IEC TR 634342023 低压开关设备和控制设备.低压开关设备中的局部放电电压和局部放电水平标准立项发展报告

IECTR63434:2023低压开关设备中的局部放电电压和局部放电水平标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Lowvoltageswitchgearandcontrolgear-PartialdischargevoltagesandPD-levelinlowvoltageswitchgearandcontrolgear摘要随着新能源发电、电动汽车充电基础设施及数据中心等直流应用场景的迅猛发展，低压开关设备和控制设备的绝缘系统正面临更为严苛的电、热、环境综合应力考验。局部放电作为绝缘劣化的先兆特征，其检测与评估对于保障设备长期运行可靠性具有至关重要的意义。本报告针对国际电工委员会发布的技术报告IECTR63434:2023《低压开关设备和控制设备低压开关设备中的局部放电电压和局部放电水平》展开系统研究。报告首先阐述了该标准立项的背景与意义，分析了当前低压开关设备绝缘设计中局部放电问题的严峻性与紧迫性；其次，全面梳理了该技术报告的核心技术内容，包括局部放电的定义、测试电压的确定方法、局部放电水平的评估准则以及不同产品类型的应用导则；随后，报告深入介绍了该标准主要起草单位在低压电器领域的深厚技术积淀与标准化工作经验；最后，报告对该技术报告的未来发展趋势及其对我国低压电器行业技术升级的指导作用进行了展望。本报告旨在为行业技术人员和管理人员提供对该国际标准全面、深入的理解，并为后续我国相关标准的制修订工作提供参考依据。关键词：低压开关设备；控制设备；局部放电；绝缘特性；IECTR63434；技术报告；标准化Keywords:Lowvoltageswitchgear;Controlgear;Partialdischarge;Insulationcharacteristics;IECTR63434;TechnicalReport;Standardization一、引言低压开关设备和控制设备是电力系统中应用最广泛、覆盖面最大的电器产品，其运行可靠性直接关系到工业生产和人民生活用电的安全与稳定。近年来，随着电力电子技术的进步和新能源产业的爆发式增长，低压电器所承载的系统电压波形日益复杂，电压应力水平不断提高，同时设备的紧凑化设计趋势使得绝缘间隙不断缩小。在这种背景下，局部放电（PartialDischarge,PD）问题逐渐成为影响低压开关设备绝缘性能和使用寿命的关键因素。局部放电是指绝缘系统中仅部分区域发生放电、但尚未形成贯穿性击穿的一种电气现象。虽然单次局部放电的能量极为微小，但长期持续的局部放电会逐步侵蚀绝缘材料，导致绝缘性能不可逆地劣化，最终可能引发设备失效甚至电气安全事故。长期以来，局部放电检测主要应用于中高压电力设备领域，而对于额定电压1000V及以下的低压开关设备，行业普遍认为其绝缘裕度充足，局部放电问题未得到足够重视。然而，实践表明，在低压开关设备的某些特定结构中，如紧凑型塑壳断路器、变频器专用接触器、具有电子控制单元的智能设备等，由于绝缘距离受限、电场分布不均，局部放电现象客观存在。特别在变频调速等应用场合中，PWM调制产生的陡波前冲击电压会在电机端子及低压电器内部产生极高的电压变化率（dv/dt）和过电压峰值，使得局部放电的风险显著增加。IECTR63434:2023正是在上述行业背景下由国际电工委员会低压开关设备和控制设备技术委员会（IECSC121A）组织制定的技术报告。该技术报告的发布填补了低压开关设备领域局部放电标准化工作的空白，为制造商进行绝缘设计验证、为用户评估设备绝缘状态提供了统一的技术依据。二、标准编制背景与工作过程（一）标准编制的技术背景IEC60947系列标准是低压开关设备和控制设备领域的核心基础标准，其中IEC60947-1规定了低压开关设备和控制设备的通用规则。在该标准的绝缘配合条款中，虽然对设备的工频耐压和冲击耐压提出了明确的试验要求，但并未涉及局部放电的检测与限值规定。这意味着按照现行标准通过型式试验的产品，在运行过程中仍可能存在局部放电现象。从绝缘设计理论角度分析，低压开关设备中的绝缘结构主要包括固体绝缘（热固性塑料外壳、绝缘隔板等）、气体绝缘（空气间隙）和固体-气体复合绝缘界面。在复合绝缘结构中，由于不同介质的介电常数不同，电场分布极不均匀，当局部场强超过该处介质的击穿场强时，就会发生局部放电。影响低压电器局部放电特性的主要因素包括：材料特性（介电常数、击穿场强）、结构设计（间隙距离、电极形状）、环境条件（温度、湿度、气压）以及施加电压的波形和幅值。由于缺乏标准化的局部放电测试方法和限值要求，各制造商在设计验证时采用的方法各异，导致不同产品之间的绝缘性能无法进行横向比较。同时，用户在选择产品时也无法获得关于绝缘质量的量化指标。因此，制定统一的低压开关设备局部放电技术报告，对于规范行业发展、促进技术进步、保障电气安全具有重要的现实意义。（二）标准编制过程IECTR63434:2023的编制工作由IECSC121A（低压开关设备和控制设备）归口管理。在标准编制过程中，来自各成员国的专家充分讨论了低压开关设备局部放电检测的必要性、可行性和方法论。经过多轮草案评审和技术论证，该技术报告于2023年9月27日正式发布。需要特别指出的是，作为技术报告（TechnicalReport,TR）类型，IECTR63434不同于国际标准（IS），其内容以技术信息和建议为主，不包含强制性的规范性条款。这一类型的定位充分考虑了低压开关设备产品的多样性和技术发展的动态性，既为行业提供了及时的技术指引，又预留了足够的灵活性供各技术委员会和制造商参考应用。三、标准主要内容分析（一）标准适用范围与定位IECTR63434:2023适用于额定电压不超过1000V交流或1500V直流的低压开关设备和控制设备。该技术报告主要针对设备的绝缘系统在规定的试验电压下产生的局部放电现象，提供了局部放电测试的通用导则，包括试验电压的确定方法、局部放电的测量技术、局部放电水平的评估准则以及试验报告的要求。（二）关键术语与定义该技术报告明确了以下关键术语：局部放电（partialdischarge,PD），指导体间绝缘仅部分桥接的电气放电，这种放电可以在导体附近或远离导体的位置发生；局部放电起始电压（partialdischargeinceptionvoltage,PDIV），指在规定的试验条件下，局部放电首次被检测到时施加在设备两端的电压值；局部放电熄灭电压（partialdischargeextinctionvoltage,PDEV），指在电压从高于PDIV的值逐渐降低时，局部放电现象消失时的电压值；视在电荷量（apparentcharge），指在规定的试验电路条件下，通过校准能够从设备端子处测量到的等效电荷量。（三）试验电压的确定方法试验电压的确定是局部放电测试的关键环节。IECTR63434:2023建议根据设备在运行中可能承受的过电压水平来确定试验电压。试验电压的类型包括工频交流电压、直流电压以及模拟开关操作产生的瞬态冲击电压。对于交流试验电压，其有效值应不低于设备额定绝缘电压对应的工频耐压试验值的一定比例；对于直流试验电压，其值应按照与交流电压等效的绝缘应力进行换算。该技术报告同时指出，由于局部放电现象与电压的瞬时值密切相关，在进行交流电压试验时，应确保试验电压的峰值达到规定值。（四）局部放电测量方法该技术报告推荐采用IEC60270中规定的宽频带测量方法进行局部放电的检测和测量。测量系统应包括耦合电容器、检测阻抗、信号传输系统和显示记录装置。在测量过程中，需要注意环境干扰的抑制，可采用屏蔽室、滤波技术或差分测量等手段提高测量灵敏度。同时，为避免外部电磁干扰导致误判，建议对测量系统进行校准和验证。（五）局部放电水平的评估准则该技术报告提出，局部放电水平应根据设备在PDIV和PDEV下的表现来综合评估。在规定的试验电压下，如果检测到的视在电荷量不超过规定的限值，且试验电压降低到PDEV后局部放电完全熄灭，则认为设备的局部放电特性符合要求。推荐的允许视在电荷量限值通常为10皮库（pC）以下，但具体限值应考虑设备类型、绝缘材料和使用条件等因素确定。（六）不同产品类型的应用导则IECTR63434:2023对各主要类型低压开关设备和控制设备提供了差异化的局部放电评估导则。对于断路器（ACB、MCCB、MCB）、接触器、隔离开关、熔断器组合电器以及带电子控制单元的设备，该技术报告分别给出了建议的试验电压水平、测量注意事项和评估标准。例如，对于带有电力电子器件的软启动器和变频器用接触器，由于运行电压波形中包含高次谐波分量，建议进行额外的非正弦电压局部放电测试。四、标准关键技术要素与创新点（一）首次系统地将局部放电概念引入低压电器领域在低压开关设备和控制设备领域，该技术报告具有开创性意义。传统上，局部放电检测是高压电器（如电力变压器、气体绝缘开关柜）的专属领域，低压电器的绝缘考核主要依赖于工频耐压和冲击耐压试验。IECTR63434:2023首次在低压开关设备领域系统性地引入局部放电的概念，给出了适用于低压电器的局部放电测试和评估方法，填补了该技术领域的标准化空白。（二）考虑非正弦电压条件下的局部放电行为现代低压电器越来越多地应用于由电力电子变流器供电的场合，如变频调速系统、UPS电源系统和直流微电网等。这些应用中的电压波形往往包含丰富的谐波分量和陡波前冲击成分。IECTR63434:2023充分考虑了这些实际应用工况，提出在进行局部放电测试时，除了传统工频正弦电压外，还应考虑施加模拟实际运行条件的非正弦试验电压，以更真实地评估设备在实际应用中的绝缘性能。（三）绝缘配合理念的延伸与补充IEC60947-1中的绝缘配合条款基于电气间隙和爬电距离的尺寸确定方法，配合工频耐压和冲击耐压试验来保障绝缘性能。IECTR63434:2023将局部放电水平作为绝缘性能的一个补充量化指标，使绝缘评价从“通过/不通过”的定性判断进一步向定量评估方向发展。这一技术思路的转变有助于推动低压电器绝缘设计的精细化发展。（四）与智能化和小型化发展趋势的契合当前低压电器正朝着智能化、小型化和高功率密度方向快速发展。电子控制电路的大量引入使得设备内部存在低电压电子回路与高电压主回路并存的复杂绝缘结构。小型化设计趋势使得绝缘间距不断减小，电场集中效应加剧。IECTR63434:2023所规定的局部放电试验方法能够有效识别出设备绝缘结构的薄弱点，为优化绝缘设计、平衡小型化与高可靠性之间的矛盾提供了技术工具。五、主要起草单位介绍IECTR63434:2023的制定工作凝聚了国际电工委员会低压开关设备和控制设备技术委员会各成员国专家的智慧。在标准编制过程中，法国施耐德电气（SchneiderElectric）的技术专家发挥了突出的牵头和推动作用。施耐德电气是全球能源管理与自动化领域数字化转型的专家，在低压配电和工业自动化领域拥有超过180年的技术积淀。施耐德电气在低压开关设备领域拥有完整的产品线和深厚的技术积累，其产品涵盖塑壳断路器、空气断路器、接触器、热继电器、电动机保护器以及智能配电管理系统等众多品类。在绝缘技术研究方面，施耐德电气设有专门的材料与绝缘技术实验室，配备有先进的局部放电检测设备和高精度电场仿真工具。公司的技术专家团队长期参与IECSC121A及其工作组的工作，对低压开关设备的绝缘特性、测试方法和失效机理有深入的研究。在IECTR63434:2023的编制过程中，施耐德电气的专家贡献了其在实际产品设计和测试中积累的丰富数据，为确定试验电压水平、放电量限值等技术参数提供了重要的实证支持。同时，施耐德电气还组织了多项实验室间的比对试验（round-robintest），验证了所提出的测试方法的可重复性和可再现性，为技术报告的技术可靠性提供了有力保障。除施耐德电气外，ABB集团、西门子公司、三菱电机等国际知名电气制造商以及相关的检测认证机构也积极参与了该技术报告的编制工作，共同推动低压开关设备局部放电标准化工作的发展。六、标准实施的意义与影响（一）促进低压电器行业技术进步IECTR63434:2023的发布为低压开关设备和控制设备的绝缘设计与质量控制提供了新的技术手段。制造商可以在产品研发阶段通过局部放电测试来确定设计方案的绝缘裕度是否充足，从而在满足小型化和经济性要求的同时，确保产品的长期运行可靠性。该标准将推动低压电器行业从传统的经验设计向基于局部放电定量分析的精细化设计转变。（二）提升新能源领域的设备可靠性在光伏发电、风力发电、储能系统和电动汽车充电设施中，低压开关设备大量应用于直流回路和变频回路中。这些应用中的电压波形复杂，绝缘系统承受的电应力比传统工频交流应用更为苛刻。通过采用IECTR63434:2023推荐的局部放电测试方法，能够有效筛选出绝缘性能不足的产品，降低新能源系统中因低压电器绝缘失效引发的安全隐患和设备故障率。（三）为产品标准制修订提供技术参考该技术报告所提出的试验方法和评估准则可为IEC60947系列产品标准的相关条款制修订提供参考。在后续的标准维护工作中，各产品标准技术委员会可根据实际情况将局部放电测试要求从技术报告中的建议性内容转化为产品标准的规范性条款。这将有助于建立更加完善的低压开关设备绝缘性能评价体系。（四）推动检测认证技术能力建设随着IECTR63434:2023的发布，国内外各电器检测机构需要增强局部放电检测能力，配备相应的检测设备，培养专业检测技术人员。这有助于提升行业整体的质量保障能力和水平，促进我国低压电器检测技术向国际先进水平靠拢。七、未来展望与发展趋势（一）从技术报告向国际标准的演进随着行业对低压开关设备局部放电问题关注度的不断提高以及相关技术数据的持续积累，预计IECTR63434所规定的测试方法和技术要求将在未来条件成熟时转化为IEC国际标准。这一转化将使得局部放电要求从建议性指南上升为强制性规范，对低压开关设备的生产制造产生深远影响。（二）与设备状态监测技术的融合当前，随着物联网（IoT）和数字孪生技术在工业领域的广泛应用，低压开关设备的智能化水平不断提升。局部放电在线监测技术作为设备状态评估和预测性维护的重要工具，其重要性将日益凸显。未来，IECTR63434所定义的局部放电特征参数有望与在线监测系统相结合，实现设备绝缘状态的实时评估和预警，进一步降低设备故障风险和全生命周期维护成本。（三）直流应