ГОСТ 27905.4-88
(МЭК 727-1-82)

Группа Е30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИИ

Методы оценки устойчивости к действию электрического поля

Electrical insulation systems.
Methods of electrical endurance evaluation

ОКСТУ 3409

Срок действия с 01.01.90
до 01.01.2000*
________________________________
* Ограничение срока действия снято
по протоколу N 7-95 Межгосударственного Совета
по стандартизации, метрологии и сертификации
(ИУС N 11, 1995 год). - Примечание "КОДЕКС".

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством электротехнической промышленности СССР

ИСПОЛНИТЕЛИ

А.В.Хвальковский, канд. техн. наук; Е.И.Ярошеня, канд, техн. наук; В.П.Вайсфельд

2. Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 25.11.88 N 3842 международный стандарт МЭК 727-1-82 "Оценка устойчивости систем изоляции электрооборудования к длительному воздействию электрического поля. Часть 1. Общие положения и методы оценки, основанные на нормальных распределениях" введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта СССР с 01.01.90

3. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Настоящий стандарт содержит рекомендации по разработке методов оценки устойчивости систем изоляции электрооборудования к воздействию электрического поля при функциональных испытаниях.

1. СТАРЕНИЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

1.1. Главной целью испытаний является определение изменений существенных характеристик систем изоляции при разной степени воздействия электрических нагрузок, непрерывных или циклических.

Это достигается путем непрерывного или периодического воздействия на модели (или на само оборудование) контролируемых электрических нагрузок.

1.2. Электрические нагрузки, прилагаемые к системам изоляции, могут вызывать старение, выражающееся в одном проявлении или в сочетании нескольких проявлений, главные из которых:

воздействие частичных разрядов, когда локальная напряженность поля превышает электрическую прочность жидких или газообразных диэлектриков, входящих в систему или примыкающих к ней;

воздействие токопроводящих мостиков;

воздействие древовидного трекинга;

воздействие электролиза;

воздействия, перечисленные выше, имеющие место на соседних поверхностях двух изоляционных материалов, где могут возникнуть относительно высокие тангенциальные поля, например, материалов с различной диэлектрической проницаемостью.

Условия окружающей среды, включающие факторы влажности и температуры, атмосферное давление, грязь, пыль, дым с химическими веществами и т.п., являются важными факторами электрического старения.

1.3. Вредное воздействие электрического старения в большой степени зависит от характера систем изоляции. Наиболее важные переменные факторы, характеризующие систему изоляции - размер электродов, толщина изоляции, концентрация нагрузки, абсолютный уровень напряжения, частота, вероятная интенсивность отказов и изменение интенсивности отказов.

1.4. Обычно электрическую нагрузку рассматривают как фактор старения, если имеют место или ожидаются при рабочем напряжении внутренние или внешние частичные разряды. Наличие разрядов только при перенапряжении можно учитывать, если они бывают часто или если вызванные ими частичные разряды не гасятся при нормальном рабочем напряжении. Когда электрическая нагрузка рассматривается как фактор старения, может возникнуть потребность определения уровня гашения частичных разрядов.

Определить заранее возможность возникновения частичных разрядов можно, исходя из закона Пашена, геометрии систем изоляции, диэлектрической проницаемости изоляционных материалов и плотности газа в пустотах или у поверхностей под электрической нагрузкой.

Другой подход состоит в измерении этих разрядов соответствующими методами. Если эти измерения не обнаруживают частичных разрядов в нужном диапазоне напряжения и когда ясно, что частичные разряды не могут быть причиной повреждений или значительных электромеханических реакций за пределами измерительных способностей используемых приборов, испытания на старение могут не потребоваться.

В некоторых случаях электрическое старение установлено при испытаниях без появления частичных разрядов. Эффекты старения в результате других видов электрического воздействия, например древовидного трекинга, образования токопроводящих мостиков или электролитического воздействия, нельзя обычно определить с помощью простых неразрушающих испытаний системы изоляции. В этих случаях опыт с аналогичными системами может служить руководством при рассмотрении нагрузок, как факторов старения. Ценную информацию по этим воздействиям могут дать предварительные испытания до старения.

Возможно, что электрические нагрузки станут фактором старения только в присутствии других факторов или после их воздействия (например, температуры, влаги, механических нагрузок). Эти другие факторы вызывают обратимые или необратимые изменения характеристик систем изоляции.

В этом случае нужно учитывать электрические нагрузки, если даже они не вызывают старения дополнительно к воздействию других факторов, одновременному или раздельному.

2. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

2.1. Для ускорения электрического старения применяют два метода: повышение уровня нагрузки и повышение частоты.

Оба метода можно применять раздельно и одновременно.

Старение под воздействием нагрузок, возникающих лишь при особых обстоятельствах (перенапряжение), обычно не нуждается в ускорении и через повышение уровня нагрузки. Переходное максимальное напряжение можно подавать с перерывами на испытуемые образцы в качестве фактора старения.

2.2. Метод ускорения старения путем повышения уровня нагрузки

2.2.1. Опыт показал, что для данной системы изоляции и данной методики испытания возможно установить эмпирическую зависимость между подаваемым напряжением и временем для пробоя в пределах, установленных для испытаний.

Предложено несколько математических формул для представления этой зависимости. Так как вероятно, что явления, ведущие к электрическому пробою, зависят от продолжительности воздействия, математические формулы часто рассматривают как статистическое выражение результатов. Некоторые из них даны в приложении применительно к методу ускорения путем ступенчатого повышения напряжения.

Состоятельность таких эмпирических формул оценивают по результатам испытаний, полученным при разных напряжениях, которые обеспечивают получение постоянных величин, используемых в этих формулах.

Для получения полезных результатов следует использовать не менее трех уровней электрической нагрузки. В зависимости от исследуемого электрического оборудования, методы могут указывать отношение между минимальным уровнем испытательной нагрузки и уровнем нагрузки, до которого результаты будут экстраполированы. Могут быть указаны и отношения между уровнями испытательной нагрузки.

2.2.2. Разброс результатов измерений на определенном количестве образцов, одинаково изготовленных и испытанных в одинаковых условиях, имеет большое значение. Например, расчетное стандартное отклонение напряжения для установленного времени до пробоя, выведенное из эмпирической зависимости, может изменяться в пределах от нескольких процентов до 10% и более, а отношение максимального времени до пробоя к минимальному для  одинакового напряжения, подаваемого на аналогичные образцы, может отличаться на один порядок величин и более.

2.2.3. Чтобы правильно представить результаты испытаний на графике, следует получить не менее трех точек, а лучше четыре. Выбранные напряжения должны быть в таком соотношении, чтобы отношение максимального среднего времени до пробоя к минимальному составляло около 1000:1.

Минимальный уровень испытательного напряжения можно выбрать таким образом, чтобы среднее значение (или медианное значение) фактической продолжительности испытаний составило существенную часть предполагаемого срока эксплуатации. Во многих случаях типичной величиной считают 5%. В особых случаях могут быть приняты меньшие значения.

2.2.4. Поскольку действие частичных разрядов является одним из важных факторов старения, обычно полезно измерить величину частичных разрядов (уровень, энергию разряда, квадратичную отдаваемую мощность кажущихся разрядов и т.д.) в условиях рабочего напряжения и частоты и в условиях испытаний. Таким образом оценивают степень старения, достигнутую при испытаниях. Часто считают, что нормальные условия старения достигаются путем повышения частоты. Нет общего правила для ускорения старения путем повышения уровня нагрузок, однако следует соблюдать осторожность в случае большой разницы характеристик частичных разрядов в испытательных и эксплуатационных условиях.

Анализ выделяемых газов, в тех случаях, когда его можно выполнить, может дать информацию об изменении механизма старения.

Известно, что продукты разложения от частичных разрядов обычно состоят из легких углеводородов и окислов углерода, характер и доля которых зависят от энергии потерь на молекулярном уровне.

2.2.5. Внешний вид состаренного образца после пробоя можно сравнить с компонентами, взятыми из работающего оборудования. Анализ твердых продуктов разложения может дать дополнительную информацию.

Эти же приемы можно использовать для выбора других условий испытания или уровня других важных факторов. Опыт показывает, например, что условия, при которых происходят частичные разряды, сильно изменяются с изменением температуры, а также других характеристик, например, проницаемости газов, выделяемых при старении. Предварительные испытания нужны, чтобы выбрать температуру в ходе испытаний или определить две и более температуры или изменения температуры в ходе испытаний, для воспроизведения условий, наиболее приближенных к ожидаемым условиям эксплуатации.

2.2.6. Для оценки изменений существенных характеристик на объекты испытаний можно воздействовать одновременно или периодически диагностическими факторами.

Критерием конечной точки может быть:

пробой при испытательном напряжении;

пробой при перенапряжении, которое можно подавать периодически;

достижение установленного уровня диагностического фактора.

Оценка часто включает ускоренное испытание электрической устойчивости в определенных условиях окружающей среды.

2.2.7. Поскольку нельзя заранее установить пробивное напряжение для данного времени, необходимо определить, например, напряжения , , и , если используют четыре напряжения, чтобы можно было планировать время пробоя для этих напряжений. Отношения , и можно установить на основании опыта или предварительных испытаний на аналогичных моделях с испытуемой изоляцией конкретного типа. Например, может быть выбрано частное отношение . Аналогично, исходя из опыта или предварительных испытаний, можно выбрать отношение минимального испытательного напряжения к рабочему напряжени

ю .

2.2.8. Распределение времени до пробоя отдельных образцов при данном напряжении часто можно представить в виде нормального распределения Гаусса. Иногда его лучше представить в виде нормального логарифмического распределения.

Установлено, что пригодны и другие статистические распределения. В настоящее время многие исследователи широко используют распределение Вейбулла, которое в некоторых случаях лучше нормального логарифмического распределения. В первом случае (нормальное распределение) среднюю величину распределения обычно принимают в качестве представительной характеристики популяции. Этот параметр можно вычислить по формуле

,                                                                    (1)

где - определенные значения времени до пробоя при напряжении ;

- количество образцов, испытываемых при напряжении .

Во втором случае (логарифмическое нормальное распределение) лучше использовать среднее логарифмическое значение, которое вычисляют по формуле

.                                                               (2)

На это значение меньше влияет какая-либо одна чрезвычайно высокая величина.

В обоих случаях медианную величину можно принять за представительную характеристику (среднее арифметическое или логарифмическое время до пробоя). Это значение равно времени , если - нечетное число и равно среднему значению времени и времени , если - четное.

Последний метод дает менее точный расчет параметров распределения, чем первые два (т.е. более высокую стандартную ошибку), однако ее преимущество в том, что испытание можно прекратить, когда пробиты около половины образцов. В одном эксперименте, включающем испытания на нескольких уровнях напряжения, следует использовать только один метод определения расчетных параметров популяции.

2.3. Метод ускорения старения путем повышения частоты

2.3.1. По общему признанию, для старения в результате действия частичных разрядов срок службы при данном напряжении обратно пропорционален частоте, пока число и энергия разрядов за период постоянны. Эта гипотеза справедлива только до определенных уровней частоты, условий испытания и типа системы изоляции. Это не может быть общим правилом. Старение, вызванное другими причинами, кроме частичных разрядов, может быть ускорено и не в соответствии с этим законом. Диэлектрические потерн, увеличивающиеся с повышением частоты, не должны существенно влиять на температуру образца. Важно следить за этой температурой и регистрировать ее.

Как и в случае ускорения старения путем повышения напряжения, любое ускорение повышением частоты допустимо только после тщательного доказательства обоснованности его применения. Опыт показал, что некоторые системы изоляции не нужно подвергать воздействию частот выше нескольких сот Герц, тогда как другие дают очень обоснованные результаты при воздействии частот в несколько тысяч Герц.