GB T 31838.1-2015 固体绝缘材料 介电和电阻特性 第1部分 总则.pdf

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1、ICS 29.035.01 K 15 中华人民共和国国家标准G/T 31838. 1-20 15/IEC 62631-1 :2011 . . 固体绝缘材料介电和电阻特性第1部分:总则Solid insulating materials-Dielectric and resistive properties Part 1 : General (IEC 62631-1:2011 ,IDT) 4队2015-07国03发布2016-02-01实施飞Jd/r叫飞叫FJU咆中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局也士中国国家标准化管理委员会也叩矗. . ，、GB/T 31838.1-2015月EC62631

2、-1:2011 目次前言. . . . . E 引言. . . . . . . . . . . . N 1 范围2 规范性引用文件. 3 术语和定义. 4 影响电气绝缘材料特性的因素5 电极系统6 试验程序. . . . . . . . . 8 参考文献. I GB/T 31838.1-2015/IEC 62631-1 :2011 前吉目GB/T 31838(固体绝缘材料介电和电阻特性由以下几部分组成z一一第1部分z总则z一一第2部分s介电常数和介质损耗因数(AC方法技术频率(1Hz至100MHz); 一一第3部分z介电常数和介质损耗因数(AC方法)高频(1MHz至300MHz); 一一第4部

3、分z介电常数和介质损括因数(AC方法特高频率(300MHz以上)I 一一第5部分z介电常数和介质损耗因数(AC方法)低频(1MHz至1kHz); 一一第6部分z电阻特性(DC方法)体棋电阻和体积电阻率s一一第7部分E电阻特性(DC方法表面电阻和表面电阻率z一一第8部分E电阻特性(DC方法绝缘电阻s本部分为GB/T31838的第1部分。本部分按照GB/T1.1-2009给出的规则起草.本部分使用翻译法等同采用IEC62631-1 :2011(固体绝缘材料介电和电阻特性第1部分E总则。与本部分中规范性引用文件有一致性对应关系的我国文件如下z-GB/T 2900.5-2013 电工术语绝缘固体、液体

4、和气体(lEC60050-212:2010 ,IDT); 一-GB/T2918-1998 塑料试梓状态调节和试验的标准环境(lSO291: 1997 ,IDT) I 一一GB/T29306.1-2012绝缘材料在300MHz以上频率下介电性能测定方法第1部分z总则(lEC60377-1:1973 , MOD); 一-GB/T29306.2-2012绝缘材料在300MHz以上频率F介电性能测定方法第2部分z谐振法(lEC60377-2 :1977 ，MOD)。与IEC62631-1 :2011相比本部分做了如下编辑性修改z一一删除了标准中有关IEC62631为系列标准的表述部分z一一删除了前言中

5、表1关于计划制定IEC62631其他部分的说明。本部分由中国电器工业协会提出。本部分由全国电气绝缘材料与绝缘系统评定标准化技术委员会(SAC/TC301)归口。本部分起草单位z机械工业北京电工技术经济研究所、南通中菱绝缘材料有限公司、佛山市顺德区质量技术监督标准与编码所、库柏电子科技(上海)有限公司。本部分主要起草人:J亚丽、间传萨、周到、陈吴、陈援、王蘑、崔鹤松。阳皿GB/T 31838.1-2015/IEC 62631-1 :2011 引言固体绝缘材料的介电和电阻特性的测量值取决于电压施加的时间、频率、电极的性质和几何形状、样品的条件处理、测量时周围大气的温度和湿度、电场强度等。因此，本标

6、准所包含的电气和介电特性仅在规定测量环境参数的情况下才具有可比性。在产品标准或与试验过程有关的本标准系列的相关部分中，测试样本的形状、规格以及测量参数应予以明确。这取决于满足测量特定要求的需要.当为设计电力产品而使用本标准中的测量值时，应加以谨慎。lV GB/T 31838.1 2015/IEC 62631-1 :20门固体绝缘材料介电和电阻特性第1部分:总则范围GB/T 31838的本部分规定了测定固体电气绝缘材料的介电和电阻特性的总则。2 规黯性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注目期的引用文件，其最新版本包括所有的修改单

7、)适用于本文件。GB/T 1409-2006 测量电气绝缘材料在工频、音频、高频包括纳米波波长在内下电容率和介质损糙因数的推荐方法(lEC60250:1969 , IDT) GB/T 1410-2006 固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法(lEC60093: 1980 , IDT) GB/T 10064-2006 测定固体绝缘材料绝缘电阻的试验(lEC60167: 1964 , IDT) GB/T 10581-2006 绝缘材料在高温下电阻和电阻率的试验方法(lEC60345: 1971 , IDT) IEC 60377-1 :1973 绝缘材料在300MHz以上频率下介电性能测定方法

8、第1部分z总则(Recommended methods for the determination of the dielectric properties of insulating materials at fre quencies above 300 MHz一-Part 1: GeneraD IEC 60377-2: 1977 绝缘材料在300MHz以上频率下介电性能测定方法第2部分z谐振法(Recommended methods for the determination of the dielectric properties of insulating materials at f

9、requencies above 300 MHz-Part 2: Resonance methods) IEC 60050-212 国际电工术语词汇第212部分z电气绝缘固体、液体和气体(lnternationalelec trotechnical vocabulary-Part 212: Electrical insulating solids,liquids and gases) ISO 291 塑料试样状态调节和试验的标准环境(Plastics-Standardatmospheres for conditioning and testing) ISO 558条件和测试标准大气定义(Con

10、ditioningand testing-Standard atmospheres-Defini tions) 3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1 总体定义3. 1. 1 电气绝缘材料electrical insolating material 具有可忽略不计的低电导率的固体材料，用于隔离电势不同的导体部分。注s在英文词汇中，术语电气绝缘材料也可以广泛用于液体和气体.IEC 60247包含液体绝缘材料内容.3.2 电阻特性定义一种绝缘材料的电阻特性是在一定时间范围内用直流电压测量出的综合材料特性。GB/T 31838.1-2015/IEC 62631-1 :2011 3.2.1

11、绝缘电阻insulation resistance 在规定条件下，由绝缘材料隔开的两导体之间存在的电阻。注2绝缘电阻包括在给定试样儿何形状下的体枫电阻和表面电阻.3.2.2 体现电阻volume resistance 施加在与绝缘介质表面接触的两个电极间的直流电压与给定时间流过介质的电流之比。注=本定义不包含沿袭丽的电流，并忽略可能在电极间产生的极化现象.3.2.3 体积电阻率volume resistivity 直流电场强度与在给定时间电压下绝缘介质内电流密度之比.注1:根据IEC60050-212 , .电导率被定义为标量或矩阵，它与电场强度的乘积是传导电流密度产电阻率是电导率的倒数.体现

12、电阻率是在测量时单位体权内可能存在的各向异性的数量的平均值，还包括在电极间可能产生的极化现象.注2:在实际中，体袄电阻率通常被视为单位体枫内的体积电阻.3.2.4 表面电阻surface resistance 取决于沿袭面导电的那部分绝缘电阻。法，表面电流通常主要取决于施加电压的时间s表面电流还通常以不稳定的方式变动.3.2.5 表面电阻率snrface resistivity 单位面积内的表面电阻。注s表团电阻率的数值不受面积大小的影响.3.3 介电性能的定义一种绝缘材料的介电特性是指在给定频率范围内用交流电压测量出的综合材料特性.3.3.1 绝对介电常数absolute permittiv

13、ity 电通密度除以电场强度。注g一种绝缘材料的测量介电常数等于它的相对介电常数r和真空介电常数幻的乘裂，见式(1), 3.3.2 e = 1 0 X， 介电常数的单位是法按每米(F/m)，真空介电常数幻的值按式(2)确定:flo = 8.854 X 10-12 F/m 相对介电常数relative permittivity 绝对介电常数与真空介电常数0的比值。.( 1 ) .( 2 ) 注1，在恒定电场或频率很低的交变电场中，各向同性及准各向同性介质的相对介电常数等于充满该介质的电容器的电容与相同结构电极的真空电容器的电容之比.注2，在实际工程中，介电常数这一术语常用来指代相对介电常数.注3

14、，绝缘材料的相对介电常数fl，是电容量C.与Co之比.其中，C.是置于电极之间和周围完全由考虑中绝缘材料填充的电容试祥电容器的电容值，Co则是真空下相同构造电极的电容值.Cz Er = ;:; 。.( 3 ) 在标准大气压下，不含二氧化碳的干燥空气的相对介电常数是1.00053，因此在实践中，常用电极构造相同的空气电容值C.代替真空电容值C。来测定介质的相对介电常数岛的精度是足够的.2 GB/T 31838.1-2015月EC62631-1 :2011 3.3.3 相对复合介电常数relative complex permittivity 稳定的正弦场条件下用复数表示介电常数，见式(4): e

15、r=er一jzf=Ere-JS ( 4 ) 其中Er，与为正值。 注1:习惯上，相对复介电常数E，可用Ez和EJ中的任意一个表示，或者用岛和tan8表示。若e:.e:r，则e:r句EJs此时这两者都被称为相对介电常数.注22Ef被称为损耗指数.3.3.4 介质损韩国数tan8(损辑正切)dielectric dissipation fador tan8 (10部tagent)复合介电常数的虚部与实部的比值，见式(5): , tan8=飞z ( 5 ) 注1，绝缘材料的介质损耗因数tan8就是角8的正切值.当固体绝缘材料在电容试样电容器中专门用作电介质时，损耗角8是?弧度减去施加电压与产生电流的

16、相位差州回1).严国i11 固1介质提耗因数介质损能闲数也可用等价的电路图表示.该电路图中，一个理想电容器与-个电阻器进行串联或并联(如图2)，此时t缸J见式(6):. tan8 =XR. = _1一s .Cp XRp Cp 1 C. 1 +tanZ8 EZ=1+JT R. tana .( 6 ) (7) .( 8 ) f二T寸七固2等效电路圄注2，R.和Rp并不与绝缘材斜的体叙利表团电阻直接相淫，但会受到它们的影响.因此，介质损耗困数也可能会受到这些电阻材料性质的影响.3 GB/T 31838.1-2015/IEC 62631-112011 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 电

17、容capacitance c 当导体间存在电势差时，导体和电介质的装置能够储存电荷的特性。注，c是电荷数量q与电势差U之间的比率，见式(9).电容值永远为正，当电荷量与电势差的单位分别为库仑和伏特时，电容单位为法拉。电压施加voltage application 电极之间施加的电压。注g电压施加有时也被称作充电。c=毛电压施加后的电流current after voltage application 当直流电压施加在与绝缘介质接触的两电极之间时产生的电流。注g电压施加后电流与时间联系紧密，通常在电压施加1min后测定电流。传导电流conduction current 电压施加后电流的稳定部分.

18、充电电流charging current 电压施加后，流动在试样充电期间的电流的瞬态部分。电场强度electric field strength 作用于静止带电粒子上的力F与电荷Q之比，为矢量，用E表示，见式(10): F=QXE .( 9 ) . ( 10 ) 3.10 3.11 电通密度electric flux density 在给定点上真空介电常数。和电场强度E的乘积与极化P之和，为矢量，用D表示，见式(11): 极化polarization p D =EoE +P .( 11 ) 描述横截电场方向的材料现象。在给定准无限小体棋V内，极化等于电偶极矩p除以体积V，极化为矢量，见式(12

19、): P=专. ( 12 ) 注1，极化P满足式(11)。注2，极化可能导致带电橙子迁移或偶极子取向，它可能在界面处出现，如在电极和在电气绝缘材料的内边界处。所有极化效应都依赖时间、频率和温度，因此极化效应对电介质和电阻特性产生强烈影响.因此，时间依艘于极化发生的过程也就是电气绝缘材料经历电压施加的过程)，当一种电气绝缘材料的电阻特性被测定时通常被表达为极化.3.12 4 去极化depolarization 从电气绝缘材料上移去极化直到去极化电流忽略不计的过程。注g通常建议在测量电气绝缘材料的电阻特性前进行去极化。GB/T 31838.1-2015月EC62631-1 :2011 3.13 极

20、化电施pol础ationcnrrent 施加电压后产生电流的暂态部分，可能会被充电电流大大减弱.注s极化电流通常在电极的初次短路后进行测量，为有足够时向使短路电流可忽略不计.3.14 去极化电流depolarization c町四川在施加直流电压一段时间后，流经与绝缘介质相接触的两电极间短路的电流。注2去极化电流通常在电压施加后进行酒量，为有足够时间使极化电流可忽略不计.3.15 测量电极me皿町ingel配trod臼贴附于材料表面或者埋人材料内部的导体，以接触材料来测量其介电或电阻特性。注2这个设计取决于试样或者测试的目的.4 影响电气结缘材料特性的因素4.1 总则按照特定的应用要求，电气绝

21、缘材料的电阻和介电特性值应在可接受的范围，同时机械、化学和热性能及其他必要的特性值也一样在可接受班围.注g介电和电阻材料特性需在运行条件下测试。绝缘电阻由两部分组成:表面电阻和体积电阻，且均受到许多参数的影响，如湿度、温度、电场强度、试样形状、表面条件和电极。温度、化学与气态环境、湿度和电场强度的改变可能会使电阻发生巨大变化，这一点在设计运行环境时应事先了解。介电常数和介质损施也会受很多参数影响，但其受影响程度较电阻而言要小。除受到温度影响外，它们也会受到频率的强烈影响。4.2 影晌电阻和介电特性的因素4.2.1 总则下列参数可能会对电气绝缘材料的介电和电阻特性产生影响，任何试验报告都应列出这

22、些参数，具体如下2一一时间s一一频率s一一温度F湿度s一一电场强度z一一电压s一一条件处理，一一电极材料。本部分对这些参数分别进行具体说明。4.2.2 时间如3.11所述，极化效应与时间密切相关。对任何一种极化而言，可指定一个松弛时间r.在该松弛时间内通过时域获取的测量值(如电阻特性).取决于施加电压的时间.5 GB/T 31838.1-2015月EC62631-112011 有些材料的松弛时间可能会相当长(至少要几个月之久)。为得到正确结果，可能有必要花费很长时间来实施测量。然而出于实践原因，对电阻特性的测量要在电压施加1min后进行，这要求能够接受这1min后测量值与电气绝缘材料电阻真实值

23、之间的误差。注s电阻特性可能会明显受到充电电流的影响，并且充电电流的时间取决于电压源的内部电阻.4.2.3 频率由于介电常数与损槌因数在大频率范围以上不能保持恒定，所以有必要在电介质材料被应用的频率下去测量介电常数与损耗因数。如图3所示，在特定频率下，损麓指数矿在松弛转变中达到了最大值。在该松弛转变中，介电常数Er，从较高值f:.(静态下降到较低值，(频率无穷大)。这种现象是由极化对时间依赖所造成的(见3.6), 可用松弛时间r来描述，见式(13): 阻=上. . . .( 13 ) r 然而，由于与极化有关，实际上会出现多于一个的松弛转变.介质损能因数tan8也与频率相关。根据3.3.4给出

24、的定义，以及随频率升高而下降的Er，相比损耗因数，tan8的最大值通过式(14)转向更高频率z6 m=jE立iHHHH-HH-HH-(14.V f: roo t 注2时间与频率依赖性是彼此相关的，德拜的理论对此作了描述.他的著作对这些问题提供了更多参考资料.11 r E r 钮npz r苞=l/ 1 1 cq.,= .1-x一r- (1) 固3频率(=2f)对介电常数与介质损耗因数U峭的影晌GB/T 31838.1-2015/IEC 62631-1 :2011 4.2.4 温度随着温度的升高，介质损耗因数可能会出现一个或多个最大值见图的，这是因为温度会影响极化见3.的和松弛时间的缩短。由此，介

25、电常数随温度而逐步增大。另外，在高温下离子和电子等粒子可以更自由地运动，使电导率升高。同理，绝缘电阻值和表面或体积电阻率也与温度密切相关。注1，热老化效应也会对材料的介质损籍因数和电阻特性产生影响.对电气绝缘材料和系统的耐热佳评估分别参照IEC60216-1和IEC60505.可能会有助于测量介电和电阻特性.注2:在升温情况下，自材料电阻特性产生的传导电流可能会导致介威损耗因数的明显增大见式(7)J.刷刷刷圄4温度对介电常撤与介质损辑因鼓影响的示例飞4.2.5 温度所有介电和电阻特性，如介电常数、损耗因数、体积和表面电阻率，都会受湿度影响。因此不论在试验前后，对试样的条件处理，如对湿度的控制，

26、都至关重要.4.2.6 电场强度如果没有电子发射或相关效应控制，除界面极化外，所有种类的介电极化效应都和施加电场强度呈近似线性的关系。当界面极化存在时，自由离子的数量随电场强度增多，介质损糙因数最大值和位置发生改变。若没有电离效应，损耗和介电常数因数对电场强度的依赖性不大。4.2.7 电压当电压或电场强度升高时，多种非线性现象可能发生.与时间相关的充电电流也与电压有关.4.2.8 条件处理大部分固体绝缘材料的电阻和介电特性都会受到以上列出的参数影响。因此，有必要按照ISO 291和ISO558中所规定的内容，对在试验前后试样条件处理程序的种类与持续时间进行详细说明。试验前和试验中的首选条件为1

27、296K士2K的温度和50%士5%的相对湿度。表面条件会影响材料性能，清清试样表面会影响试验结果。然而在特定情况下，有必要在条件处理前对试样进行清洁。4.2.9 试样试样的形状和尺寸会影响测量值。试样的最佳尺寸应参照GB/T31838的介电特性和电阻特性相GB/T 31838.1-2015/IEC 62631-1 ,2011 关部分的试验过程中所使用的尺寸进行选取。然而，由于形状和尺寸与绝缘材料的种类及其应用密切相关，可能会出现形状应由适当产晶标准来决定的情况。注2在这些标准未出版前GB/T 1409-2006、GB/T1410-2006、GB/T100642006、GB/T10581一200

28、6、IEC 60377-1: 1973和IEC60377-2 :1977中所引用的尺寸仍然有效.4.2.10 电槌材料电极材料的选择对获取可靠的测量结果而言十分重要，将在第5章中详细说明。5 电极系统绝缘材料的电极应是一种易于涂覆到试样表面的材料，能与试样紧密接触，不会因电极电阻或试样污染而出现不可预见的误差.电极材料在试验条件下还应具有抗腐蚀性。注g对于交流电测量时，一种非接触电极有时会和具有足够低的表面电导率的试样一同使用.为了避免在测量介电和电阻特性时出现严重错误，应谨慎确定电极的形状和试样的厚度。有关适用于特定种类测量电极系统的详细信息，可参照GB/T31838的有关试验程序部分的内容

29、。6 试验程序试验程序参照GB/T31838的相关部分。根据给定的试验方法，任何可靠的试验设备或可使用的仪器都可用于测定上述提到的性质。不过，对试验仪器的精确度应加以规定，以符合试验材料的要求。8 . 、GB/T 31838.1-2015/IEC 62631-1 :2011 参考文献lJ IEC 60216-1 , Electrical insulating materials二Propertiesof thermal endurance-Part l:Age ing procedures and evaluation of test results 2J IEC 60247 , Insula

30、ting liquids-Measurement of relative permittivity, dielectric dissipation factor (tan 8) and d.c.resistivity 3J IEC 60505 ,Evaluation and qualification of electrical insulation systems 4J IEEE 100 , The Authoritative Dictionary of IEEE Standards Terms, Seventh Edition. 5J Kohlrausch:Praktische Physi

31、k (2 Bnde).Leipzig: Teubner, 1953. 6J Debye,Paul:Polare Molekeln.Leipzig: Hirzel, 1929. 7J Bartnikas, Ray: Engineering Dielectrics Volume IIB Electrical Properties of Solid Insulating Materials I Measurement Techniques.ASTM 1987. 8J Beyer, M; Boeck, W.; Mller, K.; Zaengl, W.: Hochspannungstechnik. T

32、heoretische und praktische Grundlagen fr die Anwendung.Springer, 1986. FFONJEF伺N同时mFON|FdmFmH筒。华人民共和国家标准固体绝缘材料介电和电阻特性第1部分:总则GB/T 31838.1-2015/IEC 62631-1:2011 国中* 中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号(100029)北京市西城区三里凋北街16号(100045)网址总编室:(010)68533533发行中心:(010)51780238读者服务部1(010)68523946中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销电岳开本880X 1230 1/16 印张1字数22千字2015年8月第一版2015年8月第一次印刷 将号:155066. 1-51503 18.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68510107定价1-2015