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绕组温升测试

绕组温升测试

绕组温升测试有哪些测试方法?中析研究所检测中心作为拥有CMA资质的综合型科研检测单位,能够绕组温升测试标准规范中的试验方法对变压器、电器、漆包绕组线、牵引系统等检测样品进行检验测试,并出具相关测试报告。.

绕组温升测试技术及应用

引言

绕组温升测试是电气设备研发、生产和质量检验中的关键环节,主要用于评估设备在额定工况下绕组温度的变化情况。随着电力设备向高效化、集成化方向发展,绕组温升不仅直接影响设备性能,还与绝缘材料寿命、运行安全性密切相关。本文从检测原理、适用范围、核心项目、标准规范及方法仪器等方面,系统阐述绕组温升测试的技术要点。

检测的适用范围

绕组温升测试广泛适用于各类含绕组的电气设备,包括但不限于以下领域:

  1. 电机类设备:如电动机、发电机等,需验证其在持续负载下的温升是否符合设计要求。
  2. 变压器及电感器件:包括电力变压器、高频电感等,需评估铁芯与绕组的热稳定性。
  3. 家用电器及电子产品:如空调压缩机、电源适配器等,需确保长时间运行时绕组温度在安全阈值内。
  4. 新能源汽车领域:驱动电机、车载充电机等部件需通过温升测试验证热管理系统的有效性。

该测试尤其适用于高功率密度设备,因其散热条件苛刻,温升超标可能导致绝缘层加速老化甚至短路风险。

检测项目及简介

绕组温升测试的核心项目主要包括以下三类:

  1. 稳态温升测试 通过施加额定电压、电流或负载,使设备持续运行至热平衡状态,测量绕组温度与环境温度的差值。该指标直接反映设备的散热设计合理性。
  2. 动态温升测试 模拟设备在启停、过载等瞬态工况下的温度变化曲线,评估绕组对短时热冲击的耐受能力。例如,电机启动时的瞬时电流可达额定值的5-7倍,需关注温升速率是否超出允许范围。
  3. 绝缘系统热寿命评估 结合Arrhenius模型,通过加速老化试验预测绝缘材料在特定温升条件下的预期寿命,为设备维护周期提供数据支持。

检测参考标准

国际及国内标准体系对绕组温升测试方法有明确规定,主要标准包括:

  • IEC 60034-1:2017 《旋转电机 第1部分:额定值和性能》规定了电机绕组温升的测试程序及限值。
  • GB/T 11021-2014 《电气绝缘 耐热性分级》明确了绝缘材料的耐温等级与温升测试的关联性。
  • IEEE Std C57.12.90-2015 针对电力变压器的温升试验,详细规定了短路法、负载法等具体实施方案。
  • ISO 2178:2016 提供了非磁性金属覆盖层厚度的磁性测量方法,用于分析绕组散热结构对温升的影响。

检测方法及仪器

  1. 电阻法(直接测量法) 原理:利用金属导体电阻随温度变化的特性(铜绕组温度系数为0.00393/℃),通过测量冷态与热态电阻差值计算平均温升。 仪器

    • 精密直流电桥(如Keysight 34420A)
    • 恒流源(输出精度±0.05%)
    • 数据采集系统(同步记录温度与电阻值)
  2. 热电偶法(接触式测温) 原理:在绕组表面或内部预埋T型/K型热电偶,实时监测局部温度。适用于验证有限元热仿真模型的准确性。 仪器

    • 多通道温度记录仪(如YOKOGAWA MX100)
    • 高温绝缘型热电偶(耐压等级≥3kV)
  3. 红外热成像法(非接触式) 原理:通过红外热像仪捕捉设备运行时的表面温度分布,特别适用于无法直接接触的高压绕组检测。 仪器

    • 高分辨率红外热像仪(如FLIR T1020,热灵敏度≤0.03℃)
    • 黑体辐射源(用于校准)
  4. 光纤光栅测温法 创新技术:将光纤传感器嵌入绕组内部,实现分布式温度监测。相比传统方法,具有抗电磁干扰、多点同步测量的优势。

测试流程与注意事项

  1. 预处理阶段
    • 在25℃±2℃环境下静置设备至温度稳定
    • 校准所有传感器,确保测量误差≤±1℃
  2. 负载施加
    • 按照标准要求施加额定负载(如电机堵转试验需持续至热平衡)
    • 记录环境温度、湿度及冷却介质参数
  3. 数据采集
    • 采用多通道同步采样(建议采样频率≥1Hz)
    • 电阻法需在断电后10秒内完成测量以避免温度下降
  4. 结果分析
    • 对比实测温升与标准限值(如B级绝缘允许温升80K)
    • 绘制温升-时间曲线,识别异常拐点

关键控制点

  • 环境温度补偿:需根据GB/T 755-2008对非25℃基准温度进行修正
  • 接触电阻影响:电阻法测试时需消除引线电阻误差
  • 热时间常数:对于大容量变压器,热平衡时间可能超过8小时,需持续监控

发展趋势

随着第三代宽禁带半导体器件的普及,设备开关频率提升导致绕组涡流损耗增加,这对温升测试提出了更高要求。未来发展方向包括:

  • 多物理场耦合测试:结合电磁-热-流体仿真优化试验方案
  • 智能预测算法:基于机器学习建立温升与负载参数的实时预测模型
  • 在线监测系统:集成光纤传感与物联网技术,实现运行中的温升预警

结语

绕组温升测试作为电气设备可靠性验证的核心手段,其科学性与准确性直接影响产品质量与市场竞争力。从标准体系的完善到新型检测技术的应用,该领域持续推动着电力设备向高效、安全、长寿命方向演进。企业需根据产品特性合理选择检测方法,并结合数字化工具提升测试效率,以应对日益严苛的行业标准与用户需求。

 

标准规范

 

ANSI/IEEE 1538:2000 充液变压器的最大绕组温升的测定指南

T/CAB 0146-2022 家用和类似用途电器的安全 绕组温升测试方法

IEEE C57.115:1991 额定容量大于100MVA(绕组温升65℃)的矿物油浸式电力变压器加载指南

IEEE 1538:2000 液体填充变压器的最大绕组温度升高的测定指南

JB/T 8450-2016 变压器用绕组温控器

 

检测流程

 

1.测试对象的确认和准备

确定需要测试的对象,并进行初步的检查和准备工作。

如果测试需要采样,需要确认样品寄送或上门采样的具体安排。

2.实验方案的验证

根据测试目的和要求制定实验方案,并与委托方进行确认和协商。

验证实验方案的可行性和有效性,以确保测试结果的准确性和可靠性。

3.委托书的签订和费用支付

双方签订委托书,明确测试内容、标准、报告格