GB T 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.pdf

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1、ICS 2916010K 20 雷园中华人民共和国国家标准GBT 227201-2008IEC 60034-18-41：2006旋转电机 电压型变频器供电的旋转电机I型电气绝缘结构的鉴别和型式试验Rotating electrical machines-Qualification and type tests fortype I electrical insulation systems used in rotating electricalmachines fed from voltage converters2008-12-30发布(IEC 6003418-41：2006，IDT)2009

2、10-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局省士中国国家标准化管理委员会及仲GBT 2272012008IEC 60034-18-41：2006目 次前言引言-1 范围-2规范性引用文件3术语和定义4使用变频器产生的影响5电机绕组绝缘结构上的电应力51概述52相间绝缘的电压应力-53相对地绝缘的电压应力54匝对股绝缘的电压应力55绝缘劣化机理6电机绝缘类型7变频器供电的电机用I型绝缘结构的应力类型8 I型绝缘结构的鉴别和型式试验81引言-82鉴别试验-83型式试验-9试验设备91工频PD测量9z冲击电压PD测量93冲击电压发生器一94灵敏度一95 PDIV和RPDIV测量10 I型绝缘

3、结构的鉴别-101 引言-10z方法103试品制备104鉴别试验的方法105鉴别合格标准11 I型绝缘结构的型式试验I概述112型式试验方法一113型式试验合格标准12分析、报告和分级附录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参考文献-，o，880000如如如m加mnnnnn心地”nH他扎GBT 227201-20081EC 60034-18-41：2006图1冲击电压波形参数-图2正弦波交流电压-图3 2电平变频器供电的电动机端电压图4 3电平变频器供电的电动机端电压图5 电动机端规则的相对地快速上升时间冲击典型示波器图例-图6 以电缆长度为

4、函数的不同冲击上升时间的电动机端增加电压一图7散嵌绕组设计示例-图8成型绕组设计示例-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 图A1变频器电机系统的电路图图A2两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-图B1相问电压和相对地电压(2电平变频器)的对比(无相问电压和相对地电压标尺的图解)表1变频器供电的电机端电压的特性通用范围表2缩略词定义表3电机端电压特性对I型绝缘结构不同组分的影响-表4基于2电平变频器I型绝缘结构的应力类型表5受试结构组分的允许电压波形 表A1不同供电条件下散嵌绕组星形接法电机其定子绕组绝缘在不同位置上承受的最大电压示例

5、(1级、2电平变频器)表A2最大峰值电压示例表B1应力类型汇总表表B2 2电平变频器与【，“有关的峰一峰试验(13安全系数)表B3特殊绕组和绞线对的匝间PDIV试验水平表B4 2电平变频器供电的额定电压480 V定子绕组的型式试验电压举例，假定冲击上升时间为03 ps以及图9确定的最严酷系数为07o：00，0珀0000nM埔”加加GBT 227201-2008IEC 60034-18-41：2006刖 昌电压型变频器供电的旋转电机电气绝缘结构分为以下几个部分：第1部分：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；第2部分：电压型变频器供电的旋转电机型电气绝缘结构耐局部放电的鉴别

6、和验收试验。本部分为GBT 22720的第1部分。本部分等同采用IEC 600341841：2006(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(英文版)。本部分在技术内容上与IEC 600341841：2006无差异。为便于使用，本部分做了下列编辑性修改：a)删除了国际标准的前言；b)本部分第2章“规范性引用文件”中的引用文件，凡有与之对应国家标准(或行业标准)的IEC标准均以国家标准(或行业标准)替代，随后文中引用的IEC标准号也作相应修改。本部分的附录A和附录B为资料性附录。本部分由中国电器工业协会提出。本部分由全国旋转电机标准化技术委员会(SACTC 26)归

7、口。本部分负责起草单位：上海电器科学研究所(集团)有限公司、上海电科电机科技有限公司、江门市江晟电机厂有限公司、浙江金龙电机股份有限公司、苏州巨峰绝缘材料有限公司。本部分参加起草单位：桂林电器科学研究所、哈尔滨电机厂交直流电机有限责任公司。本部分主要起草人：张生德、李锦梁、戎伟康、张妃、刘权、叶叶、徐伟宏、于龙英、方建国。本部分为首次发布。GBT 227201-2008EC 6003418-41：2006引 言电压型变频器供电的旋转电机绝缘结构包含以下两部分。01本部分本部分集中了必要的参考性引用文件和定义以评价因使用变频器产生的影响。确立了鉴别规程的技术基础之后描述了概念方法。这将绝缘结构分

8、成两类：I型，使用寿命期间检测不到局部放电；1I型，在整个使用寿命期间始终有局部放电。本部分论述I型绝缘结构。I型绝缘结构通常用于额定电压700 v以下，定子为散嵌绕组的旋转电机。此处描述的规程是：一绝缘结构的鉴别；电机完整定子的型式试验。在进行任何试验之前，制造厂须决定结构必须耐受的严酷水平。严酷程度取决于尖峰电压的大小和电机端冲击上升时间的快慢。对于供电的系统一体机而言，描述出绕组将要承受的最恶劣尖峰电压和最短电压上升时间的特性很重要。电机设计者可从被分成不同频段的预期值的这两个独立参数完整范围表来选择。试验在每一频段的极值下进行。在鉴别试验中，绝缘结构被用来组成不同的代表性试品。这些试品

9、除按GBT 179481 2000或GBT 179483-2006规定进行试验外，进行高频电压试验和局部放电试验。局部放电试验必须使用冲击试验设备，见IEC 61934。若试验结束之前，试品在规定试验条件下无局部放电，则鉴别绝缘结构为所选严酷频段。用完整定子进行型式试验，以证明对于制造商所选严酷频段，定子在冲击电压条件下无局部放电。02制定中GBT 227201-2008IEC 6003418-41：2006旋转电机 电压型变频器供电的旋转电机I型电气绝缘结构的鉴别和型式试验1范围GBT 22720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准。本部分适用于变频器供

10、电的单相或多相交流电机定子转子绕组绝缘结构。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程度。本部分不适用于：仅由变频器起动的旋转电机；额定电压有效值300 V的旋转电机；一一牵引电气设备和结构。2规范性引用文件下列文件中的条款通过GBT 22720的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成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部分。GBT 7354 2003局部放电测量(IEC 60270：2000，IDT

11、)GBT 126682 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(IEC 61800 2：1998，IDT)GBT 169351 1997 低压系统内设备的绝缘配合 第一部分：原则、要求和试验(idt IEC 606641：1992)GBT 17948 2003旋转电机绝缘结构功能性评定总则(IEC 60034 18一l：1992，IDT)GBT 1794812000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(idt IEC 6003418-21：1992)GBT 1794832006旋转电机绝缘结构功能性评定成型绕组试验规程50 MVA、

12、15 kv及以下电机绝缘结构热评定及分级(IEC 600341831：1992，IDT)GBT 21209-2007变频器供电笼型感应电动机设计和性能导则(IEC 6003425：2004，IDT)IEC 60172测定漆包绕组线温度指数的试验方法IEC 61934 电气绝缘材料和结构瞬时上升和重复冲击电压条件下的局部放电(PD)电气测量3术语和定义以下术语和定义适用于本部分。31局部放电partial discharge；PD导体间绝缘仅被部分桥接的电气放电。注：可以发生在绝缘内，也可以发生在导体附近。1GBT 227201-2008IEC 50034-18-41：200632局部放电起始电

13、压partial discharge inception voltage；PDIV当施加于试品上的电压从某一观测不到局部放电的较低值逐渐增加到在试验回路中初次观测到局部放电时的最低电压。注：施加正弦电压，PDIV定义为电压的有效值。施加冲击电压，PDIV定义为峰蜂电压。33局部放电熄灭电压partial discharge extinction voltage；PDEV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电压。注：施加正弦电压，PDEV定义为电压的有效值。施加冲击电压，PDEV定义为峰一峰电压。34重复局部放电起始电压repetitive part

14、ial discharge inception voltage；RPDIV在规定试验时间内，施加于试样的电压从0V起逐渐升高，平均每两次电压冲击重复出现一次或多次PD脉冲的最小峰一峰电压。35单极式冲击unipolar impulse极性为正极或负极的冲击电压。注：术语冲击(impulse)常用来描述加载电机端的瞬对应力电压，术语脉冲(pulse)N来描述局部放电信号。36双极式冲击bipolar impulse极性从正极至负极交替变化的冲击电压，反之亦然。37冲击电压重复率impulse voltage repeptition rate无论单极式或双极式冲击，两次极性一致的连续冲击之间平均时

15、间的倒数。38上升时间 rise timetr峰值电压从10上升至90的时间。39冲击上升肘闻impulse rise time峰值电压从0上升至i00的时间。注：除另有说明外，设为电压从10上升至90所需时间的125倍。310突变电压jump voltageU”pkpk变频器供电的电机端的瞬时电压变化。311电气绝缘结构electrical insulation system用于电气设备的与导电部分结合在一起的含有一种或多种电气绝缘材料(ELM)的绝缘组合。312成型绕组试验模型formette用于成型绕组电气绝缘结构评定的特殊试验模型。2313314315316317318散嵌绕组试验模型

16、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电场强度，以Vram表示。GBT 227201-2008IEC 6003418-41：2006额定电压rated voltage电机在规定运行条件下的电压值，通常由制造商规定。基频fundamental frequency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。注：电机端电压的基频决定变频电机的转速。冲击持续时间(或宽度) impulse duration(or width)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

17、击)电压peak(impulse)votageU。单极式冲击电压期间达到的最高电压数值(例如图1中的U，)。注1：对于双极式冲击电压，峰值电压为峰一峰电压的一半(见图3)；注2：峰一峰电压的定义见第4章。u电压卜一一时间319图1冲击电压波形参数稳态冲击电压值steady state impulse voltage magnitudeU。冲击电压的终值(见图1)。GBT 227201-2008IEC 60034-18-41：2006320尖峰电压voltage overshootUb超过稳态冲击电压的峰值电压值(见图1)。321尖峰频率overshoot frequency四倍冲击上升时间的倒

18、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50 ns2 000 ns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GBT 126682 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。

19、表1 变频器供电的电机端电压的特性通用范围特 性 数值范围峰值电压 0 5 kV15 kV上升时间 0 05 ps2o ps冲击重复率 loo Hz20 kHz冲击持续时间 10“S10 ms波形 方波极性 单极式或双极式基频 10 Hz1 kHz冲击间平均时间 06m表2中缩略词适用于本部分。表2缩略词定义缩 写 参 数 单 位 供电类型砜。 相问(额定)电压 V(有效值) 电网U山。 相对中性点(地面)电压 v(有效值) 电网U一2u 相对中性点01D 极端 2 5 005B2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

20、于GBT 1693511 997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1z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125和滞后效应有关，由于滞后效应，根据实际经验PDEV要比PDIV低25。相应地，若PD是由一个高于正常峰值电压的瞬时过电压激发，则PD会持续除非允许该系数存在。但此种概括的叙述对电动机绝缘结构不大可行，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GBT 21209-2007中74规定，即绕组温度从25上升至155通常导致PDIV跌落30。此因素已被部分考虑进上述规定的基本安全系数。综合以

21、上所有因素，安全系数的推荐值为13。B3鉴别和型式试验对于I型绝缘结构的鉴别和型式试验，PDIV试验的电压水平可根据应力类型计算得到，对于2电平变频器按表B2、表B3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的峰一峰值和50 Hz60 Hz下测PDIV的值相同。且注意u。值和ub为电机端相问测量值。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B1所示。注意因开关冲击较小可以忽略不计，则U，v。k为相问绝缘的主要应力电压。U，为突变电压，是匝间绝缘的重要电压。这些值用于第4章中的公式。GBT 227201-2008IEC 60034-18-41

22、：2006相间电压 相对地电压图B1 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)型式试验是以完整定子或电动机进行的。型式试验由冲击试验电压按序施加于成对端子的一系列相问PD测量组成。若RPDIv高于所有情况下合适试验的值，则定子通过试验。若RPDIV的任一次测量值均低于合格值，则由于施加的相间电压可能超过匝间绝缘所能承受的电压应力，而运行时未产生PD，所以绕组的型式试验未必不合格。若每次施加冲击电压期间可以测出相对地电压，就能检查出相对地绝缘是否承受过应力了。如果相对地绝缘明显未承受过应力，则绕组型式试验不合格。若相对地绝缘承受了过应力，或未进行此测量，则可

23、采用112所述的替换试验规程。该替换规程包括对每相按序进行相对地冲击试验的RPDIV测量。若RPDIV叉一次低于合格值，则用第一个线圈第一匝的最严酷情况突变电压进行相对地冲击试验之后对每相按序进行5060 Ha相对地PD试验。若起始电压低于上述任一试验的合格值，则绕组不合格。注意试验中所用冲击电压发生器极可能在下降的末端产生尖峰电压。此尖峰电压提高了相间和相对地承受的电压，有助于测量RPDIV，因此必须允许此尖峰电压。匝间试验不考虑尖峰电压，由于尖峰电压仅有陡峭上升前沿，在测量RPDIV时，尖峰电压很重要。表B2所示的匝问试验电压与冲击电压发生器的两种不同波形有关。第一个试验值(第5栏)适用于

24、有上升时间的单极式方波冲击试验电压，其上升沿和下降沿均符合适合的应力类型。上升沿和下降沿之间的时间相对较短。匝问绝缘承受应力取决于电压波形的导数，所以上升沿和下降沿均起作用。若传统冲击电压发生器的下降时间比上升时间长，比如lOO*s比1 ps，则由于匝间绝缘仅承受上升沿应力，数值就加倍(第6栏)。最后一栏适用于特殊绕组的正弦试验，其中上升时间为03xs时采用图9中的最严酷系数o7。这些值是第6栏中数值的o7倍。表B2 2电平变频器与u。有关的峰一峰试验(x 13安全系数)尖峰系数 尖峰 ua。试验水平匝间相间 相对地u，ud。 帆ud。 定子8 定子5式(1)13 式(2)x1 3特殊绕组。式

25、(3)13 式(3)2611 o1 29 2o 1o 20 1415 o5 3 9 27 14 27 19GBT 227201-2008IEC 60034-18-41：2006表B2(续)尖峰系数 尖峰 U“试验水平匝问相间 相对地Upu“ ubu“ 定子4 定子6式(1)】3 式(2)131特殊绕组。式(3)13 式(3)x 2 620 10 52 36 18 36 2525 15 65 4 6 23 4 6 3 28有冲击上升时间的单极式方渡冲击试验电压，其上升沿和下降沿均符合适合的应力类型。o有上升时间的单极式冲击，符台适合的应力类型，但下降时间较长。例如；试验电压的冲击上升时间为03a

26、s，图9中曲线所得安全系数为0。7，交流冲击电压峰一峰值的安全系数为2。B4特殊绕组和绞线对的匝间PDIV试验水平在特殊绕组(见表5)或绞线对的情况下的匝间绝缘试验指南见表B3。其规定了三种状态。若无可利用资料，必须假定穿过绝缘可形成的线圈全突变电压。若可知电机端电压的冲击上升时间，宜假定图9所示的最严酷情况电压分布。在电压分布已知的情况下，可以用实际值。绞线对的试验电压是相同峰一峰值的正弦电压。其他试验宜使用具有适当冲击上升时间的冲击电压。表B3特殊绕组和绞线对的匝间PDIV试验水平可利用资料 试验电压无 突变电压上升时间已知 突变电压图9中对应适当冲击上升时间的比率绕组中电压分布及冲击上升

27、时间 实际值B5试验电压举例相间、相对地和匝间试验电压可用第4章公式和表B2计算出。举例见表B4。试验值的计算建立在该系统的【，。为648V基础上。计算中已包括安全系数13。表B4 2电平变频器供电的额定电压480 V定子绕组的型式试验电压举例假定冲击上升时间为03 ps以及图9确定的最严酷系数为07与ua。有关的包含安全系数13的峰一峰试验电压U。fUk 【，bU。 定子 定子6相间8 相对地 模型5(表B2第5栏) (表B2第6栏)11 01 1 853 1 297 649 1 297 90815 O5 2 527 1 769 885 1 769 1 23820 10 3 370 2 35

28、9 1 179 2 359 1 6512 5 15 4 212 2 948 l 474 2 948 2 0648电机线端电压峰峰值：测量试验电压时必须允许冲击电压发生器电压波形的上升部分和下降部分存在尖峰电压。b仅冲击电压发生器电压波形的陡峭上升前沿出现的电压变化包括在试验电压幅值测量中。GBT 227201-2008IEC 6003418-41：2006参考文献1STONE G C，CAMPBELL S，TETREAULT SInverter Duty Motors：Which Motors areat Risk，IEEE Industry Applications Magazine，Sept 2000，PP 17222 Variable speed drives and motors Motor insulation voltage stresses under PWM inverteroperationTechnical Report No1Joint GAMBICAREMA Working Group