测试固体绝缘材料在高温条件下电阻特性新国际标准的研制

刘亚丽 张振国 郭振岩 陈昊 徐阳

（1.机械工业北京电工技术经济研究所 2.西安交通大学）

测试固体绝缘材料在高温条件下电阻特性新国际标准的研制

刘亚丽1张振国2郭振岩1陈昊1徐阳2

（1.机械工业北京电工技术经济研究所 2.西安交通大学）

固体绝缘材料可能被应用到极端高温至800℃的场合下，此时，要求固体绝缘材料在起到一定支撑作用的同时保持良好的电气绝缘特性。电阻特性是表征材料绝缘特性的重要参数之一，因此，测试固体绝缘材料在升温情况下的电阻特性对固体绝缘材料在高温条件下的研究和应用十分有意义。本文介绍了固体绝缘材料高温电阻特性测试方法新国际标准的研制情况及其主要的技术内容。

高温电阻特性；国际标准；固体绝缘材料；电阻率

0 引言

固体绝缘材料是用于隔绝不同电位导电体的固体，一般要求兼具支撑作用，可分为无机和有机两类。某些无机固体绝缘材料由于具有高的高温电阻率及在高工作温度下具有良好的电绝缘性能、热化学稳定性等特点，而被应用到极端高温环境中。例如，耐火云母带用于耐火电缆的绝缘层中、耐高温云母制品用于电解铝车间中、氧化铝陶瓷用于制作高温坩埚及耐火炉管、氮化硼陶瓷用于微波散热片和高频高温绝缘材料等，这些材料在各自的应用场合中都要求起到绝缘作用，所以测试材料高温下的电阻率成为需求。因此，测量绝缘材料在高温环境下的绝缘电阻及电阻率有着重要的意义，统一测试固体绝缘材料高温条件下电阻特性（包括绝缘电阻和电阻率）的方法标准化十分有必要。本文介绍了测试固体绝缘材料高温电阻特性新国际标准的研制情况及其主要的技术内容。

1 测试高温电阻特性的标准现状

目前，适用于测试固体绝缘材料在高温下（最高温度达到800℃）绝缘电阻特性的标准有GB/T 10581—2006《绝缘材料在高温下电阻和电阻率的试验方法》和IEC 60345Ed1.0:1971两个标准，其中GB/T 10581—2006为等同采用IEC 60345Ed1.0:1971而制定。这个IEC 标准（IEC 60345Ed1.0:197）从发布实施距今已有40多年的时间，在使用过程中，出现了一些不适用和操作上存在技术分歧的问题，如对试验电压、试样电极与引线、试品数量、试验装置校准等未作规定，可能会导致不同的试验得出的试验结果的偏差不被接受；又如在实现温度达到800℃时的试验装置设计和使用方面，操作上存在分歧。为此，国际电工委员会电气绝缘材料与系统评定委员会（缩写为“IEC/TC112”）于2015年提出修订IEC 60345Ed1.0:1971的计划，修订后标准编号为IEC 62631-3-4，标准名称为《固体绝缘材料的介电和电阻特性 第3-4部分：测试高温条件绝缘电阻和电阻率》，由中国专家担任项目召集人，目前该标准处于委员会投票草案（CD稿）阶段。

2 测试高温电阻特性新国际标准的研制

2.1 概述

在研制IEC 62631-3-4测试高温电阻特性新国际标准过程中，为避免因相关内容未规定而造成标准实施存在差异，对试验电压、电极引线和试品数量进行了规定；为避免不同试样或不同批次的试验研究由于试验设备未进行校准而造成数据偏差不被接受，增加了试验设备校准条款。IEC 60345Ed1.0:1971标准对于试验装置实现温度达到800℃时的设计和阐述方面不够详细，为此，在研制新国际标准过程中，特别提出采用马弗炉作为加热装置，并在资料性附录中增加了试验装置电路图和结构图，便于标准更好地被操作和实施。新国际标准的其他技术方面在保留上一版（IEC 60345Ed1.0:1971）内容基础上，将内容重新进行了整理和规范，使其成为了IEC 62631-3-X 系列标准中的一个重要组成。

下面将对在研制IEC 62631-3-4测试高温电阻特性新国际标准中发生变化的技术内容进行详细阐述，如增加的试验电压、试品数量和校准试验装置部分内容，以及试验装置改进的技术内容等，同时对IEC 62631-3-4国际标准的其他相关技术内容进行概括总结。

2.2 试验电压

新国际标准（IEC 62631-3-4）首次指出：测试固体绝缘材料的电阻特性常用的试验电压值为10V、100V、500V、1000V，若没有另外规定，试验电压采用500V。

2.3 试品数量

新国际标准（IEC 62631-3-4）首次提出：依据相关的产品标准，确定试品数量。若没有另外规定，至少使用三个试品。

2.4 试验装置的校准

新国际标准（IEC 62631-3-4）参考IEC62631-3-1 标准，规定了试验装置的校准条款，在室温下按照试品预计体积电阻的量纲来校准试验装置。目前，商业渠道可获取的校准电阻达到100 TΩ数量级。

2.5 试验装置的设计

试验装置主要由电源、加热室、三电极系统、测量导线、皮安表、热电偶等部分构成。电源需为稳定的直流电压源，加热室是供试品实现高温环境的装置。为防止泄漏电流影响试验结果，采用带有绝缘的测量导线穿过高电阻的陶瓷绝缘子而进入加热室内。采用两支热电偶实现温度的控制，一支放在加热室内用来控制温度，另一支用来测量试品的试验温度且应尽可能地接近试品，还需保证在测量电阻时不产生电磁干扰。

新国际标准（IEC 62631-3-4）提出对固体绝缘材料进行高温电阻特性测试，最高温度达到800℃，但是常规的电烘箱加热温度最高为500℃，为此，如果试验需要，可采用马弗炉替代电烘箱，可实现800℃的高温加热需求。应注意，加热期间保证试品受热均匀，温度波动尽可能的小，试品在温度恒定时进行绝缘电阻测试。用合适的隔热罩遮蔽试品，避免试品受到加热元件的直接辐射。新国际标准（IEC 62631-3-4）提出了试验装置的电路连接图和结构图分布如图1和图2所示。

图1 试验装置电路图

图2 试验装置结构图

2.6 试验程序

（1）概述

新国际标准（IEC 62631-3-4）规定高温电阻特性试验程序包括连续升温和分段升温两种方式，供使用者选择。下面对两种方式进行详细阐述。

（2）连续升温

连续升温方法适用于快速获得在很宽温度范围内试品电阻和温度之间关系的试验，且仅适用于介电吸收作用可忽略的材料或类似的材料进行比较。试品应牢固地放置于电极间，但不要接触的太紧，以免试品在加热时发生变形。施加规定的电压到试品上，并以一定速度升温，升温速度取决于材料厚度，且不大于5℃/min。随着温度的升高，为了很好地确定电阻和温度之间关系，要进行足够次数的电阻测量。

（3）分段升温

分段升温方法适用于比连续升温更精确的电阻和温度之间关系的试验，对于有介电吸收作用的试品也适用。试品应牢固地放置于电极间，但不要接触的太紧，以免试品在加热时发生变形。试品的温度从室温升到所需的试验温度，当电极的温度稳定在所要求的试验温度范围内，在试品上施加规定的电压1min（或其他规定时间）后，进行电阻测量。然后，再升温到下一试验温度测量电阻。测量完成后，应除去电压，并把高压极、测量极和保护极互相短路。应选择不少于五个试验温度来确定所要求的温度范围内电阻和温度之间的关系。在较低温度时，选择温度间隔小，例如10℃，随着试验温度升高，温度间隔适当增大。

2.7 计算体积电阻率

新国际标准（IEC 62631-3-4）提出计算固体绝缘材料体积电阻率的计算公式，如式（1）所示：

3 结束语

电阻特性是绝缘材料的重要电气参数之一，测量电阻随温度的变化是研究和掌握绝缘材料特性的必要试验。测量高温情况下的电阻特性可以说是细致且复杂的技术工作。如何设计满足高温条件的试验装置和规范统一试验程序对于高温电阻测量尤为关键，测试固体绝缘材料在高温条件下电阻特性新国际标准的研制和发布实施将解决这一实际问题。

本文为科技部国家重点研发计划项目“国家质量基础的共性技术研究与应用-电力装备和工程建筑领域国际标准研究”（编号：2016YFF0202805）课题研究论文。

2017-09-28）