CNS 14954-2005 Principle aspects of functional evaluation of electrical insulation systems - Ageing mechanisms and diagnostic procedures《电气绝缘系统功能评估之原则性观点-老化历程与诊断程序》.pdf
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1、 1 印行年月 94 年 12 月 本標準非經本局同意不得翻印 中華民國國家標準 CNS 總號 類號 ICS 29.080.30 C115014954經濟部標準檢驗局印行 公布日期 修訂公布日期 94 年 12 月 5 日 年月日 (共 8 頁 )電氣絕緣系統功能評估之原則性觀點老化歷程與診斷程序 Principle aspects of functional evaluation of electrical insulation systems - Ageing mechanisms and diagnostic procedures 1. 適用範圍 本標準簡述絕緣系統的老化歷程與在實際使用
2、下及試驗時所產生之老化特性一致性的判定方法,亦列舉功能試驗可採行之診斷技術。 當以加速功能試驗進行絕緣系統性能評估時,若試驗狀態下的老化歷程與實際使用不同時,則可能會產生錯誤的結果。老化應力的位準在使用期間增加時,將會提高產生錯誤結果的風險。在試驗時及使用時之老化歷程是否相符,須由相關設備特定規範加以確認。 這些確認程序的重要性,將隨應力程度增加而提升,關於確認的方法參考第 2 節的說明。 診斷的方法,特別是在確定試驗樣品條件改變的敏感性方面,最好在相對增幅較小的應力下進行試驗,可一併決定出系統特性之趨勢與老化速率。 功能試驗程序可能會要求選定 1 個任意的終止點準則,而此終止點準則並不相當於
3、實際的設備失效,此部分尚在研擬中。 參考第 3 節之診斷方法。 2. 老化歷程及其驗證 2.1 通則:與使用相關的老化歷程之驗證 對此方面不同的方法為: (1) 評鑑絕緣系統本身; (2) 與老化應力相關的量測法; (3) 評估試驗結果關聯性之檢查。 試驗樣品及其所產生的劣化生成物之變化以適當的診斷方法進行監測,方法係根據常識或由老化因子所引發物理或化學過程的假設來選定 (見第 3 節表 1 的說明 )。 變化可能影響: 絕緣的結構; 其電氣特性; 其機械特性; 其化合物、成分釋出及劣化生成物; 其視覺外觀或光學特性等。 應進行適當的測定以確定作用在試驗樣品上的老化應力足以代表工作狀態。 2
4、CNS 14954, C 1150 適用於所有在評估試驗中所 使用的各種老化因子 (溫度、電氣、環境與機械等因子 ),不論其是否單獨施用、依序施用或合併施用。 關於老化歷程的有用資訊可從試驗結果中得出,適當的方法為: 分析應力與時間的關係; 檢查同 1 批試驗樣品中到達終止點時間的分布; 比較各種應力位準下的失效位置,並注意它們是否在老 化應力的作用下或在施以診斷因子時發生失效。 2.2 對絕緣系統本身之探討 2.2.1 物理特性探討 在老化試驗進行中,對某些物理狀態或特性的量測,以及對各種應力位準下及在各個時間下所取得結果的比較,可以帶來有關於老化過程的適當資訊。 這些特性主要為電氣或機械特
5、 性,亦與試驗物體的內部結構有關。例如:結構的改變可因彈性、硬度的 改變而發現,部分放電的強度可由絕緣系統結構上的改變而偵測其數值。 若涉及電氣老化,特別是在頻率升高時,應合理決定介質損失的頻率函數,以避免在老化試驗中發生異常 過高的介質發熱。在某些情況下,介質發熱會導致溫度不穩定並造成老化 過程無法代表實際使用的狀況。這樣的歷程即使在電源頻率下 (通常是在較高的溫度範圍下 )亦可能發生。因此,可能須調整試驗頻率或加入溫度控制。 2.2.2 化學特性探討 試驗樣品的化學分析技術並不 像物理特性探討那麼普遍,但是在某些情況下卻可以提供關於老化過程的 有用資訊,例如,酸度升高以及劣化生成物特性改變
6、的速度可能與老化過 程有密切關係,亦適用於含有液態或氣態介質 (例如: SF6六氟化硫 )的絕緣系統。利用同樣的方法,監測抗氧化劑的消耗,可對不同應力位準下的老 化試驗進行比較。特定試驗樣品的溶解性亦可提供有關老化過程的資訊。 絕緣系統鄰近成分之間以及這 些成分與周遭環境間之擴散速度必須列入考慮,絕緣氣體可能受絕緣系統中其他成分或其容器所釋放的化合物污染。 2.2.3 物理化學特性探討 有數種方法可供選用,其中的一些範例如下。 在分析老化過程中的氣態劣化 生成物時,最廣泛使用的特性探討方法為氣相層析法或與質譜測定一併進 行。可能會在有機材料所形成的氣態劣化生成物之中發現氫、碳氧化合物 以及少量
7、的碳氫化合物,除了通常不會產生氣體的機械應力之外,大部分 情況下劣化生成物的產生並不取決於施加應力的種類。所見到的特定劣化 生成物表示在施加應力作用下實際的能量在分子程度下的損耗。 事實上,特定劣化生成物的存 在或不存在可以表示老化過程的改變。特別是當應力在分子程度上升高時,劣化生成物傾向不飽和 (例如:乙炔、丙烯 3 CNS 14954, C 1150 等 )。在某些應力位準下,可能出現全新的不飽和生成物,而不飽和生成物對飽和生成物的比例亦會隨著應力位準的提高而增加。 聚合物結晶程度的改變亦能反映老化程度。 紅外線光譜分析可以揭露絕緣材料中新結構群的資訊。 溫度分析法如微差熱分析法 (DTA
8、)或微差掃瞄熱量測定法 (DSC),則能揭露指示老化的物性轉變溫度之改變。 光學顯微鏡檢查可用來顯示聚合物絕緣材料在微結構方面的改變。 以掃描式電子顯微鏡檢查則可顯示表面結構及其因老化所造成的改變。 其他的改變,例如聚合的程度或重量的改變,亦可用來顯示老化程度。 2.3 老化相關因子的測量 由 CNS 14953(IEC 60505)電氣絕緣系統之評估與鑑 定指引所觀察到的現象,主要與單一老化因子有關。僅加強單一因子將使問題變得額外複雜, 2 種以上的多重因子同時作用更是如此。 2.3.1 熱老化 當溫度位準為主要的老化因子 時,其加熱方式應在試驗樣品上給予適當溫度的分布。有關溫度梯度 (gr
9、adients)的部分參考 CNS 14953(IEC 60505)第3.3.4.2 節。溫度梯度會影響擴散並會受到 電介質升溫的影響,這些效應在試驗時應列入考慮,而試驗樣品可能需要加以冷卻。 對試驗樣品上預期的溫度分布加以驗證。 試驗樣品在一個恆溫之老化箱 中同時接受老化,老化溫度與預期操作溫度分布的關聯性可能相當重要。 2.3.2 電氣老化 在確認試驗樣品老化的電氣狀態上有多種不同的方法可採用。 部分放電振幅及時間變化分布 的記錄是一樣有效的診斷工具。對試驗時相關特性之分布與電氣應力於使 用上的位準進行比較,可提供對位準與頻度其強度之驗證。若在一特定電 壓位準上部分放電的振幅明顯高於實際使
10、用時,則必須仔細檢討這些試驗結果的有效性。 在不同的條件下增加電壓會有 不同的結果,在相同的空隙中,部分放電脈衝的振幅及影響區域將不會改變,但單位時間中脈衝 的次數將會逐步改變。在 1 個厚度相同的間隙中,直到特定的電壓範圍脈衝的大小都不會有太大的變化,但發生脈衝位置的幾何分布將會有所改變。 平板邊緣的細小空隙可能會遭受比內部更嚴重的放電 。在不規則的孔隙中,不同的位置會暴露在不同 的電壓下。此外,個別放電的特性可能會因為二次正切放電升高而改變。 介質損失是電壓的函數,每次 循環的最大放電、介質損失分析儀的顯示以及視在充電的二次速率會提供容許對部分放電強度進行整體判斷的特徵。 已知在某些小振幅
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