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 29.080.30 C115114955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 )電氣絕緣系統之耐熱性評估試驗程序 Guide for the preparation of test procedures for evaluating the thermal endurance of electrical insulation systems 1. 適用範圍 本標準之目的係引導電氣絕緣系統試驗程序建立，並對設備特定規範所考慮之電氣
2、設備絕緣系統耐熱性評估特別指示的整備事項提供建議。 本標準對試驗程序中所施加之熱影響因子的基本說明係針對主要老化因子。 試驗程序包括絕緣系統的加速熱老化試驗與基於使用條件下整備事項的特定規範。試驗程序係以提供電氣設備絕緣系統藉由試驗來進行功能評估為目的。本標準認定所指定之絕緣系統係在不同的溫度、時間與電壓等條件下使用，因此，依本標準所發展的試驗程序進行之絕緣系統評估中，包含了如 CNS 14953(IEC 60505)電氣絕緣系統之評估與鑑定指引所述及之 T 影響因子。關於絕緣材料及其單純結合物的評估則另參考個別之材料試驗指引，如 CNS 14952(IEC 60216)電氣絕緣材料之耐熱性測
3、定指引。 2. 試驗程序 電氣設備絕緣系統耐熱性評估的試驗程序應包含說明性的註解，俾使使用者對業界所進行的特定試驗與其現行特殊要求之目的能明確地瞭解。 特定設備規範應確保所有試驗程序都能符合下列條件： (a) 提供統計結果的一致性； (b) 提供不帶有試驗者偏見的資料； (c) 以普遍可接受的方法得出與現場經驗相關的資訊； (d) 若使用模型來評估，則應包含 模型的說明 (在可行的情況下可對設備本身進行評估 )。 3. 試驗目標 在可行的情況下，應對設備本身進行絕緣系統耐熱性評估。然而，為達使用上對體積與便利性之要求，可以模型來取代實體設備進行絕緣系統耐熱性評估。模型應以能具體表現設備上不可或
4、缺的重要組成的方法製成，而模型製作的過程應盡量接近設備實際的製造過程。 一個模型可能包括不只一個絕緣組 件或試驗樣品，試驗程序應明定模型及試驗樣品在每個特定老化條件下進行試驗的最 少數量，以取得合理的統計精確度。在每種溫度下曝露的試驗樣品間失效時間的幅度 越大，所需的試驗樣品的數量也越大，以達到可接受的信任水準。因此，在每種曝露 溫度下所使用的試驗樣品數量，應以失效時間的散布程度之統計分析，與確定所預期之試驗樣品平均壽命的精確程度予以決定。 2 CNS 14955, C 1151 預備試驗應確定包括可代表待測系統的模型，以及在進行老化試驗之前能通過診斷試驗。 4. 熱老化 4.1 溫度的選擇與
5、控制 評估試驗涉及週期性或連續性曝露於診斷因子下特定環境之 加速熱老化歷程，系統試驗程序的首要目標係確定絕緣系統在連續老化或循環老化等不同的熱老化程度下，其重要特性的變化。若採循環曝露，則每次循環應包括一個曝露週期。熱老化以設備或模型採連續或間歇曝露於控制的溫度下完成，曝露溫度、條件以及每次循環的時間應予以規定。重要的是，所選擇的溫度必須高到足以在合理的時間內提供有用的結果。但試驗不應過度加速，使溫度高到需要以目前的溫標外推求值，而產生絕緣系統評估之誤差或不確定性。因此，建議任何系統應考慮以不低於 3 種溫度進行評估，這些溫度之間應具有相同的間隔，使老化歷程可能發生的變化不會造成推測無效。這些
6、溫度中的最低溫度應不比將用來進行推測的溫度高 20，至於其他溫度之間則應具有 20以上的間隔。 (但 10的間隔亦可能合適，特別是在考慮以多於 3 種溫度進行評估時，或者必須在有限的溫度範圍 內進行試驗時 )。預備試驗可能必須確定試驗範圍是否遵循第 8 節 (c)項的規定。 在不同溫度下操作的設備其絕緣系統，試驗條件與這些不同的溫度有關，特別是在絕緣系統中所使用之組件具有不同的耐熱特性時。老化箱的加熱可以提供大致上前後一致的控制，以及溫度曝露的紀錄，但無法模擬實際的狀況。在注重溫度梯度的情況下，或許會採用不同的加熱方式，惟可能會產生關於熱生成及決定溫度控制方面的問題 。溫度控制的精確性與溫度的
7、一致性 (若使用老化箱 )非常重要，應小心確認 。試驗程序應規定加熱及試驗樣品在試驗中冷卻的速度、測定溫度的方法和溫度及因時間與地點而產生變化之容許差範圍。 4.2 相關材料與分解生成物的影響 試驗程序應確認絕緣系統中相關材料劣化的可能影響性，這些材料可能為絕緣系統的一部分，或為鄰近於實體支撐、設備本身或冷卻介質的一部分。模型歷經老化過程中的通風不應對正常使用下的老化歷程有顯著的影響，應考慮去除或保留分解生成物。 4.3 環境 須注意許多種類的設備、氣體或液體均為絕緣系統的一部分，設備特定規範在發展試驗程序時須加以考慮。 若設備 在比空氣惡劣的各種 大氣條件下 (如：化學物、粉塵、液體、氣體等
8、 )操作，試驗應模擬這些實際情況。因此，在這些特殊場合中，環境的控制可能須包括於試驗程序 中，但須注意在 2 種不同環境條件下所得到熱老化結果不可以直接比較。 5. 老化模式的選擇：循環或連續 通常採用的熱老化程序係將試驗樣品於特定溫度條件下曝露一段指定的時間。在曝 3 CNS 14955, C 1151 露於該溫度之後，試驗樣品必須進行診 斷因子曝露，溫度診斷因子曝露為 1 次循環，並且一直反覆曝露直到達到終止點為止。但熱老化有時會連續實施，而診斷因子則是週期性實施。表 1 為如何採用循環程序的範例。 若採行循環試驗時，循環的時間長度、曝露溫度及預期操作溫度之間應有合理的關係。在每種曝露溫度
9、下的老化循環時間，建議設定為試驗樣品在試驗中平均壽命的十分之一左右。可為特定設備建立熱老化循環的數值，時間及溫度可以調整到讓試驗設備發揮最佳效果的程度。 6. 診斷因子 在進行絕緣系統的功能試驗時，經常會使用其他應力諸如：電氣、機械、以及環境做為診斷因子來測定終止點。有關這一方面的詳細資訊，特別是非破壞性試驗，參考 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中的表 1。設備特定規範必要時應規定其順序。 6.1 濕化 不同 程度 的濕化不會造成不可逆的變化，其可以做為診斷因子，使電氣性試驗時可更容易辨識對電氣絕緣系 統所造成的物理及熱損壞 ( 參考
10、 IEC 60068 Environmental testing 環境試驗法系列標準 )。 出現在絕緣上的凝結水可容許經由過電壓找出並確認絕緣上的裂縫及孔隙，以及這些縫隙 是否 由結構的失效、物理損壞或熱老化所造成。 濕氣在某些情況下認為是造成電氣絕緣特性變化的主要原因，而它在電氣應力下可能造成數種不同型式的絕緣失效。固體絕緣的吸濕作用具有緩慢增加介質損失、降低絕緣電阻的效應，同時亦會促使電氣強度改變。 某些情況 下，在定期濕氣曝露時採用 100%的相對濕度將較為理想，凝結水的存在與否應予以規定。在其它的情況下，則可採用較低程度的濕化。若設備特定規範選定濕化作為診斷因子，則應規定曝露時間、溫度
11、、相對濕度以及絕緣與周圍環境之間的溫度差。若試驗無法在試驗樣品於濕化中曝露時進行，則從濕化中移出與進行試驗之間的最大時間亦應予以規定。 6.2 機械應力 對於通常會受到振動、物理衝擊、熱循環或其他機械應力的設備，試驗程序可以包括曝露在診斷因子的狀況。機械應力應為單純做為診斷因子的大小，因此不會引入額外的老化因子。對於模型及某些種類的設備，大部分引入機械應力的實際方法為利用振動、衝擊或短路。須規定施加此等應力的型式、嚴酷度及持續時間。 備考：其他正在研擬的標準中，係以老化因子的角度討論機械應力。 6.3 電氣應力 若採用電氣應力作為診斷因子，試驗電壓通常設定為與在設備維修試驗時或一般情況時相同的
12、位準，可用以確定絕緣系統的任何部分何時會劣化到不能可靠地繼續使用之狀況。此期間的試驗電壓不應造成額外的老化。 備考：其他正在研擬的標準中，係以老化因子的角度討論電氣應力。 4 CNS 14955, C 1151 7. 終止點準則 在描述有關測定終止點的各種標準中應明確規定所有的試驗程序，設定的終止點應與其耐用性有關。絕緣系統試驗樣品在試驗溫度下的壽命定義為：總試驗溫度曝露時間減去失效發生時該循環的曝露時間的一半。通常，溫度曝露的循環及診斷因子的應用，會一直重複進行直到所有試驗樣品都已經失效為止。 8. 耐熱性資料的說明 分析及報告相關資料的方法應在試驗程序中詳細描述。 當絕緣系統依照試驗程序進
13、行試驗時，試驗程序對下列各項規定相當重要： (a) 可推測出涉及絕緣系統耐受值的溫度界限，此項推測應予以限定。當資料用於評估工作狀況下的耐熱性時，建議從不高於 20的最低曝露溫度進行推測。 (b) 資料的數學演算，包括信任界限的表示。此類資料演算參考 IEC 60493-1 Guide for the statistical analysis of ageing test data. Part 1: Methods based on mean values of normally distributed test results(老化試驗資料的統計分析指引第 1部：基於常態分配試驗結果平均值之
14、方法 )。 (c) 若耐熱性曲線為非線性，甚至在基於化學或物理性考量的數學性轉換之後亦然時，對於外推求值及資料分散的額外限制 (例如與 Arrhenius 圖有關 )。 (d) 由耐熱性曲線中取得的時間或溫度之值用以比較絕緣系統。 表 1 曝露溫度與循環時間說明表 預期工作溫度範圍 ( ) 80 105 130 155 180 205 104 129 154 179 204 229 每個循環的溫度 曝露時間 (日 ) 155 180 200 230 255 280 1 145 170 195 220 245 270 2 135 160 185 210 235 260 4 125 150 175
15、 200 225 250 8 115 140 165 190 215 240 16 105 130 155 180 205 230 32 曝露溫度 ( ) 95 120 145 170 195 220 64 備考 1.本表只能視為說明用途，實際使用則為其他表 格。設備特定規範可自行設定測試範圍、曝露 溫度及循環時間長短以符合其特定設備的需求。例如，以特定的極限溫 度取代溫度範圍，或以星期的倍數做為每個循環的時間，或根據實驗的方便性調整老化溫度。 2.絕緣壽命的終止係假設發 生於兩個連續應用的診斷因子之間的曝露時間的中間時間上，其中 一個是在觀測到失效之時，另一個是在診斷因子的應用之前沒有失效之
16、時 (參考第 7節 )。 5 CNS 14955, C 1151 引用標準： CNS 14952 電氣絕緣材料之耐熱性測定指引 CNS 14953 電氣絕緣系統之評估與鑑定指引 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 IEC 60068 Environmental testing IEC 60493-1 Guide for the statistical analysis of ageing test data. Part 1: Methods based on mean values of normally distributed test results 相對應國際標準： IEC 60611 Guide for the preparation of test procedures for evaluating the thermal endurance of electrical insulation systems
