IEC 60947-82021 低压开关柜和控制装置 - 第8部分内置热保护控制单元（ptc）旋转电机标准立项发展报告

低压开关柜和控制装置第8部分：内置热保护控制单元（PTC）旋转电机标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Low-voltageswitchgearandcontrolgear-Part8:Controlunitsforbuilt-inthermalprotection(PTC)forrotatingelectricalmachines摘要随着工业自动化水平的持续提升，旋转电机作为工业生产的核心动力设备，其运行安全与可靠性日益受到重视。电机过热是导致绝缘老化、绕组烧毁乃至设备故障停机的主要原因之一，而基于正温度系数（PTC）热敏电阻的内置热保护技术，因其响应灵敏、结构简单、可靠性高等优势，已成为电机热保护领域的主流技术方案。国际电工委员会（IEC）发布的IEC60947-8:2021《低压开关柜和控制装置——第8部分：内置热保护控制单元（PTC）旋转电机》是低压开关设备与控制设备领域的重要标准，为PTC热保护控制单元的设计、制造、试验和选用提供了统一的技术依据。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术演进历程、主要技术内容及其与国内标准的转化情况，重点分析了标准中规定的术语定义、分类体系、特性参数、正常工作条件、结构要求、性能要求及试验方法，并介绍了该标准主要起草单位的技术贡献。报告指出，该标准标志着电机热保护控制技术从经验设计向规范化、系统化方向迈出了关键一步，对提升电机运行安全性、促进国际贸易和技术交流具有重要的基础性支撑作用。未来，随着智能电网和工业物联网的快速发展，该标准将向数字化、智能化方向持续演进。关键词：低压开关柜；热保护控制单元；PTC热敏电阻；旋转电机；国际电工委员会；标准试验Keywords:Low-voltageswitchgear;Thermalprotectioncontrolunit;PTCthermistor;Rotatingelectricalmachines;IEC;Standardtest一、引言旋转电机广泛应用于工业驱动、发电、交通运输、家用电器等各个领域，是现代社会生产和生活不可或缺的动力装备。据统计，电机系统的用电量约占全社会总用电量的60%以上，其运行安全直接关系到生产效率、设备寿命和人身安全。在电机各类故障中，过热是最常见的故障形式之一——电机长期过载、堵转、通风不良或频繁启停均可能导致绕组温度异常升高，进而加速绝缘材料老化，严重时引发短路、起火等安全事故。为有效防范电机过热风险，工程实践中逐步发展出多种热保护技术。其中，基于正温度系数（PositiveTemperatureCoefficient,PTC）热敏电阻的内置热保护技术以其独特的优势脱颖而出：PTC热敏电阻直接嵌入电机绕组内部，能够实时感知绕组温度变化，当温度超过设定阈值时，其电阻值发生阶跃式跃变，从而驱动控制单元执行脱扣操作，实现精准、可靠的热保护。然而，在IEC60947-8标准发布之前，PTC热保护控制单元的设计与试验缺乏统一的国际标准，各制造商产品性能参差不齐，互换性和兼容性难以保证，给用户选型和系统集成带来诸多困扰。在此背景下，国际电工委员会低压开关设备和控制设备技术委员会（IEC/TC121）组织制定了IEC60947-8标准，为PTC热保护控制单元建立了统一的技术规范和评价体系。2021年发布的第三版标准（IEC60947-8:2021）在以往版本的基础上，结合技术进步和应用需求进行了全面修订，成为当前该领域最具权威性的国际标准文件。二、标准概述2.1标准基本信息IEC60947-8:2021《低压开关柜和控制装置——第8部分：内置热保护控制单元（PTC）旋转电机》由国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission,IEC）下设的IEC/TC121（低压开关设备和控制设备技术委员会）及其SC121A（低压开关设备和控制设备）分技术委员会负责制定。该标准发布日期为2021年7月28日，代替IEC60947-8:2006及其修订件，是IEC60947系列标准的重要组成部分。该标准的正式名称如下：-中文名称：低压开关柜和控制装置——第8部分：内置热保护控制单元（PTC）旋转电机-英文名称：Low-voltageswitchgearandcontrolgear-Part8:Controlunitsforbuilt-inthermalprotection(PTC)forrotatingelectricalmachines-IEC标准编号：IEC60947-8:2021-国际标准分类号（ICS）：29.130.20（低压开关装置和控制器）-标准状态：现行有效-官方语言：英语、法语2.2标准定位与适用范围IEC60947-8:2021隶属于IEC60947《低压开关设备和控制设备》系列标准，是该系列中专用于电机内置热保护控制单元的规范性文件。该标准适用于与嵌入旋转电机绕组内部的PTC热敏电阻配合使用的控制单元，这些控制单元根据PTC热敏电阻的阻值变化，执行电机的热保护功能。具体而言，该标准规定的控制单元具有以下功能特征：1.与符合IEC60751要求的PTC热敏电阻直接配合使用；2.能够检测PTC热敏电阻的阻值变化，并在阻值达到动作阈值时输出脱扣信号；3.具备自动复位功能，在电机温度降至安全范围后自动恢复；4.适用于额定电压不超过1000V交流或1500V直流的电路中。2.3标准版本沿革IEC60947-8标准自首次发布以来，经历了多次修订和完善：-第一版（2003年）：IEC60947-8:2003首次发布了关于PTC热保护控制单元的技术要求，奠定了该标准的基本框架；-第二版（2006年）：IEC60947-8:2006对第一版进行了技术修订，完善了试验方法和EMC要求，并补充了新的分类方式；-第三版（2021年）：IEC60947-8:2021为现行版本，主要变化包括：更新了规范性引用文件、引入了更严格的EMC试验要求、增加了智能型控制单元的相关规定、完善了环境适应性要求等。三、标准立项背景与市场需求分析3.1行业技术发展需求旋转电机的热保护技术经历了从双金属片式热继电器到电子式保护器、再到基于PTC热敏电阻的智能保护控制单元的演进历程。PTC热保护技术因其独特的"温度直接感知"特性，克服了传统热继电器间接模拟热效应的局限性，能够更加真实地反映电机绕组的实际温度状态。近年来，随着变频调速技术的广泛应用，电机在非正弦波供电条件下的发热特性更加复杂，传统保护方案难以满足精确保护的需求。PTC技术因其直接测量绕组温度的原理优势，在变频电机保护中展现出独特价值。与此同时，高效电机和超高效电机的推广也对热保护的精度和响应速度提出了更高要求。这些技术进步和应用需求的变化，对标准的及时修订提出了迫切要求。3.2国际贸易与标准协调需求随着经济全球化的深入发展，低压电器产品的国际贸易规模持续扩大。IEC60947-8作为电机热保护控制单元领域最重要的国际标准，在消除技术性贸易壁垒、促进产品国际流通方面发挥着不可替代的作用。世界各国在制定本国标准或区域标准时，普遍以IEC60947-8为基础进行转化或参照采用，从而实现了全球范围内技术要求的协调统一。3.3安全保障与可靠性提升需求电机过热引发的安全事故屡见不鲜，特别是在石油化工、煤炭、冶金等高危行业，电机故障可能引发严重的安全事故和巨大的经济损失。PTC热保护控制单元作为电机保护的最后一道防线，其可靠性和安全性至关重要。IEC60947-8:2021规定了严格的结构要求、性能要求和试验验证方法，确保产品在各种严酷环境下均能可靠工作，为电机安全运行提供了坚实的标准保障。四、标准主要技术内容4.1术语和定义IEC60947-8:2021对涉及的关键术语进行了明确规定，主要包括：-内置热保护控制单元：与嵌入电机绕组内的PTC热敏电阻配合使用，当绕组温度达到预定值时执行保护动作的装置；-PTC热敏电阻：具有正温度系数特性的热敏电阻元件，其电阻值在温度超过居里温度（Curietemperature）附近时急剧增大；-脱扣（Trip）：控制单元检测到PTC阻值达到动作阈值后，由闭合状态转变为断开状态的动作；-复位（Reset）：控制单元在PTC阻值恢复正常后，由断开状态自动恢复至闭合状态的动作；-动作温度（Operatingtemperature）：PTC热敏电阻阻值发生跃变时的温度值；-响应时间（Responsetime）：从PTC阻值跃变到控制单元输出脱扣信号的时间间隔。4.2分类标准根据以下维度对PTC热保护控制单元进行分类：1.按复位方式分类：-自动复位型控制单元；-手动复位型控制单元；-自动/手动可切换型控制单元。2.按输出触头形式分类：-具有常闭触头的控制单元；-具有常开触头的控制单元；-具有转换触头的控制单元。3.按安装方式分类：-独立安装式控制单元；-嵌入式安装式控制单元；-导轨安装式控制单元。4.按是否集成附加功能分类：-仅具备热保护功能的控制单元；-集成断相保护、过载保护等附加功能的控制单元。4.3特性标准规定了PTC热保护控制单元的主要电气特性和动作特性：4.3.1额定值-额定工作电压（Ue）：标准涵盖交流额定电压不超过1000V、直流额定电压不超过1500V的控制单元；-额定绝缘电压（Ui）：确定控制单元绝缘水平的名义电压值；-额定冲击耐受电压（Uimp）：控制单元在规定的试验条件下能够承受的冲击电压峰值；-额定工作电流（Ie）：在规定的使用条件下，控制单元能够承载的电流值；-额定频率：控制单元适用的电源频率范围。4.3.2动作特性标准对PTC热保护控制单元与PTC热敏电阻的配合特性作出了明确规定：-不动作电阻值：当PTC热敏电阻阻值低于规定的非触发阻值时，控制单元应保持闭合状态；-动作电阻值：当PTC热敏电阻阻值达到规定的触发阻值时，控制单元应可靠动作；-复位电阻值：控制单元复位时对应的PTC热敏电阻阻值；-动作时间：从PTC阻值达到动作阈值至控制单元触头完成切换的时间，标准规定了不同条件下的最大允许动作时间。4.4正常工作和安装条件标准对PTC热保护控制单元的正常使用环境条件作出了明确规定：-环境温度：标准环境温度为-5℃至+40℃，24小时平均温度不超过+35℃；-海拔高度：安装地点海拔不超过2000m；-相对湿度：在最高温度为+40℃时的相对湿度不超过50%，在较低温度下允许较高的相对湿度（如+20℃时允许90%）；-污染等级：标准规定了污染等级1至污染等级3的适用条件；-安装类别：标准涵盖安装类别Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的适用要求。4.5结构和性能要求4.5.1结构要求-外壳防护等级应符合IEC60529的规定；-接线端子应满足相应的电气间隙和爬电距离要求；-材料应具有足够的耐热性和阻燃性；-印刷电路板和电子元器件应符合相应的质量和可靠性要求。4.5.2性能要求-动作可靠性：在规定条件下进行10000次以上操作循环试验后，控制单元应满足规定的动作特性要求；-温度循环试验：控制单元在-5℃至+55℃温度循环后，应保持良好的电气性能和机械性能；-振动和冲击：控制单元应能承受规定严酷等级的振动和冲击试验而不发生误动作或损坏；-介电性能：应满足额定冲击耐受电压和工频耐压试验的要求；-电磁兼容性（EMC）：控制单元应满足IEC60947-1中规定的EMC要求，包括静电放电抗扰度、射频电磁场辐射抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、浪涌抗扰度等。4.6试验方法标准对验证控制单元性能的试验方法进行了详细规定，主要试验项目包括：1.型式试验：-温升试验；-介电性能试验；-动作特性试验；-耐久性试验；-EMC试验；-环境试验（低温、高温、交变湿热）；-机械试验（振动、冲击）。2.常规试验（出厂试验）：-动作特性验证；-绝缘电阻测量；-介电强度试验。标准对各试验项目的试验电路、试验参数、试验程序和合格判据均给出了明确规定，确保试验结果的重复性和可比性。五、标准编制主要参与单位5.1国际电工委员会低压开关设备和控制设备技术委员会（IEC/TC121）IEC/TC121是负责低压开关设备和控制设备领域国际标准制定的技术委员会，其秘书处最初由法国承担，自2015年起移交至德国（DKE）。TC121下设多个分技术委员会和工作组，其中SC121A负责低压开关设备和控制设备的通用规则，WGs工作组具体承担IEC60947各部分标准的维护和修订工作。IEC60947-8:2021的修订工作由SC121A下属的维护工作组（MaintenanceTeam）具体承担。该工作组汇集了来自全球主要工业国家的技术专家，包括来自德国西门子（Siemens）、法国施耐德电气（SchneiderElectric）、瑞士ABB等国际知名企业的资深工程师，以及来自各国检测认证机构的专家。5.2主要参与企业技术贡献德国西门子股份公司是该标准编制工作中最为活跃的企业之一。西门子作为全球领先的电气化、自动化和数字化企业，在低压控制设备和电机保护领域拥有百余年技术积累。其研发团队在以下方面为标准制定提供了核心技术支撑：1.PTC热敏电阻与控制单元的接口特性研究：西门子专家基于其长期从事电机保护产品研发的实践经验，为标准中PTC热敏电阻的动作阻值范围、复位阻值范围和响应时间参数的确定提供了大量试验数据和技术建议；2.智能型控制单元的功能安全设计：西门子专家推动了标准中关于带诊断功能控制单元、可通信控制单元等智能型产品的技术要求制定，使新版标准适应当前工业4.0和智能制造的发展趋势；3.EMC试验方法完善：西门子EMC实验室的技术专家为标准中电磁兼容性试验方法的修订提供了重要的试验验证数据，推动了新版标准中EMC要求与国际电磁兼容基础标准的协调统一。此外，法国施耐德电气在标准的结构框架优化方面发挥了重要作用，瑞士ABB集团在控制单元的寿命试验方法方面贡献了大量试验数据，德国魏德米勒公司则在接线端子和安装结构要求方面提供了技术建议。六、标准与国内标准的协调及实施6.1国内标准转化情况我国高度重视IEC60947-8标准在国内的转化实施工作。目前，该标准已由全国低压电器标准化技术委员会（SAC/TC189）组织转化为国家标准GB/T14048.8《低压开关设备和控制设备第8部分：旋转电机用装入式热保护（PTC）控制单元》。GB/T14048.8在技术内容上与IEC60947-8保持一致，同时结合国内使用环境条件和产业实际情况，在部分细节上进行了适当调整。我国低压电器行业在电机热保护领域经历了从机械式热继电器向电子式保护器、再到基于PTC技术的智能保护控制单元的技术跃迁。GB/T14048.8的贯彻实施，有力推动了国内PTC热保护控制单元产品的技术升级和质量提升，促进了行业健康有序发展。目前，国内主要低压电器生产企业如正泰电器、德力西电气、良信电器等均已建立了符合该标准要求的产品线和试验验证能力。6.2标准实施建议为促进IEC60947-8:2021标准在行业内的有效实施，提出以下建议：1.加快国内标准同步修订