ГОСТ IEC/TS 60034-18-42-2014
Группа Е60
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
МАШИНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВРАЩАЮЩИЕСЯ
Часть 18-42
Квалификационные и приемочные испытания для систем электроизоляции, стойких к частичному разряду, типа II, используемых во вращающихся электрических машинах с питанием от преобразователей источника напряжения
Rotating electrical machines. Part 18-42. Qualification and acceptance tests for partial discharge resistant electrical insulation systems (type II) used in rotating electrical machines fed from voltage converters
МКС 29.160
Дата введения 2016-03-01
Предисловие
Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2009 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены"
Сведения о стандарте
1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ") и Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации и сертификации в машиностроении" (ВНИИНМАШ) на основе собственного аутентичного перевода на русский язык международного документа, указанного в пункте 5
2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт)
3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 14 ноября 2014 г. N 72-П)
За принятие проголосовали:
|
|
|
Краткое наименование страны по MК (ИСО 3166) 004-97 | Код страны по MК (ИСО 3166) 004-97 | Сокращенное наименование национального органа по стандартизации |
Азербайджан | AZ | Азстандарт |
Беларусь | BY | Госстандарт Республики Беларусь |
Киргизия | KG | Кыргызстандарт |
Молдова | MD | Молдова-Стандарт |
Россия | RU | Росстандарт |
Узбекистан | UZ | Узстандарт |
4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 25 мая 2015 г. N 414-ст межгосударственный стандарт ГОСТ IEC/TS 60034-18-42-2014 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 марта 2016 г.
5 Настоящий стандарт идентичен международному документу IEC/TS 60034-18-42:2008* Rotating electrical machines - Part 18-42: Qualification and acceptance tests for partial discharge resistant electrical insulation systems (Type II) used in rotating electrical machines fed from voltage converters (Машины электрические вращающиеся. Часть 18-42. Квалификационные и приемные испытания для систем электроизоляции, стойких к частичному разряду, типа II, используемых во вращающихся электрических машинах с питанием от преобразователей источника напряжения).
Международный документ разработан техническим комитетом по стандартизации ТС 2 "Вращающиеся машины" Международной электротехнической комиссии (IEC).
Перевод с английского языка (en).
Официальные экземпляры международного стандарта, на основе которого подготовлен настоящий межгосударственный стандарт, и международных стандартов, на которые даны ссылки, имеются в Федеральном агентстве по техническому регулированию и метрологии.
Сведения о соответствии межгосударственных стандартов ссылочным международным стандартам приведены в дополнительном приложении ДА.
Степень соответствия - идентичная (IDТ)
6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет
1 Область применения
Настоящий стандарт определяет критерии оценки изоляционных систем обмоток статора (ротора) однофазных или многофазных электрических машин переменного тока, которые подвержены повторяющимся импульсным напряжениям, вырабатываемым преобразователями с ШИМ, и которые должны выдерживать воздействие частичных разрядов (ЧР) в течение всего срока службы. Стандарт описывает электрические квалификационные и приемочные испытания на представительных образцах, которые должны подтверждать их пригодность для работы с преобразователями напряжения.
Настоящий стандарт не распространяется на:
- вращающиеся электрические машины, использующие преобразователь только для пуска;
- электрооборудование систем транспорта.
Примечание - Хотя настоящий стандарт связан с преобразователями напряжения, признается, что существуют и другие преобразователи, которые могут генерировать повторяющиеся импульсы напряжения. Для таких преобразователей, если необходимо, может быть использован аналогичный подход.
2 Нормативные ссылки
Для применения настоящего стандарта необходимы следующие ссылочные документы*. Для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного документа, для недатированных ссылок применяют последнее издание ссылочного документа (включая все его изменения).
IEC 60034-18-1:2010 Rotating electrical machines - Part 18-1: Functional evaluation of insulation systems - General guidelines (Машины электрические вращающиеся. Часть 18-1. Функциональная оценка систем изоляции. Общие руководящие указания)
IEC 60034-18-32 Rotating electrical machines - Part 18: Functional evaluation of insulation systems - Section 32: Test procedures for form-wound windings - Electrical evaluation of insulation systems used in machines up to and including 50 MVA and 15 kV (Машины электрические вращающиеся. Часть 18: Функциональная оценка систем изоляции. Раздел 32: Методики испытаний шаблонных обмоток. Оценка электрических характеристик систем изоляции, используемых в машинах мощностью до 50 МВА включительно и напряжением 15 кВ)
IEC 60034-18-41 Rotating electrical machines - Part 18-41: Qualification and type tests for Type I electrical insulation systems used in rotating electrical machines fed from voltage converters (Машины электрические вращающиеся. Квалификационные и типовые испытания электрических изоляционных систем типа I, используемых во вращающихся электрических машинах, питающихся от преобразователей напряжения)
IEC 60216-3 (Электрические изоляционные материалы. Термическая стойкость. Часть 3. Инструкция по расчету характеристик термической стойкости)
IEC 61251 (Электрические изоляционные материалы. Оценка стойкости по отношению к напряжению переменного тока. Введение)
IEC 61800-4 (Силовые регулируемые электрические приводы. Часть 4. Общие требования. Номинальные данные для силовых электроприводов переменного тока напряжением свыше 1000 В и менее 35 кВ)
IEC 62068-1 (Электрические изоляционные системы. Электрические воздействия, производимые повторяющимися импульсами. Часть 1. Общий метод оценки электрического сопротивления)
IEC 62539 (Руководство по статистическому анализу данных об пробоях электрической изоляции)
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 коэффициент увеличения напряжения (voltage endurance coefficient) n: Экспонента инверсной силовой модели или экспоненциальная модель, по которой определяется связь между сроком службы изоляционной системы и амплитудой воздействующего на нее напряжения
3.2 срок службы (life): Время работы до повреждения (отказа)
3.3 материал для выравнивания электрической напряженности (stress grading material): Материал, обычно имеющий нелинейную характеристику активного сопротивления, применяемый для лобовых частей обмотки статора с целью уменьшения максимального значения электрической напряженности.
3.4 материал для антикоронарного покрытия (corona protection material): Материалы, используемые для покрытия стержней обмотки в пазовой части сердечника статора для избежания ЧР в пазу.
Примечание - Пока не оговорено иное, это время равно 1,25 времени увеличения напряжения от 10% до 90%.
Рисунок 1 - Параметры импульса напряжения
3.6 электроизоляционная система (electrical insulation system): Изоляционная структура, содержащая один или более электроизоляционных материалов вместе с соответствующими проводящими частями, применяемыми в электротехническом устройстве (см. IEC 62068-1).
3.7 (электрическая) напряженность [(electric) stress, В/мм]: Напряженность электрического поля.
3.9 основная частота (fundamental frequency): Частота в спектре, полученная с помощью преобразования Фурье периодической временной функции, с которой соотносятся все частоты спектра.
Примечание - В настоящем стандарте под основной частотой напряжения на зажимах машины понимается частота, определяющая ее скорость вращения при питании от преобразователя.
Примечание 1 - Для биполярных импульсов это напряжение равно половине межпикового напряжения (см. рисунок 2).
3.13 частота повторяемости импульсов напряжения [impulse repetition frequency]: Среднее число импульсов напряжения в единицу времени, генерируемых преобразователем (частота переключения).
3.17 частичный разряд (ЧР) (partial discharge): Электрический разряд, который только частично перекрывает изоляцию между проводниками.
Примечание - Он может произойти внутри изоляции или вблизи проводника.
4 Эффекты, возникающие при работе от преобразователя частоты
4.1 Напряжение на зажимах машины, получающей питание от преобразователя
Время нарастания выходного напряжения современных преобразователей находится в пределах 50-2000 нс благодаря характеристикам полупроводниковых коммутаторов. Напряжение на зажимах машины, получающей питание от преобразователя, зависит от нескольких характеристик силового привода (см. IEC 61800-4), таких как:
- рабочее линейное напряжение преобразователя,
- архитектура и режим управления преобразователя,
- наличие фильтров между двигателем и преобразователем,
- длина и характеристики кабеля между ними,
- конструкция обмотки машины,
- система заземления.
Чтобы применить настоящий стандарт к оценке и проверке изоляционной системы обмотки, необходимо установить требуемые параметры напряжения, появляющегося на зажимах машины (см. раздел 6). В случае использования двухуровневых или иных преобразователей напряжения генерируемые преобразователем перенапряжения на зажимах машины зависят от времени нарастания импульса на выходе преобразователя, от длины кабеля и полного входного сопротивления машины. Эти перенапряжения создаются отраженными волнами, возникающими между соединениями кабеля с зажимами машины или преобразователя из-за рассогласования их сопротивлений. Напряжение, появляющееся на зажимах машины в случае питания от трехуровневого преобразователя, показано на рисунке 2, где показан один период на основной частоте.
Рисунок 2 - Межфазное напряжение на зажимах машины при питании от трехуровневого преобразователя
Примеры увеличения напряжения для двухуровневого преобразователя, происходящие при различном времени нарастания импульса и различной длине кабеля, приведены на рисунке 4. Здесь показан худший случай, соответствующий режиму холостого хода преобразователя. В этом случае увеличение напряжения незначительно при времени нарастания импульса 1000 нс и длине кабеля менее 15 м. Оно достигает значения 1,2 только при длине кабеля более 50 м.
4.2 Напряженность электрического поля в изоляционной системе обмоток машины
4.2.1 Общие положения
Если обмотка подвергается воздействию импульсов с малым временем нарастания и с большой амплитудой, в следующих местах (см. рисунок 5 а, b) может возникать чрезмерная напряженность поля:
- между проводниками различных фаз,
- между проводником и заземленными элементами конструкции,
- между соседними проводниками, находящимися около линейного ввода обмотки.
а - фазная изоляция (межслойная); b - изоляция на землю; с - витковая изоляция; d - система защиты от короны в пазу; е - система выравнивания напряженности электрического поля; 1 - межфазная изоляция; 2 - изоляция "фаза-земля"; 3 - межвитковая изоляция
Рисунок 5 - Примеры конструкции изоляционных систем (а - всыпная обмотка, b - шаблонная обмотка)
Поскольку в отдельных частях изоляции возникают объемные и поверхностные разряды, электрическая напряженность определяется не только мгновенным значением напряжения, но также пиковыми напряжениями, приложенными ранее. Обычно, как показала практика, среди ограничений, свойственных электроприводу, должен рассматриваться такой параметр, как межпиковое напряжение. Это связано с тем, что униполярные напряжения вызывают те же напряженности, что и биполярные при одинаковых межпиковых напряжениях.
4.2.2 Напряженность поля в межфазной изоляции
Максимальные напряженности в межфазной изоляции зависят от конструкции обмотки и характеристик приложенного напряжения.
4.2.3 Напряженность поля в изоляции "фаза-земля"
Максимальные напряженности в изоляции "фаза-земля" определяются конструкцией обмотки и характеристиками этой изоляции.
4.2.4 Напряженность поля в витковой изоляции
Напряженность поля в витковой изоляции определяется скачком напряжения "фаза-земля" (его амплитудой и временем нарастания) и конструкцией самой обмотки (количество катушек, количество и длина витков). Если это напряжение не задано, то можно принять, что оно равно скачку напряжения "фаза-земля", деленному на число витков (для обычной катушки) или слоев катушки (для многослойных катушек). Возможно его дополнительное увеличение из-за бегущей вдоль проводника волны напряжения.
5 Изоляционные системы типа II
Если желательно, чтобы любая часть изоляционной системы противостояла ЧР во время всего срока службы, то ее относят к типу II, и она поэтому должна выполняться из материалов, способных противостоять воздействию ЧР. Как правило, изоляционные системы типа II используются в машинах с номинальным напряжением более 700 В. Производители обычно определяют номинальное напряжение машины при частоте сети, что соответствует синусоидальному источнику напряжения частотой 50 или 60 Гц. В случае питания машины от преобразователей такое определение номинального напряжения неприменимо, хотя производители могут все еще считать его соответствующим работе от синусоидального источника частотой 50 или 60 Гц и обозначать его на щитке машины. Нормирование изоляционной системы машины при работе от преобразователя должно проводиться с учетом воздействующих факторов, при которых проводятся квалификационные испытания. Номинальное напряжение при промышленной частоте, принятое производителем, может оказаться непригодным в случае питания от преобразователя.
6 Факторы воздействия для изоляционных систем типа II при питании от преобразователя
Проектировщик электропривода должен предоставить конструктору электрической машины данные о напряжении на ее зажимах. Эта информация должна быть включена в спецификацию машины в дополнение к традиционным данным, таким как номинальное напряжение, класс нагревостойкости изоляции, параметры окружающей среды и др. Специфическими параметрами напряжения на зажимах машины являются:
a) основная частота и частота повторения импульсов на зажимах машины;
b) межпиковые напряжения на этих частотах и скачок напряжения, которые могут появиться на зажимах машины;
В таблице 1 приведена степень влияния параметров напряжения на зажимах машины на процесс старения отдельных компонентов изоляционной системы типа II. В машинах, имеющих изоляционные системы типа II, корпусная, межфазная и межвитковая изоляция обычно представляет комбинацию органических и неорганических материалов. Для статорных обмоток с напряжением свыше 700 В в пазу может применяться защитный слой от короны, который в контакте со стенками паза является заземленным экраном для пазовой изоляции. Поверхность изоляции проводника подвержена концентрации напряженности в месте выхода из паза, и для высоковольтной машины она может быть покрыта материалом, выравнивающим напряженность, чтобы избежать возможности появления поверхностных разрядов. Эти пять компонентов (межвитковая, корпусная, межфазная изоляция, система защиты от короны и система выравнивания напряженности электрического поля) образуют типичную изоляционную систему типа II. Межфазное напряжение появляется в случае, когда в пазу лежат две катушки, принадлежащие разным фазам. Однако в этом случае имеются два слоя катушечной изоляции, разделенные изоляционной прокладкой, и поэтому считается, что напряженность поля не достигает столь высоких величин, чтобы отдельно проводить испытания этой компоненты изоляции. Поэтому не предусмотрено специальных испытаний для межфазной изоляции. Компоненты изоляции, подвергающиеся квалификационным и приемочным испытаниям, приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Влияние параметров напряжения на зажимах машины, получающей питание от преобразователя, на ускорение старения составляющих изоляционной системы типа II
|
|
|
|
|
|
|
Элементы изоляции | Основная частота | Частота повторения импульсов | Межпиковое импульсное напряжение (основная частота)  | Межпиковое импульсное напряжение (на частоте импульсов) | Скачок напряжения | Время нарастания импульса |
Межвитковая изоляция |  |  | | | | |
Корпусная изоляция | | | | | | |
Системы защиты от короны и выравнивания напряженности электрического поля | | | | | | |
Примечание - - менее важный; - более важный. | ||||||
Для изоляционных систем, спроектированных для применения при частоте сети долгосрочные и краткосрочные эффекты от воздействия номинального напряжения "линия-земля", приложенного к пазовой изоляции и слою выравнивания напряженности электрического поля, являются принципиально важными. Витковая изоляция обычно рассчитывается на самое короткое время нарастания всплеска напряжения, эти всплески обычно очень кратковременны и относительно редки по сравнению с частотой повторяемости импульсов. По этой причине принятые требования обычно удовлетворяются способностью пазовой изоляции выдерживать испытательные напряжения при промышленной частоте и витковой изоляции - при импульсном испытательном напряжении. Для проверки соответствия изоляционной системы расчетному сроку службы обычно достаточно испытания по проверке электрической прочности изоляции при частоте 50 или 60 Гц. Это испытание позволяет конструктору установить возможность длительной работы пазовой изоляции.
7 Квалификационные и приемочные испытания
7.1 Общие положения
Для машин с изоляционными системами типа II, получающих питание от преобразователей, существуют два этапа испытаний. Первый этап - квалификационные испытания корпусной и витковой изоляции. Эти составляющие изоляционной системы определяются конструктивными особенностями, такими как изоляционные материалы, допустимые напряженности поля, технология изготовления, и размерными параметрами, которые присущи каждому отдельному производителю. Это именно те параметры, которые подлежат проверке. Для квалификационных испытаний корпусной изоляции катушки и стержни обмотки подвергаются ускоренному электрическому старению для определения срока службы в зависимости от приложенного напряжения. В некоторых случаях также возможно применение расчетного метода определения срока службы, использующего данные испытаний при повышенном напряжении промышленной частоты. Отдельное испытание предусмотрено для витковой изоляции. Если можно было показать, что витковая или корпусная изоляция не подвержены ЧР в течение срока службы, то испытания повышенным напряжением этих компонентов изоляционной системы можно не проводить.
Второй этап - приемочные испытания. Во время них укомплектованные катушки, выполненные по производственным стандартам, подвергаются испытаниям повышенным напряжением при частоте 50 или 60 Гц. Эти испытания проводятся по согласованию между производителем и потребителем.
7.2 Квалификационные испытания
В рамках настоящего стандарта квалификационные испытания проводятся для проверки способности материалов, конструкции и технологии изготовления изоляционных систем обмоток противостоять ЧР при заданных электрических воздействиях. Эти испытания основаны на общих процедурах для определения функциональных свойств изоляционных систем, описанных в IEC 60034-18-1. Согласно им изоляционная система, предназначенная для работы с преобразователем (испытываемая система), сравнивается с изоляционной системой, опыт эксплуатации которой при питании от сети или от преобразователя имеется (эталонная система).
Для изоляционных систем типа II квалификационные испытания для корпусной и витковой изоляции проводятся при повышенном напряжении при комнатной или повышенной температуре (см., например, IEC 60034-18-32). Используя различные повышенные напряжения или частоты можно получить кривую срока службы изоляции (раздел 9). Отметим, что интерактивные механизмы старения витковой и корпусной изоляции в данном регламенте не рассматриваются. Срок службы изоляционной системы в условиях импульсного напряжения питания может быть получен из кривой срока службы, полученной при синусоидальном питании, на базе следующих допущений:
a) степень старения при питании импульсным и синусоидальным напряжением одинакова при равных межпиковых напряжениях и числе основных периодов напряжения;
Для получения доступа к полной версии без ограничений вы можете выбрать подходящий тариф или активировать демо-доступ.