fulfill. In particular, the most critical and restrictive of them regard the short-circuit currents which the circuit-breaker shall interrupt, the resulting rated values and the particular waveform of the transient recovery voltage (TRV). The need to fulfill, and consequently to standardize, the specific features of a generator circuit-breaker will lead to the upcoming publication of a specific Standard. In fact, at this moment, the ultimate draft, subject to the “committee draft for vote (CDV)”, is waiting for the definitive approval and publication. In this regard, after an exhaustive study, the following thesis has been developed, to the main purpose to demonstrate the validity of the new Standard in satisfying the specific requirements of a generator circuit-breaker and, at the same time, the ineffectiveness of the other general purpose high-voltage circuit-breaker Standards. In particular two different chapters are dedicated to comparison between the Standard IEC/IEEE 62271-37-013, specific for generator circuit-breakers, and the international Standards for high-voltage circuit-breakers published by the International Electrotechnical Commission and the national Standard of the Russian Federation. In such comparison, we aim to examine and clarify the most critical aspects regarding the short-circuit currents, the ratings and the consequent type tests. After the comparison, in order to justify and to demonstrate the previous considerations, specific numerical case studies are analyzed.

Nelle centrali di produzione di energia elettrica l’utilizzo di un interruttore di macchina, meglio conosciuto nella terminologia anglosassone come Generator Circuit-Breaker (GCB), non è obbligatorio. Tuttavia oggigiorno i numerosi vantaggi di sicurezza, protezione e affidabilità da esso garantiti ne hanno reso elevatissima la diffusione. In generale, considerando le tensioni degli impianti in cui viene applicato, un interruttore di macchina si presenta come un generico interruttore di alta tensione. Tuttavia, la vicinanza al generatore introduce un elevato numero di caratteristiche e di requisiti specifici che l’interruttore di macchina deve soddisfare. Di tali requisiti, i più rilevanti e restrittivi riguardano le correnti di corto circuito che possono interessare l’interruttore, la scelta dei corrispondenti valori nominali di corrente e la particolare forma d’onda della tensione transitoria di recupero (TRV). La necessità di soddisfare, e di conseguenza regolamentare, le particolari caratteristiche di un interruttore di macchina porterà alla prossima pubblicazione di uno specifico Standard. Infatti, al momento, la bozza definitiva dello Standard IEC/IEEE 62271-37-013, sottoposta al “committee draft for vote (CDV)”, è in attesa di definitiva approvazione e pubblicazione. A questo proposito, a seguito di un attenta analisi di tale documento, è stato sviluppato il seguente lavoro di tesi, il cui scopo principale era quello di dimostrare l’efficacia del nuovo Standard di soddisfare gli specifici requisiti di un interruttore di macchina e, contemporaneamente, l’inefficacia degli Standard relativi a generici interruttori di alta tensione. In particolare tale lavoro è strutturato in due diversi capitoli entrambi di confronto tra lo Standard IEC/IEEE 62271-37-013, specifico per interruttori di macchina, e due Standard per generici interruttori di alta tensione, quello internazionale pubblicato dal Comitato Elettrotecnico Internazionale e quello nazionale della Federazione Russa. Tale confronto mira ad approfondire e a chiarire proprio gli aspetti più critici riguardanti le correnti di corto circuito, la scelta dei valori nominali e i conseguenti test di tipo. In conclusione allo scopo di dimostrare e validare le precedenti considerazioni, sono stati affrontati specifici casi studio numerici.