GB∕T 23642-2017 电气绝缘材料和系统 瞬时上升和重复电压冲击条件下的局部放电(PD)电气测量

ICS29.080.30代替GB/T23642—2009电气绝缘材料和系统瞬时上升和重复电压冲击条件下的局部放电(PD)电气测量discharges(PD)undershortrisetimeandrepetit(IEC/TS61934:2011,IDT)GB/T23642—2017/IEC/TS61934:2011 1 1 14在重复、瞬时上升电压冲击期间的局部放电脉冲测量以及与工频下测量的对比 25PD探测方法 5 97PD测量仪器灵敏度检查 8重复冲击电压量级增加和减少的测试程序 9试验报告 附录A(资料性附录)用耦合装置的电压冲击抑制作用的说明 附录B(资料性附录)利用滤波技术从电压冲击源中提取PD脉冲 附录C(资料性附录)RPDIV测量的平行试验测试结果 附录D(资料性附录)PD探测的噪声等级实例 IⅢGB/T23642—2017/IEC/TS61934:2011本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本标准代替GB/T23642—2009《电气绝缘材料和系统瞬时上升和重复脉冲电压条件下的局部——修改了范围(见第1章，2009年版的第1章);——删除了术语“PD脉冲重复率”和“冲击电压上升率”——修改了术语“脉冲宽度和脉冲占空比”(3.9和3.10,见2009年版的3.14和3.15); ——增加了“图6,图10,图11和图12”(见图6,图10,图11和图12);——修改了“PD测量灵敏度”章节(见第7章，2009年版的第7章);——删除了“试验回路”和“试验规程”条款(见200——增加了“附录C和附录D”(见附录C和附录D)。本标准使用翻译法等同采用IEC/TS61934:2011《电气绝缘材料和系统瞬时上升和重复电压冲本标准由全国电气绝缘材料与绝缘系统评定标准化技术委员会(SAC/TC301)归口。1GB/T23642—2017/IEC/TS61934:2011电气绝缘材料和系统瞬时上升和重复电压冲击条件下的本标准规定了电气绝缘系统(EIS)承受由电力电子设备产生的重复电压冲击时发生局部放电(PD)下列测量方法除外：——基于光学或超声波的PD探测法；——无重复电压冲击(如闪电冲击或开关设备的转换冲击)下的PD测量。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GB/T7354—2003局部放电测量(IEC60270:2000,IDT)IEC60034(所有部分)旋转电机(Rotatingelectricalmachines)3.1由电力电子设备载波或驱动频率的开关所产生的电压冲击。3.2局部放电partialdischarge;PD3.3试品中发生局部放电时在试品端测得的电流脉冲。注3:改写GB/T7354—2003,定义3.2。3.4十次极性相同的电压冲击中至少出现五次PD脉冲的最小峰-峰冲击电压。2GB/T23642—2017/IEC/TS61934:20113.5重复局部放电熄灭电压repetitivepartialdischargeextinctionvoltage;RPDEV十次极性相同的电压冲击中出现五个以下PD脉冲的最大峰-峰值冲击电压。3.6冲击电压极性impulsevoltagepolarity3.7极性可以为正极性或者负极性的电压冲击。3.8双极冲击bipolarimpulse极性从正极到负极或从负极到正极交替的电压冲击。3.9冲击电压重复率impulsevoltagerepeptitionrate无论单极冲击或双极冲击，两次极性一致的连续冲击之间平均时间的倒数。3.10冲击电压从零上升到100%的时间。3.11冲击从规定的上限值下降至规定的下限值之间的时间间隔。3.12冲击脉冲宽度impulsewidth冲击脉冲达到规定幅值或规定阀值时的第一瞬时和最后瞬时的时间间隔。3.13在规定时间间隔内冲击脉冲宽度和总时间的比率。3.14在规定的条件处理及试验后的试品在规定电压下观察到与PD脉冲有关的任意参量的最大值。4在重复、瞬时上升电压冲击期间的局部放电脉冲测量以及与工频下测量的对比4.1测量频率GB/T7354—2003规定的方法适用于测量直流和低于400Hz交流电压下的PD电气脉冲。通常，当试品承受冲击电压时，测量PD脉冲的方法由修改GB/T7354规定的标准窄带和宽带频率方法得到。测量重复瞬时上升冲击电压时的PD,应避免激发冲击电压产生的感应电流。一种方法是在比冲击3GB/T23642—2017/IEC/TS61934:2011更高的超高频率下的电流或电磁波测量。超宽频带(UWB)探测通常是使用高通滤波器抑制冲击电压的相对低频部分。在原理上，在特高频(UHF:300MHz～3GHz)内的窄频段测量通常对冲击电压的抑制有效。另一种方法是在相比冲击电压极低的频率下整合PD电流。RPDIV、RPDEV取决于PD测量系统的灵敏度以及PD脉冲与测量电路的噪音，应按第7章进行。本标准中PD用单位mV表示。无论何时，都应按第7章对测量系统进行灵敏度评估。性或等效分布性阻抗取决于PD探测频率范围(不仅取决于电压电源频率)。有等效分布性阻抗的试品——感性电抗器；——变压器绕组；——散绕绕组试验模型和成型绕组试验模型[见IEC60034(所有部分)]。——绝缘隔离的散热器；——光电耦合器。——电缆；——定子绕组和转子绕组的匝间绝缘；4GB/T23642—2017/IEC/TS61934:2011本标准中使用的冲击发生器应能产生低噪声水平的瞬时上升和重复的电压冲击。对于瞬时上升冲对于PD特性，连续冲击极性非常重要。为模拟电压型PWM变频器驱动电动机的匝间电压，推荐为比较不同绝缘材料或者设计方案，可选用合适电压波形的电源进行局部放电测量。冲击发生器——冲击上升时间；——冲击电压极性；——冲击脉冲占空比。无负载时冲击电压波形的参数值实例见表1。冲击波形不仅取决于冲击发生器的规格，也取决于试样阻抗。冲击波形会随负载而显著变化。冲因此检测绝缘试品两端的冲击电压波形很重要。此时，推荐使用宽带示波器观测冲击和PD波形。应注意产生在第一个冲击后的电压振荡期间的PD。特性范围上升时间重复率冲击脉冲宽度波形方波或三角波极性双极(优选)或单极5GB/T23642—2017/IEC/TS61934:2011 ——试品受污染程度。PD的测量结果可能受下列因素影响：——电压分布；——试验时间或试品承受电压的时间。5PD探测方法承受电压冲击的试品在任何PD脉冲探测系统都要求对PD探测回路测得的残留电压冲击有很强的抑制能力，并且抑制的PD脉冲可忽略不计。PD脉冲受探测系统处理之后其量值应大于残留传输电压冲击。所需抑制冲击电压的量取决于试验电压和冲击的上升时间。如冲击电压振幅增加，需要更强的抑制力以确保探测器输出端的巨大PD脉冲量值高于残留传输(参见附录A),抑制力也会增强。设计PD脉冲耦合装置应确保在探测器的输出端的巨大PD脉冲量值附录A提供了耦合装置需要的电压冲击抑制作用的说明。建议给出作为冲击量值和上升时间的函数所需的供电电压冲击抑制能力的数值。附录B提供了通过过滤技术从电压冲击源中提取PD脉冲。5.2PD脉冲耦合和探测装置可用高压电容器、高频电流互感器(HFCT)或电磁耦合器(例如天线)探测试品中的PD电流或电压脉冲。探测器与测量系统的其余部分结合使用可将冲击电压的幅值抑制至小于PD脉冲的预期幅值由于电压冲击和PD脉冲含有高频成分，所以电源、试品和PD探测器间要求低电感连接。为了防止由于传输线路等效参数导致施加冲击的衰减和分散，冲击电源应尽量靠近试品。由于PD测量与长度不超过1m。下面回路适用于PD脉冲探测。可以使用电压等级高于预期冲击电压并有能高度衰减试验冲击电压的滤波器的耦合电容器。滤波650GB/T23642—2017/IEC/TS61934:2011器至少应具有三阶以及特殊的措施以抑制住输入信号与输出信号的交叉耦合。设计滤波器可使用主动或被动的过滤技术。耦合电容器被连接至试品高压终端(图1)。附录A为滤波器特性的示意范例。图2为PD脉冲和冲击电压在八阶滤波器滤波前和滤波后的频谱图例。Z有滤波器的HFCT可用来探测PD脉冲，同时能抑制冲击电压。注意HFCT的上部截止频率范围可能较宽，由此可能影响该方法的使用。HFCT的截止频率应比电压脉冲频率更高。滤波器至少应具有3个电极以及特殊的措施以抑制输入信号与输出信号的交叉耦合。操作滤波器可使用主动或被动的过滤技术。HFCT可套在电源和试品之间的高压电缆上(图3)。这样，HFCT足够的电气绝缘能力可确保电缆和HFCT之间不会产生电击穿。或者，HFCT也可安置于试品和接地之间(图4),此时仅需要低压绝缘。通常只有当试品的金属外壳同地隔离时，后者的电路才有效。附录A为滤波器特性的图50a)滤波前的电压冲击和PD脉冲频谱示例b)滤波后的电压冲击和PD脉冲频谱示例注：电压上升时间50ns,PD脉冲上升时间2ns,滤波截止频率等于500MHz的八阶滤波器。图2滤波前(2a)和滤波后(2b)的电压冲击和PD脉冲频谱示例7GB/T23642—2017/IEC/TS61934:2011试品图3带有多阶滤波器的HFCT试品PD信号图4在试品和接地间连接多阶滤波器的HFCT天线型耦合器可用来区分电源冲击和产生于试品的PD(图5)。各种类型的天线型耦合器可探测来源于试品局部放电点的电磁信号。为了从冲击电压中区分PD超宽频带(UWB)耦合器能够探测到带有冲击噪声的PD信号。为了抑制冲击电压，应在冲击电压和试品之间连接具有固定耦合阻抗的电磁近场耦合器(图5)。试品天线8GB/T23642—2017/IEC/TS61934:2011一种可供选择的电磁耦合器可探测到来源于试品PD点的穿过自由空间传播的辐射电磁信号(图6)。若天线具有含有电压冲击的低频成分的UWB特性，那么过滤功能应能够抑制探测系统内的心频率高于冲击电压的具有窄带特性的UHF天线也不需要过滤器。应注意，耦合效率取决于PD点和天线间的距离以及在PD点和天线间的金属屏蔽。天线图6使用电磁感应UHF天线的回路对于简单的不接地容性试品，如绞线对(等效电容Cs),使用电容为Ca(C₄≥Cs)的探测电容器与试统的阻抗。当所选择的关于冲击电压持续时间的时间常数足够大时，电荷衰减在冲击电压单独一击之后就能被观测到。图7为冲击电压和绞线对试样电荷积累的试验范例。只有当电压冲击为双极且两极完全相同时，作为PD探测工具的电荷测量才有意义。PD测量的灵敏度取决于背景噪音，对传统PD测量而言也是如此。图8为试验回路方案。时间(ms)注：峰值冲击电压幅值=2.3kV,冲击电压频率=250Hz。9GB/T23642—2017/IEC/TS61934:2011抑制冲击电压的其他方法是截住PD电子信号(从上述任一探测器中),这样冲击瞬时上升时间起升时间起始部分时期的PD均不能被探测到。因此，只有在供电电压瞬时交换之后出现的PD才可以被电源电源过滤器PD信号图9使用电子源控制闸技术的PD探测范例(可用其他PD耦合装置)PD试验的结果是RPDIV和RPDEV。另外，宜测得规定试验电压和试验条件下的PD脉冲重复率和最大PD脉冲幅值。考虑到PD脉冲从PD源传播至测量点时已衰减和失真，PD测量值仅是PD从耦合器和探测系统输出的PD信号可用数字示波器或脉冲分析器记录。当使用示波器时，PD输出通常显示在一个频道上，与此同时，施加的冲击电压减少的数值则显示在另一个频道上(附录B)。PD脉冲的量值以及其关于冲击电压所出现的暂时方位均被记录。应注意，推荐示波器的再触发速率GB/T23642—2017/IEC/TS61934:2011大于冲击电压的重复率。电子脉冲量值分析器可用于测量PD脉冲的量值和重复率(见GB/T7354—2003中4.4)。典型测试回路见图1～图9。7PD测量仪器灵敏度检查7.1概述RPDIV、RPDEV和与PD有关的量取决于PD测量系统的灵敏度以及PD脉冲与其他电干扰或噪音(如冲击电压自身的残留信号)的区分方法。这样，PD测量系统的灵敏度应进行评估和记录。测得的灵敏度以mV表示。7.2灵敏度检查测试图图10是PD测量系统灵敏度检查使用的测试图。PD探测器输出可以由连接到试品上的低压脉冲发生器(LVPG)和高压冲击发生器(HVIG)渐变的不同组合测出。选择LVPG产生的脉冲波形应考虑原始PD脉冲和探测系统的频率限制。脉冲波形的上升时间可选择约为1/f,其中f是PD探测系统的频率上限。例如，若PD探测系统的截止频率上限为100MHz,则LVPG的上升时间可小于10ns。当LVPG断开时，LVPG处于试品测试回路中的位置可作为注射点。对于具有分布式等效阻抗的试品，如电机和变压器绕组，PD脉冲的传播效应可能导致高频分量的强衰减，所以只能记录测量点附近的PD。可评估PD灵敏性和噪声影响见图10和7.3～7.5。低压脉冲发生器A(注射点)传感器和PD探测器B输出电源CABC条款PD探测灵敏性检查接通断开断开背景噪声检查接通接通断开探测系统噪声检查断开接通接通图10灵敏度检查测试图GB/T23642—2017/IEC/TS61934:2011PD探测系统的灵敏度检查是：从试品上断开HVIG,在LVPG输出增加时测量PD探测器的输出。在PD探测器发出一个探测信号时测量LVPG的最小输出电压。PD探测回路的背景噪声检查是：连接未激励的HVIG到试品上，在LVPG输出增加时测量PD探测器的输出。在PD探测器发出一个探测信号时测量LVPG的最小输出电压。断开LVPG,在试品上施加HVIG的电压冲击。在无PD状态下测量PD探测器的输出。例如，用与试品具有相同高频率电容的无PD电容替代试品。记录PD探测器输出和PD测量使用的电压冲击。这就是探测系统噪声或者HVIG的残余。PD灵敏性可作为LVIG和HVIG输出间的联系。一个PD灵敏性可能的特性实例如图11所示。7.5中探测信号级别7.4中探测信号级别7.3中探测信号级别7.3中PD探测灵敏度7.4中背景噪声7.5中探测系统噪声使用第7章的步骤，第一步应测量背景噪声和探测限值。对于PDIV,PDEV,RPDIV的测量，重复冲击电压幅值应连续上升或者逐步降低然后回落。确定PDIV,PDEV,RPDIVGB/T23642—2017/IEC/TS61934:2011的一种方法如下所述(图12):——初步试验的最小电压应选择探测不到PD的电压；——初步试验的最大电压应选择引起PD脉冲的所有冲击电压；——依次增加的电压阶跃的重复冲击；——PDIV是探测到第一个PD脉冲时的冲击电压；——RPDIV是在极性相同的十个冲击中平均出现五个PD脉冲时的最小冲击电压。当测试不到——RPDEV是在极性相同的十个电压冲击中平均出现五个PD脉冲时的最大电压；——PDEV是没有探测到PD脉冲时的冲击电压。其他方法确定这些量也是有可能的。电压电压25002000RPDIVRPDEVPDEV0电压冲击PD脉冲时间图12冲击电压量级增加和衰减的实例9试验报告——PD灵敏度等级(见第7章);——背景噪音等级；GB/T23642—2017/IEC/TS61934:2011——RPDIV,RPDEV和最小PD探测等级(用mV表示);——施加的电压冲击参数(见第8章);——带有负载的冲击电压形状(见4.4.2);——试验条件(见4.5.2和4.5.3)。——在特定施加电压时局部放电峰值的量级；GB/T23642—2017/IEC/TS61934:2011(资料性附录)用耦合装置的电压冲击抑制作用的说明电压冲击和PD脉冲频谱可能重叠的示意图见图A.1。电压冲击越陡，两频谱间的重叠区域就越大。最佳电压冲击抑制耦合装置的截断频率见图A.1。滤波器作用见图A.2。由于滤波器传递作用，H(f)(f是频率),冲击电压和PD脉冲的量值都会衰减。应按滤波后PD信号量值确定电压冲击量值在PD探测器带宽之内的规律，挑选滤波器截断频率。因此通常需要一台宽带PD探测器。以电压幅值和上升时间为函数的冲击电压衰减程度的建议见图A.3。注意衰减取决于电压冲击幅值和上升时间。必须高于此临界频率PD频谱频率图A.1电压冲击和PD脉冲频谱间重叠(圆点区域)的示意图PD频谱频率图A.2滤波后电压冲击和PD脉冲频谱的示意图GB/T23642—2017/IEC/TS61934:2011A——电压冲击上升时间=100ns;B——电压冲击上升时间=1000ns。图A.3以冲击电压幅值和上升时间为函数的冲击电压衰减示意图施加电压/VPD施加电压/VPD信号/VGB/T23642—2017/IEC/TS61934:2011(资料性附录)利用滤波技术从电压冲击源中提取PD脉冲图B.1和图B.2所示为方波双极式发生器溃入400V,1kW的电动机的电压源转换期间发生的PD脉冲典型例子。用天线作为耦合器和高通滤波器(四阶、截断频率400MHz)可获得图B.2所示PD脉冲。图B.3为截断频率为400MHz的八阶滤波器的滤波特性实例。宜注意，若没有滤波器，无法探测到被电压冲击产生的噪音掩盖的PD脉冲。400200—0.00—0.05—0.15—0.10M05GB/T23642—2017/IEC/TS61934:20110.044000.02200—0.045000200400600图B.3经由图B.1传递至图B.2所用滤波器特性GB/T23642—2017/IEC/TS61934:2011(资料性附录)RPDIV测量的平行试验测试结果使用相同试样和相同电压冲击模型进行RPDIV测量的平行试验，下面是测试条件和一些测试相同的试样包括由十个一批次的电磁线制成的双绞线。由一个公司制造试样并分发给6个平行试验成员。测量十次双绞线，被归一化的100个RPDIV数据连同温度和空气压力被放入到相同的数据电压冲击脉冲使用0.1μs上升时间和3ms衰减时间的三角波。每间隔20的10个电压冲击。在一个100ms脉冲后，冲击电压的振幅上升到10V,施加10个冲击如图C.1所示。振幅从1.0kV上升到2.0kV。甚至是PD发起后，冲击序列持续到2kV。对于每个试样，重复61202R361202R3·温图C.2是探测到的带有一个UHF窄频带(1.8GHz)触发的相当于三角波电压冲击的PD脉冲。图C.3是测试期间的归一化的RPDIV(NRPDIV)随相对湿度的变化图。GB/T23642—2017/IEC/TS61934:2011相对湿度/%注：图中A～F表示来自参加RRT成员的试验数据。图C.3基于100个数据归一化的RPDIV(NRPDIV/100)随相对湿度变化图GB/T23642—2017/IEC/TS61934:2011(资料性附录)表D.1是在快速上升电压波动期间探测PD使用的实际传感器背景噪声等级的PD探测器输出电探测器输出量级的实例。这些探测的PD水平取决于天线如何接近PD位置，和取决于在有耦合器的情况下试品的有效电容。严重的PD会影响所有类型传感器的探测量级。因此实际探测的PD量级可能变化很大。表D.1对于实际PD传感器的带宽和噪声等级实例探测系统类型频率范围典型的背景噪音等级典型探测到的PD量级微波贴片天线1.8GHz±200MHz定向电磁耦合器100MHz～1000MHz>100mV螺旋形UHF天线700MHz～1000MHz5μV～10μV>100μVGB/T23642—2017/IEC/TS61934:2011[1]IEC62068-1:2003,Electricalinsulationsystems—Electricalstressesproducedbyrepetitiveimpulses—Part1:Generalmethodofevaluationofelectricalendurance[2]Regardingthedefinitionof“(repetitive)partialdischargeinception”and“extinctionvolt-age”,aswellasapplicationsofthemethodologiesdescribedinthistechnicalspecification(referringonlytorotatingmachines),thefollowingpaperscanbeconsidered:——KAUFHOLD,M.,BORNER,G.,EBERHARDT,M.,SPECK,J.,“Failuremechanismsoftheinterturninsulationoflow-voltageelectricmachinesfedbypulsedcontrolledinverters”,IEEEElectricalInsulationMagazine,Vol.12,n.5,pp.9-15,October1996 —YIN,W.“Dielectricpropertiesofanimprovedmagnetwireforinverter-fedmotors”,IEEEElectric