絕緣電阻和損耗因數(shù)測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀

劉亞麗

（機(jī)械工業(yè)北京電工技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所）

0 引言

絕緣材料是電工裝備、電子器件的基礎(chǔ)原材料，在所服役的產(chǎn)品中把不同電勢(shì)的帶電部分隔離開(kāi)，還可起到儲(chǔ)能、散熱、機(jī)械支撐和固定、保護(hù)導(dǎo)體等作用。絕緣電阻和損耗因數(shù)是絕緣材料重要的性能參數(shù)，在研發(fā)、生產(chǎn)、使用絕緣材料階段會(huì)研究和確定這兩個(gè)參數(shù)。確定絕緣電阻和損耗因數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)早已被實(shí)施和應(yīng)用，但是隨著工業(yè)的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，給絕緣材料帶來(lái)新的發(fā)展空間，進(jìn)而需要完善這些標(biāo)準(zhǔn)，新的檢測(cè)技術(shù)和檢測(cè)設(shè)備可應(yīng)用到標(biāo)準(zhǔn)中，以滿足技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展對(duì)測(cè)試方法的需求。隨著鈉硫電池、耐火電纜、電子元器件的發(fā)展，對(duì)絕緣材料高溫下電阻特性提出要求。隨著電工和電子產(chǎn)品的發(fā)展，對(duì)測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)提出新的應(yīng)用要求，如需要統(tǒng)一浸漬和涂層、澆注類絕緣材料的電阻特性測(cè)試方法；對(duì)不同頻率下確定絕緣材料損耗因數(shù)的方法提出新的需求。

1 絕緣電阻測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

1.1 概述

現(xiàn)行的確定絕緣材料的電阻特性的標(biāo)準(zhǔn)包括測(cè)試固體絕緣材料的體積電阻、表面電阻和絕緣電阻的方法；高溫下測(cè)試固體絕緣材料的體積電阻的方法；測(cè)試浸漬和涂層，澆注類絕緣材料的體積電阻的方法。

1.2 確定體積電阻的標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于確定體積電阻，可采用GB/T 31838.2—2019《固體絕緣材料 介電和電阻特性 第2部分：電阻特性（DC方法）體積電阻和體積電阻率》，該標(biāo)準(zhǔn)于2020年1月1日實(shí)施，代替GB/T 1410—2006《固體絕緣材料體積電阻率和表面電阻率試驗(yàn)方法》，與GB/T 1410—2006相比，刪除表面電阻測(cè)試部分內(nèi)容；推薦無(wú)特殊規(guī)定，采用100V的測(cè)試電壓；修改了測(cè)試設(shè)備精度要求；增加了建議的試樣尺寸；增加了試樣裝置校準(zhǔn)；增加量試樣個(gè)數(shù)等。

1.3 確定表面電阻的標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于確定表面電阻，可采用GB/T 31838.3—2019《固體絕緣材料 介電和電阻特性 第3部分：電阻特性（DC方法）表面電阻和表面電阻率》，該標(biāo)準(zhǔn)于2020年1月1日實(shí)施。GB/T 31838.3首次描述了彈簧電極、小型線電極、環(huán)形電極、線電極和小板型試樣用電極，描述了采用不同電極時(shí)計(jì)算表面電阻率的公式。對(duì)于彈簧電極、小型線電極、線電極和小板型試樣用電極，可采用式（1）計(jì)算表面電阻率。對(duì)于環(huán)形電極可采用式（2）計(jì)算表面電阻率[1]。GB/T 31838.3還首次推薦無(wú)特殊規(guī)定，采用100V的測(cè)試電壓；首次建議了試樣尺寸；首次增加試樣裝置校準(zhǔn)等。

式中，σ為表面電阻率；l為電極長(zhǎng)度；g為電極間距；R為測(cè)量得到的表面電阻。

式中，σ為表面電阻率；d1為內(nèi)電極外徑；d2為外電極內(nèi)徑；R為測(cè)量得到的表面電阻。

1.4 確定絕緣電阻的標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于不區(qū)分體積電阻和表面電阻的絕緣電阻的確定，可采用GB/T 31838.4—2019《固體絕緣材料 介電和電阻特性 第4部分：電阻特性（DC方法） 絕緣電阻》，該標(biāo)準(zhǔn)于2020年1月1日實(shí)施，代替GB/T 10064—2006《測(cè)定固體絕緣材料絕緣電阻的試驗(yàn)方法》，與GB/T 10064—2006相比，推薦了電極材料；修改了采用圓錐形插銷電極的試樣尺寸；增加了試驗(yàn)的重復(fù)性為50%以上和再現(xiàn)性范圍為20%～50%；推薦無(wú)特殊規(guī)定，采用100V的測(cè)試電壓；增加了試樣裝置校準(zhǔn)等。

1.5 高溫下確定體積電阻的標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于高溫下確定體積電阻，可采用GB/T 10581—2006《絕緣材料在高溫下電阻和電阻率的試驗(yàn)方法》。但GB/T 10581對(duì)試驗(yàn)裝置中的加熱室如何設(shè)計(jì)和使用未描述，導(dǎo)致GB/T 10581不滿足使用者的需求[2]。IEC 62631-3-4:2019《固體絕緣材料的介電和電阻特性 第3-4部分：確定電阻特性（DC方法）-高溫下體積電阻和體積電阻率》提出常規(guī)烘箱可用于溫度不高于500℃時(shí)的加熱室，當(dāng)溫度高于500℃不高于800℃時(shí)可采用馬弗爐[3]。目前，采用IEC 62631-3-4:2019正在修訂GB/T 10581—2006。

1.6 確定浸漬和涂層類絕緣材料的體積電阻的標(biāo)準(zhǔn)

測(cè)試浸漬和涂層類絕緣材料如不飽和聚酯基浸漬樹(shù)脂、環(huán)境固化覆蓋漆、熱固化類浸漬清漆等材料的體積電阻，可采用IEC 62631-3-11:2018《固體絕緣材料的介電和電阻特性 第3-11部分：確定電阻特性（DC方法）-浸漬和涂層材料的體積電阻和體積電阻率的測(cè)試方法》[4]。IEC 62631-3-11詳細(xì)描述了試驗(yàn)鋼板的制備，浸水七天后體積電阻的試驗(yàn)程序，體積電阻隨溫度變化的試驗(yàn)程序。目前，采用IEC 62631-3-11:2018正在制訂國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

1.7 確定澆注類絕緣材料的體積電阻的標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于測(cè)試澆注類絕緣材料如無(wú)溶劑可聚合樹(shù)脂復(fù)合物的體積電阻的方法，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）正在編制新標(biāo)準(zhǔn)（IEC 62631-3-12）。

2 損耗因數(shù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

2.1 概述

現(xiàn)行的測(cè)量絕緣材料損耗因數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)包括工頻、音頻、射頻下的測(cè)試方法，低頻下（0.1Hz～10MHz）的測(cè)試方法，高頻下（300MHz以上）的測(cè)試方法。

損耗因數(shù)的測(cè)定很大程度上取決于測(cè)試頻率范圍、測(cè)量?jī)x器的精度、測(cè)量電路等的影響，用戶在不同頻率范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，應(yīng)注意選用合適的測(cè)試方法以及對(duì)應(yīng)的測(cè)量?jī)x器。

2.2 工頻、音頻、射頻下的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 1409—2006《測(cè)量電氣絕緣材料在工頻、音頻、高頻（包括米波波長(zhǎng)在內(nèi)）下電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)的推薦方法》規(guī)定了15Hz～300MHz頻率范圍內(nèi)測(cè)量電容率、損耗因數(shù)的方法，適用于液體、易容以及固體絕緣材料。

目前，IEC對(duì)于1MHz～300MHz的測(cè)試方法在編制新標(biāo)準(zhǔn)（IEC 62631-2-2），就不同測(cè)量方法IEC 62631-2-2給出了適用的頻率范圍，如表1所示。

表1 不同測(cè)量方法適用的頻率范圍

2.3 低頻下（0.1Hz～10MHz）的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

IEC 62631-2-1:2018《固體絕緣材料的介電和電阻特性 第2-1部分：相對(duì)介電常數(shù)和損耗因數(shù) 技術(shù)頻率（0.1Hz～10MHz）AC方法》規(guī)定了0.1Hz～100MHz頻率范圍內(nèi)測(cè)定絕緣材料損耗因數(shù)的試驗(yàn)方法。

2.4 高頻下（300MHz以上）的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 29306《絕緣材料在300MHz以上頻率下介電性能測(cè)定方法》規(guī)定了以諧振法測(cè)定微波頻率范圍（即從300MHz到光頻）的損耗因數(shù)的試驗(yàn)方法，適用于固體、液體或熔融狀絕緣材料。GB/T 29306.2—2012給出了諧振法采用的不同腔種類諧振器的頻率范圍，如表2所示。

表2 常用諧振器適用的頻率范圍

3 結(jié)束語(yǔ)

GB/T 1410—2006、GB/T 10064—2006絕緣電阻測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)被電工裝備、電子器件行業(yè)廣泛使用，目前這些標(biāo)準(zhǔn)已被修訂并納入GB/T 31838 固體絕緣材料的介電和電阻特性系列標(biāo)準(zhǔn)，使用者應(yīng)注意實(shí)施和使用新標(biāo)準(zhǔn)。

隨著工業(yè)和電子行業(yè)的發(fā)展，高頻、超高頻技術(shù)被廣泛應(yīng)用，高頻、超高頻設(shè)備也在不斷研發(fā)和使用，這要求測(cè)試和研究高頻下絕緣材料的介電特性。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外絕緣行業(yè)在研究和編制適用于超高頻下測(cè)試絕緣損耗因數(shù)的方法。另外由于薄膜類材料特殊的測(cè)試要求，現(xiàn)行測(cè)試方法不適用于該類材料，就薄膜類絕緣材料的介電特性測(cè)試方法也在研究和編制中。

本文總結(jié)了絕緣電阻和損耗因數(shù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展現(xiàn)狀，便于使用者了解和應(yīng)用這些標(biāo)準(zhǔn)。