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真知灼见:绝缘等级和预期寿命

本文解释了热等级和温升的含义,并概述了绝缘系统的预期半衰期。

热/绝缘等级

表1总结了IEC 60085-2008和IEEE Std1 -2001所规定的热等级定义。热等级是指
与建议的最高连续总温度(以摄氏度为单位,0C)数值相等的额定温度。

NEMA MG1规定的绝缘系统分类,其中根据绝缘系统的耐热性将其分为四类,用于设置温度额定值。此等分类依据IEEE Std1而定。

温升分为电阻温升和ETD(嵌入式温度探测器)温升。

Table 1: Thermal classes assignment表1:热等级赋值

电阻温升通过在低温和热稳定性条件下测量温度加以确定。电阻温升代表了IEC60034-1表7和NEMA MG1第32部分表32-3所规定的最大温升(Delta T)并基于40ºC的环境温度。

ETD温升最大值根据IEC60034-1和NEMA MG1第32部分并基于40ºC的环境温度进行确定。

如果总工作温度升高10°C,则绝缘系统的预期热寿命将会缩短50%。

Figure 1: Insulation half-life of class H insulation system verses temperature图1:H类绝缘系统的绝缘半衰期与温度之间的关系。

H类绝缘系统半衰期图表

Underwriters Laboratories(UL)已经为所有可用的电气绝缘材料设定了工作温度和相关的预期寿命水平,并将这些材料划分为与电机和设备相关的各种类别。

UL使用阿伦尼乌斯方程来建立时间和温度之间的关系模型。阿伦尼乌斯方程(用于描述化学反应速率常数的温度依赖性)可用于建立系统测试寿命与温度之间的关系模型。通过以自然对数绘制时间与温度之间的关系图来简化阿伦尼乌斯方程。

UL标准所描述的H类绝缘系统半衰期曲线如图1所示。

■ 为根据H类绝缘系统的最高工作温度(180ºC)运行系统,该绝缘系统的设计预期寿命为20kHr。

■ 为在155ºC的温度下运行H类绝缘系统,设计预期寿命为120kHr。

■ 为在130ºC的温度下运行H类绝缘系统,设计预期寿命为640kHr。

■ 同理,为根据F类绝缘系统的最高工作温度(155ºC)运行系统,该绝缘系统的设计预期寿命为20kHr。

■ 为在130ºC的温度下运行F类绝缘系统,设计预期寿命为120kHr。

■ 综上所述,在155°C的温度下运行H类绝缘系统与在1300°C的温度下运行F类绝缘系统具有相同的使用寿命。在1800°C的温度下运行H类绝缘系统将与在155°C的温度下运行F类绝缘系统相同。
 

半衰期的含义为在180ºC的温度下(或F类绝缘系统在155°C的温度下)连续运行时间长达20kHr之后,与介电电阻相关的绝缘极限电强度将降至全新状态时的原始值的一半左右。但这并不代表系统将会在20kHr后失灵。

半衰期曲线表明,如果交流发电机的总工作温度降低10°C,则绝缘系统的预期热寿命大约延长200%(翻倍)。反之,如若交流发电机的总工作温度升高10°C,则绝缘系统的预期热寿命大约缩短50%(减半)。

在实际应用中,外加负载、连接负载或环境条件导致的电压尖峰、污染、维护实践等其他外部因素都可能对绝缘系统寿命产生影响,因此了解和限制这些因素将有助于延长绝缘系统和交流发电机的寿命。

如要了解更多信息,请联系应用团队