IEC 61558-2-22022 EXV 变压器、电抗器、电源装置及其组合的安全.第2-2部分控制变压器和包含控制变压器的电源装置的特殊要求和试验标准立项发展报告

控制变压器及含有控制变压器的电源装置安全标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:SafetyofTransformers,Reactors,PowerSupplyUnitsandCombinationsThereof—Part2-2:ParticularRequirementsandTestsforControlTransformersandPowerSupplyUnitsIncorporatingControlTransformers摘要关键词：控制变压器；电源装置；安全标准；IEC61558；特殊要求和试验；型式试验；电气安全AbstractAsthecorevoltageconversioncomponentinindustrialcontrolcircuits,electricaldrivesystems,andautomationequipment,thesafetyandreliabilityofcontroltransformersaredirectlyrelatedtothestableoperationoftheentirecontrolsystemandthepersonalsafetyofoperators.Withtherapiddevelopmentofpowerelectronicstechnology,intelligentmanufacturingequipment,andrenewableenergysystems,theapplicationscenariosofcontroltransformerscontinuetoexpand,placinghigherdemandsonkeysafetyindicatorssuchasinsulationperformance,thermalenduranceclass,short-circuitwithstandcapability,andelectromagneticcompatibility.Toadapttotechnologicaladvancementsandmaintainsynchronizedupdateswiththeinternationalsafetystandardsystemforlow-voltageelectricalinstallations,IEC61558-2-2:2022EXVwasofficiallypublishedinOctober2022.Thisreportsystematicallyreviewsthebackground,technicalcontentframework,majorrevisionpointsofthestandard,anditssupportingrelationshipwiththegeneralrequirementsofIEC61558-1:2017,withafocusonanalyzingthetechnicalcharacteristicsofthestandardinaspectssuchasinsulationmaterialclassassessment,abnormaloperatingconditionprotection,temperatureriselimitsettings,andtypetestitems.ThereportalsointroducesthemainparticipatingorganizationsinthestandarddevelopmentandanalyzestheimpactofthisstandardontherevisionofnationalandindustrystandardsforcontroltransformersinChina,productsafetycertification,andresponsetotechnicalbarrierstointernationaltrade.Thepublicationandimplementationofthisstandardwillfurtherenhancethesafetylevelandinternationalmutualrecognitionofcontroltransformerproducts,providingsolidtechnicalsupportforthehigh-qualitydevelopmentofindustrialautomationandintelligentequipmentindustries.Keywords:controltransformers;powersupplyunits;safetystandards;IEC61558;particularrequirementsandtests;typetests;electricalsafety1引言1.1研究背景控制变压器是工业自动化控制系统、机床电气设备、继电保护装置及信号控制回路中不可或缺的电压变换部件，其主要功能是将供电网络电压转换为控制系统所需的较低安全电压，实现控制回路与主回路之间的电气隔离。随着智能制造、工业互联网及新能源装备的迅速发展，控制变压器的应用范围已从传统的工业控制柜扩展至光伏逆变器、储能系统、充电设施及智能楼宇控制等新兴领域。与此同时，控制变压器的运行环境日趋复杂，谐波污染、瞬态过电压及高温高湿等恶劣工况对其安全性能提出了更加严苛的挑战。在经济全球化深入发展的背景下，技术标准已成为国际贸易中重要的制度性基础设施。控制变压器作为广泛应用于各类电气设备中的通用元器件，其安全标准的国际协调一致对于消除贸易技术壁垒、促进产品国际流通具有关键意义。IEC61558系列标准作为国际电工委员会低压变压器安全领域的核心标准体系，在全球范围内被广泛采纳为强制性认证的依据。1.2标准基本信息IEC61558-2-2:2022EXV是国际电工委员会（IEC）于2022年10月19日正式发布的关于控制变压器及含有控制变压器的电源装置的特殊安全要求标准。该标准隶属于IEC61558《变压器、电抗器、电源装置及其组合的安全》系列标准框架之下，是IEC61558-1:2017《通用要求和试验》的专用部分标准。标准全文为英文版本，以电子版加密PDF格式发行，采用EXV（ExtendedVersion）版本形式，包含标准正文及常见问题解答等补充内容。1.3标准的定位与作用在IEC61558系列标准体系中，第1部分规定了变压器产品的通用安全要求，而各分部分标准则针对不同类型的变压器或电源装置规定了特殊要求和相应的试验方法。IEC61558-2-2作为体系中的第2-2部分，专门针对控制变压器及其组合电源装置制定差异化技术要求，有效避免了"一刀切"式安全要求对特定产品适用性不足的问题。该标准的发布和实施为全球化生产和使用控制变压器的制造商、检测认证机构、市场监督管理部门及应用单位提供了统一的技术依据，促进了国际间技术法规的协调一致，有助于降低产品的合规成本和市场准入难度。2标准立项背景2.1技术发展需求近年来，控制变压器产品的技术形态和应用场景发生了显著变化。一方面，高性能电工钢带、非晶合金及纳米晶等新型磁性材料的推广应用，使得控制变压器的体积和损耗持续降低，但同时对其绝缘系统的耐热性能和局部放电特性提出了更高要求。另一方面，以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为代表的宽禁带半导体器件在电源装置中的广泛应用，使得含有控制变压器的电源装置的工作频率和电压应力显著提升，传统的安全设计和试验方法已不能完全覆盖新型产品的安全风险。在工业应用层面，随着工业4.0和智能制造的深入推进，控制变压器作为工业控制系统的关键元器件，其安全可靠运行的重要性日益突出。控制系统的故障可能导致整个生产线停机，甚至在特定工况下引发安全事故。因此，有必要对控制变压器的安全标准进行及时修订，以反映技术进步的最新成果，确保标准要求与技术发展水平相适应。2.2标准体系完善需要IEC61558-1:2017作为系列标准的基础文件，于2017年完成了重大技术修订。该版本在绝缘配合、温升限值、故障状态试验方法等方面引入了大量技术更新。为确保系列标准各部分之间的技术协调一致性，IEC/TC96（变压器、电抗器、电源装置及其组合技术委员会）决定对IEC61558-2-2:2010版本进行同步修订，以使其中的特殊要求和试验方法与新版通用要求相适应。2.3国际法规环境变化在国际贸易技术法规层面，欧盟《低压指令》（LowVoltageDirective,2014/35/EU）及IECEECB体系对IEC61558系列标准的引用的更新需求，也是推动本次标准修订的重要外部驱动力。世界各国对进入本国市场的电气产品安全要求日趋严格，国际标准的及时更新有助于各成员国在相同技术平台上开展合格评定活动，减少重复检测，提高贸易效率。3标准主要内容分析3.1标准的适用范围IEC61558-2-2:2022EXV明确规定了控制变压器及含有控制变压器的电源装置的安全要求和试验方法。该标准适用于以下范围：（1）在电气装置控制回路中使用的单相或多相控制变压器，其额定电源电压不超过交流1000V，额定电源频率不超过500Hz（扩展频率范围至1MHz详见特定条款）；（2）含有控制变压器的电源装置，包括开关型电源装置（SMPS）中用作隔离和电压变换的控制变压器部件；（3）内置于控制设备中的控制变压器以及独立安装的控制变压器。需要特别说明的是，该标准与IEC61558-1:2017配套使用。通用部分规定的所有条款在适用时均作为本部分的基准确则，而本部分中的专用条款则对通用要求进行补充、替代或修改。3.2技术要求框架3.2.1一般要求标准规定控制变压器在设计、结构及制造工艺上应保证在正常使用条件下满足安全要求，不应由于电气、机械或热应力而导致对用户或周围环境产生危害。该部分遵循IEC61558-1中确立的一般原则，同时结合控制变压器的实际使用工况，明确了在额定负载及规定的过载条件下运行的安全裕度。3.2.2绝缘要求绝缘系统是控制变压器安全设计的核心要素。IEC61558-2-2:2022EXV根据控制变压器实际使用中可能出现的过电压类别（OvervoltageCategory）和污染等级（PollutionDegree），细化了对电气间隙、爬电距离和固体绝缘穿通距离的尺寸要求。同时，标准加强了对手工绕制、多层绝缘导线、三重绝缘线（TJW）等典型绝缘结构方式的适用性要求。在绝缘材料的耐热等级方面，标准明确要求控制变压器的绝缘系统应具备与其预期工作温度相适应的耐热能力。对于使用不低于130级（B级）及以上耐热等级绝缘材料的绕组进行了更详细的耐热性评定规则说明。此外，标准还纳入了对绝缘系统在潮湿环境下的绝缘电阻和介电强度要求，以确保产品在热带及湿热环境中的安全使用。3.2.3温升限值控制变压器的温升限值直接关系到绝缘材料的使用寿命和产品的安全可靠性。IEC61558-2-2:2022EXV在IEC61558-1温升限值框架之下，结合控制变压器独特的负载特性（负载率相对较低但短时过载倍数较高），对绕组的温升试验条件进行了针对性规定。标准将控制变压器的运行工况分为连续额定负载和短时额定负载两种类型，分别规定了不同的温升试验持续时间和允许温升限值。同时，引入绕组电阻法测量温升为基准方法，并对热电偶法在特定结构（如多层绕组、铝绕组等）中的适用性作了限定。对于含有电子元器件的电源装置，标准还增加了对磁性元件邻近区域内半导体器件壳体温度的要求。3.2.4短路耐受能力控制变压器应具备在输出端短路或过载时保障使用者安全的能力。IEC61558-2-2:2022EXV规定，控制变压器在不发生起火、电击等危险的情况下应能承受短路状态。标准详细规定了短路试验的电路条件、保护装置（如热熔断器、温度控制器或熔断器）的选择和使用要求，以及试验后绕组和端子变形的允许程度。与上一版本相比，本版标准结合了带有电子保护线路的控制变压器日益普及的实际情况，在短路保护方面增加了对电子保护线路可靠性评估的要求，包括保护线路单一故障条件下的安全性验证。这一变化体现了标准对主动保护技术的认可与规范。3.2.5机械强度与结构要求标准对控制变压器的机械结构安全提出了明确规定，包括外壳的冲击强度、安装固定装置的可靠性、接线端子的机械和电气稳定性等方面。对于IP防护等级大于IP20的控制变压器，标准引用IEC60529的相关要求，规定了相应的防护等级试验方法。3.2.6异常工作状态下的安全要求考虑到控制变压器在实际应用中可能遇到的异常工况（如输入电压异常升高、负载短路、冷却条件恶化、频率偏差等），IEC61558-2-2:2022EXV对异常工作状态下的安全性提出了系统性的试验验证要求。标准要求控制变压器在模拟上述异常条件下不应产生火焰蔓延、有害气体释放、熔融金属喷溅等危险现象。3.3试验方法IEC61558-2-2:2022EXV的试验体系严格遵循"型式试验+例行试验"的双层结构。型式试验部分包括：介电强度试验、绝缘电阻测量、空载试验、负载试验、温升试验、短路试验、机械强度试验、防护等级验证试验、异常工作状态试验、元器件故障模拟试验及电磁兼容性（如适用）相关试验。标准对这些试验的试验条件、试验设备精度要求、试验程序、合格判定准则及试验报告格式均做了明确规定。例行试验部分则规定了每台产品出厂前应进行的介电强度试验和空载电流/空载损耗测量的具体方法，以确保批量生产的产品质量一致性。3.4与上一版本的主要技术差异IEC61558-2-2:2022EXV相对于IEC61558-2-2:2010版本，在下列关键技术内容上做出了显著修改：（1）结构框架全面更新：按照IEC61558-1:2017的新版结构和条款编号进行了全面对应调整，使分标准与通用标准的条款对应关系更加清晰。（2）扩展频率范围：将控制变压器的适用频率范围从50/60Hz扩展至包括400Hz航空应用频率和最高达1MHz的高频开关电源应用场景，分别规定了相应的特殊要求和试验方法。（3）引入绝缘系统概念：强化了对绝缘系统整体性能（而非仅单一绝缘材料）的评定方法要求，与IEC60085（电气绝缘的热评价与分级）的基本原则实现一致化。（4）风冷条件规范化：对自然冷却、强制风冷和液体冷却等不同冷却方式下控制变压器的额定容量修正和温升试验条件进行了规范。（5）增加EMC相关要求：针对含有电子线路的控制变压器电源装置，明确了需同时满足IEC61558-1中电磁兼容相关条款及适用的EMC产品标准要求。3.5标准的配套关系IEC61558-2-2:2022EXV的实施需要与下列标准配合使用：-IEC61558-1:2017（通用要求和试验）-IEC60085（电气绝缘的热评价和分级）-IEC60529（外壳防护等级）-IEC60664-1（低压系统内设备的绝缘配合）-IEC61000系列（电磁兼容性）上述标准共同构成了完整的标准技术链条，确保了从绝缘设计、结构防护到EMC性能的全方位安全管控。4标准制修订主要参与单位介绍4.1国际电工委员会第96技术委员会（IEC/TC96）IEC61558-2-2:2022EXV由国际电工委员会第96技术委员会（IEC/TC96—Transformers,Reactors,PowerSupplyUnitsandCombinationsThereof）归口管理并负责制修订工作。IEC/TC96成立于1953年，是IEC内部专门从事变压器、电抗器及电源装置安全标准化工作的技术委员会，其秘书处最初由法国承担，后于2005年起由德国国家委员会（DKE）接任。IEC/TC96的职责范围涵盖民用和工业用低压变压器、电抗器、开关型电源装置及其组合产品的安全标准化工作，但不包括IEC/TC14（电力变压器）和IEC/TC38（互感器）等相邻技术委员会管辖范围内的大型电力变压器和测量用互感器。其标准适用范围覆盖额定电压不超过交流1100V或直流1500V的产品类别。IEC/TC96由若干工作组（WorkingGroup）和维护组（MaintenanceTeam）构成。其中，负责IEC61558-2-2修订工作的主要是WG-1（通用要求和试验）以及MT-2（分部分标准维护组）。WG-1负责对IEC61558-1通用要求部分的技术维护和修订，而MT-2则具体承担包括第2-2部分在内的各分部分标准的周期性维护和更新工作。在IEC61558-2-2:2022EXV的制修订过程中，来自德国、中国、日本、美国、法国、韩国、瑞典等国家的注册专家积极参与了草案讨论和技术评审工作。各成员国的国家委员会通过"六个月文件"（CDV）和"最终国际标准草案"（FDIS）等正式投票程序对标准文本进行了多轮审议。中国国家委员会（SAC）由上海电气科学研究所等国内标准化技术机构派出专家代表参与，就绝缘配合、温升试验方法等关键技术议题提出了建设性意见，多项建议被标准编制组采纳。4.2中国对口单位在全国专业标准化技术委员会体系内，控制变压器安全标准的国内技术对