Electrical insulation systems (EIS) - Electrical stresses produced by repetitive impulses - Part 2: State of the art

Deals with the latest available state of the art of the research on the phenomena induced by the electrical stresses produced by repetitive impulses. Aims at a better understanding and establishment of specified evaluation methods.

Systèmes d'isolation électrique - Contraintes électriques produites par des impulsions de tension appliquées périodiquement - Partie 2: Etat de l'art

Traite du dernier état de l'art connu des travaux de recherches développés sur les phénomènes induits par les contraintes électriques produites par des impulsions de tension appliquées périodiquement. Ce rapport vise à obtenir d'une part une meilleure compréhension des phénomènes induits et d'autre part à établir des méthodes d'évaluation fiables.

General Information

Status
Withdrawn
Publication Date
27-Aug-2001
Withdrawal Date
04-Aug-2005
Drafting Committee
MT 9 - TC 2/MT 9
Current Stage
WPUB - Publication withdrawn
Start Date
05-Aug-2005
Completion Date
31-Dec-2004
Technical report

IEC TR 62068-2:2001 - Electrical insulation systems (EIS) - Electrical stresses produced by repetitive impulses - Part 2: State of the art Released:8/28/2001 Isbn:2831859565

English and French language
47 pages
sale 15% off
Preview
sale 15% off
Preview

Get Certified

Connect with accredited certification bodies for this standard

Intertek Testing Services NA Inc.

Intertek certification services in North America.

ANAB United States Verified

UL Solutions

Global safety science company with testing, inspection and certification.

ANAB United States Verified

ANCE

Mexican certification and testing association.

EMA Mexico Verified

Sponsored listings

Frequently Asked Questions

IEC TR 62068-2:2001 is a technical report published by the International Electrotechnical Commission (IEC). Its full title is "Electrical insulation systems (EIS) - Electrical stresses produced by repetitive impulses - Part 2: State of the art". This standard covers: Deals with the latest available state of the art of the research on the phenomena induced by the electrical stresses produced by repetitive impulses. Aims at a better understanding and establishment of specified evaluation methods.

Deals with the latest available state of the art of the research on the phenomena induced by the electrical stresses produced by repetitive impulses. Aims at a better understanding and establishment of specified evaluation methods.

IEC TR 62068-2:2001 is classified under the following ICS (International Classification for Standards) categories: 29.080.30 - Insulation systems. The ICS classification helps identify the subject area and facilitates finding related standards.

IEC TR 62068-2:2001 is available in PDF format for immediate download after purchase. The document can be added to your cart and obtained through the secure checkout process. Digital delivery ensures instant access to the complete standard document.

Standards Content (Sample)


RAPPORT CEI
TECHNIQUE IEC
TR 62068-2
TECHNICAL
Première édition
REPORT
First edition
2001-08
Systèmes d'isolation électrique –
Contraintes électriques produites par
des impulsions de tension appliquées
périodiquement –
Partie 2:
Etat de l'art
Electrical insulation systems (EIS) –
Electrical stresses produced
by repetitive impulses –
Part 2:
State of the art
Numéro de référence
Reference number
CEI/IEC/TR 62068-2:2001
Numérotation des publications Publication numbering

Depuis le 1er janvier 1997, les publications de la CEI As from 1 January 1997 all IEC publications are

sont numérotées à partir de 60000. Ainsi, la CEI 34-1 issued with a designation in the 60000 series. For
devient la CEI 60034-1. example, IEC 34-1 is now referred to as IEC 60034-1.

Editions consolidées Consolidated editions

Les versions consolidées de certaines publications de la The IEC is now publishing consolidated versions of its

CEI incorporant les amendements sont disponibles. Par publications. For example, edition numbers 1.0, 1.1
exemple, les numéros d’édition 1.0, 1.1 et 1.2 indiquent and 1.2 refer, respectively, to the base publication,
respectivement la publication de base, la publication de the base publication incorporating amendment 1 and

base incorporant l’amendement 1, et la publication de the base publication incorporating amendments 1
base incorporant les amendements 1 et 2. and 2.
Informations supplémentaires Further information on IEC publications
sur les publications de la CEI
Le contenu technique des publications de la CEI est The technical content of IEC publications is kept
constamment revu par la CEI afin qu'il reflète l'état under constant review by the IEC, thus ensuring that
actuel de la technique. Des renseignements relatifs à the content reflects current technology. Information
cette publication, y compris sa validité, sont dispo- relating to this publication, including its validity, is
nibles dans le Catalogue des publications de la CEI available in the IEC Catalogue of publications
(voir ci-dessous) en plus des nouvelles éditions, (see below) in addition to new editions, amendments
amendements et corrigenda. Des informations sur les and corrigenda. Information on the subjects under
sujets à l’étude et l’avancement des travaux entrepris consideration and work in progress undertaken by the
par le comité d’études qui a élaboré cette publication, technical committee which has prepared this
ainsi que la liste des publications parues, sont publication, as well as the list of publications issued,
également disponibles par l’intermédiaire de: is also available from the following:
• Site web de la CEI (www.iec.ch) • IEC Web Site (www.iec.ch)
• Catalogue des publications de la CEI • Catalogue of IEC publications
Le catalogue en ligne sur le site web de la CEI The on-line catalogue on the IEC web site
(www.iec.ch/catlg-f.htm) vous permet de faire des (www.iec.ch/catlg-e.htm) enables you to search
recherches en utilisant de nombreux critères, by a variety of criteria including text searches,
comprenant des recherches textuelles, par comité technical committees and date of publication. On-
d’études ou date de publication. Des informations line information is also available on recently
en ligne sont également disponibles sur les issued publications, withdrawn and replaced
nouvelles publications, les publications rempla- publications, as well as corrigenda.
cées ou retirées, ainsi que sur les corrigenda.
• IEC Just Published
• IEC Just Published
Ce résumé des dernières publications parues
This summary of recently issued publications
(www.iec.ch/JP.htm) est aussi disponible par
(www.iec.ch/JP.htm) is also available by email.
courrier électronique. Veuillez prendre contact
Please contact the Customer Service Centre (see
avec le Service client (voir ci-dessous) pour plus
below) for further information.
d’informations.
• Service clients
• Customer Service Centre
Si vous avez des questions au sujet de cette
If you have any questions regarding this
publication ou avez besoin de renseignements
publication or need further assistance, please
supplémentaires, prenez contact avec le Service
contact the Customer Service Centre:
clients:
Email: custserv@iec.ch
Email: custserv@iec.ch
Tél: +41 22 919 02 11
Tel: +41 22 919 02 11
Fax: +41 22 919 03 00
Fax: +41 22 919 03 00
.
RAPPORT CEI
TECHNIQUE IEC
TR 62068-2
TECHNICAL
Première édition
REPORT
First edition
2001-08
Systèmes d'isolation électrique –
Contraintes électriques produites par
des impulsions de tension appliquées
périodiquement –
Partie 2:
Etat de l'art
Electrical insulation systems (EIS) –
Electrical stresses produced
by repetitive impulses –
Part 2:
State of the art
 IEC 2001 Droits de reproduction réservés  Copyright - all rights reserved
Aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni No part of this publication may be reproduced or utilized in
utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, any form or by any means, electronic or mechanical,
électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les including photocopying and microfilm, without permission in
microfilms, sans l'accord écrit de l'éditeur. writing from the publisher.
International Electrotechnical Commission 3, rue de Varembé Geneva, Switzerland
Telefax: +41 22 919 0300 e-mail: inmail@iec.ch IEC web site http://www.iec.ch
CODE PRIX
Commission Electrotechnique Internationale
T
PRICE CODE
International Electrotechnical Commission
Pour prix, voir catalogue en vigueur
For price, see current catalogue

– 2 – TR 62068-2  CEI:2001
SOMMAIRE
AVANT-PROPOS.4

0 Introduction .8

0.1 Vue d'ensemble.8

0.2 Recherches associées aux développements de l'électronique de puissance.8

1 Domaine d'application .10
2 Génération des impulsions de surtension de choc .10
3 Phénomènes physiques liés au vieillissement.10
3.1 Décharges partielles (DP) .10
3.2 Effet de la polarité des tensions d'impulsion .10
3.3 Effet de la fréquence des tensions d'impulsion .12
3.4 Chargement de la surface .12
3.5 Autres effets importants .12
4 Machines tournantes .12
4.1 Etudes générales .12
4.2 Identification de la tension (des contraintes).12
4.3 Modélisation.12
4.3.1 Distribution de tension.12
4.3.2 Vieillissement multicontraintes.12
4.4 Phénomènes physiques.14
4.5 Autres études associées .24
4.5.1 Décharges partielles.24
4.5.2 Mesures en ligne .26
4.5.3 Mesures hors ligne .26
4.5.4 Guide de fiabilité .26
5 Autre systèmes électriques.26
5.1 Transformateurs .26
5.2 Appareillage à isolation gazeuse (GIS).28
5.3 Câbles d'alimentation .28

TR 62068-2  IEC:2001 – 3 –
CONTENTS
FOREWORD.5

0 Introduction .9

0.1 Overview .9

0.2 Research trend due to power electronics development .9

1 Scope.11

2 Generation of overvoltage surges .11
3 Physical ageing phenomena .11
3.1 Partial discharges (PD) .11
3.2 Effect of the polarity of pulse voltages .11
3.3 Effect of frequency of pulse voltages .13
3.4 Surface charging .13
3.5 Other important effects.13
4 Rotating machines.13
4.1 General studies .13
4.2 Voltage (stress) identification .13
4.3 Modelling .13
4.3.1 Voltage distribution.13
4.3.2 Multistress aging .13
4.4 Physical Studies.15
4.5 Other related studies .25
4.5.1 Partial discharges.25
4.5.2 On-line measurements.27
4.5.3 Off-line measurements .27
4.5.4 Reliability guidelines.27
5 Other electrical systems .27
5.1 Transformers.27
5.2 Gas Insulated Switchgear (GIS) .29
5.3 Power cables.29

– 4 – TR 62068-2  CEI:2001
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE

____________
SYSTÈMES D'ISOLATION ÉLECTRIQUE –

CONTRAINTES ÉLECTRIQUES PRODUITES PAR DES IMPULSIONS DE

TENSION APPLIQUÉES PÉRIODIQUEMENT –

Partie 2: Etat de l'art
AVANT-PROPOS
1) La CEI (Commission Électrotechnique Internationale) est une organisation mondiale de normalisation
composée de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a
pour objet de favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les
domaines de l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI, entre autres activités, publie des Normes
internationales. Leur élaboration est confiée à des comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national
intéressé par le sujet traité peut participer. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec la CEI, participent également aux travaux. La CEI collabore étroitement
avec l'Organisation Internationale de Normalisation (ISO), selon des conditions fixées par accord entre les
deux organisations.
2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques représentent, dans la mesure
du possible, un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux intéressés
sont représentés dans chaque comité d’études.
3) Les documents produits se présentent sous la forme de recommandations internationales. Ils sont publiés
comme normes, spécifications techniques, rapports techniques ou guides et agréés comme tels par les
Comités nationaux.
4) Dans le but d'encourager l'unification internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent à appliquer
de façon transparente, dans toute la mesure possible, les Normes internationales de la CEI dans leurs normes
nationales et régionales. Toute divergence entre la norme de la CEI et la norme nationale ou régionale
correspondante doit être indiquée en termes clairs dans cette dernière.
5) La CEI n’a fixé aucune procédure concernant le marquage comme indication d’approbation et sa responsabilité
n’est pas engagée quand un matériel est déclaré conforme à l’une de ses normes.
6) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent rapport technique peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.
La tâche principale des comités d’études de la CEI est l’élaboration des Normes
internationales. Toutefois, un comité d’études peut proposer la publication d’un rapport
technique lorsqu’il a réuni des données de nature différente de celles qui sont normalement
publiées comme Normes internationales, cela pouvant comprendre, par exemple, des
informations sur «l’état de l'art».
La CEI 62068-2, qui est un rapport technique, a été établie par le comité d’études 98 de la

CEI: Systèmes d'isolation électrique (SIE)
Le texte de ce rapport technique est issu des documents suivants:
Projet d’enquête Rapport de vote
98/122/CDV 98/129/RVC
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote
ayant abouti à l'approbation de ce rapport technique.
Cette publication a été rédigée selon les Directives ISO/CEI, Partie 3.

TR 62068-2  IEC:2001 – 5 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION

____________
ELECTRICAL INSULATION SYSTEMS (EIS) –

ELECTRICAL STRESSES PRODUCED BY REPETITIVE IMPULSES –

Part 2: State of the art
FOREWORD
1) The IEC (International Electrotechnical Commission) is a worldwide organization for standardization comprising
all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of the IEC is to promote
international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To
this end and in addition to other activities, the IEC publishes International Standards. Their preparation is
entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested in the subject dealt with may
participate in this preparatory work. International, governmental and non-governmental organizations liaising
with the IEC also participate in this preparation. The IEC collaborates closely with the International
Organization for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by agreement between the
two organizations.
2) The formal decisions or agreements of the IEC on technical matters express, as nearly as possible, an
international consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation
from all interested National Committees.
3) The documents produced have the form of recommendations for international use and are published in the form
of standards, technical specifications, technical reports or guides and they are accepted by the National
Committees in that sense.
4) In order to promote international unification, IEC National Committees undertake to apply IEC International
Standards transparently to the maximum extent possible in their national and regional standards. Any
divergence between the IEC Standard and the corresponding national or regional standard shall be clearly
indicated in the latter.
5) The IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any
equipment declared to be in conformity with one of its standards.
6) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this technical report may be the subject of
patent rights. The IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
The main task of IEC technical committees is to prepare International Standards. However, a
technical committee may propose the publication of a technical report when it has collected
data of a different kind from that which is normally published as an International Standard, for
example, "state of the art".
IEC 62068-2, which is a technical report, has been prepared by IEC technical committee 98:
Electrical insulation systems (EIS).

The text of this technical report is based on the following documents:
Enquiry draft Report on voting
98/122/CDV 98/129/RVC
Full information on the voting for the approval of this technical report can be found in the
report on voting indicated in the above table.
This publication has been drafted in accordance with the ISO/IEC Directives, Part 3.

– 6 – TR 62068-2  CEI:2001
Le comité a décidé que le contenu de cette publication restera inchangée jusqu'en 2004. A
cette date, la publication sera:

• confirmée,
• supprimée,
• remplacée par une édition révisée, ou

• amendée.
Ce document, purement informatif, ne doit pas être considéré comme une Norme

internationale.
TR 62068-2  IEC:2001 – 7 –
The committee has decided that the contents of this publication will remain unchanged until 2004.
At this date, the publication will be

• reconfirmed;
• withdrawn;
• replaced by a revised edition, or

• amended.
This document which is purely informative is not to be regarded as an International Standard.

– 8 – TR 62068-2  CEI:2001
0 Introduction
0.1 Vue d'ensemble
Une série de recommandations faisant partie de la CEI 62068 sera développée pour

permettre l'évaluation des systèmes d'isolation électriques (SIE) sous contraintes électriques

produites par des impulsions de tension appliquées périodiquement, et provenant de

dispositifs d'électronique de puissance comme les onduleurs de tension.

L'influence de l'application de ces impulsions répétitives sur les systèmes d'isolation
électrique (SIE) a été étudiée de manière approfondie et a été révisée au cours de la dernière
1)
décade (voir par exemple la référence [1]) . Cependant, les phénomènes de vieillissement
dus aux tensions de choc ne sont encore pas bien compris et restent controversés comme
par exemple pour le développement de tests d'évaluation.
0.2 Recherches associées aux développements de l'électronique de puissance
Récemment, des composants haute tension et hautes fréquences comme les IGBT
(Transistor bipolaire à grille isolée: Insulated gate bipolar transistor) ont été développés et
utilisés comme par exemple les transmissions pour moteur.
Les systèmes d'isolation électrique utilisés dans les appareils alimentés par convertisseurs
comme les bobinage de moteur, sont exposés à plusieurs tensions de chocs répétées
associées à des fronts de tension rectangulaires soumis à une modulation de largeur
d'impulsion (MLI), et la durée de vie peut rapidement être réduite par des processus de
vieillissements thermiques et/ou électriques. Le nombre d’articles sur ce sujet a rapidement
augmenté dans les années 1990 et dans le monde entier. Plus particulièrement, les
caractéristiques du vieillissement et les mécanismes induits ont intensivement été mesurés et
étudiés sur des systèmes d'isolation comprenant des fils émaillés, des vernis et des films
utilisés dans les moteurs Basse Tension, mais aussi sur des isolants de câbles destinés aux
moteurs linéaires. De nombreux articles ont été préparés sur la rupture diélectrique des
transformateurs et des appareillages à isolation gazeuse (GIS = Gaz Insulated Switchgear)
provoquée par la résonance entre ces appareils, en haute fréquence.

––––––––––––
1)
Le chiffre entre crochets se réfère à la bibliographie.

TR 62068-2  IEC:2001 – 9 –
0 Introduction
0.1 Overview
A series of parts of IEC 62068 will be developed for the evaluation of electrical insulation

systems (EIS) under electrical stresses produced by repetitive impulses from power

electronics devices such as inverters.

The influence of these repetitive impulses on electrical insulation systems (EIS) has been
1)
intensively investigated and reviewed in the last decade (see for example reference [1]) .
Nevertheless, the ageing phenomena due to the surges are not yet well understood and
controversial as to evaluation testing.
0.2 Research trend due to power electronics development
Recently, high-voltage high-frequency power devices such as IGBT (Insulated Gate Bipolar
Transistor) have been developed and applied as motor drives.
Electrical insulation systems of inverter-fed apparatus such as motor windings are exposed to
repetition of periodic surges coming from rectangular voltage under Pulse Width Modulation
(PWM), and the insulation life may be shortened through thermal and/or electrical ageing.
The number of papers on the subject increased rapidly in the 1990s all over the world. In
particular, the ageing characteristics and mechanisms have been intensively measured and
investigated on insulation systems including magnet wires, varnish and films used in low-
voltage motors in addition to cable insulation for Maglev linear motors. Several papers have
been prepared on the electrical breakdown of the transformer and GIS (Gas Insulated
Switchgear) due to the resonance between the apparatus with high frequency.

_______
1)
The figures in square brackets refer to the bibliography.

– 10 – TR 62068-2  CEI:2001
SYSTÈMES D'ISOLATION ÉLECTRIQUE –

CONTRAINTES ÉLECTRIQUES PRODUITES PAR DES IMPULSIONS DE

TENSION APPLIQUÉES PÉRIODIQUEMENT –

Partie 2: Etat de l'art
1 Domaine d'application
La présente partie de la CEI 62068 est un rapport technique qui traite du dernier état de l'art
connu des travaux de recherches développés sur les phénomènes induits par les contraintes
électriques produites par des impulsions de tension appliquées périodiquement. Ce rapport
vise à obtenir d'une part une meilleure compréhension des phénomènes induits et d'autre
part à établir des méthodes d'évaluation fiables.
2 Génération des impulsions de surtension de choc
Les phénomènes de réflexion des impulsions de choc produites par la commutation d'un
onduleur placé en extrémité d'un câble peuvent provoquer le doublement, voire le triplement
de la valeur initiale de la tension crête appliquée [2] [3]. Cette multiplication dépend des
conditions existant dans le circuit électrique, et sa valeur crête s'atténue pendant la
propagation. La distribution du potentiel dans le bobinage des moteurs n'est pas non plus
linéaire comme on le verra en 4.3.1. Comme la valeur dV/dt de la tension de choc de
l'onduleur augmente, le rapport du potentiel dans la première spire des bobinages du côté
ligne augmente.
3 Phénomènes physiques liés au vieillissement
La compréhension des mécanismes de défaillance sous contraintes impulsionnelles répétées
peut conduire à la proposition de méthodes d'évaluation de meilleure qualité.
Un travail très important a été réalisé et a permis de déduire que les ruptures d'isolation
étaient dues à un effet synergique de l'action des décharges partielles, de l'échauffement
diélectrique et de la création d'une charge d'espace. Chaque analyse est plus ou moins en
relation avec les phénomènes qui suivent. Bien que la référence détaillée ne soit pas donnée
dans ces paragraphes, l'analyse de la partie suivante consacrée aux machines tournantes
peut être source utile d'informations.
3.1 Décharges partielles (DP)
Les décharges partielles (DP) peuvent être un des mécanismes les plus défavorables aux
systèmes d'isolation électriques. Les SIE des appareils basse tension comme les moteurs ont
été conçus pour fonctionner sans décharge partielle avec des tensions alternatives
inférieures au seuil d'apparition des décharges. Avec des impulsions de surtension,
cependant, ces conditions d'absence de décharges partielles ne durent en général pas.
3.2 Effet de la polarité des tensions d'impulsion
L'effet de la polarité de la tension a été étudié avec un train d'impulsions bipolaires ou
unipolaires (positives ou négatives). Le temps jusqu'à la rupture pour des impulsions
positives est plus long que pour des impulsions négatives. La rupture se produit encore plus
rapidement en bipolaire. Ce phénomène peut s'expliquer par la différence existant dans la
formation de la charge d'espace.

TR 62068-2  IEC:2001 – 11 –
ELECTRICAL INSULATION SYSTEMS (EIS) –

ELECTRICAL STRESSES PRODUCED BY REPETITIVE IMPULSES –

Part 2: State of the art
1 Scope
This part of IEC 62068 is a technical report dealing with the latest available state of the art of
the research on the phenomena induced by the electrical stresses produced by repetitive
impulses. This report aims at a better understanding and establishment of specified
evaluation methods.
2 Generation of overvoltage surges
The reflections of the switching surge from an inverter at the cable terminal may double or
triple the value of the original peak voltage [2] [3]. The multiplication depends upon the circuit
condition and the peak value attenuates during propagation. The potential distribution along
motor windings is not linear as mentioned in 4.3.1. As the dV/dt of the inverter surge
increases, the potential ratio in the first turn of line-side windings increases.
3 Physical ageing phenomena
The understanding of failure mechanisms under repetitive impulse conditions can lead to
better evaluation methods.
Extensive work has been carried out and indicated that the failures of insulation are due to a
synergetic effect of partial discharge, dielectric heating and space charge formation. Each
report is more or less related to the following phenomena. Although the detailed citation is not
given in these subclauses, the analysis in the next clause on rotating machines may be
useful.
3.1 Partial discharges (PD)
Partial Discharges (PD) can be one of the most influential phenomena of electrical insulation
systems. The EIS of low-voltage apparatus such as motors have been designed for PD-free
operation under a.c. voltage lower than PD inception voltage. Under over-potential impulse
condition, however, the PD-free condition does not stand in general.

3.2 Effect of the polarity of pulse voltages
The polarity effect was examined under a bipolar and a unipolar pulse wave (positive and
negative). The failure time under positive pulse is longer than that under negative pulses.
The failure time under bipolar pulses is shortest. This phenomenon may be explained by the
difference in space charge formation.

– 12 – TR 62068-2  CEI:2001
3.3 Effet de la fréquence des tensions d'impulsion

L'effet de la fréquence sur la durée de vie a été étudié. Au dessus d'une fréquence de seuil,

le niveau de dégradation de l'isolation des fils augmente. Ce résultat a été expliqué par

l'échauffement diélectrique dans la couche isolante.

3.4 Chargement de la surface
En utilisant des mesures de décroissance des charges sur différents matériaux diélectriques,

le rôle de la polarité des impulsions est démontré [4].

3.5 Autres effets importants
Les effets de la température, de l'humidité, et/ou de l'air ambiant (tel que l'existence d’ozone)
sont particulièrement étudiés du point de vue de leur impact sur la durée de vie des
échantillons soumis à contraintes impulsionnelles répétitives.
4 Machines tournantes
4.1 Etudes générales
Ces références [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] décrivent principalement les conséquences d'une
alimentation basse tension par onduleur pour les machines tournantes. Différentes règles
sont données et sont associées à la longueur du câble, la nature du composant de
commutation. Leurs auteurs préconisent la normalisation des essais. La référence [9] détaille
les règles de réparation ou les spécifications destinées aux machines asynchrones.
4.2 Identification de la tension (des contraintes)
Les transistors IGBT peuvent avoir des temps de montée entre 50 ns et 200 ns. Par
conséquent il est présenté une nouvelle étude, dédiée à l'application des contraintes
électriques des systèmes d'isolation résultant de la distribution non linéaire de la tension
dans le bobinage des machines tournantes quand ces systèmes sont soumis à des trains
d'ondes à front raide de forme carrées dV/dt, répétitives (plutôt qu'à des essais de formes
d'onde impulsionnelle). Les amplitudes et les temps de montée des impulsions générées par
des variateurs de vitesse (ASD: Adjustable Speed Drive), induites sur les bornes des
machines, sont mesurées. Ces références [12] [13] [14] [15] [16] [10] [17] [18] présentent les
résultats obtenus (généralement sur les machines tournantes) de la distribution des tensions
tant dans le bobinage qu'aux bornes de connexion du moteur.
Ces références donnent également des lois de comportement pour la détermination de la
longueur de câble ou pour l'installation de transistor IGBT.

4.3 Modélisation
4.3.1 Distribution de tension
Ces références [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] donnent ou proposent des modèles capables
d'expliquer la distribution de tension et la propagation des impulsions dans le bobinage en
fonction de diverses caractéristiques de la machine (type de bobinage, type de câble, type
d'émail, diamètre du fil).
4.3.2 Vieillissement multicontraintes
Ces références [26] [27] sont les premières tentatives d'une compréhension du vieillissement
des matériaux isolants utilisés dans le bobinage quand ils sont alimentés par des onduleurs.
Ils sont de nature très générale. Récemment, une nouvelle approche a été formulée,
résumant les nouveaux développements dans ce domaine et proposant l'identification exacte
du rôle de chacun des paramètres [28].

TR 62068-2  IEC:2001 – 13 –
3.3 Effect of frequency of pulse voltages

The frequency dependence of the failure time was examined. Above a threshold frequency,

the degradation rate of the wire insulation increases. The result was explained with

the dielectric heating in the insulation layer.

3.4 Surface charging
Using charge decay measurements on different dielectric materials, the role of the polarity of

impulse is demonstrated [4].
3.5 Other important effects
The effects of temperature, moisture and/or ambient atmosphere such as ozone on the
insulation life of the samples under repetitive impulse condition are reported.
4 Rotating machines
4.1 General studies
The papers [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] mainly describe the effect of feeding low-voltage rotating
machines by inverters. Different laws related to cables length, the role of the nature of the
switch, and the need for standardization of testing are given. Reference [9] indicates repair
laws or specification for asynchronous machines.
4.2 Voltage (stress) identification
IGBT drives can have rise times of 50 ns to 200 ns. Thus, a new study on electrical stress of
insulation systems due to the non-linear voltage distribution of mush-wound motors when
subjected to repetitive steep dV/dt square-pulse waveforms (rather than impulse wave
testing) is presented. Magnitude and rise time of the repetitive ASD (Adjustable Speed Drive)
surge-voltage transient induced on the machine terminals are reviewed. Papers [12] [13] [14]
[15] [16] [10] [17] [18] present results (generally on equipped rotating machines) of voltage
distribution both in the winding and at the motor terminal.
They also give rules for cable length determination or IGBT installation.
4.3 Modelling
4.3.1 Voltage distribution
Papers [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] give or propose models able to explain voltage

distribution and propagation in the winding according to different characteristics (type of
winding, type of cable, type of enamel, wire gauge).
4.3.2 Multistress ageing
Papers [26] [27] are a first attempt to approach the ageing of winding insulating materials
when fed by inverters. They are very general. A recent one intends to summarize new
developments in this field and to propose an evaluation of the impact of the different
parameters [28].
– 14 – TR 62068-2  CEI:2001
4.4 Phénomènes physiques
Tableau 1 – Résumé des caractéristiques principales des différentes alimentations

utilisées pour étudier l’impact de fronts de tensions périodiques

Temps de
Rapport
Forme de montée (s) Critère de
Réf. Amplitude Fréquence cyclique Essai typique
l'onde ou front de défaillance

(%)
tension (kV/µs)
[29] Carré ±2,5 kV 60 Hz à 20 kHz 25 ns 10 à 50 U = 2000 V Chute de
pp
tension
20 kHz
50 %
T = variable
[30] Carré ±1,25 kV 60 Hz à 20 kHz 50 ns 10 à 50 U = 2000 V Chute de
pp
tension
20 kHz
50 %
T = variable
[31] Carré ±1,25 kV 60 Hz à 20 kHz 50 ns 10 à 50 U = 1900 V Chute de
pp
tension
20 kHz
50 %
T = 90 °C et
180 °C
[32] Sinus 2,5 kV 45 Hz à 6,5 kHz – – U = 1750 V Fusible
pp
1050 Hz
T = variable
[33] Sinus 4,5 kV 50 Hz –– Toutes Fusible
3 kV 500 Hz T = 140 °C
1,8 kV 15 kHz
[34] Impulsions ±2 kV 5 kHz 0,2 / 20 µs Inconnu U = ±1400 V Passage
p
0,1 / 5 µs d'un
courant
[35] Carré ±2 kV 10 kHz 1 kV / µs 10 à 50 U = ±1500 V Fusible
p
Mesure du
10 kHz
courant
1 kV/µs
T = 20-80 °C
[36] Impulsions 22 kV-40 kV 18,5 kHz 0,2 µs / 6,5 µs – Toutes Eclateur
(crête)
[37] Sinus 6 kV (crête) 50, 250, 500 Hz – – Toutes Aucune
6 kV (crête) 1, 2,5, 5 kHz
[38] Impulsions 12 kV Jusqu'à 60 kHz NG 16 Toutes Inconnu
[39] Carré 0,5 U 24 kHz 0,8 µs / 2 µs – Celle ci Aucune
o
Superposé sur
(jusqu'à
une tension
920 V)
alternative
50 Hz
Carré ±5 kV 20 kHz 3 µs 20 Toutes Inconnu
[40] Impulsion 4 kV ND 9 ns / 18 ns ND ND ND
[41] Carré ±7 kV 2 Hz à 20 kHz 0,3 µs / 1 µs (largeur: Unipolaire Aucune
1-100 µs) 1 kHz
[42] Carré 10 kV Jusqu'à 25 kHz Jusqu'à 8 kV/µs 10-50 Toutes Chute de
(crête-crête) tension
[43] Impulsion 600 V + 10 kHz 120 ns Durée de Celle ci Aucun
surtension OS = 2,5 µs
(OS)
NOTE La définition du front de montée (dV/dt)" n’est pas toujours la même. Parfois c'est la différence entre les
valeurs à 10 % et à 90 % de la tension mesurée (ce qui est la véritable définition), alors que dans d’autre cas il s’agit
simplement de V / t ).
max rise
OS signifie «Suroscillation»
ND signifie «Non décrit»;
Aucune signifie qu'aucune autre mesure que la durée de vie n'est entreprise;
Toutes signifie que la totalité de la configuration a été testée.

TR 62068-2  IEC:2001 – 15 –
4.4 Physical studies
Table 1 – Summary of the main characteristics of the different power supplies

used when studying the impact of periodical fronts

Voltage Rise time (s) Duty cycle Failure
Ref. Magnitude Frequency Typical

waveform or front (kV/µs) (%) criteria

[29] Square ±2,5 kV 60 Hz-20 kHz 25 ns 10-50 U = 2000 V Voltage
pp
collapse
20 kHz
50 %
T = variable
[30] Square ±1,25 kV 60 Hz-20 kHz 50 ns 10-50 Voltage
U = 2000 V
pp
collapse
20 kHz
50 %
T = variable
[31] Square ±1,25 kV 60 Hz-20 kHz 50 ns 10-50 U = 1900 V Voltage
pp
collapse
20 kHz
50 %
T = 90 °C and
180 °C
[32] Sinus 2,5 kV 45 Hz-6,5 kHz – – U = 1750 V Fuse
pp
1050 Hz
T = variable
[33] Sinus 4,5 kV 50 Hz ––All Fuse
3 kV 500 Hz T = 140 °C
1,8 kV 15 kHz
[34] Pulses ±2 kV 5 kHz 0,2 / 20 µs Unknown U = ±1400 V Current
p
0,1 / 5 µs trip
[35] Square ±2 kV 10 kHz 1 kV / µs 10-50 U = ±1500 V Fuse
p
10 kHz
Measure
1 kV/µs
of current
T = 20-80 °C
[36] Pulses 22 kV-40 kV 18,5 kHz 0,2 µs / 6,5 µs – All Circuit-
(peak) breaker
[37] Sinus 6 kV (peak) 50, 250, 500 Hz ––All None
6 kV (peak) 1, 2,5, 5 kHz
[38] Pulses 12 kV up to 60 kHz NG 16 All Unknown
[39] Square 0,5 U 24 kHz 0,8 µs / 2 µs – This one None
o
superimposed (up to 920 V)
on a.c. 50 Hz
Square ±5 kV 20 kHz 3 µs 20 All Unknown

[40] Pulse 4 kV NG 9 ns / 18 ns NG NG NG
[41] Square ±7 kV 2 Hz - 20 kHz 0,3 µs / 1 µs (width: Unipolar None
1-100 µs) 1 kHz
[42] Square 10 kV up to 25 kHz up to 8 kV / µs 10-50 All Voltage
(peak-peak) collapse
[43] Pulse 600 V + over- 10 kHz 120 ns Duration of This one None
shoot (OS) OS = 2,5 µs
NOTE The definition of the rise front (dV/dt) is not always the same. Sometimes it is the difference between the
values of 10 % and 90 % of the measured voltage (which is the real definition), whereas in other cases it is just V /
max
t ),
rise
OS: overshoot
NG: not given
None: measurement other than lifetime is performed;
All: the entire configuration has been tested;

– 16 – TR 62068-2  CEI:2001
Tableau 2 – Type d’échantillons et systèmes supposés être représentés

Réf. Echantillons Systèmes réels et applications envisagées

[29] Paires twistées MTBT, MTAO, BA

[30] Paires twistées MTBT, MTAO, BA

[31] Paires twistées MTBT, MTAO, BA

[32] Paires twistées MTBT, MTAO, BA

[33] Paires twistées MTBT, MTAO, BA

[34] Bobines MTBT, MTAO, BA, MTHT, BF

ou motorettes
MTBT, MTAO, BA
[35] Paires twistées
Films minces de
polymère
[36] Bobines MTHT, SI, BF
[37] Films minces de Inconnu
polymère
[38] Films minces de Composants TV
polymère
[39] Paires twistées MTBT, MTAO, BA
[40] Paires twistées MTBT, MTAO, BA
[41] Inconnu Air
[42] Echantillons de MTBT, MTAO, BA, MTHT, BF
bobines
[43] Couche sur couche MTBT, MTAO, BA
«MTBT» est une Machine Tournante Basse Tension
«TV» signifie Télévision
«MTAO» est une Machine Tournante Alimenté par Onduleur
«BA» signifie est à Bobinage Aléatoire
«MTHT» est une Machine Tournante Haute Tension
«SI» signifie Soumis à Impulsion de choc
«BF» est un Bobinage Formé
TR 62068-2  IEC:2001 – 17 –
Table 2 – Type of samples and what they are supposed to represent

Ref. Samples Real systems and intended applications

[29] Twisted pairs LVRM, RMFI, RW

[30] Twisted pairs LVRM, RMFI, RW

[31] Twisted pairs LVRM, RMFI, RW

[32] Twisted pairs LVRM, RMFI, RW

[33] Twisted pairs LVRM, RMFI, RW

[34] Coils samples LVRM, RMFI, RW, HVRM, FW

or motorettes
[35] Twisted pairs LVRM, RMFI, RW
Thin polymer films
[36] Coils HVRM, SS, FW
[37] Thin polymer films Not defined
[38] Thin polymer films TV-components
[39] Twisted pairs LVRM, RMFI, RW
[40] Twisted pairs LVRM, RMFI, RW
[41] Unknown Air
[42] Coil samples LVRM, RMFI, RW, HVRM, FW
[43] Layer to layer LVRM, RMFI, RW
LVRM: low-voltage rotating machine
TV: television
RMFI: rotating machine fed by inverters
RW: random wound
HVRM: high-voltage rotating machine
SS: subjected to surge
FW: formed wound
– 18 – TR 62068-2  CEI:2001
Table 3 – Type d’échantillons et de mesures réalisées

Réf. Echantillons Mesures
[29] Paires twistées Spectroscopie diélectrique, alternatif 60 Hz, PDIV,
rupture diélectrique et durée de vie

[30] Paires twistées PDIV en alternatif 60 Hz, rupture diélectrique et durée de vie

[31] Paires twistées PDIV en alternatif 60 Hz, rupture diélectrique et durée de vie + impact

de contraintes mécaniques (mise en forme)

[32] Paires twistées Mesure de durée de vie

[33] Paires twistées Mesure de durée de vie

[34] Bobines Mesure de durée de vie, mesure des DP en haute fréquence
ou motorettes
[35] Paires twistées Mesure de durée de vie, spectroscopie diélectrique,
Films minces de Mesure du potentiel de surface
polymères
[36] Bobines Mesure de durée de vie
[37] Films minces de Mesure de durée de vie
polymères
[38] Films minces de Mesure de durée de vie
polymères
[39] Paires twistées Mesure de durée de vie
[40] Paires twistées Rupture diélectrique
[41] Inconnu Mesure des DP
[42] Bout de bobinage Mesure de durée de vie, Mesure des DP
Mesure du potentiel de surface
[43] Couche sur couche TSC, Mesure des DP
TSC signifie «Courants stimulés thermiquement» (Thermally Stimulated Current)
DP signifie «Mesures de décharges partielles»

TR 62068-2  IEC:2001 – 19 –
Table 3 – Type of samples and type of measurements performed

Ref. Samples Measurements
[29] Twisted pairs Dielectric spectroscopy, a.c. 60 Hz PD threshold,

breakdown and life time measurements

[30] Twisted pairs AC 60 Hz PD threshold, breakdown and lifetime measurements

[31] Twisted pairs AC 60 Hz PD threshold, breakdown and lifetime measurements

+ impact of mechanical stress
[32] Twisted pairs Lifetime measurements

[33] Twisted pairs Lifetime measurements

[34] Coils samples Lifetime measurements, high-frequency PD measurements

or motorettes
[35] Twisted pairs Lifetime measurements, dielectric spectroscopy,
Thin polymer films Surface potential measurements
[36] Coils Lifetime measurements
[37] Thin polymer films Lifetime measurements
[38] Thin polymer films Lifetime measurements
[39] Twisted pairs Lifetime measurements
[40] Twisted pairs Breakdown measurements
[41] Unknown PD measurements
[42] Coil samples Life-time measurements, PD measurements,
Surface potential measurements
[43] Layer to layer TSC, PD measurements
TSC: thermally stimulated current
PD: partial discharge measurements

– 20 – TR 62068-2  CEI:2001
Tableau 4 – Résumé des principaux résultats

Réf. Echantillons Principaux résultats

[29] Paires twistées Développement de nouveaux émaux

[30] Paires twistées Développement de nouveaux émaux

[31] Paires twistées Développement de nouveaux émaux

[32] Paires twistées Développement de nouveaux émaux

[33] Paires twistées Développement de nouveaux émaux

[34] Bobines Définition de la fiabilité (V< PDIV= aucun danger )

ou motorettes Rôle de la fréquence, t et t sur PDIV
r f
Rôle de la température, charge de surface
[35] Paires twistées Deux types de vieillissement, le premier impliquant les DP, le second
Films minces de l’existence d’une charge d’espace,
polymères Création d’une charge d
...

Questions, Comments and Discussion

Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.

Loading comments...