ГОСТ IEC 60034-29-2013
Машины электрические вращающиеся. Часть 29. Эквивалентные методы нагрузки и наложения. Косвенное определение превышения температуры

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ. МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ

(МГС)

INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION

(ISC)

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ

СТАНДАРТ

МАШИНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВРАЩАЮЩИЕСЯ

Часть 29

Эквивалентные методы нагрузки и наложения Косвенное определение превышения температуры

(IEC 60034-29:2008, IDT)

Издание официальное

ГОСТ IEC

60034-29—

2013

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-2009 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные. правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1    ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ» (ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ») и Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации и сертификации в машиностроении» (ВНИИНМАШ)

2    ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстан-

дарт)

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 14 ноября 2013 г. № 44-2013)

За принятие стандарта проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004—97 Код страны по МК (ИСО 3166) 004—97 Сокращенное наименование национального органа по стандартизации Армения AM Армгосстандарт Беларусь BY Госстандарт Республики Беларусь Киргизия KG Кыргызстандарт Россия RU Росстандарт Таджикистан TJ Таджикстандарт Узбекистан uz Узстандарт

4    Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 апреля 2014 г. № 345-ст межгосударственный стандарт ГОСТ IEC 60034-29-2013 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июня 2015 г.

5    Настоящий стандарт идентичен международному стандарту IEC 60034-29:2008 Rotating electrical machines - Part 29: Equivalent loading and superposition techniques - Indirect testing to determine temperature rise (Машины электрические вращающиеся. Часть 29. Эквивалентные методы нагрузки и наложения. Косвенное определение превышения температуры).

Сведения о соответствии межгосударственных стандартов ссылочным международным стандартам приведены в дополнительном приложении ДА

Перевод с английского языка (ел).

Степень соответствия - идентичная (ЮТ).

II

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе «Национальные стандарты». а текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты» В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соотвеглсглвующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаюпкя также в информационной системе общего пользования - на официальном сайлю Федерального агенглства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

©Стандартинформ. 2014

В Российской Федерации настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

Введение

Целью настоящего стандарта является обеспечение различных косвенных методов испытаний нагрузкой для определения превышения температуры вращающихся электрических машин, в том числе асинхронных машин переменного тока, синхронных машин переменного тока и машин постоянного тока. В некоторых случаях эти методы испытаний в дополнение предоставляют средства измерения или оценки других параметров, таких как потери и вибрации, однако эти методы не предназначены специально для получения таких данных.

Представленные методы испытаний называются эквивалентными, их выбор основан только на месте расположения и типе испытуемого оборудования и машины, и требуемой точности результатов испытаний.

Настоящий стандарт не следует толковать как требование проведения любого или всех испытаний на любой машине. Выбор типа испытаний является предметом специального соглашения между изготовителем и покупателем.

Примечание - Поскольку рассматриваемые методы являются приблизительными, тепловые характеристики машин, получаемые в нормальных условиях при этих испытаниях, могут быть приняты только в качестве основы для оценки нагрева машины согласно подразделу 8 10 IEC 60034-1 по соглашению между изготовителем и покупателем

IV

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВРАЩАЮЩИЕСЯ Часть 29

Эквивалентные методы нагрузки и наложения.

Косвенное определение превышения температуры

Rotating electrical machines Part 29 Equivalent loading and superposition techniques Indirect testing to determine temperature rise

Дата введения — 2015—06—01

1    Область применения

Настоящий стандарт распространяется на рассматриваемые в IEC 60034-1 машины, когда они не могут быть подвергнуты нагрузке в специальных условиях (номинальных или друтх). Стандарт относится как к двигателям, так и к генераторам.

2    Нормативные ссылки

Для применения настоящего стандарта необходимы следующие ссылочные документы. Для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного документа, для недатированных ссылок применяют последнее издание ссылочного документа (включая все его изменения).

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

IEC 60034-1:2004 Rotating electrical machines - Part 1: Rating and performance (Машины электрические вращающиеся. Часть 1: Номинальные значения параметров и эксплуатационные характеристики)

IEC 60034-2-1 Rotating electrical machines - Part 2-1: Standard methods for determining losses and efficiency from tests (excluding machines for traction vehicles) (Машины электрические вращающиеся. Часть 2-1. Стандартные методы определения потерь и коэффициента полезного действия по испытаниям (за исключением машин для подвижного состава))

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку

3    Обозначения и единицы

Для целей настоящего стандарта применены следующие обозначения и индексы.

К - коэффициент наклона превышения температуры. КУВт.

Примечание 1- Полное наименование К - «коэффициент наклона прямой, характеризующей зависимость температуры от потерь», см IEC 60027-4. пункт 901;

Д0 - превышение температуры. К;

0 - температура. ^вС;

Р - мощность, потери. Вт;

/-ток. А;

R - сопротивление. Ом;

X- реактивное сопротивление, Ом;

Издание официальное

U- напряжение, В;

Е - эд.с. В;

(-частота. Гц;

U 2- основная/дополнительная частота. Гц;

Д/- временной интервал, с;

Т- крутящий момент. Н м;

J- момент инерции, кг-м²; cos«j) - коэффициент мощности; у - погрешность метода. %.

Примечание 2 - Определение подразумевает, что у ^> 0 означает превышение температуры испытаний большее, чем при фактических условиях нагрузки;

б г - амплитуда колебаний частоты. Гц;

X - отношение вспомогательного напряжения к главному напряжению; о - коэффициент коррекции; ю - угловая скорость, рад/с.

Индексы

т, л. о. р - условия испытаний

1.2. 3 и т. д. - компонента машины (например, обмотка статора, обмотка ротора, сердечник статора и т. д.)

Примечание 3 - Если не указано иное, цифры 1. 2. 3 используют, как описано выше

(-испытание;

(-обмотка возбуждения;

а - окружающее, см. стандартный охладитель (см. IEC 60034-1. 8.2); с - связано с постоянными потерями;

L - утечка;

N- номинальное значение;

equiv - испытание с эквивалентной нагрузкой;

super - испытание наложением.

4 Общие требования к испытаниям

Измерение электрических параметров осуществляется следующим образом

a)    Класс точности измерительных приборов должен быть не хуже 0.5.

b)    Диапазон измерений аналоговых приборов должен быть выбран таким образом, чтобы измеряемые величины были в диапазоне выше 30 % всего диапазона шкалы. Эти требования не применяются в случае измерения трехфазной мощности с помощью двух ваттметров, но значения токов и напряжений в измеряемых цепях должны быть не меньше 20 % номинальных токов и напряжений применяемых ваттметров. Диапазон других измерительных приборов следует выбирать так. чтобы ошибка измерений не увеличивалась.

c)    Форма волны и симметрия подаваемого на клеммы машины напряжения должна соответствовать требованиям раздела 7 IEC 60034-1.

d)    Должен быть измерен ток в каждой линии. При определении рабочей точки машины следует использовать среднее арифметическое значение.

Примечание - При использовании метода двух ваттметров приемлемо измерять только два тока

e)    Потребляемую трехфазной машиной мощность следует измерять либо с помощью двух однофазных ваттметров, соединенных как в методе двух ваттметров, либо одним многофазным ваттметром. либо используя три однофазных ваттметра. Показания полной мощности на ваттметре должны быть уменьшены на величину потерь I R в цепях напряжения или в токовых цепях приборов в соответствии с их соединением во всех случаях, когда эти потери составляют измеримую часть полной мощности.

Если не указано иное, все подлежащие измерению электрические величины должны быть среднеквадратичными значениями.

ГОСТ IEC 60034-29-2013

5 Метод наложения

5.1    Основные принципы

5.1.1    Общие положения

Испытания по методу наложения могут применяться на любых машинах постоянного или переменного тока. Метод включает в себя серию испытаний при рабочих условиях, отличающихся от номинальных. например при уменьшенной нагрузке, коротком замыкании, пониженном напряжении, положительной (индуктивной) или отрицательной реактивной нагрузке.

Этот метод дает возможность получить данные о превышении температуры при полной нагрузке различных компонент машины. Для каждой компоненты должны быть известны потери при каждых конкретных условиях испытаний и при полной нагрузке. Испытания машины необходимо проводить при таких же условиях охлаждения, которые существуют во время работы при номинальной нагрузке.

8 связи с этим испытания при заторможенном роторе неприемлемы, поскольку распределение и интенсивность потоков воздуха будут неправильными.

После завершения индивидуальных испытаний записывают серию уравнений, основанных на теории эквивалентной тепловой цепи, где каждое уравнение имеет следующую форму:

**т^яКиР<п*К_пР_3я*К_пР»_Я'

где Д9._т - измеренная величина превышения температуры компоненты 1 при условиях испытаний

т;

Pi_m, Р;т и т.д. - потеря в компоненте 1,2 и т. д. при условиях испытаний т;

К„. Ki: и т. д. - коэффициенты превышения температуры, определяющие превышение температуры компоненты 1 вследствие потерь в компоненте 1 и превышение температуры в компоненте 1 вследствие потерь в компоненте 2 и т. д.

Компонентами 1. 2 и 3 могут быть, например, обмотка статора, обмотка ротора и сердечник статора.

При некоторых условиях испытаний определенные потери могут быть равны нулю. и. следовательно, соответствующие члены уравнения исчезнут. Например, при использовании присвоенных выше обозначений синхронные машины имеют К-, Р- = 0 при отсутствии нагрузки и Ki₃ Р₃ = 0 при коротком замыкании.

Данный метод основан на том принципе, что коэффициенты К не изменяются от испытания к испытанию, т. е. что условия охлаждения остаются неизменными для различных испытаний, что требует использования одинаковой скорости при всех испытаниях. В данном методе применяется также принцип линейности тепловых условий, и величины превышения температуры в одном случае могут быть сложены с аналогичными величинами в другом случае. Это требует, чтобы величины потерь в соответствующих компонентах были известны с достаточной точностью в каждом случае при их определении либо расчетным способом, либо путем измерений.

После завершения испытаний и составления уравнений коэффициенты К могут быть получены путем простых арифметических действий. Затем они применяются в конечных уравнениях с использованием потерь при номинальных рабочих условиях для расчета превышения температуры компоненты 1. Аналогичным способом может быть рассчитано превышение температуры при номинальных нагрузках компонент 2. 3 и т. д.

Если потери в какой-либо компоненте зависят от температуры (например, в меди обмотки статора). то процедура расчета должна быть повторена с использованием потерь, скорректированных с учетом оценочного превышения температуры. Обычно необходимо выполнить такую итерацию только один раз. Для расчета превышения температуры обмотки, скорректированного на эталонную окружающую температуру, разработаны также уравнения в замкнутой форме.

Данный метод может быть использован для определения превышения температуры в любой компоненте при любой нагрузке, если потери при этой нагрузке известны. Коэффициенты наклона превышения температуры (Ki? и т. д.) могут быть полезны также в других тепловых модельных исследованиях. например при анализе отклика на разбаланс питания, снижение напряжения и т. д.

При всех испытаниях по методу наложения необходима коррекция на вариации характеристик теплообменника (если он установлен на машине), поскольку тепловые характеристики теплообменника будут частично зависеть от полных потерь при каждом испытании.

5.1.2    Превышение температуры

При определении значений превышения температуры частей машины в испытаниях методом наложения всегда необходимо учитывать отклонения от результатов, которые могут быть получены в

3

испытаниях при номинальной нагрузке. Значение погрешности у. %. для номинальной нагрузки определяется следующим уравнением

7 =

Где*,

ло,

^-1 -100

Примечание 1- Значение погрешности, получаемые при испытаниях методом наложения, могут быть отрицательными (превышение температуры испытаний ниже, чем при нормальной работе), или положительными (превышение температуры испытаний выше, чем при нормальной работе)

Следовательно, для сравнения со значениями превышения температуры в IEC 60034-1, результаты испытаний должны быть умножены на корректирующий коэффициент о:

Примечание 2 - При отрицательных значениях погрешности корректирующий коэффициент > 1.

5.1.3 Оценка превышения температуры по испытаниям при уменьшенной нагрузке

При выполнении оценки превышения температуры по результатам испытаний при уменьшенной нагрузке потери должны быть разделены на переменные потери (связанные с нагрузкой) и постоянные потери (связанные с сердечниками, трением и сопротивлением воздуха). При регулировке превышения температуры машина может рассматриваться как двухкомпонентная система (см. 5.1.1).

Примечание - В зависимости от корпуса и числа полюсов в машине связанное с постоянными потерями превышение температуры может быть значительным Испытания на больших машинах показали, что разделение компонент потерь позволяет улучшить согласование между оценками при уменьшенной нагрузке и реальными испытаниями при полной нагрузке

Когда испытания под нагрузкой проводят при значениях токов, отличающихся от номинальных, потери PR следует приводить к полной нагрузке в соответствии отношением квадратов токов, а сопротивление R должно быть скорректировано по температуре всей обмотки. Уравнение, приведенное ниже, описывает приведение превышения температуры к величине полной нагрузки, если не учитывать влияние постоянных потерь и потерь дополнительной нагрузки:

ДО

IN

'Ll , А»)

V

до,

235 + е,_

235 + 9., + ДО. -I Ll I -ДО

где //V - номинальный ток;

/„- измеренный ток статора;

0_а, - измеренная температура эталонного охладителя;

Д0,. - измеренное превышение температуры обмотки статора.

В тех случаях, когда часть превышения температуры обмотки, связанная с постоянными потерями. неизвестна, и полное превышение температуры принимают связанным только с потерями PR, расчетное значение превышения температуры будет слишком большим. Следовательно, данный метод может быть использован, только когда влияние постоянных потерь низкое; в большинстве случаев предпочтительны методы, отдельно учитывающие постоянные и зависящие от нагрузки потери. Испытания асинхронных машин проводят согласно 5.2.2.

Когда компоненты превышения температуры, связанные с нагрузкой при уменьшенном токе и постоянными потерями, известны, расчет полного превышения температуры можно выполнять, используя процедуру итерации, или, в качестве альтернативы, по уравнению в замкнутой форме

Пример приведен в приложении А.

ГОСТ IEC 60034-29-2013

5.2 Асинхронные двигатели

5.2.1    Применяемые испытания

Рассматриваемые методы испытания двигателя проводят при следующих рабочих режимах:

-    испытание т: пониженное напряжение, к двигателю прикладывают нагрузку, создающую номинальный ток. позволяющий получить /щ, Pi_m и Д0_1т при Un.

-    испытание п: такое же пониженное напряжение, как при испытаниях т, но без нагрузки, что позволяет получить Рщ и Л9_1п при С/„ = U_m:

-    испытание о: номинальное напряжение при отсутствии нагрузки позволяет получить /,₀. Рю и Д0-о при U₀ = U_N;

-    испытание р: номинальные напряжение и частота при пониженной нагрузке позволяют получить /_1р. Р_1р и Д01_Р при U_D = и_ы. Предпочтительно иметь /_1р не менее 70 % номинального тока статора;

-    испытание q: пониженное напряжение при наличии нагрузки на двигателе позволяет получить Р_1а и Д0_1ч при U_Q. Предпочтительно /_1q иметь не меньше 70 % номинального тока статора.

Примечание 1- Могут быть использованы пониженные значения Л в испытаниях р и q, но это увеличивает погрешность

Примечание 2 - Когда это применимо, используют Д9гг*ч Д9?п. Дв.-ч». Д9гр, Двгд для обмотки двигателя в машинах с фазным ротором

5.2.2    Метод испытаний при уменьшенном напряжении и номинальном токе

5.2.2.1 Общие положения

Данный метод требует использования питания с переменным напряжением на номинальной частоте и либо нагружающего генератора, либо тормозного оборудования с номинальными параметрами значительно ниже, чем номинальные параметры испытуемого двигателя. При каждом из испытаний т, п, о проводят измерение напряжения, тока, входной мощности и превышения температуры обмотки статора.

Д0,_т - превышение температуры обмотки статора при номинапьном токе статора, квазиноми-нальном токе ротора, потерях в железе при пониженном напряжении, полном трении и потерях на сопротивление воздуха;

Д0п - превышение температуры обмотки статора при токе статора без нагрузки и пониженном напряжении, потерях в железе при пониженном напряжении, полном трении и потерях на сопротивление воздуха;

Д0_1о - превышение температуры обмотки статора при токе статора без нагрузки при номинальном напряжении, потерях в железе при номинальном напряжении без нагрузки, потерях на трение и сопротивление воздуха.

Необходимо отметить, что для больших асинхронных двигателей возможны случаи, когда испытание m практически нецелесообразно при скольжении ниже критического; альтернативой в этом случае остается работа в области выше критического скольжения. Для измерения превышения температуры обмотки статора методом сопротивления в состоянии машины без нагрузки необходимо применять некоторые методы быстрой остановки двигателя после его выключения, или сопротивление измеряют непосредственно под нагрузкой (см. пункт 8 6 2 IEC 60034-1).

Этот метод предполагает, что охлахщение остается неизменным при каедом испытании, и подразумевает, что скорость также заметно не меняется.

Величина Д0,„ может быть определена с достаточной точностью путем использования следующего уравнения

Д01п⁼ ДвюРщ/Рю-

При применении данного соотношения можно исключить полные тепловые испытания при пониженном напряжении (испытания без нагрузки при условиях испытаний п). Это можно считать альтернативой на практике.

Погрешность определения превышения температуры находится в пределах у = ± 6 % для всех типов и номинальных параметров машин. Данный метод является предпочтительным для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, где погрешность может быть оценена с точностью у = ±3%.

Примечание 1- Когда этот метод применяется к двигателям с фазным ротором, такая же процедура может быть применена в отношении превышения температуры обмотки статора с аналогичной погрешностью При расчетах температуры обмотки ротора такую же погрешность можно ожидать при использовании методик, перечисленных в следующем пункте

5

Примечание 2-В случае двигателей с мощностью более 500 кВт. когда испытание включает в себя предварительное тепловое испытание при коротком замыкании, т. е. работа выше критического скольжения, у будет всегда положительным.

Анализ результатов испытаний может быть выполнен либо расчетным (см 5.2.2.2), либо графическим методом (см. 5.2.2.3).

5.2.2.2 Определение превышения температуры расчетным методом

Расчетный метод предполагает, что превышение температуры обмотки статора при номинальном напряжении и конкретной нагрузке является указанной ниже линейной функцией

ДО, = Л0_К + К'_и х ,,,

где ДО*,с - превышение температуры обмотки статора при номинальном напряжении и нулевом токе статора, т. е повышение, связанное с потерями в железе, трением и потерями на сопротивление воздуха;

К*,, - коэффициент наклона превышения температуры статора вследствие потерь в обмотке статора, потерь в обмотке ротора и дополнительных, связанных с нагрузкой потерь;

Р\ 1 - потери в обмотке статора при заданной нагрузке.

Члены Д0*,_с и К*,, могут быть определены в испытаниях т.лио следующим образом: Д9;_с=де,„-к,л и к;,-*

^/lm ” In

Полное превышение температуры обмотки статора при номинальном токе и напряжении рассчитывают по следующему уравнению:

Превышение температуры при полной нагрузке, скорректированное с учетом эталонной температуры охладителя, рассчитывают по следующему уравнению;

^A0l,Vc =

де; + к_и.р_ы -- ²³⁵+^e*v

^{u 1}    235    + 8, + ДО,

\-к'г_ш--!——

" "" 235 + 0 . + ДО,...

где Р,_т - потери ?R в обмотке статора при номинальном токе /,* по данным испытаний при температуре охладителя 0_а;

0_а - температура охладителя при испытаниях;

0_a,v - эталонная температура охладителя;

Д0_1т - превышение температуры обмотки статора при номинальном токе по данным испытаний при Д0_а;

235 - величина, обратная температурному коэффициенту сопротивления меди. К. Примечание 1- Более точное определение 0*v - стандартная температура эталонного охладите-

В случае асинхронных машин с фазным ротором превышение температуры обмотки ротора определяют по превышению температуры ротора в каждом испытании по формуле:

де_;лг=де_гв+(дв_2о-де_2п .

Примечание 2 - Разница значений превышения температуры Д0?_о и ДО*, обычно пренебрежимо

мала

5 2 2.3 Определение превышения температуры графическим методом

6