IEC 61857-21:2004

NORME CEI
INTERNATIONALE IEC
61857-21
INTERNATIONAL
Deuxième édition
STANDARD
Second edition
2004-08
Systèmes d'isolation électriques –
Procédures d'évaluation thermique –
Partie 21:
Exigences particulières pour les modèles
d'usage général –
Applications aux enroulements à fil
Electrical insulation systems –
Procedures for thermal evaluation –
Part 21:
Specific requirements for general-
purpose models – Wire-wound applications

Numéro de référence
Reference number
CEI/IEC 61857-21:2004
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
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(www.iec.ch/searchpub) vous permet de faire des (www.iec.ch/searchpub) enables you to search by a
recherches en utilisant de nombreux critères, 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 en line information is also available on recently
ligne sont également disponibles sur les nouvelles issued publications, withdrawn and replaced
publications, les publications remplacées ou retirées, publications, as well as corrigenda.
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/online_news/justpub) est aussi dispo- (www.iec.ch/online_news/justpub) is also available
nible par courrier électronique. Veuillez prendre by email. Please contact the Customer Service
contact avec le Service client (voir ci-dessous) Centre (see below) for further information.
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.
NORME CEI
INTERNATIONALE IEC
61857-21
INTERNATIONAL
Deuxième édition
STANDARD
Second edition
2004-08
Systèmes d'isolation électriques –
Procédures d'évaluation thermique –
Partie 21:
Exigences particulières pour les modèles
d'usage général –
Applications aux enroulements à fil
Electrical insulation systems –
Procedures for thermal evaluation –
Part 21:
Specific requirements for general-
purpose models – Wire-wound applications

” IEC 2004 Droits de reproduction réservés  Copyright - all rights reserved
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– 2 – 61857-21 ” CEI:2004
SOMMAIRE
AVANT-PROPOS.4

INTRODUCTION .8

1 Domaine d'application .10

2 Références normatives.10

3 Termes et définitions .10

4 Construction.10

4.1 Information générale.10
4.2 Eléments constitutifs du modèle .12
4.3 Assemblage du modèle .14
5 Nombre d'éprouvettes .16
6 Procédures d'essai.16
6.1 Généralités .16
6.2 Essais de vérification initiale.16
6.3 Essai d'endurance thermique.18
7 Critère de fin de vie .22
8 Analyse, compte rendu et classification .22
Figure 1 – Schéma d'un châssis de GPM .24
Figure 2 – Schéma de fabrication d'un châssis de GPM-TC.26
Figure 3 – Photos d’éprouvettes de GPM et de GPM-TC .28
Tableau 1 – Essai diélectrique préalable pour GPM-TC .18
Tableau 2 – Essai de diagnostic diélectrique pour GPM-TC .20

61857-21” IEC:2004 – 3 –
CONTENTS
FOREWORD .5

INTRODUCTION .9

1 Scope .11

2 Normative references .11

3 Terms and definitions .11

4 Construction.11

4.1 General information.11
4.2 Model components .13
4.3 Assembly of the model .15
5 Number of test objects.17
6 Test procedures .17
6.1 General .17
6.2 Initial screening tests.17
6.3 Thermal endurance test.19
7 End-of-life criterion.23
8 Analyzing, reporting and classification .23
Figure 1 – Schematic drawing of a GPM frame.25
Figure 2 – Manufacturing drawing of a GPM-TC frame.14
Figure 3 – Photos of GPM and GPM-TC test objects .29
Table 1 – Initial dielectric tests for GPM-TC .19
Table 2 – Dielectric diagnostic tests for GPM-TC .21

– 4 – 61857-21 ” CEI:2004
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE

____________
SYSTÈMES D'ISOLATION ÉLECTRIQUES –

PROCÉDURES D'ÉVALUATION THERMIQUE –

Partie 21: Exigences particulières pour les modèles d'usage général –

Applications aux enroulements à fil

AVANT-PROPOS
1) La Commission Electrotechnique Internationale (CEI) 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, des Spécifications techniques, des Rapports techniques, des Spécifications accessibles au
public (PAS) et des Guides (ci-après dénommés "Publication(s) de la CEI"). 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 de la CEI
intéressés sont représentés dans chaque comité d’études.
3) Les Publications de la CEI se présentent sous la forme de recommandations internationales et sont agréées
comme telles par les Comités nationaux de la CEI. Tous les efforts raisonnables sont entrepris afin que la CEI
s'assure de l'exactitude du contenu technique de ses publications; la CEI ne peut pas être tenue responsable
de l'éventuelle mauvaise utilisation ou interprétation qui en est faite par un quelconque utilisateur final.
4) Dans le but d'encourager l'uniformité internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent, dans toute la
mesure possible, à appliquer de façon transparente les Publications de la CEI dans leurs publications
nationales et régionales. Toutes divergences entre toutes Publications de la CEI et toutes publications
nationales ou régionales correspondantes doivent être indiquées en termes clairs dans ces dernières.
5) La CEI n’a prévu aucune procédure de marquage valant indication d’approbation et n'engage pas sa
responsabilité pour les équipements déclarés conformes à une de ses Publications.
6) Tous les utilisateurs doivent s'assurer qu'ils sont en possession de la dernière édition de cette publication.
7) Aucune responsabilité ne doit être imputée à la CEI, à ses administrateurs, employés, auxiliaires ou
mandataires, y compris ses experts particuliers et les membres de ses comités d'études et des Comités
nationaux de la CEI, pour tout préjudice causé en cas de dommages corporels et matériels, ou de tout autre
dommage de quelque nature que ce soit, directe ou indirecte, ou pour supporter les coûts (y compris les frais
de justice) et les dépenses découlant de la publication ou de l'utilisation de cette Publication de la CEI ou de
toute autre Publication de la CEI, ou au crédit qui lui est accordé.
8) L'attention est attirée sur les références normatives citées dans cette publication. L'utilisation de publications
référencées est obligatoire pour une application correcte de la présente publication.

9) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente Publication de la CEI 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 Norme internationale CEI 61857-21 a été établie par le comité d'études 98 de la CEI:
Systèmes d'isolation électriques (SIE).
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition publiée en 1998. La présente
édition constitue une révision technique en fusionnant les Parties 23 et 21.

61857-21” IEC:2004 – 5 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION

___________
ELECTRICAL INSULATION SYSTEMS –

PROCEDURES FOR THERMAL EVALUATION –

Part 21: Specific requirements for general-purpose models –

Wire-wound applications
FOREWORD
1) The International Electrotechnical Commission (IEC) is a worldwide organization for standardization comprising
all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of 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, IEC publishes International Standards, Technical Specifications,
Technical Reports, Publicly Available Specifications (PAS) and Guides (hereafter referred to as “IEC
Publication(s)”). 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. 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 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 IEC National Committees.
3) IEC Publications have the form of recommendations for international use and are accepted by IEC National
Committees in that sense. While all reasonable efforts are made to ensure that the technical content of IEC
Publications is accurate, IEC cannot be held responsible for the way in which they are used or for any
misinterpretation by any end user.
4) In order to promote international uniformity, IEC National Committees undertake to apply IEC Publications
transparently to the maximum extent possible in their national and regional publications. Any divergence
between any IEC Publication and the corresponding national or regional publication shall be clearly indicated in
the latter.
5) IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any
equipment declared to be in conformity with an IEC Publication.
6) All users should ensure that they have the latest edition of this publication.
7) No liability shall attach to IEC or its directors, employees, servants or agents including individual experts and
members of its technical committees and IEC National Committees for any personal injury, property damage or
other damage of any nature whatsoever, whether direct or indirect, or for costs (including legal fees) and
expenses arising out of the publication, use of, or reliance upon, this IEC Publication or any other IEC
Publications.
8) Attention is drawn to the Normative references cited in this publication. Use of the referenced publications is
indispensable for the correct application of this publication.
9) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this IEC Publication may be the subject of
patent rights. IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.

International Standard IEC 61857-21 has been prepared by IEC technical committee 98:
Electrical insulation systems (EIS).
This second edition cancels and replaces the first edition published in 1998. This edition
constitutes a technical revision by merging Part 23 into Part 21.

– 6 – 61857-21 ” CEI:2004
Le texte de cette norme est issu des documents suivants:

FDIS Rapport de vote
98/214/FDIS 98/223/RVD
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote

ayant abouti à l'approbation de cette norme.

Cette publication a été rédigée selon les Directives ISO/CEI, Partie 2.

La CEI 61857 comprend les parties suivantes, sous le titre général: Systèmes d'isolation
électrique – Procédures d'évaluation thermique
Partie 1: Exigences générales – Basse tension
Partie 21: Exigences particulières pour les modèles d'usage général – Applications aux
enroulements à fil
Partie 22: Exigences particulières pour modèle de bobine encapsulée – Système
d'isolation électrique (SIE) à enroulements à fil
Partie 31: Procédures d’évaluation thermique de courte duréeProcedures for short time
thermal evaluation
Le comité a décidé que le contenu de cette publication ne sera pas modifié avant la date de
maintenance indiquée sur le site web de la CEI sous «http://webstore.iec.ch» dans les
données relatives à la publication recherchée. A cette date, la publication sera
 reconduite;
 supprimée;
 remplacée par une édition révisée, ou
 amendée.
___________
Cette partie est actuellement au stade de Committee Draft.

61857-21” IEC:2004 – 7 –
The text of this standard is based on the following documents:

FDIS Report on voting
98/214/FDIS 98/223/RVD
Full information on the voting for the approval of this standard 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 2.

IEC 61857 consists of the following parts, under the general title: Electrical insulation
systems – Procedures for thermal evaluation
Part 1: General requirements – Low-voltage
Part 21: Specific requirements for general-purpose models – Wire-wound applications
Part 22: Specific requirements for encapsulated-coil model – Wire-wound electrical
insulation system (EIS)
Part 31: Procedures for short time thermal evaluation
The committee has decided that the contents of this publication will remain unchanged until
the maintenance result date indicated on the IEC web site under "http://webstore.iec.ch" in
the data related to the specific publication. At this date, the publication will be
 reconfirmed;
 withdrawn;
 replaced by a revised edition, or
 amended.
___________
This part is currently at the Committee Draft stage.

– 8 – 61857-21 ” CEI:2004
INTRODUCTION
Une série de parties de la CEI 61857 est en cours de développement. Chacune de ces

parties concernera une éprouvette et/ou une application particulière avec une procédure

d'essai associée.
La présente partie de la CEI 61857 fixe une procédure pour évaluer les systèmes à

enroulements à fils, en utilisant les modèles d’usage général lorsque l'application est

inconnue.
Des parties complémentaires seront développées en coopération avec les comités d'études
de la CEI responsables de matériels selon la fonction correspondant au concept de comité
horizontal.
61857-21” IEC:2004 – 9 –
INTRODUCTION
A series of parts of IEC 61857 is being developed, each of which will address a specific test

object and/or application with an associated test procedure.

This part of IEC 61857 provides a procedure for the evaluation of wire-wound systems,

using general-purpose models, where the application is unknown.

As a function of the horizontal committee concept, additional parts will be developed in

cooperation with IEC technical committees responsible for equipment.

– 10 – 61857-21 ” CEI:2004
SYSTÈMES D'ISOLATION ÉLECTRIQUES –

PROCÉDURES D'ÉVALUATION THERMIQUE –

Partie 21: Exigences particulières pour les modèles d'usage général –

Applications aux enroulements à fil

1 Domaine d'application
La présente partie de la CEI 61857 décrit un modèle d’usage général (GPM) et un modèle
alternatif à chemin haut (GPM-TC) qui peuvent être utilisés pour évaluer les SIE à
enroulements à fil quand les produits électrotechniques spécifiques ne sont pas disponibles
ou pas requis.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent
document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références
non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
CEI 60455 (toutes les parties), Composés réactifs à base de résine utilisés comme isolants
électriques
CEI 60464 (toutes les parties), Vernis utilisés pour l'isolation électrique
CEI 60505, Evaluation et qualification des systèmes d'isolation électriques
CEI 61857-1, Systèmes d'isolation électriques – Procédures d’évaluation thermique – Partie
1: Exigences générales – Basse tension
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans la CEI 60505 et la
CEI 61857-1 ainsi que les définitions suivantes s'appliquent.
3.1
isolation par rapport à la terre
MIE utilisé pour séparer les parties conductrices de la terre

3.2
isolation entre les bobines
MIE utilisé pour séparer des bobines adjacentes
4 Construction
4.1 Information générale
Les modèles à usage général sont utiles pour évaluer la compatibilité des matériaux isolants
électriques qui sont utilisés dans un système d'isolation électrique candidat. Un modèle GPM
n'est pas capable de simuler l'influence des véritables processus de fabrication tels que les
techniques de bobinage. Par conséquent, l’influence du processus de fabrication sera
minimale. Un modèle GPM peut être assemblé à la main en utilisant des moyens simples.

61857-21” IEC:2004 – 11 –
ELECTRICAL INSULATION SYSTEMS –

PROCEDURES FOR THERMAL EVALUATION –

Part 21: Specific requirements for general-purpose models –

Wire-wound applications
1 Scope
This part of IEC 61857 describes a general-purpose model (GPM) and a tall channel
alternative model (GPM-TC) which can be used for the evaluation of wire-wound EIS where
specific electrotechnical products are not available or required.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document.
For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition
of the referenced document (including any amendments) applies.
IEC 60455 (all parts), Resin based reactive compounds used for electrical insulation
IEC 60464: (all parts), Varnishes used for electrical insulation
IEC 60505, Evaluation and qualification of electrical insulation systems
IEC 61857-1, Electrical insulation systems – Procedures for thermal evaluation – Part 1:
General requirements – Low-voltage
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in IEC 60505 and IEC 61857-1
as well as the following definitions apply.
3.1
ground insulation
EIM used to separate conducting parts from ground
3.2
coil-to-coil insulation
EIM used to separate adjacent coils of winding wires
4 Construction
4.1 General information
General-purpose models are useful in evaluating the compatibility of the electrical insulation
materials (EIM) being used in a candidate EIS. A GPM is not capable of simulating the
influence of actual manufacturing processes such as winding techniques. Consequently, the
influence of the manufacturing processes will be minimal. A GPM may be assembled by hand
using simple facilities.
– 12 – 61857-21 ” CEI:2004
Les composants essentiels des modèles à usage général constituent soit deux bobines

(GPM) soit trois bobines (GPM-TC) montées dans la même paire de chemins, représentant

ainsi les enroulements dans la fenêtre d'un transformateur, ou les enroulements dans les

encoches d'un moteur ou d'une génératrice, et un matériau isolant électrique placé entre le

ou les appariements de bobines et dans l’emplacement compris entre la bobine et le châssis

représentant respectivement l’isolation entre les bobines et l’isolation par rapport à la terre.

Les chemins, représentatifs des couches dans un produit électrotechnique, doivent être formés de
tôles d'acier inoxydable disposées de manière appropriée et fixées à la base. Un ou plusieurs

matériaux isolants électriques et/ou différentes épaisseurs de matériaux isolants électriques

peuvent être utilisés dans la construction comme isolation par rapport à la terre. Pour chaque

bobine, deux isolateurs doivent également être fixés à la base.

Les bobines doivent être bobinées avec deux fils de bobinage en parallèle (enroulement bifilaire).
Il est recommandé que les ensembles de bobinages remplissent les chemins. Chaque bobine
peut être bobinée avec un type différent de conducteur isolé et chaque type de conducteur isolé
doit être en contact avec l'isolation par rapport à la terre et avec l’isolation entre les bobines. Les
bobines doivent être reliées aux isolateurs de façon à faciliter l'essai diélectrique entre les bobines
et le châssis, entre les bobines, et entre les conducteurs.
Voir soit la Figure 1 pour les principes de construction du GPM, soit la Figure 2 pour les
principes de construction du GPM-TC.
4.2 Eléments constitutifs du modèle
a) Châssis:
Le châssis du modèle est constitué d'un support métallique rigide servant de base muni
d’isolateurs adaptés, en porcelaine ou en tout autre matériau approprié, boulonnés à une
extrémité, et de deux chemins formés d'une feuille intérieure et d'une feuille extérieure,
boulonnés à l'autre extrémité. Voir la Figure 1 ou la Figure 2 pour les dimensions
particulières. La base de support est percée de trous pour fixer le modèle quand une
contrainte mécanique est appliquée (vibrations). La partie avec les chemins montés
contient deux ou trois bobines isolées du châssis par une isolation par rapport à la terre,
isolées entre elles par une isolation entre les bobines, et maintenues en place par des
cales de fermeture de chemin.
b) Bobines:
Chaque bobine doit être bobinée avec des conducteurs isolés parallèles pour l'essai
diélectrique entre conducteurs. Les bobines peuvent être bobinées à la machine ou à la
main sur des broches ou sur des gabarits. Les extrémités des enroulements parallèles
doivent être isolées pour permettre des essais fil à fil.
Lorsque le GPM-TC est utilisé pour évaluer plus d’un type de conducteur isolé, le

matériau isolant électrique en cours d'évaluation pour l'isolation entre les bobines doit
être placé de telle sorte que chaque matériau isolant électrique soit en contact avec
chaque type de conducteur isolé.
c) Conducteur isolé:
Film revêtu épais. Les dimensions préférentielles du fil sont de 1,0 mm à 1,12 mm.
d) MIE:
Le matériau isolant électrique est utilisé comme isolant par rapport à la terre dans le
chemin et comme isolant entre les bobines. Le matériau isolant électrique qualifié pour
l'isolation par rapport à la terre ou entre les bobines dans un système d'isolation
électrique peut être utilisé pour l'un ou l'autre de ces cas. Un matériau isolant électrique
doit représenter l'épaisseur à évaluer. Le matériau isolant électrique qui est placé entre
les bobines doit avoir une largeur suffisante pour constituer une barrière isolante
suffisante réelle entre les bobines. Les matériaux isolants électriques qui sont situés
dans la partie semi-circulaire doivent être mis en forme par découpe ou par toute autre
technique pour suivre l'arrondi des bobines et dépasser la largeur des bobines de
conducteur isolé.
61857-21” IEC:2004 – 13 –
The essential components of general-purpose models are either two coils (GPM) or three
coils (GPM-TC) mounted in the same pair of channels, thus representing the windings in the
window of a transformer, or the windings in the slots of a motor or generator, and EIM placed

between the pairing(s) of coils and the coil-to-frame location representing coil-to-coil

insulation and ground insulation respectively.

The channels, representative of the laminations in an electrotechnical product, shall be formed of

stainless steel plates in an appropriate manner and fixed to the base. One or more EIM and/or

different thicknesses of EIM may be used as ground insulation in the construction. Two insulators

for each coil shall be fixed to the base.

The coils shall be wound with two winding wires in parallel (bifilar winding). The sets of
windings should fill
...