МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ

(МГС)

INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION

(ISC)

ГОСТ

IEC 60664-4— 2017

КООРДИНАЦИЯ ИЗОЛЯЦИИ ДЛЯ ОБОРУДОВАНИЯ НИЗКОВОЛЬТНЫХ СИСТЕМ

Часть 4

Анализ высокочастотного напряжения

(IEC 60664-4:2005, ЮТ)

Издание официальное

Москва

Стандартмнформ

2018

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-2015 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-2015 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные. правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия. обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1    ПОДГОТОВЛЕН Автономной некоммерческой организацией «НТЦ «Энергия» на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 5

2    ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3    ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 30 ноября 2017 г. № 52)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны no МК (ИСО 3166)004—97 Код страны по МК (ИСО 3166) 004—97 Сокращенное наименование национального органа по стандартизации Армения AM Минэкономики Республики Армения Беларусь BY Госстандарт Республики Беларусь Киргизия KG Кыргызстандарт Россия RU Росстандарт Узбекистан uz Узстандарт

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 9 ноября 2018 г. № 968-ст межгосударственный стандарт ГОСТ IEC 60664-4-2017 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июня 2019 г.

5    Настоящий стандарт идентичен международному стандарту IEC 60664-4:2005 «Координация изоляции для оборудования низковольтных систем. Часть 4. Анализ высокочастотного напряжения» («Insulation coordination for equipment within low-voltage system — Part 4: Consideration high-frequency voltage stress». IDT).

Международный стандарт разработан Международной электротехнической комиссией (IEC).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

6    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

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 соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (w\‘/w gost.ru)

©Стандартинформ. оформление. 2018

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

d. мм

+ — 100 *Г, измережые значения ♦    — 100 «Г. для МЗЭНЭЧ0М4Я размеров *    — 1 МГц. измеренные значения •    — 1 МГц. для назначения размеров X — 3 МГц. измеренные значения 0 — 3 МГц, для назначения размером

d—расстояния утечки

Рисунок 2 — Размеры расстояний утечки, исключающие случаи ЧП (расстояния утечки не менее 1 мм) или пробоев (расстояния утечки менее 1 мм)

6 Твердая изоляция

6.1 Основной анализ

В сравнении с изоляционными промежутками в воздушной среде твердая изоляция может обеспечить диэлектрическую прочность, по крайней мере при одинаково высокой напряженности. Однако на практике высокая напряженность поля для твердой изоляции применяется редко.

Примечание — Технически надежность стойкости к деградации и окончательному пробою твердой изоляции обеспечивается применением более низких значений напряженности поля, что далее детально изложено в разделе С.1 приложения С.

6.2 Влияющие факторы

Для частоты 1 МГц напряженность поля кратковременного пробоя должна быть на 10 % ниже значения для силовой частоты Напряженность поля пробоя не должна достигать нижнего предела, имеющегося при частоте выше значения 100 МГц.

Примечание — Характеристика пробоя при высокой частоте представлена в разделе С 2 приложения С.

Диэлектрическая прочность твердой изоляции в основном, и особенно при высокочастотном напряжении, должна далее снижаться под влиянием влажности и температуры. Эти влияния учитываются в зависимости от условий перед испытаниями в соответствии с 7.3.

В соответствии с этими характеристиками твердой изоляции, которая применяется в высокочастотных установках, не должно быть длительного воздействия условий влажности выше 92 % относительной влажности. Некоторые материалы, такие как стекло и некоторые виды керамики, не подвержены воздействию влажности и. следовательно, не требуют ограничения предела влажности значением

Диэлектрическая прочность твердой изоляции функционально зависит от толщины материала. Очень тонкие пленки могут иметь диэлектрическую прочность, которая может быть на порядок выше, чем у испытательного образца толщиной 0,75 мм. Так различные размеры соответствующей толщины твердой изоляции выбираются, исходя из имеющейся зависимости прочности изоляции от толщины изоляции.

Влияние температуры на напряжение пробоя может быть прослежено в разделе С.2 приложения С. Таким образом, температура является важным влияющим фактором, который должен учитываться для определения размеров и при испытаниях.

Частные пробои при высокочастотных напряжениях должны иметь импульсные частотные повторения, зависящие от частоты напряжения. Следовательно, нет приемлемого планируемого жизненного цикла твердой изоляции при наличии частных пробоев.

6.3 Определение размеров твердой изоляции

Взамен высокочастотных испытаний в соответствии с разделом 7 может быть применен следующий метод определения размеров. Он применим для максимальной частоты напряжения 10 МГц, если напряженность поля приблизительно однородна, нет выбросов специфичных напряжений, соответствующих формуле (3) или рисунку 3 соответственно, и нет пустот или воздушных полостей, имеющихся между твердой изоляцией. Если эти условия полностью не удовлетворяются, требуется проведение высокочастотных испытаний в соответствии с разделом 7.

Определение размеров применяют, если электрическое поле приблизительно однородно (см. примечание). Для толстых слоев твердой изоляции с г/, > 0,75 мм пиковое значение напряженности поля Е должно быть не более 2 кВ/мм. Для тонких слоев твердой изоляции с d_y £ 30 мкм пиковое значение напряженности поля Е должно быть не более 10 кВ/мм. Для вычислений промежуточных значений толщин с/, > d> d₂ должна применяться формула (3) (см. также рисунок 3).

(3)

Примечание — В данном контексте электрическое поле является приблизительно однородным, если различие значений напряженности поля не превышает ± 20 %.

Применение напряженности поля для определения размеров твердой изоляции требует установления приблизительно однородного поля без наличия пустот или воздушных полостей внутри. Требуется проведение испытания на диэлектрическую стойкость или испытания на частичный пробой при высокочастотном напряжении, если напряженность поля не может быть вычислена (так как поле неоднородно). или пиковые значения выше полученных из формулы (3) или из графика рисунка 3 соответственно, или не исключено наличие пустот или воздушных полостей, или для высокой частоты, такой как 10 МГц. Первым применяется кратковременное воздействие, вторым — длительное воздействие в соответствии с IEC 60664-1, п. 3.3.3.2.2.

Е, кВ/мм

Рисунок 3 — Допустимые напряженности поля для определения размеров твердой изоляции в соответствии с формулой (3)

7 Высокочастотные испытания

7.1    Основные требования

Следующие испытания проводятся при частоте прикладываемого напряжения:

-    проверка кратковременной устойчивости для воздушных зазоров и через твердую изоляцию приложением испытательного высокочастотного напряжения;

-    проверка того, что отсутствуют частные пробои в условиях стабильного высокочастотного напряжения установки.

При ожидаемо большой емкостной нагрузке при высокой частоте высокочастотное испытание первоначально применяется к компонентам и сборкам Если требуется соответствующее высоковольтное испытание комплектного оборудования, данное испытание должно проводиться в соответствии с IEC 60664-1, п. 4.1.2 при напряжении промышленной частоты.

7.2    Испытательное напряжение источника

Испытательное напряжение источника указано в разделе D.1 приложения D.

7.3    Единство условий

Если нет иных указаний технических комитетов, испытание должно быть проведено на новом испытательном образце. Условия температурной и влажностной подготовки образца состоят из:

-    создания условий, наиболее приближенных к нормальным условиям применения;

-    выявления возможных погрешностей, которые не представлены в новых условиях.

Метод создания единых условий, представленный в IEC 60664-1, п. 4.1.2.1. также приемлем и для высокочастотного испытания.

7.4    Испытание высокочастотного пробоя

7.4.1    Метод испытания

На высокочастотную диэлектрическую прочность оказывают влияние температура оборудования (аппарата) и условия окружающей среды. Следовательно, испытание должно проводиться в условиях, наиболее приближенных к нормальным условиям применения, включая превышения температуры, возникающие при нормальном применении оборудования. Длительность испытания — 1 мин.

7.4.2    Результат испытания

Не должно быть пробоев во время проведения испытания. После испытания не должно быть видимых повреждений (тления, следов прожига и т. п.).

7.5    Испытания высокочастотного частичного пробоя

7.5.1    Основной анализ

Основные методы испытаний высокочастотного частичного пробоя изложены в IEC 60270. Для испытаний ЧП пробоя низковольтного оборудования применимы IEC 60664-1, п. 4.1.2.4 и IEC 60664-1, приложение С, но для испытаний при высокочастотном напряжении изменяются требования к испытательному оборудованию и методам испытаний, что оговорено в настоящем стандарте.

В порядке минимизации риска разрушения испытательного образца испытания на ЧП должны выполняться по жестким процедурам с точными измерениями и с испытательным напряжением уровня начального напряжения частичного пробоя. Для критериев оценки пробоя должны быть заданы нижние уровни ЧП. нормально ниже 10 пс. Если заданное напряжение интенсивного ЧП может быть указано с предельными допусками и подвержено влиянию соответствующими параметрами, такими как температура и влажность, которые не оговорены в процессе испытаний, напряжение интенсивного ЧП может включать коэффициент безопасности F_y, равный 1,2 — кратным значениям наибольших периодических пиковых напряжений (см. IEC 60664-1, п. 4.1.2.4). Для усиленной изоляции необходима оценка более жестких рисков, и для напряжения интенсивного ЧП требуется соответствующий коэффициент безопасности F, = 1,25 (см. IEC 60664-1. п. 4.1.2.4).

ЧП-испытание первоначально применяется к компонентам, но возможно и испытание оборудования. В этом случае локализация источника ЧП затруднена и измерение амплитуды напряжения ЧП должно быть функционально заложено внутри аппаратов. Во время типовых испытаний испытание ЧП должно подтверждать свойства изоляционной системы конструкции, правильность выбора изоляционных материалов и правильность процедур изготовления. Такие испытания также необходимы в процессе разработки изделий. Полнота процесса производства должна подтвержцаться отбором образцов и контрольными испытаниями, что является важной основой гарантии качества.

При высокочастотных испытаниях напряжением требуется полное экранирование испытательной системы для исключения влияния находящихся в окружении других электронных устройств. Такая мера экранирования главным образом важна с точки зрения уровня влияния во время измерений ЧП.

7.5.2    Метод испытания

В условиях высокого риска повреждения испытываемого образца при высокочастотном испытании подъем уровня напряжения должен быть высоким, по возможности без случаев выхода испытательного напряжения за его пределы. В основном уровень помехи во время испытания высокочастотного частичного пробоя должен быть существенно выше, чем при испытании частотой силового источника.

7.5.3    Испытательное оборудование

Измерение частичного пробоя при высокочастотном напряжении является более сложным, так как испытательное напряжение и регистрация частичного пробоя имеют наложение частотного спектра, которое требует присущих методов разделения (фильтрации). Если частота испытательного напряжения может намного превысить границы спектра, требуется применение частотного полосового фильтра. Центр частоты этого фильтра должен находиться на частоте испытательного напряжения. Это еще более сложно для отделения гармоник несинусоидального испытательного напряжения из сигнала частичного пробоя; следовательно, такие испытания не рекомендованы для целей настоящего стандарта. Для измерения интенсивности частичного пробоя применяются цифровые запоминающие осциллографы совместно с ограничивающими фильтрами для подавления высокочастотного испытательного напряжения.

Примеры частных пробоев испытательных цепей высокочастотным испытательным напряжением приведены в приложении D. Регистрация частных пробоев производится цифровыми интеграторами цифровых запоминающих осциллографов с высокими характеристиками.

7.5.4    Испытательная цепь

Измерение ЧП производится регистрацией тока ЧП. Для этой цели измерительный импеданс R_m последовательно соединяют с испытываемым образцом. Напряжение, приложенное к этому импедансу, 10

7.5.6.2 Влияние конденсатора связи на переходные характеристики

Влияние величины С_к конденсатора связи (переходного конденсатора) на переходные характеристики испытательной цепи, оцененное в D.2.2.3.4 [5] приложения D. очевидно демонстрирует, что это влияние очень велико и что малая емкость конденсатора, сравнимая с емкостью испытательного образца С₃. неприемлема.

Переходные конденсаторы малой емкости снижают уровень измеряемого сигнала, что должно учитываться в процессе калибровки. Однако чувствительность цепи испытания ЧП также должна быть снижена. Другой проблемой является выделение измеряемого сигнала при применении переходного конденсатора малой емкости. Из D.2.2.3.4 приложения D очевидно, что минимальная емкость С_к = С₃. Возможно, что емкость должна быть С_к 2 10С₃.

Необходимое значение емкости переходного конденсатора больше этого значения, и это значение требуется для апериодической зависимости испытательной цепи (см. 7.5.6.1. формула (5)).

7.6 Примеры результатов испытаний

Для низковольтного оборудования должно быть испытано множество компонентов с применением высокочастотного напряжения. Большинство данных — собственные. Некоторые основные результаты представлены в приложении D.3.

8 Несинусоидальные напряжения

8.1    Основной анализ

Настоящий стандарт рассматривает и учитывает влияние синусоидального высокочастотного напряжения на определение размеров и испытания изоляции. Практически во многих случаях реально воздействующее стрессовое напряжение далеко от синусоидальной формы. Периодические пульсации с резко меняющейся формой волны могут встречаться во многих электроустановках.

В этом случае требуется анализ гармонических составляющих импульса и определения соответствующей ему синусоидальной частоты.

Следующие рассуждения не принимают во внимание эффект, производимый формой волны напряжения. приложенного к изоляции.

8.2    Периодическое импульсное напряжение

Пример такого напряжения приведен на рисунке 4

8.3    Анализ гармонических составляющих

В разделе Е.2 приложения Е приведен анализ гармонических составляющих периодических импульсных напряжений с различной формой волны. Во всех случаях доминирует спектр основной волны. Соотношение основной и наиболее важной 3-й гармоники не изменяется при перегрузке. Это также верно для сильных колебаний, которые накладываются друг на друга.

Повторяющееся пиковоо значение

Вследствие этого кажется возможным определение размеров и испытание воздушных зазоров, расстояний утечки и твердой изоляции для основной частоты импульсного напряжения. Таким образом, пиковое значение несинусоидального напряжения рассматривается в связи с оценкой установленной амплитуды основной волны к этому пиковому значению.

8.4 Процедура определения размеров и испытания

Для определения размеров воздушных зазоров важными являются пиковое значение несинусоидального напряжения и частота повторения пиков напряжения. Воздушные зазоры должны быть спроектированы. как для синусоидального напряжения с одинаковыми пиковым значением и частотой. Если положительные и отрицательные пиковые значения различны, принимается ббльшее из значений.

Для расстояний утечки применяют общий подход, так как частные пробои и пробои обладают одинаковыми факторами для определения размеров.

Для определения размеров твердой изоляции, как уже установлено в 6.3. требуются в основном высоковольтные испытания при высокочастотном напряжении. Из анализа гармонических составляющих. приведенного в 8.3. амплитуда основной частоты значительно больше 3-й гармоники для плоской формы волны с большими периодическими всплесками. Таким образом, амплитуда синусоидального испытательного напряжения должна соотноситься с пиковым значением оригинальной формы волны или с амплитудой первой гармоники, что больше.

Это повышение испытательного напряжения, как отнесенное к амплитуде основной волны, учитывает влияние высших гармоник, которое не оговаривается в процессе испытания.

В случае наличия максимальной частоты напряжения 10 МГц. если напряженность электрического поля примерно равномерна и нет пустот или воздушных полостей, имеющихся между твердой изоляцией. взамен испытаний может быть применена процедура определения размеров, описанная в 6.3.

Приложение А (справочное)

Изоляционные характеристики воздушных зазоров при высокочастотном напряжении А.1 Основная информация о пробоях воздушных зазоров

Пробои воздушных зазоров обычно происходят менее чем за 1 мкс С учетом такой временной шкалы напряжение промышленной частоты имеет исключительно постоянную амплитуду Для примера, при частоте 50 Гц за 1 мкс амплитуда остается на уровне 99 % своего пикового значения Вследствие этого в течение развития предпосылок пробоя пробой инициирует пиковое значение напряжения Для воздушных зазоров в рамках целей настоящего стандарта это результат идентификации переменного напряжения (пиковое значение) и постоянного напряжения пробоя

У более высоких частот снижение напряжения от его пикового значения и даже изменение полярности должно быть учтено в связи с развитием пробоя Этот эффект позволяет повышать напряжение пробоя

Далее эффект ионизации (который исключительно позитивен), происходящий в течение начала пробоя, не должен рассматриваться Эта ионизация происходит на гребне полуволны, и это исключительно достаточное время для переноса на электроды в течение дальнейшей части полуволны В то же время при больших зазорах или при высокой частоте полярность может поменяться до ионизации, исходящей из воздушного зазора Это может проявляться в искажении электрического поля и может снижать напряжение пробоя Средняя скорость v ионизации составляет приблизительно (1)

v = 6 lO²^    (А    1)

для давления воздуха 1 бар В течение интервала времени между гребнем волны и нулевым значением (пересечение линии волной) ионизация проходит следующее расстояние s [2)

что составляет 1.91 м для частоты 50 Гц Следовательно, при промышленной частоте данный аспект может быть важен только для очень больших воздушных зазоров Однако если частота приближается к диапазону, превышающему килогерцы, для малых воздушных зазоров этот эффект становится важным

Наложение обоих эффектов представлено результатом в типичной кривой, которая показывает минимум напряжения пробоя для определенной частоты в районе значения 3 МГц

А.2 Экспериментальные значения

А.2.1 Распределение однородного и приблизительно однородного поля

Для воздушных зазоров в распределенном однородном поле значение напряжения пробоя U_b представлено на графиках рисунка А 1 [3] Для частот в диапазоне 25 МГц напряжение пробоя приблизительно одинаково со значение для 50 Гц График также демонстрирует, что значение воздушного зазора является важным параметром с учетом его свойств

С учетом применения представленных частот уровень начинающегося снижения напряжения пробоя с ростом частоты представляет большой интерес Этот уровень частоты порядка 3 МГц более детально показан на графиках рисунка А.2 (4). Эти данные важны для целей настоящего стандарта

Как вывод, для условий однородного поля максимальное снижение напряжения пробоя и_ь— на 20 % ниже значения этого напряжения при частоте 50/60 Гц. Критическая частота /'_crt, от которой происходит снижение напряжения пробоя [2] для значения давления воздуха 1 бар. зависит от значения воздушного зазора в следующем порядке

и$Ь-    <*³>

Как можно видеть из дополнительной кривой согласно формуле (АЗ) в рисунке А.2. это есть некоторое отклонение между имеющимися экспериментальными данными и критической частотой, полученной из формулы (А З) Если экспериментальные данные неполные и их точность неизвестна, для целей определения размеров должна применяться формула (АЗ).

Ub (пиковое значение), кВ

t, кГц • — d = 0.5 мм + -d« 1.0мм * - d = 1.5 мм □ —<#=2.0 мм X — d = 2.5 мм ♦ — d = 3.0 мм ▲ -d = 3.5 мм • — d = 4.0 мм

U_b — напряжение пробоя, d — воздушный зазор

Рисунок А 1 — Пробой в однородном поле при высокой частоте в воздушной среде при атмосферном давлении.

диапазон частот 50 Гц — 24 МГц (3)

Ub (пиковое значение). кВ

+ — </ = 0.5 мм    * - </ = 1.0мм    □    — 4> 1,5мм X — <7 = 2.0мм    ♦ — </= 2,5 мм    А    - </ = 3.0мм • —£/=3.5 мм    ▼—</=4.0 мм    0    — «/ = 4.5 мм ■ — </ * 5,0 мм    ^ — Формула А.З

Ц, — напряжение пробоя, (/—воздушный зазор

Рисунок А.2 — Пробой в однородном поле при высокой частоте в воздушной среде при атмосферном давлении.

диапазон частот 50 Гц — 2.5 МГц (4]

Содержание

1    Область применения..................................................................1

2    Нормативные ссылки..................................................................2

3    Термины и определения...............................................................2

4    Воздушные зазоры (изоляционные промежутки)...........................................2

4.1    Главные условия..................................................................2

4.2    Основная информация.............................................................3

4.3    Однородные или приблизительно однородные поля....................................3

4.4    Неоднородные поля...............................................................4

5    Расстояния утечки....................................................................5

5.1    Экспериментальные данные........................................................5

5.2    Определение размеров расстояний утечки............................................5

6    Твердая изоляция....................................................................7

6.1    Основной анализ.................................................................7

6.2    Влияющие факторы...............................................................8

6.3    Определение размеров твердой изоляции............................................8

7    Высокочастотные испытания...........................................................9

7.1    Основные требования.............................................................9

7.2    Испытательное напряжение источника...............................................9

7.3    Единство условий.................................................................9

7.4    Испытание высокочастотного пробоя................................................10

7.5    Испытания высокочастотного частичного пробоя......................................10

7.6    Примеры результатов испытаний...................................................12

8    Несинусоидальные напряжения........................................................12

8.1    Основной анализ................................................................12

8.2    Периодическое импульсное напряжение.............................................12

8.3    Анализ гармонических составляющих...............................................12

8.4    Процедура определения размеров и испытания.......................................13

Приложение А (справочное) Изоляционные характеристики воздушных зазоров

при высокочастотном напряжении...........................................14

Приложение В (справочное) Изоляционные характеристики расстояний утечки

при высокочастотном напряжении...........................................20

Приложение С (справочное) Изоляционные характеристики твердой изоляции

при высокочастотном напряжении..........................................23

Приложение D (обязательное) Испытания изоляции высокочастотными напряжениями...........30

Приложение Е (справочное) Стрессовые воздействия на изоляцию высокочастотными

несинусоидальными напряжениями.........................................40

Приложение F (справочное) Диаграммы определения размеров..............................45

Приложение ДА (справочное) Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов

межгосударственным стандартам..........................................47

Библиография........................................................................48

А.2.2 Распределение неоднородного поля

Для условий неоднородного поля при стрессовом высоковольтном напряжении, если повышается напряжение частичного пробоя (короны), невооруженным взглядом можно видеть световой эффект пробоя, близкого к игольчатому типу После дальнейшего повышения напряжения в этой области этот канал начинает переносить по направлению к противоположному электроду возникающий пробой Таким образом, очень вероятна деградация игольчатого типа Это продемонстрировано на рисунке 3.

Рисунок А.З — Пробой игольчатого типа до (вверху) и после (внизу) пробоя

Для условий неоднородного поля критическая частота !_аЛ может по-прежнему быть приближенной к значению формулы (А.З) Выше частоты ^ влияние частоты на напряжение пробоя более важно по отношению к условиям однородного поля. Снижение напряжения пробоя по сравнению с частотой 50 Гц может быть более 50% II].

В последнее время были выполнены более детальные измерения ЧП начальным напряжением и напряжением пробоя неоднородных полостей (точечными электродами) в воздухе при атмосферном давлении [5] и (6). Так как точки игл древовидно проводящих электродов (Ogura) имеют радиусы 5. 30 и 100 мкм и трубки с однонаправленным течением, в соответствии с ISO 7864 (7) могут быть применены игольчатые электроды с радиусом приблизительно 5 мкм. Применяются преимущественно более поздние электроды, называемые ВВ-иглами.

В основном игольчатые электроды могут применяться для моделирования неоднородного поля, если эффективная длина иглы приблизительно составляет трехкратный воздушный зазор (8J Следовательно ВВ-иглы с эффективной длиной иглы, приблизительно равной 20 мм, могут применяться для максимальных воздушных зазоров 7 мм

Сравнение результатов измерений на рисунке А 4, которые выполнены при частоте 100 кГц, демонстрируют. что нет значительной разницы в поведении трех игл (Ogura, 30 и 8 мкм) и ВВ-иглами (приблизительно 5 мкм). В соответствии с рисунком А.4 меньшие значения получены ВВ-иглами.

Так как затухающее напряжение ЧП много больше репродуцирует, это должно быть предусмотрено. Это имеет существенное значение для определения размеров, так как ЧП может начаться при кратковременных перенапряжениях и может не затухнуть при ином стабильном напряжении (см IEC 60664-1, п 4 1.2 4).

Из этого измерения затухающего напряжения ЧП для частоты 460 кГц на рисунке А 5 (6) вместе с напряжением пробоя произведена и представлена оценка Применяются последние испытания, ограниченные максимальным испытательным напряжением источника

Дальнейшие испытания должны быть проведены для частоты 1 МГц Как результат, на рисунке А 6 показаны напряжения затухания ЧП и напряжения пробоя [6] Для воздушных зазоров менее 1 мм начальный ЧП близко совпадает с пробоем, так что невозможно их различить

Для частоты 3 МГц могут быть проведены ограниченные эксперименты с получением некоторых не вполне достоверных данных. Эти данные приблизительно одинаковые с данными, полученными при частоте 1 МГц. Следовательно. рассматриваемые данные, показанные на рисунке А.6, уместны для определения размеров для целей настоящего стандарта.

Следует отметить, что уровень подъема испытательного напряжения в некоторой степени влияет на результаты измерений напряжения начала ЧП.

Введение

Настоящий стандарт рассматривает вопросы координации изоляции в условиях воздействия высокочастотных низковольтных напряжений.

Стандарт рассматривает вопросы воздействия высокочастотных напряжений на твердую изоляцию, а также определяет условия определения воздушных зазоров, расстояний утечки, размеров твердой изоляции при воздействии синусоидального и несинусоидального напряжения.

Стандарт применяется совместно с международным стандартом IEC 60664-1 «Координация изоляции для оборудования низковольтных систем. Часть 1. Принципы, требования и испытания», дополняя и конкретизируя вопросы координации изоляции в условиях воздействия высокочастотного напряжения.

Настоящий стандарт может быть использован при разработке национальных и межгосударственных стандартов на низковольтное оборудование, работающее при высокочастотном напряжении, для обеспечения соответствия его требованиям технических регламентов.

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

КООРДИНАЦИЯ ИЗОЛЯЦИИ ДЛЯ ОБОРУДОВАНИЯ НИЗКОВОЛЬТНЫХ СИСТЕМ

Часть 4

Анализ высокочастотного напряжения

Insulation coordination for equipment within low-voltage system Part 4 Consideration high-frequency voltage

Дата введения — 2019—06—01

1 Область применения

Настоящий стандарт рассматривает стрессовое воздействие высокочастотного напряжения на основную, дополнительную и усиленную изоляцию низковольтного оборудования. Значения размеров изоляции прямо применимы к основной изоляции; для усиленной изоляции соответствующие требования применяются в соответствии с IEC 60664-1. Положения стандарта применимы для определения размеров воздушных зазоров (изоляционных промежутков), расстояний утечки и твердой изоляции, подвергаемых воздействию периодических напряжений различных типов в диапазоне частот от 30 кГц до 10 МГц.

Настоящий стандарт должен применяться только совместно с IEC 60664-1 или IEC 60664-5. При их совместном применении ограничения по частоте, указанные в IEC 60664-1 и IEC 60664-5. расширяются до значений выше 30 кГц.

Настоящий стандарт также применяется совместно с IEC 60664-3 для частоты выше 30 кГц и защиты типа 1. Для защиты типа 2 этот вопрос находится в стадии рассмотрения.

Примечание 1 — Значения размеров для частоты выше 10 МГц находятся в стадии рассмотрения

Примечание 2 — Настоящий стандарт не рассматривает высокочастотные помехи Считается, что при нормальном применении оборудования интерференция высокочастотных напряжений с учетом воздействия на изоляцию незначительна Следовательно, нет необходимости это учитывать

Положения настоящего стандарта применяются к оборудованию, применяемому при высоте над уровнем моря не выше 2000 м при значении номинального напряжения не более 1000 В.

Положения стандарта применяются при назначении требований к воздушным зазорам, расстояниям утечки и твердой изоляции для оборудования при заданных критериях. Они включают методы электрических испытаний с учетом координации изоляции.

Минимальные воздушные зазоры, указанные в настоящем стандарте, не применимы в условиях ионизации газового пространства. Специальные требования по ограничениям для этого случая могут быть указаны соответствующими техническими комитетами.

Настоящий стандарт не регламентирует расстояния:

-    через жидкую изоляцию;

-    через иные газы, отличные от воздуха;

-    через сжатый воздух.

Примечание 3 — Высокие напряжения могут присутствовать во внешних цепях оборудования

Примечание 4 — Требования при высоте над уровнем моря выше 2000 м могут быть взяты из IEC 60664-1. таблица А 2, приложение А

Издание официальное

Применение настоящего стандарта оговаривается ответственными техническими комитетами для различного оборудования в зависимости от рациональности достижения требований координации изоляции при указанных в стандарте изоляционных промежутках в воздухе, расстояний утечки и размеров твердой изоляции для оборудования.

2    Нормативные ссылки

Для применения настоящего стандарта необходимы следующие ссылочные стандарты. Для датированных применяют только указанное издание, для недатированных — последнее издание стандарта, включая все изменения к нему.

IEC 60112:2003. Method for the determination of the proof and the comparative tracking indices of solid insulating materials (Материалы электроизоляционные твердые. Методы определения нормативного и сравнительного индексов трекингостойкости)

IEC 60664-1:1992, Insulation coordination for equipment within low-voltage systems — Part 1: Principles, requirements and tests Amendment 1 (2000), Amendment 2 (2002) (Координация изоляции для оборудования в низковольтных системах. Часть 1. Принципы, требования и испытания. Изменение 1 (2000). Изменение 2 (2002)]¹ >

IEC 60664-5, Insulation coordination for equipment within low-voltage systems — Part 5: A comprehensive method for determining clearances and creepage distances equal to or less than 2 mm (Координация изоляции для оборудования в низковольтных системах. Часть 5. Комплексный метод определения зазоров и путей утечки, равных или менее 2 мм)

IEC Guide 104:1997. The preparation of safety publications and the use of basic safety publications and group safety publications (Подготовка публикаций no безопасности и использование основополагающих и групповых публикаций по безопасности)²^

3    Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1    приблизительно однородное поле (approximately homogeneous field): Для частоты, превышающей 30 кГц. электрическое поле, имеющее приблизительную однородность, когда радиусы окружностей проводящих частей равны или больше 20 % размера воздушного зазора.

3.2    неоднородное поле (inhomogeneous field): Для частоты, превышающей 30 кГц. электрическое поле, имеющее неоднородность, когда радиусы окружностей проводящих частей равны или меньше 20 % размера воздушного зазора.

3.3    tfpe_ak: Пиковое значение периодического пикового напряжения любого типа, приложенного через изоляцию.

^{3    4} ^cril' Критическая частота, при которой происходит снижение напряжения пробоя, происходящего в воздушном зазоре.

3.5    f_min: Частота, при которой происходит максимальное снижение напряжения пробоя, происходящего в воздушном зазоре.

3.6    напряжение частичного разряда (ЧР) (PD-voltage): Общий термин дня двух типов частных разрядов — при начальном напряжении Ц и при затухающем напряжении U_e.

3.7    напряженность электрического поля Е (electrical field strength Е): Изменение (градиент) напряжения на единицу длины, обычно выраженный в кВ/мм.

4    Воздушные зазоры (изоляционные промежутки)

4.1 Главные условия

Настоящий стандарт рассматривает изоляционные промежутки в воздухе. Значения размеров установлены для максимальной высоты 2000 м над уровнем моря. Для большей высоты применяется корректирующий коэффициент высоты, приведенный в IEC 60664-1, приложение А. таблица А.2.

⁴ Действует IEC 60664-1 2007. однако для однозначного соблюдения требований настоящего стандарта, выраженных в датированной ссылке, рекомендуется использовать только указанное в этой ссылке издание

²¹ Действует IEC Guide 104:2010. однако для однозначного соблюдения требований настоящего стандарта, выраженных в датированной ссылке, рекомендуется использовать только указанное в этой ссылке издание

4.2 Основная информация

В соответствии с основной информацией, приведенной в приложении А, раздел А.1, выдерживаемая способность воздушных зазоров может быть подвержена воздействию только частоты напряжения, если периодичность напряжения имеет место (см. IEC 60664-1, п. 3.1.1.2 или IEC 60664-5. п. 3.1.1.2). Для кратковременных перенапряжений достаточны размеры, приведенные в IEC 60664-1. п. 3.1.1.1 или IEC 60664-5, п. 3.1.1.1.

4.3 Однородные или приблизительно однородные поля

4.3.1    Условия для приблизительно однородного поля

Для частоты, превышающей 30 кГц. приблизительно однородное поле рассматривается существующим. если радиусы окружностей проводящих частей равны или больше 20 % размера воздушного зазора.

4.3.2    Экспериментальные значения характеристик пробоя

В соответствии с заключением, приведенным в А.2.1. критическая частота /_cnt, снижающая напряжения пробоя, находится в следующей зависимости от значения воздушного зазора

МГц.

где d— воздушный зазор.

Экспериментальные значения, приведенные в А.2.1 для условий однородного поля, указывают на максимальное снижение напряжения пробоя при частоте, составляющей 20 % значения частоты 50/60 Гц. Частота, при которой происходит максимум снижения, называется /_mjn.

Примечание — Для целей настоящего стандарта частота f^, показанная на рисунке А.1. принята как

3 МГц

4.3.3 Размеры для условий однородных и приблизительно однородных полей

Изоляционные характеристики воздушных зазоров при естественном давлении атмосферного воздуха в условиях однородных полей должны рассматриваться с учетом частоты следующим образом:

-    выше частоты напряжение пробоя снижается с ростом частоты. Максимальное снижение напряжение пробоя около 20 %;

-    напряжение пробоя достигает минимума при частоте 7_mjn. При более высоких частотах напряжение пробоя нарастает и может превысить значение при промышленной частоте.

Это свидетельствует о том, что эти характеристики также приемлемы и для условий приблизительно однородного поля.

Размеры для однородных полей основаны на значениях, приведенных для случая В в IEC 60664-1, таблица 7 или IEC 60664-5. таблица 3. Применение этих значений требует испытаний на устойчивость в соответствии с IEC 60664-1. л. 4.1.1 или IEC 60664-5. п. 4.1.1.

Размеры для приблизительно однородных полей основаны на значениях, приведенных для случая А в IEC 60664-1, таблица 7 или IEC 60664-5, таблица 3. Испытаний на устойчивость не требуется. Однако радиусы окружностей проводящих частей должны быть равны или больше 20 % размера воздушного зазора.

Имеется два метода определения размеров.

1.    Если отсутствует понимание оценки, воздушные зазоры в пределах диапазона частот настоящего стандарта должны назначаться для 125 % значения необходимого выдерживаемого напряжения в соответствии с IEC 60664-1. таблица 7 или IEC 60664-5. таблица 3.

2.    Если оценка возможна, применяется следующее:

a)    для частот ниже ^fcrH [см. формулу (1)] воздушные зазоры должны назначаться для 125 % значения необходимого выдерживаемого напряжения в соответствии с IEC 60664-1. таблица 7 или IEC 60664-5. таблица 3;

b)    для частот выше 7_mjn воздушные зазоры должны назначаться для 125 % значения необходимого выдерживаемого напряжения в соответствии с IEC 60664-1, таблица 7 или IEC 60664-5, таблица 3;

c)    для частот между *cnt ^и *min воздушные зазоры определяют по формуле

100% + ----- 25 %    (2)

^rrwi ~~ ^at

требуемого выдерживаемого напряжения в соответствии с IEC 60664-1. таблица 7 или IEC 60664-5. таблица 3.

В целях определения критической частоты первоначально воздушный зазор принимается для 100 % значения необходимого выдерживаемого напряжения в соответствии с IEC 60664-1, таблица 7 или IEC 60664-5. таблица 3. Это может быть принято, если применимы условия а). Ь) или с). Так как этот расчет должен влиять на результат (воздушный зазор), требуется его повторение.

Примечание — Дальнейшая информация по вопросу определения размера приведена в приложении F.

4.4 Неоднородные поля

4.4.1    Условия неоднородного поля

Для частоты, превышающей 30 кГц. неоднородное поле рассматривается существующим, если радиусы окружностей проводящих частей меньше 20 % размера воздушного зазора.

4.4.2    Экспериментальные значения частных разрядов и характеристик пробоя

Для условий неоднородного поля частота f_aA может быть вычислена по формуле (1). При частотах выше влияние частоты на напряжение пробоя намного больше зависит от условий неоднородного поля. Снижение напряжения пробоя с учетом частоты силового источника может быть более чем на 50%.

Для условий неоднородного поля частичный разряд (корона) может быть ожидаем при напряжении ниже напряжения пробоя. В связи с высоким риском поврехщения, вызванные этими пробоями с высокой частотой повторения, определение размеров должно быть точным, чтобы избежать возникновения частичного пробоя (ЧП).

Экспериментальные данные приведены в А.2.2.

4.4.3    Определение размеров воздушных зазоров в условиях неоднородного поля

При частотах ниже *crlt [см. формулу (1)] воздушные зазоры могут быть назначены для 100 % значения установленного выдерживаемого напряжения в соответствии с IEC 60664-1. таблица 7 или IEC 60664-5. таблица 3.

Частота напряжения должна быть принята во внимание для определения размеров для частоты раной или более чем /_cnt. Если ЧП начинается при кратковременных перенапряжениях и не может быть затухающим при любых установившихся напряжениях (см. IEC 60664-1, п. 4.1.2.4), для определения размера должно применяться напряжение затухания ЧП. Соответствующие данные (см. примечание) (измерений) совместно с ограничивающей кривой (определения размеров) представлены на рисунке 1.

Примечание 1 —Для определения размеров применимы данные А 2 2. полученные для воздушных зазоров выше 0.75 мм при частоте 1 МГц. начиная от напряжения пробоя, и выше, начиная от напряжение затухания ЧП

Значения размеров для неоднородного поля систематизированы в таблице 1. Эти значения применимы. если встречаются малые радиусы скруглений проводящих частей. На практике эти условия выполнимы, если радиусы скруглений проводящих частей менее 20 % величины воздушных зазоров.

Примечание 2 — Дальнейшая информация по назначению размеров представлена в приложении F

Таблица 1 — Минимальные значения воздушных зазоров при атмосферном давлении для условий неоднородного поля

Напряжение. UкВ Воздушные зазоры, мм 0,6а)'ь> и выше 0,065 0,8*) 0.18 1.0*) 0.5 1,2*) 1,4 1.4*) 2.35 1.6*) 4.0 1.8*) 6,7 2,0*) 11.0 *) Для промежуточных значений относительно указанных в таблице применяется расчет Ь) Для напряжений k ниже 0.6 кВ нет достоверных данных

d. мм

d — воздушные зазоры Рисунок 1 — Размеры воздушных промежутков в неоднородном поле в воздушной среде при атмосферном давлении (радиусы точек электродов в плане — 5 мкм) для исключения случаев ЧП или пробоев (воздушные зазоры менее 1 мм)

5 Расстояния утечки

5.1    Экспериментальные данные

Влияние частоты на напряжение пробоя для значений расстояний утечек оценивается в зависимости от значений, приведенных в приложении В.

Экспериментальные условия для исследований имеющихся условий и материалов включают в эксперименты, описанные в В.2.

Экспериментальные значения представлены в В 3 Частота напряжения оказывает существенное влияние на напряжение ЧП и напряжение пробоя

5.2    Определение размеров расстояний утечки

На рисунке 2 представлены измеренные значения совместно с ограничивающей кривой (определения размеров) для трех различных частот в диапазоне до 100 кГц, до 1 МГц и до 3 МГц. Значения размеров расстояний утечки систематизированы в таблице 2. Промежуточные значения для соответствующих диапазонов частот имеют линейную зависимость Данные значения приемлемы для степени загрязнения 1.

Примечание 1 — Для определений размеров расстояний утечки значения, приведенные в С.З для напряжений ЧП. приемлемы, если ЧП при высоком напряжении имеет разрушающий эффект основного материала и происходит в течение длительного времени

Эксперименты, описанные в [5]¹). показывают, что размеры расстояний утечки для степеней загрязнения 2 и 3 могут быть получены из известных расстояний для степени загрязнения 1 применением поправочных коэффициентов. Для степени загрязнения 2 применяется поправочный коэффициент 1.2, а для степени загрязнения 3 — коэффициент 1.4.

Значения, приведенные в таблице 2, не учитывают влияние эффекта трекинга. Для этих целей должны быть рассмотрены материалы IEC 60664-1 и IEC 60664-5. Вследствие этого значения таблицы 2 меньше соответствующих значений, приведенных в IEC 60664-1, таблица 4 или IEC 60664-5, таблица 4.

Эти значения размеров применимы для всех материалов, свойства которых могут быть ухудшены тепловым воздействием. Для материалов, которые не подвержены такому ухудшению (например, керамика). достаточно определение размеров расстояний утечки в соответствии с разделом 4.

Таблица 2 — Значения минимальных расстояний утечки для различных частот

Напряжение <W*b Расстояния утечкиЧ мм Для 30 кГц< fs 100 кГц Для 0.2 МГцЬ) Для /S 0.4 МГц1» Для /<Ю.7МГц0> Для /S 1,0 МГц0* Для /£ 2.0 МГць> ДПЯ кч Г$3.0МГць> 0.1 0.0167 — — — — — 0.3 0.2 0,042 — — — — 0,15 2,8 0.3 0,083 0,09 0.09 0.09 0.09 0,80 20,0 0,4 0,125 0,13 0,15 0,19 0,35 4.5 — 0.5 0,183 0,19 0.25 0.40 1,5 20,0 — 0.6 0,267 0,27 0.40 0.85 5.0 — — 0.7 0,358 0,38 0.68 1.9 20,0 — — 0,8 0,450 0,55 1.1 3.8 — — — 0,9 0,525 0,82 1.9 8,7 — — — 1.0 0.600 1.15 3.0 18.0 — — — 0.1 0,683 1.7 5.0 — — — — 0,2 0,850 2,4 8.2 — — — — 0.3 1,20 3.5 — — — — — 0,4 1,65 5.0 — — — — — 0,5 2,30 7.3 — — — — — 0.6 3,15 — — — — — — 0.7 4.40 — — — — — — 0,8 6,10 — — — — — —

a)    Значения расстояний утечки, приведенные в таблице, применяются при степени загрязнения 1 Для степени загрязнения 2 необходимо применение поправочного коэффициента 1,2, а для степени загрязнения 3 — поправочного коэффициента 1,4 b)    Для промежуточных значений частот допустим пропорциональный пересчет

^ Здесь и далее в квадратных скобках ссылки на источники, приведенные в библиографии