Electrical insulation systems - Short-time evaluation of combined thermal and electrical stresses

Applies to electrical insulation systems, specifies a short-time thermal and electrical evaluation procedure - applicable for devices with a supply voltage up to 1000 V (d.c./a.c./pulse), - using a wire-wound coil model; this model may be used for wire-wound applications, such as transformers, chokes, ballasts, reactors, ferrite converters, etc., - with minimum test life of 1500 h at the lowest ageing temperature, - for products that are not normally subjected to vibration. The model shall contain all components of the final product in order to determine chemical interaction under thermal ageing conditions. No modifications are allowed because this ageing program is designed to evaluate the entire EIS.

Systèmes d'isolation électriques - Evaluation à court terme des contraintes électriques et thermiques combinées

S'applique aux systèmes d'isolation électriques, spécifie une procédure d'évaluation électrique et thermique à court terme - applicable aux dispositifs de tension d'alimentation jusqu'à 1 000 V (impulsion en courant continu/courant alternatif), - utilisant un modèle de bobine à enroulement à fil; ce modèle peut être utilisé pour des applications à enroulement à fil, telles que les transformateurs, les bobines d'arrêt, les ballasts, les bobines d'inductance, les convertisseurs à ferrite, etc., - avec une durée de vie minimale de 1 500 h à la température de vieillissement la plus basse, - pour les produits qui ne sont normalement pas soumis aux vibrations. Le modèle doit contenir tous les composants du produit final afin de déterminer l'interaction chimique dans des conditions de vieillissement thermique. Aucune modification n'est autorisée car ce programme de vieillissement est conçu pour évaluer l'ensemble du SIE.

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03-Jul-2022
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WPUB - Publication withdrawn
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04-Jul-2022
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Technical specification
IEC TS 62101:2005 - Electrical insulation systems - Short-time evaluation of combined thermal and electrical stresses
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SPÉCIFICATION CEI
TECHNIQUE
IEC
TS 62101
TECHNICAL
Première édition
SPECIFICATION
First edition
2005-11
Systèmes d'isolation électriques –
Evaluation à court terme des contraintes
électriques et thermiques combinées
Electrical insulation systems –
Short-time evaluation of combined
thermal and electrical stresses
Numéro de référence
Reference number
CEI/IEC/TS 62101:2005
---------------------- Page: 1 ----------------------
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.
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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/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

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SPÉCIFICATION CEI
TECHNIQUE
IEC
TS 62101
TECHNICAL
Première édition
SPECIFICATION
First edition
2005-11
Systèmes d'isolation électriques –
Evaluation à court terme des contraintes
électriques et thermiques combinées
Electrical insulation systems –
Short-time evaluation of combined
thermal and electrical stresses
 IEC 2005 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 any

utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, form or by any means, electronic or mechanical, including

électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les photocopying and microfilm, without permission in writing from

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CODE PRIX
PRICE CODE
Commission Electrotechnique Internationale
International Electrotechnical Commission
МеждународнаяЭлектротехническаяКомиссия
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---------------------- Page: 3 ----------------------
– 2 – TS 62101  CEI:2005
SOMMAIRE

AVANT-PROPOS....................................................................................................................4

1 Domaine d’application ......................................................................................................8

2 Références normatives.....................................................................................................8

3 Termes et définitions ........................................................................................................8

4 Construction ...................................................................................................................12

4.1 Informations générales ..........................................................................................12

4.2 Similitude du modèle candidat et du modèle de référence .....................................12

4.3 Composants de modèle .........................................................................................12

4.4 Assemblage du modèle .........................................................................................12

5 Nombre d’éprouvettes ....................................................................................................14

6 Procédures d’essai.........................................................................................................14

6.1 Généralités............................................................................................................14

6.2 Essai de sélection initiale ......................................................................................14

6.3 Essai d'endurance thermique ................................................................................16

7 Critère de fin de vie ........................................................................................................18

8 Analyse, compte-rendu et classification..........................................................................20

Tableau 1 – Températures de vieillissement et durées de vieillissement suggérées..............18

Tableau 2 – Essais de diagnostic diélectrique pour les modèles ...........................................18

---------------------- Page: 4 ----------------------
TS 62101  IEC:2005(E) – 3 –
CONTENTS

FOREWORD...........................................................................................................................5

1 Scope...............................................................................................................................9

2 Normative references .......................................................................................................9

3 Terms and definitions .......................................................................................................9

4 Construction ...................................................................................................................13

4.1 General information...............................................................................................13

4.2 Similarity of candidate and reference model ..........................................................13

4.3 Model components ................................................................................................13

4.4 Assembly of the model ..........................................................................................13

5 Number of test objects....................................................................................................15

6 Test procedures .............................................................................................................15

6.1 General .................................................................................................................15

6.2 Initial screening test ..............................................................................................15

6.3 Thermal endurance test.........................................................................................17

7 End-of-life criterion.........................................................................................................19

8 Analysing, reporting and classification............................................................................21

Table 1 – Suggested ageing temperatures and ageing periods .............................................19

Table 2 – Dielectric diagnostic tests for model ......................................................................19

---------------------- Page: 5 ----------------------
– 4 – TS 62101  CEI:2005
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
____________
SYSTÈMES D'ISOLATION ÉLECTRIQUES –
ÉVALUATION À COURT TERME DES CONTRAINTES
ÉLECTRIQUES ET THERMIQUES COMBINÉES
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 tâche principale des comités d’études de la CEI est l’élaboration des Normes

internationales. Exceptionnellement, un comité d’études peut proposer la publication d’une

spécification technique

• lorsqu’en dépit de maints efforts, l’accord requis ne peut être réalisé en faveur de la

publication d’une Norme internationale, ou

• lorsque le sujet en question est encore en cours de développement technique ou quand,

pour une raison quelconque, la possibilité d’un accord pour la publication d’une Norme

internationale peut être envisagée pour l’avenir mais pas dans l’immédiat.

Les spécifications techniques font l’objet d’un nouvel examen trois ans au plus tard après leur

publication afin de décider éventuellement de leur transformation en Normes internationales.

---------------------- Page: 6 ----------------------
TS 62101  IEC:2005(E) – 5 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
___________
ELECTRICAL INSULATION SYSTEMS –
SHORT-TIME EVALUATION OF COMBINED
THERMAL AND ELECTRICAL STRESSES
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.

The main task of IEC technical committees is to prepare International Standards. In

exceptional circumstances, a technical committee may propose the publication of a technical

specification when

• the required support cannot be obtained for the publication of an International Standard,

despite repeated efforts, or

• The subject is still under technical development or where, for any other reason, there is

the future but no immediate possibility of an agreement on an International Standard.

Technical specifications are subject to review within three years of publication to decide

whether they can be transformed into International Standards.
---------------------- Page: 7 ----------------------
– 6 – TS 62101  CEI:2005

La CEI 62101, qui est une spécification technique, a été établie par le comité d’études 112 de

la CEI: Évaluation et qualification des matériaux et systèmes d’isolation électriques (titre

provisoire).
Le texte de cette spécification technique est issu des documents suivants:
Projet d’enquête Rapport de vote
98/231/DTS 112/5/RVC

Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote

ayant abouti à l'approbation de cette spécification technique.
Cette publication a été rédigée selon les Directives ISO/CEI, Partie 2.

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
• transformée en Norme internationale,
• reconduite,
• supprimée,
• remplacée par une édition révisée, ou
• amendée.
---------------------- Page: 8 ----------------------
TS 62101  IEC:2005(E) – 7 –

IEC 62101, which is a technical specification, has been prepared by IEC technical committee

112: Evaluation and qualification of electrical insulating materials and systems (provisional

title).
The text of this technical specification is based on the following documents:
Enquiry draft Report on voting
98/231/DTS 112/5/RVC

Full information on the voting for the approval of this technical specification 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.

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

• transformed into an International standard,
• reconfirmed,
• withdrawn,
• replaced by a revised edition, or
• amended.
---------------------- Page: 9 ----------------------
– 8 – TS 62101  CEI:2005
SYSTÈMES D'ISOLATION ÉLECTRIQUES –
ÉVALUATION À COURT TERME DES CONTRAINTES
ÉLECTRIQUES ET THERMIQUES COMBINÉES
1 Domaine d’application

Cette spécification technique, qui s’applique aux systèmes d’isolation électriques (SIE),

spécifie une procédure d’évaluation électrique et thermique à court terme

• applicable aux dispositifs de tension d’alimentation jusqu’à 1 000 V (impulsion en courant

continu/courant alternatif),

• utilisant un modèle de bobine à enroulement à fil; ce modèle peut être utilisé pour des

applications à enroulement à fil, telles que les transformateurs, les bobines d’arrêt, les

ballasts, les bobines d’inductance, les convertisseurs à ferrite, etc.,

• avec une durée de vie minimale de 1 500 h à la température de vieillissement la plus

basse,
• pour les produits qui ne sont normalement pas soumis aux vibrations.

Le modèle doit contenir tous les composants du produit final afin de déterminer l’interaction

chimique dans des conditions de vieillissement thermique. Aucune modification n’est

autorisée car ce programme de vieillissement est conçu pour évaluer l’ensemble du SIE.

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 60216-5, Matériaux isolants électriques – Propriétés d'endurance thermique – Partie 5:

Détermination de l'indice d'endurance thermique relatif (RTE) d'un matériau isolant

CEI 60317-0-1:1997, Spécifications pour types particuliers de fils de bobinage – Partie 0-1:

Prescriptions générales – Fil de section circulaire en cuivre émaillé

CEI 61857-1:2004, Systèmes d'isolation électrique – Procédures d'évaluation thermique –

Partie 1: Exigences générales – Basse tension
3 Termes et définitions

Pour les besoins de ce document, les termes et les définitions fournis dans la CEI 61857-1

ainsi que ceux qui suivent s’appliquent:
3.1
encapsulant

matériau d’isolation électrique (EIM) qui entoure totalement la bobine à l'exception des

connexions vers l'extérieur, et qui forme une partie du système d’isolation électrique (SIE)

---------------------- Page: 10 ----------------------
TS 62101  IEC:2005(E) – 9 –
ELECTRICAL INSULATION SYSTEMS –
SHORT-TIME EVALUATION OF COMBINED
THERMAL AND ELECTRICAL STRESSES
1 Scope

This technical specification, which applies to electrical insulation systems (EIS), specifies a

short-time thermal and electrical evaluation procedure
• applicable for devices with a supply voltage up to 1000 V (d.c./a.c./pulse),

• using a wire-wound coil model; this model may be used for wire-wound applications, such

as transformers, chokes, ballasts, reactors, ferrite converters, etc.,
• with minimum test life of 1500 h at the lowest ageing temperature,
• for products that are not normally subjected to vibration.

The model shall contain all components of the final product in order to determine chemical

interaction under thermal ageing conditions. No modifications are allowed because this

ageing program is designed to evaluate the entire EIS.
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 60216-5, Electrical insulating materials – Thermal endurance properties – Part 5:

Determination of relative thermal endurance index (RTE) of an insulating material

IEC 60317-0-1:1997, Specifications for particular types of winding wires – Part 0-1: General

requirements – Enamelled round copper wire

IEC 61857-1:2004, 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 61857-1 as well as

the following definitions apply:
3.1
encapsulant

electrical insulating material (EIM) that completely encases the coil except for connections to

the exterior, and is part of the electrical insulation system (EIS)
---------------------- Page: 11 ----------------------
– 10 – TS 62101  CEI:2005
3.2
encapsulage
processus d’application d’un encapsulant

NOTE Dans le cadre de l'évaluation d'un système d'isolation électrique (SIE), le processus peut être constitué

d'un moulage par injection, compression, projection ou répondant à d'autres techniques.

3.3
corps de bobine
forme autour de laquelle une bobine est bobinée
3.4
enroulement bifilaire

ensemble de deux bobines dont les spires sont formées de deux conducteurs juxtaposés

isolés l'un de l'autre
[VEI 151-13-18]

NOTE Le facteur de fuite inductif de deux bobines d’un enroulement bifilaire est généralement négligeable.

3.5
isolation par rapport à la terre
matériau isolant électrique (EIM) entre une bobine et la terre
3.6
indice d’endurance thermique évaluée d’un système d’isolation électrique
EIS ATE

valeur numérique de température, en degrés Celsius, du SIE de référence et déduit de

l’expérience en service connue ou de l’évaluation fonctionnelle comparative connue

3.7
indice relatif d’endurance thermique d’un système d’isolation électrique
EIS RTE

valeur numérique de la température, exprimée en degrés Celsius, pour le système d’isolation

électrique candidat obtenue à partir de l’EIS ATE connu d’un système d’isolation électrique de

référence, lorsque les deux systèmes d’isolation électriques sont soumis au même processus

de vieillissement et de diagnostic, dans un essai comparatif
3.8
modèle candidat

modèle pour lequel il est nécessaire de déterminer une estimation de l’endurance thermique

NOTE La détermination est effectuée en comparant le vieillissement thermique du modèle candidat avec celui

d’un modèle de référence comparable.
3.9
modèle de référence

modèle avec une endurance thermique connue, déduite du vieillissement thermique de

préférence avec l’expérience en service connue, utilisé comme référence pour des essais

comparatifs avec le modèle candidat

NOTE Les résultats d’essai sont utilisés comme référence pour les résultats de l’essai du modèle candidat.

Si aucun résultat d’essai d’un modèle de référence n’est disponible, mais s’il existe une expérience en service, il

convient que les modèles de SIE utilisés en service soient utilisés comme modèle de référence pour les essais

comparatifs avec le modèle candidat.
———————

CEI 60050-151:2001, Vocabulaire Electrotechnique International (VEI) – Partie 151: Dispositifs électriques et

magnétiques
---------------------- Page: 12 ----------------------
TS 62101  IEC:2005(E) – 11 –
3.2
encapsulation
process of applying an encapsulant

NOTE For the purpose of evaluating an electrical insulation system (EIS), the process may consist of injection

moulding, compression moulding, casting or other techniques
3.3
bobbin
form around which a coil is wound
3.4
bifilar winding

set of two coils the turns of which consist of two contiguous conductors isolated from one

another

NOTE The inductive leakage factor of the two coils of a bifilar winding is generally negligible.

[IEV 151-13-18]
3.5
earth insulation
electrical insulating material (EIM) between a coil and earth
3.6
EIS assessed thermal endurance index
EIS ATE

numerical value of the temperature in degrees Celsius for the reference EIS as derived from

known service experience or a known comparative functional evaluation
3.7
EIS relative thermal endurance index
EIS RTE

numerical value of the temperature in degrees Celsius for the candidate EIS which is relative

to the known EIS ATE of a reference EIS, when both EIS are subjected to the same ageing

and diagnostic procedures in a comparative test
3.8
candidate model

model for which an estimate of the thermal endurance is required to be determined

NOTE The determination is made by comparing the thermal ageing of the candidate model with that of a

comparable reference model.
3.9
reference model

model with known thermal endurance, derived from thermal ageing preferably with known

service experience, used as a reference for comparative tests with the candidate model

NOTE The test results are used as a reference for the results of the test of the candidate model.

Where no test results of a reference model are available, but there is service experience, models of the EIS used

in service should be u
...

Questions, Comments and Discussion

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