CNS 14957-2005 Thermal evaluation and classification of electrical insulation《电气绝缘之耐热性评估与分级》.pdf

1、 1 印行年月 94 年 12 月 本標準非經本局同意不得翻印 中華民國國家標準 CNS 總號 類號 ICS 17.220.99;29.035.01 C115314957經濟部標準檢驗局印行 公布日期 修訂公布日期 94 年 12 月 5 日 年月日 (共 5 頁 )電氣絕緣之耐熱性評估與分級 Thermal evaluation and classification of electrical insulation 1. 適用範圍 本標準適用於辨識電氣設備絕緣系統之耐熱性分級，其中考量絕緣材料與絕緣系統的耐熱性評估、材料間相互關聯程度與使用狀態的影響性，並界定指定耐熱性分級的責任。 2. 通

2、則 2.1 耐熱分級 電氣設備的絕緣耐久性會受到許多因子影響，諸如：溫度、電氣及機械應力、振動、惡劣的環境及化學物質、濕氣、粉塵及輻射等。 溫度對於電氣設備的絕緣材料及絕緣系統來說，經常是最重要的老化因子，定出基本的耐熱性分級相當有用，並且已受到廣泛的認同。耐熱性分級及其溫度對應關係如下： 耐熱性分級 溫度 90 105 120 130 155 180 200 200 220 220 250 250 超過 250的溫度應以每增加 25做為溫度分級的區間，並以相同方式命名分級代號。 備考： IEC 60085(1957 年版 ) Thermal evaluation and classifica

3、tion of electrical insulation 所使用之 180以上溫度的舊式耐熱性分級 C，現已由上述分級取代。 級別中所採用的字母符號不具強制性，但與其對應的溫度則必須嚴格遵守。若第 2.1.5 節之內容應用於特定設備時，可採用替代性分級鑑定系統。 若電氣設備已規定其耐熱性分級，則通常表示該設備在額定負載及其他條件下所適合的最高溫度。因此，在絕緣系統承受該最高溫度時，必須具有至少與該產品在耐熱性分級上的溫度相等之耐熱能力 (參考第 2.1.2 節 )。 2 CNS 14957, C 1153 到目前為止，分級一詞用於相關之絕緣材料、絕緣系統以及設備上。對於絕緣材料， CNS 1

4、4952(IEC 60216)電氣絕緣材料之耐熱性測定指引中引用溫度指標一詞，而對於絕緣系統， CNS 14953(IEC 60505)電氣設備絕緣系統之評估與鑑定指引中引用鑑定一詞，系統的鑑定僅與對特定產品所設計的絕緣系統有關，而分級一詞則可以用於電氣設備。 2.1.1 操作條件 經驗已證明在一般的操作情況 下，諸如旋轉電機、變壓器等電氣設備依據第 2.1 節所列的溫度規範再對產品的個別因素於設計或製造時提供裕度，將可以獲得令人滿意的經濟壽命。 2.1.2 絕緣系統中的絕緣材料 認定符合特定耐熱性分級之電 氣設備並不表示其結構中的所有絕緣材料都具有相同的耐熱能力。 絕緣系統承受溫度的範圍可能

5、與其個別材料的耐熱能 力並沒有直接的關係。在系統中，絕緣材料的耐 熱性能可藉由與其一同使用的材料其保護特性而有所改善。另一方面，材 料之間不相容的問題亦可能會使系統承受溫度的適當範圍降至低於個別材料以下。這樣的問題應以功能試驗進行查驗。 2.1.3 溫度及溫升 本標準中所引用的溫度為絕緣材料的實際溫度，而非電氣設備之溫升。 關於電氣設備的標準通常會標 示溫升而不是實際溫度。在建立這樣的標準時，諸如結構特性、絕緣材料 的熱傳導及厚度、絕緣零件的可觸及性、通風的方式、負載特性等因素，都應在考量量測方法及容許溫升時列入考慮。 2.1.4 其他影響因子 除溫度因子之外，絕緣物持續 滿足其功能的能力亦會

6、受到諸如其所承受的機械應力及其支撐結構等條件的影響，並且也會受到振動以及熱膨脹差 (這項因素會因製品的尺寸增大而更形重要 )等因子的影響。空氣中的水分及存在其中的污染物、化學物質或 其他污染物亦可能造成有害的影響。所有的相關因子在設計個別產品時都應該加以考慮，此方面 進一步的指引參考CNS 14953(IEC 60505)。 2.1.5 絕緣性能 使用中的實際性能取決於個別 條件，這些條件可能會因為各種影響因子而有極大的差異，例如：環境曝 露、使用循環以及產品型式等。再者，使用中之預期性能相關的重要性取 決於相關設備的大小、可靠性、預期的使用時間與經濟上的考量。 某些產品若所建立的溫升值可 容

7、許溫度高於正常適用的溫度值或限制絕緣物溫度維持在低於正常適用的 溫度值將較為理想，為達到其目的，可能發生使用壽命比正常情況更短或更長或使用中產生額外條件等情況。 絕緣材料的壽命與氧氣、濕氣 、污染物及化學物質之隔離程度息息相關。因此，在指定的溫度下，若給 予絕緣材料適當的保護而不是任意曝露於工 3 CNS 14957, C 1153 業環境的空氣中，將可有效延 長絕緣的壽命。使用化學惰性氣體或液體做為冷卻或保護介質，可增加絕緣的耐熱能力。 除絕緣所承受的老化之外，某 些材料在受熱到達特定溫度以上時，可能會發生軟化及其他方面的劣化， 但在冷卻後又可恢復其原來特性。此種材料的使用者應該感到滿意，因

8、為材料相當適用於上述的任務。 2.2 選定與指定的責任 選定適當材料及系統為電氣設備製造廠商的責任，只有經驗或足夠的允收試驗才能作為決定絕緣的合理溫度範圍之基礎。過去的使用經驗在選定材料及系統時是一個重要的依據，若涉及新的材料及系統時，適當的試驗則是選擇時的依據 (參考第 4 節 )。 3. 絕緣材料的耐熱性評估 相同類型的各種絕緣材料在耐熱能力方面具有極大的差異，因此，絕緣材料的化學命名並不足以作為該材料耐熱能力的象徵。 在使用各種材料做為電氣設備的絕緣時，其個別的耐熱特性在與其他材料結合時會受到影響。電氣設備的絕緣所使用的材料，其耐熱能力同樣亦強烈取決於其所必須滿足的特殊功能。 就電氣設備

9、的使用而言，材料的評估具有 2 種目的，其一為取得作為電氣絕緣系統的材料零組件其評估結果，其二為評估單獨使用的材料或構成絕緣系統之單純結合物其一部分材料之特性。 通常，試驗及使用經驗可作為絕緣材料在耐熱性評估方面之允收依據。 若採用過去的使用經驗為依據，須注意確定其相關性。然而，使用經驗由一種應用型式轉換至另一種時，通常亦屬有效，因此必須準備建立使用經驗的相關性的適當方法。 發展評估材料的試驗方法已有相當大的進步，可參考下列標準： CNS 14952(IEC 60216)：電氣絕緣材料之耐熱性測定指引系列標準。 CNS 14952-1(IEC 60216-1)：第 1 部：測定耐熱性、溫度指標

10、及耐熱性輪廓的一般性程序。 CNS 14952-2 (IEC 60216-2)：第 2 部：材料表及可用的測試程序。 CNS 14952-3(IEC 60216-3)：第 3 部：統計方法。 CNS 14952-4(IEC 60216-4)：第 4 部：計算耐熱性輪廓的說明。 在參考上述之完整文件時，下列的定義可能有所助益： (a) 耐熱性曲線圖 (thermal endurance graph)：阿瑞尼阿斯曲線圖 (Arrhenius graph) 在耐熱性試驗中達到特定終止點時間之對數值對熱力 (絕對 )試驗溫度的倒數值所標繪曲線圖。 (b) 溫度指標 (temperature index

11、)： TI 除非另有規定，在指定之 20,000 小時時間下由耐熱性關係所得到的攝氏溫度數值。 (c) 相對溫度指標 (relative temperature index)： RTI 在參考材料與試驗材料均接受比較試驗中相同的老化與診斷程序下，由參考材 4 CNS 14957, C 1153 料已知的溫度指標所對應的時間所得到之試驗材料的溫度指標。 (d) 對半區間 (halving interval)： HIC 表示取自 TI 或 RTI 的溫度下對半於到達終止點時間之攝氏溫度區間所對應之數值。 當在耐熱性曲線圖中使用之不同型式的試驗準則及終止點 (例如：電氣、機械等 )時，可獲得單一材料

12、之不同溫度指標及對半區間。不同的溫度指標及對半區間可標示出不同的耐熱能力，可決定該材料的使用方法及其可執行的功能。 在標準試驗樣品上進行的試驗所獲得知結果，可能有別於從該材料以所應用的型式進行之試驗中所取得的結果。因此，絕緣系統試驗的結果可用於確定材料在相關應用中的適用性。 4. 絕緣系統的耐熱性評估 相關的使用經驗為指定絕緣系統耐熱性的理想基礎。若未具備此經驗，則應進行適當設計的功能試驗，為達到試驗的效果，實際使用中的系統須用來作為試驗中的參考絕緣系統。 參考絕緣系統的要求應在基於使用經驗的設備特定規範中敘明，該規範應訂定對特定設備的指導方針，以說明如何使用 1 種具有使用經驗的絕緣系統作為

13、參考絕緣系統。使用此指導方針應可取代先前基於材料分級的分級定義。 目前僅有極少數標準化的試驗程序，若標準化的試驗程序並不存在，則產品的製造者有責任設計並執行合適的試驗。 在設計合適的試驗之前，應參考下列標準： CNS 14953(IEC 60505)電氣設備絕緣系統之評估與鑑定指引 CNS 14954(IEC 60610)電氣絕緣系統功能評估之原則性觀點老化歷程與診斷程序 CNS 14956(IEC 60791)基於使用經驗與功能試驗之絕緣系統性能評估 有關設計耐熱性評估試驗程序更詳細的建議事項參考： CNS 14955(IEC 60611)電氣絕緣系統耐熱性評估試驗程序先導指引 在選擇一種絕

14、緣系統的個別零組件時，可由單一材料的耐熱性評估中獲取得部分指引 (參考第 3 節 )。 若認定 1 種材料適用於特別之絕緣系統，則可在適當的系統試驗或使用經驗中顯示出令人滿意的性能，而不考量其個別材料本身的耐熱性。 對於簡單且應力單純的絕緣系統，設備特定規範可決定是否須依據 CNS 14955(IEC 60611)進行功能試驗，或者是否可簡單地根據 CNS 14952(IEC 60216)以評估材料的耐熱性資料產生滿意的結果。若必須評估用於電氣設備上的絕 緣材料其適用性時，則應以實際使用的材料做為參考進行比較試驗。 對於簡單且應力單純的絕緣系統，建議設備特定規範提供於特定用途中使用的材料其相關

15、資訊，或應提供如何評估用於材料分級的相關經驗之規則。 若設備特定規範未提供比較評估結果的適當標準化程序，則產品的製造廠商仍有責任訂定可接受的試驗程序。 5 CNS 14957, C 1153 5. 分級 關於電氣設備及其絕緣的分級，參考第 2.1 節 (特別是第 2.1.5 節 )及第 4 節的說明。 若絕緣材料、單純結合物或絕緣系統由試驗或在使用經驗中顯示可在特定溫度下於個別應用中成功使用，則可從第 2.1 節的耐熱分級中選定適當之耐熱分級。 引用標準： CNS 14952-1 電氣絕緣材料之耐熱性測定指引第 1 部：老化程序與試驗結果評估之一般導引 CNS 14952-2 電氣絕緣材料之耐

16、熱性測定指引第 2 部：試驗準則之選定 CNS 14952-3 電氣絕緣材料之耐熱性測定指引第 3 部：耐熱特性計算之說明 CNS 14952-4 電氣絕緣材料之耐熱性測定指引第 4 部：老化箱 CNS 14954 電氣絕緣系統功能評估之原則性觀點老化歷程與診斷程序 CNS 14955 電氣絕緣系統耐熱性評估試驗程序先導指引 CNS 14956 基於使用經驗與功能試驗之絕緣系統性能評估 相對應國際標準： IEC 60085 Thermal evaluation and classification of electrical insulation 1. 本標準草案係參照 IEC 60085 Thermal evaluation and classification of electrical insulation 編擬而成。 2. 依國家標準制定程序辦理徵求意見，敬請惠賜卓見。