GBT 22720.1-2008 旋转电机 电压型变频器供电的旋转电机Ⅰ型电气绝缘结构的鉴别和型式试验

typeIelectricalinsulation(IEC60034-18-41:2006,ID中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局IGB/T22720.1—2008/IEC60034-18-41:2006 Ⅲ 1 1 1 4 7 7 85.3相对地绝缘的电压应力 85.4匝对股绝缘的电压应力 8 8 8 98I型绝缘结构的鉴别和型式试验 8.2鉴别试验 8.3型式试验 9试验设备 9.3冲击电压发生器 10I型绝缘结构的鉴别 10.5鉴别合格标准 11.2型式试验方法 附录A(资料性附录)变频器供电的电机端电压 附录B(资料性附录)I型绝缘结构试验电压值的求导 21GB/T22720.1—2008/IEC60034-18-41:2006 3 5 5 6 7 7 7 8 图B.1相间电压和相对地电压(2电平变频器)的对比(无相间电压和相对地电压标尺的图解) 4表2缩略词定义 4 9表4基于2电平变频器I型绝缘结构的应力类型 9表5受试结构组分的允许电压波形 压示例(1级、2电平变频器) 表B.1应力类型汇总表 表B.22电平变频器与Ud有关的峰-峰试验(×1.3安全系数) 表B.3特殊绕组和绞线对的匝间PDIV试验水平 ⅢGB/T22720.1—2008/IEC本部分为GB/T22720的第1部分。本部分等同采用IEC60034-18-41:2006《旋转电机电压型变频器供电的旋转电机I型电气绝缘本部分在技术内容上与IEC60034-18-41:2006无差异。为便于使用，本部分做了下列编辑性本部分的附录A和附录B为资料性附录。GB/T22720.1—2008/IEC60034-18-4lGB/T22720.1—2008/IEC60034-18-4的旋转电机I型电气绝缘结构的GB/T22720的本部分规定了脉宽调制(PWM)变频器供电的定子/转子绕组绝缘结构的评估标本部分阐述了用典型试样或完整电机进行的鉴别或/和型式试验，以验证与电压型变频器的匹配协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本GB/T7354—2003局部放电测量(IEC6GB/T12668.2—2002调速电气传动系统第2部分：一般要求低压交流变频电气传动系统额定值的规定(IEC61800-2:199GB/T17948-2003旋转电机绝缘结构功能性评定总则(IEC60034-18-1:1992,IDT)GB/T17948.1—2000旋转电机绝缘结构功能性评定散嵌绕组试验规程热评定与分级GB/T17948.3—2006旋转电机绝缘结构功能性评定成型绕组试验规程50MVA、15kV及以下电机绝缘结构热评定及分级(IEC60034-18-31:1992,IDT)GB/T21209—2007变频器供电笼型感应电动机设计和性能导则(IEC60034-25:2004,IDT)IEC60172测定漆包绕组线温度指数的试验方法2GB/T22720.1—2008/IEC当加于试品上的电压从某一观测到局部放电的较高值逐渐降低到在试验回路中局部放电消失的ft峰值电压从10%上升至90%的时间。峰值电压从0上升至100%的时间。3GB/T22720.1—2008/IEC60034-18-41散嵌绕组试验模型motorette用于散嵌绕组电气绝缘结构鉴别的特殊试验模型。(电)应力(electric)stress额定电压ratedvoltage电机在规定运行条件下的电压值，通常由制造商规定。基频fundamentalfrequency从周期性时间函数的傅立叶转换得到的频谱中的频率，频谱中的所有频率均与其有关。冲击瞬时值达到其冲击幅值的规定值或规定阀值的第一瞬时和最后瞬时的时间间隔。峰值(冲击)电压peak(impulse)votage单极式冲击电压期间达到的最高电压数值(例如图1中的Up)。图1冲击电压波形参数稳态冲击电压值steadystateimpulsevoltagemagnitudeU冲击电压的终值(见图1)。4GB/T22720.1—2008/IEC60尖峰电压voltageovershoot超过稳态冲击电压的峰值电压值(见图1)。尖峰频率overshootfrequency四倍冲击上升时间的倒数。4使用变频器产生的影响由于电源半导体开关特性，现代变频器输出电压的上升时间可在50ns~2000ns的范围内。变频器供电的电机端电压取决于电源供电系统的几个特性(见GB/T12668.2—2002),如：a)变频器的电网运行电压；b)变频器的结构和控制体系；c)变频器和电动机之间的滤波器；d)变频器和电动机之间的电缆长度；e)电机绕组的设计。为了将本部分应用于绕组绝缘结构的鉴别和试验，有必要明确电机端电压的必要参数(见第7章)。振幅和电机终端电压的上升时间取决于接地系统、各种电缆设计外形、电机浪涌阻抗以及任何滤波器的存在，这些都会增加脉冲上升时间。电机端的变频器冲击特性通用范围见表1。表1变频器供电的电机端电压的特性通用范围数值范围峰值电压上升时间冲击持续时间冲击间平均时间表2中缩略词适用于本部分。表2缩略词定义V(有效值)电网V(有效值)电网V峰-峰电压VV电源供电系统可产生重复性尖峰电压。图2所示为施加于常规电机的工频电压，纵(Ud./k)。图3所示为在2电平变频器供电的电机端测得的相间电压变量，纵坐标为Ud.。图3也显示出基频下峰-峰冲击电压、冲击频率下峰-峰冲击电压和突变电压(在变频器信号中电压变化最小)之间5的差异。图2正弦波交流电压6GB/T22720.1—2008/IEC峰-峰基频电压=2(Ud+U₀) (1)峰-峰基频电压=0.7×2(Ud+Ub) (2)峰-峰冲击频率电压=0.7[U./(n-1)+2U,]0.7[Ua./(n-1)+U.] (3)第一匝的突变电压比例见图9。这些公式中的U₀值为图1所示电机端的相间电压值。根据这些公式评估的相对地电压值可能比考虑到与变频器直流零点有关的电机接地电压水平有突然增加的可能性。电容法加仅超过1.2。7GB/T22720.1—2008/IEC60034-18-41:2006图6以电缆长度为函数的不同冲击上升时间的电动机端增加电压5电机绕组绝缘结构上的电应力若绕组承受幅值很大的短时上升冲击电压，则下列位置将产生高电压应力(图7和图8):a)不同相的导体之间；b)导体和地之间；c)引线端处的线圈相邻匝间。由于空间放电和表面放电产生于绝缘组件内，电应力不仅取决于瞬时电压自身，也取决于先前绝缘承受的峰值电压。通常经验表明，在变频供电系统的某一有效限值内，应力参数是峰-峰电压，这也是不论单极式和双极式在具有相同的峰-峰电压值时产生的应力也相同的原因。c———c———图8成型绕组设计示例8GB/T22720.1—2008/IE5.2相间绝缘的电压应力相间绝缘的最大电压应力是由绕组设计和相间电压的特性所决定。5.3相对地绝缘的电压应力相对地绝缘的最大电压应力是由绕组设计和相对地电压的特性所决定。5.4匝对股绝缘的电压应力绕组绝缘内的电应力由相对地电压的突变值和此电压在电动机端的冲击上升时间所决定。对于散嵌绕组，瞬时电压的分布取决于各匝在槽中的相对位置。在短时上升时间冲击下，高电压应力分布在第一个线圈或单个绕组为一相的线圈(取决于绕组设计)上，导致整个线圈的电压分布不均匀。实际上，第一匝和最后一匝可能是彼此相邻，匝间电压几乎等于线圈承受的电压。图9所示为以上升时间为函数，在各种定子的第一个线圈上测得的最严酷情况下电压。所示电压为相对地突变电压的一部分，数据已从参考文献[1]和[2]提供的图形组合获得。图9以冲击上升时间为函数的各散嵌绕组定子匝间绝缘承受的最严酷电压5.5绝缘劣化机理在低压散嵌或成型绕组中，导体绝缘厚度很薄，且绕组线常被空气环绕。另外，散嵌绕组中一个或多个线圈的第一匝和最后一匝可能是相邻的。匝间、匝对地间或匝对另一相间有足够的电应力时，绕组线间或绕组线对地间的空气可能发生电击穿(即火花)。由于绝缘本身并未击穿，这个火花可称作局部放电(PD)。空气中放电产生的电子和离子侵袭绕组线绝缘、对地绝缘或相绝缘。在散嵌绕组中，传统绕组线绝缘是一层薄的有机薄膜。此薄膜被PD逐渐侵蚀，导致绝缘失效和线圈短路。绕组线绝缘的孔状侵蚀和白粉化是运行中PD导致的最典型可见现象。高压绕组的对地绝缘可能被PD侵袭，但通过结合抗PD引起劣化的绝缘材料，设计者可允许局部放电的存在。另一个可能影响绝缘寿命的因子是与变频器波形相关的高频介质发热效应。重复频率以及与引起陡波上升时间有关的频率都将使绝缘材料因介质损耗引起过热。最严酷的区域位于定子槽中的主绝缘6电机绝缘类型本部分和IEC60034-18-42将绕组绝缘分为两类。I型绕组绝缘预计其寿命期间不承受PD(图8)。Ⅱ型绕组绝缘在寿命期间可能经受PD,因此应包含防止PD的材料(图9)。额定电压700V及9GB/T22720.1—2008/IECa)预期出现在电机端的峰值冲击电压U₀(0～峰值)。对于散嵌绕组电机，U,的默认值可以是GB/T21209—-2007中图17所示的峰值电压。(基频)峰-峰冲击电压(冲击频率)突变电压冲击上升时间匝间绝缘O0OO000OO0OOO0适当的组合存在。这就意味着制造商选择一个特定的应力类型后即可鉴别电机设计是否符合市场需求。表4给出I型绝缘结构的应力类型。表4基于2电平变频器I型绝缘结构的应力类型冲击上升时间t₁/μs压。为了允许这些实际问题，应力类型A的值已上升10%至1.10。对于以长电缆连接电机的变频器，表A.1所述条件产生的应力类型A的值为2.0。实际使用时频段1.1～2.0已分成两部分。极限值用来考察各种应力耐受能力的鉴别试验适用于本部分。I型绝缘结构的鉴别试验以热循环前后的PDIV测量和GB/T17948.1—2000、GB/T17948.3—2006定义的其他试验，以及第7章规定的应力类型之一乘以附录B中B.2所述安全系数后的电压应力为基础。本部分的鉴别仅须进行GB/T17948.1—2000、GB/T17948.3—2006规定的3个老化温度中的低温点热老化试验。对于I型绝缘结构，当完整绕组或电机经受乘以安全系数1.3后(附录B)的所选应力类型的电压传统实验室PD测量仪采用高压耦合电容器或无的电压以及按GB/T7354—2003所述的PD测量方法。测得的相所加电压为短时上升冲击电压时不能使用如GB/T7354-2003所述的采用50Hz或60Hz电压为了从冲击电压的短时上升时间组分中区分出局部放电鉴别和型式试验预期的灵敏度在50Hz/60H9.5PDIV和RPDIV测量5pC则为无局部放电。这些值也是测量期间允许的噪声最高水平。按G按IEC61934测量重复性PD起始电压。背景噪声水平以mV表示。按IEC61934测得的背景噪对于I型绝缘结构，不通过电击穿试验来鉴别是否失效。试样按GB/T17948—2003、的基准结构所测得的数值。在9.4所述的灵敏度范围内测得的起始电压为可监测到的局部放电最低I型绝缘结构适用于其整个寿命期间无局部放电。该结构必须在附录B规定的并乘以安全系数匝间允许允许允许a允许相间允许允许允许允许允许允许允许允许GB/T22720.1—2008/IECmotorette和formette模型可用来模拟相间和相对地绝缘。也可用平行导体模拟匝间绝缘。此模散嵌绕组试样宜尽可能地接近GB/T17948.1—2000所述设计，而成型绕组试样尽可能接近匝间试验以简单的绞线对试样(见IEC601使用与实际的线圈相同的材料和工艺制备试样。相间绝缘及主绝缘所有的爬电距离和电气间隙鉴别试验的目的是在绝缘结构的鉴别条件下测量绝缘结构组分及相关部位在热老化试验期间的PDIV,热老化试验按GB/T17948—验结束时，结构被鉴别的应力类型(第7章)、老化规程和诊断数据宜写入报告。GB/T17948.3—2006规定的诊断试验外，宜进行PD试验以确保规定试验水平下(表4和附录B中GB/T22720.1—2008/IEC60034-18-41:2006型(2电平、3电平等)。本试验在匝间绝缘上进行。若RPDIV低于合格标准，则绕组失效。a——整流类型(半波整流a=1,全波整流a=2);Ud=2(3/π)sin(π/3)√2Uphas=2(3/π)(√3/2)√2Upas=(3/π)√3Uphae√2(机座)相间匝间以Ui=400V(有效值)为例相间匝间(Y接法)士327未规定未规定电机未规定未规定未规定未规定注：匝间电压不可一直简单计算(见5.4)。最大系统电压=额定电压×1.1(得第2栏)电机相间电压=直流总线电压×尖峰系数(1、2或2.5)(得第5栏)为转换到Umx,除以A.1中计算的系统中性点对相间的最大电压。举例见表A.2。(有效值)/V额定电压×1.1(有效值)/VVVV12增加10%额定电压的理由是考虑到运行时可能产生的最大电压。对于大部分电机寿命而言可能本方法可与GB/T21209—2007的图17,即本部分中图A.2(也可见参考文献[2])相比较。这说明GB/T22720.1—2008/IEC6附录A中上升时间大于500ns并允许反射和突变(即尖峰系数=2)时，两电动机相端间所允许的最大冲击电压为1556V。C0B0图A.2两电动机相端间所允许冲击电压U的限制曲线，以冲击上升时间t,为函数GB/T22720.1—2008/IEC60034-18-41:2006本部分中绝缘结构鉴别所用试验电压来自于已选的应力类型。应力类型所以对指定的试验必须进行严格挑选，以对绝缘结构进行适合的试验。应力类型见表B.1汇总A——温和B.2对于PDIV测量的安全系数宜考虑有两个因素使I型绝缘结构鉴别和型式试验中规定的基础PDIV水平增高。第一个因素来自于GB/T16935.1—1997的要求，该标准列出了宜使PD试验电压增高的安全系数。采用的基本安全系数1.2掩盖了环境因素的影响，例如环境温度也可能对PD造成影响。更进一步的一个系数1.25于正常峰值电压的瞬时过电压激发，则PD会绝缘结构不大可行，因预计其PD起始电压和熄灭电压仅有微小差异。第二个增高因素被认为来自于GB/T21209—2007中7.4规定，即绕组温度从25℃上升至155℃通常导致PDIV跌落30%。此因素平变频器按表B.2、表B.3的示值。宜将第7章选择的单独应力类型进行相同组合后使用。已假定冲击条件下测RPDIV的峰-峰值和50Hz/60Hz下测PDIV的值相同。且注意Up值和U₀为电机端相间2电平变频器供电的电机端的重要相间电压和相对地电压如图B.1所示。注意因开关冲击较小可于第4章中的公式。GB/T22720.1—2