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| 标准编号 | GB/T 20112-2015 (GB/T20112-2015) | | 中文名称 | 电气绝缘系统的评定与鉴别 | | 英文名称 | Evaluation and qualification of electrical insulation systems | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | K15 | | 国际标准分类 | 29.080.30 | | 字数估计 | 63,686 | | 发布日期 | 2015-07-03 | | 实施日期 | 2016-02-01 | | 旧标准 (被替代) | GB/T 20112-2006 | | 标准依据 | 国家标准公告2015年第22号 | | 发布机构 | 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 20112-2015: 电气绝缘系统的评定与鉴别
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 20112-2006
电气绝缘系统的评定与鉴别
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会发布
1 范围
本标准确立了用于评估电气绝缘系统(EIS)在电、热、机械、环境应力条件下或多因子应力条件下
老化的基本原则。
本标准规定了在制定EIS功能性试验和评定规程期间应遵循的原则和程序,以确定特定EIS预期
运行寿命。
本标准适用于对含有EIS的设备负责的所有标准化技术委员会。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
characteristics)
IEC 60216-5 电气绝缘材料 耐热性 第5部分:确定绝缘材料的相对耐热指数(RTE)
IEC 60493-1 老化试验数据统计分析导则 第1部分:建立在正态分布的试验结果的平均值基础
IEC 60544-1 电气绝缘材料 确定电离辐射的影响 第1部分:辐射相互作用和剂量测定(Elec-
lationbreakdowndata)
下列术语和定义适用于本文件。
3.1 一般术语
4 老化
4.1 老化机理
老化被定义为由于一个或多个应力作用而引起EIS性能的不可逆变化。老化应力既可引起内在
老化也可引起外在老化。图1为老化基本过程的示意图。
图1 EIS的老化
在许多类型的电气设备中,EIS中污染物的类型、级别和/或缺陷程度将严重影响运行性能。通常,
EIS中的污染物和/或缺陷越少、越不严重,设备的性能就越好。为了避免从功能性试验得到错误结果,
待评EIS应尽可能包含实际绝缘系统运行时预期的所有污染物和/或缺陷。
老化应力产生电、热、机械或环境老化机理,这些机理最终导致EIS失效。老化期间,施加的应力
起初并不能影响EIS,但它能导致额外的老化,结果改变了降解速率。
当老化由一个老化因子起主导作用时,就称之为单因子老化。当一个以上老化因子充分影响EIS性能时
就发生多因子老化。老化因子能协同作用,例如,应力之间会出现直接相互作用。相互作用可正可负。
实际EIS的老化是复杂的,失效通常由老化机理综合作用引起,即使只有一个主导老化因子,例如
单因子老化。
当特定EIS的运行经验或现有了解有限时,本标准的使用者应决定单因子或多因子试验规程是否
适用于其特定设备或装置。
注:电气设备运行环境应根据IEC/TC75出版的标准分级,IEC/TC50(尤其IEC/SC50B)出版的标准描述了电气
设备环境耐久性试验的方法,见参考文献。
当提及环境影响时,应理解IEC 60212中规定了除正常标准试验室环境外的环境。
参考文献中列举了可提供暴露方法或者绝缘特性的其他标准。
4.2 老化机理的评定
图2、图3、图4和图5给出了4种流程图,详细地介绍了EIS内部和外部的电、热、机械和环境老
化。每个流程图以不同类型EIS的运行经验为基础表示了各种老化和老化因子之间相互作用可能发
生的劣化和失效机理。虽然流程图表示了几种失效机理,但仍不能详尽表示所有设备在实际运行条件
下可能发生的老化机理。重点注意导致老化失效的机理通常不止一个。
按照以下说明使用:
a) 作为确定设备和装置老化机理的检查清单;老化机理能够按序发生或同时发生;
b) 制定功能和加速老化试验或试验周期,施加应力的幅值和类型及其持续时间取决于它们如何
影响老化机理;
c) 制定适合的诊断试验或试验周期以评估EIS的状态。
以运行经验、运行条件和考虑的EIS组件性能的知识为基础,本标准的使用者将选择一个或者多
个流程图来表示主要的设计因素或功能。应仔细检查导致失效的各种老化机理,考虑EIS的污染和缺
陷水平。这时只包含相关老化机理的修正流程图有助于进行功能性老化和诊断试验周期。
如果关于运行经验和/或可能的老化机理的可用信息不充分,这时老化条件应以EIS设计的运行
中预期应力的最严酷水平为基础。
4.3 电老化
电老化(交流、直流、脉冲)应包括:
a) 与EIS相邻的或者EIS内的液体或气体介质的局部电场强度超过击穿场强时的局部放电效应;
b) 电痕化效应;
c) 树枝化效应;
d) 电解效应;
e) 在出现相对较高的切向场强的两种绝缘材料的相邻表面处,与上述有关的效应;
f) 高介质损耗引起温度升高的效应;
g) 空间电荷效应。
图2显示了电应力为主要老化机理的内部/外部电老化,以两个平行平板导体嵌入绝缘材料所构成
的简单EIS为例。应知道导体表面会出现突出物以及绝缘内部包含杂质(例如粉尘等)。因此,应使用
增加电荷注入的老化因子来加速老化试验,例如高电压,诊断试验应能够测量注入电荷和/或局部放电
特性的效应。
4.5 机械老化
在制造、运输、安装和运行期间,由于很多原因电气设备可能承受机械应力。在某种类型的设备运
行期间,表明来自于电动力、电磁力和热力的机械应力是引起其EIS变化的主要原因。
注:其他应力也可能导致失效。
机械应力包含:
● 大量低应力循环引起绝缘组分的疲劳破坏;
● 热膨胀和/或收缩引起的热机械效应;
● 高机械应力引起的绝缘破裂,例如外力或者设备运行条件引起的绝缘破裂;
● 设备组分之间相对运动引起的磨损;
● 在电、热或机械应力下的绝缘蠕动或者塑变;
● 其他因子的存在;
● 机械试验类型。
注:这些现象是局部的,并不是均匀分布于整个绝缘体内。
实际上,在很多EIS中,导致失效的机械老化进程是复杂的,如图4所示。但是没有严格的数学模
型充分预测老化因子对EIS寿命的影响。然而,一种初步的凭经验的反幂函数模型常常用于表示机械
应力与寿命的关系:
4.6 环境老化
下述影响导致环境老化:
● 潮湿;
● 氧气;
● 化学制品;
● 生物制剂;
● 风化作用;
● 污染;
● 放射;
● 航天条件;
● 真空条件。
因为环境老化有不同的机理(见图5),所以没有通用的模型。当环境应力影响化学反应速率时,可
使用热老化模型和阿伦尼乌斯方程(见4.4)。
4.7 加速老化
使用适合加速寿命试验的寿命模型是为EIS的评定(或运行条件下性能)提供鉴别,特别是关于在
已公认运行性能的基准材料上进行对比试验。
4.8 多因子老化
当不止一个老化应力严重影响EIS的老化时出现多因子老化,老化应力会协同作用,也就是说,应
力之间可以直接相互作用。相互作用可正可负,因此老化模型十分复杂。
当老化的主要因子为单个应力时,可参考4.3、4.4和4.5中相关的老化模型。
5 评定的基本要素
5.1 制定评定方法的要素
制定EIS评定方法需要仔细考虑要素(见图6):
5.1.1 试品
EIS试品可以是原电气设备的新(待评)EIS、部件或模型。通常,掌握有关EIS的最大技术信息量
是有利的,因为制备EIS模型时可能需要这些信息。
5.1.2 运行条件
应知道含有EIS电气设备的运行条件,其可从以下方面得到:
a) 为特定运行条件(包括环境和工作制)设计新设备和/或新EIS时指定的应力值;
b) 经运行证明的待评EIS的运行记录;应力水平可由应力间隔或记录的最大应力限值来规定,
最大应力限值与表明应力-时间关系的工作制符号相关;
c) 以运行记录为基础,获得已认可的基准结构的已知运行条件。在相似的或甚至相同的运行条
件下通过平行功能性试验将待评EIS与基准EIS进行对比。
注:与运行条件下的老化机理相比,加速试验要求具有等同或等效的老化机理。
5.1.3 寿命值
寿命值与EIS、运行条件及使用者有关。应以下述变量之一来表征寿命值:
a) EIS运行失效时间(终点准则确定的终点寿命);
b) 加速试验或非加速试验,EIS至终点准则的功能性试验寿命。
注:确定任一结构的失效速率是推导结构可靠性的基础。
5.2 评定规程的分类
根据用于待评EIS评定的必要数据来源,可把评定规程分为三类(见图7)。当选择试验规程时,本
标准的使用者可以使用图1中的流程图,该流程图从左至右显示了:一系列“性能”随直接运行经验的影
响而降低、随已确定运行条件的影响而升高。
图7 评定规程类型
5.3 试品的选择
试品的选择能影响试验结果,也将影响功能性评定的费用。图8的流程图给出了选择准则。
功能性试验使用设备、组分或模型取决于试品的尺寸和其他实际的考虑。若“简单”EIS包含单一
EIM或简单材料组合(热评定时作为单一EIM),并且应力分布不依赖于绝缘部件的形状或尺寸,则可
采用合适的EIM耐久性试验求得EIS寿命。本标准的使用者应决定该简化规程何时适用。
图8 试品的选择
5.4 实验性试验规程
无论有无基准EIS,功能性试验中试品以经受规定的老化应力程序(通常为应力周期)来模拟运行
中的老化过程。周期性地施加诊断规程以确定进程。试验的复杂性影响所需的试验工作和费用。图9
的流程图指出三种不同类型的试验,工作量从左到右增加。终点标准则为老化因子的数量、试品和应力
间可能的相互作用。
图9 确定试验方法
5.5 标准化操作的结论
图8和图9将有助于本标准使用者在开始制定EIS评定标准之前决定应考虑的情况。
可能的情况是:
a) 运行经验数据可用于直接评定;这需要关于必要信息的特殊规则及分析方法;
b) 当现有的材料试验规程适用于待评EIS时,可以使用绝缘材料的简化寿命试验;
c) 使用设备的模型或部件作为对比功能性试验的试品;为确定适合的试验类型,需要分析模拟运
行条件下的老化机理。
原则上,在没有详细了解老化机理时,能进行对比功能性试验。功能性试验的基本要素是了解作用
的运行应力、正确的模拟及等效老化效应的保持。
6 功能性老化试验
6.1 试品
6.1.1 试品结构
试品应是包含EIS的完整单元或模型,模型的结构足以代表被评成品部件的结构。所有试品应按
通常的或预期的生产过程进行加工。若用作待评EIS的组件有影响老化过程的机械附件,则试品就应
模拟这些。
包含几个导电组件的试品,在老化或诊断周期期间会有电应力施加于这些导电组件之间,试品的设
计和结构应能检验老化效应。
6.1.2 试品的数量
若可行,对于包含电、热、机械、环境或多因子应力的综合作用的每个评定程序,至少应有5个试品
进行老化试验。
注:为了获得有效的统计结果需要至少5个试样达到终点标准,在每个分周期中包含5个以上的样品是必要的。
6.1.3 质量保证试验
在开始第一个老化分周期之前,应对所有的试品进行外观检查和对所有正常的产品进行质量保证
试验。
6.1.4 预处理分周期
若适合,试品应进行预处理以较好地模拟EIS运行时的状况。
6.1.5 初始诊断试验
在开始第一个老化分周期之前,每个试品应进行评定规程选用的诊断试验。
6.1.6 基准EIS
基准EIS应采用与待评EIS相同的试验规程、在同一实验室、使用相同类型的试验设备进行试验。
基准EIS的性能应根据典型运行条件下的运行经验或基准运行条件范围内适合的功能性试验来确定。
6.2 试验条件
6.2.1 连续和周期试验
若终点准则为老化应力或连续施加诊断应力引起的电或机械失效时间或击穿时间,则功能性试验
可作为连续老化试验来进行。或者,固定时间试验后进行击穿试验或其他诊断试验也是合适的。
普遍适用的周期寿命试验由按顺序重复的各老化和诊断分周期组成。功能性试验的顺序允许施加
单因子或多因子老化试验,各老化因子和机理间的未预期干扰应降至最小。
室外环境的季节性和日常变化导致设备绝缘位置的环境条件做相应的周期性变化,高低程度取决
于保护水平。
在无完全封装时,应常常考虑周期性凝结的风险。周期性温度变化引起的“呼吸”可能导致无密封
设备从外到内微粒子污染的单向移动。
当在功能试验中模拟这些效应时,可通过减少周期时间获得加速,但这种加速由试品及其部分的热
惯性和扩散常数给出限制。
6.2.2 试验应力、老化因子和诊断因子的水平
试验应力状况应......
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