IEC 62631-3-22023 CMV 固体绝缘材料的介电和电阻特性.第3-2部分电阻特性的测定（直流法）.表面电阻和表面电阻率标准立项发展报告

固体绝缘材料的介电和电阻特性第3-2部分：电阻特性的测定（直流法）——表面电阻和表面电阻率标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Dielectricandresistivepropertiesofsolidinsulatingmaterials-Part3-2:Determinationofresistiveproperties(DCmethods)-Surfaceresistanceandsurfaceresistivity摘要关键词：固体绝缘材料；表面电阻；表面电阻率；直流法；IEC62631；介电特性；标准化Keywords:Solidinsulatingmaterials;Surfaceresistance;Surfaceresistivity;DCmethod;IEC62631;Dielectricproperties;Standardization1引言1.1标准立项背景固体绝缘材料是电气工程领域最为基础的材料类别之一，广泛用于变压器、电机、电缆附件、开关设备、印制电路板及电子元器件中的电气隔离与绝缘支撑。在设备运行过程中，绝缘材料的表面不可避免地会吸附水分、灰尘及各种污染物，形成表面导电通道，导致表面电阻显著下降。表面电阻和表面电阻率作为表征材料表面导电行为的基本参数，直接关系到绝缘系统的沿面耐电强度、爬电距离设计以及设备在潮湿或污秽环境下的运行可靠性。长期以来，固体绝缘材料表面电阻的测试主要依据IEC60093:1980《固体电工绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法》，该标准已服役四十余年，其测试原理虽仍有效，但在电极结构设计、试样预处理条件、测量仪器精度要求以及数据报告格式等方面，已难以适应当前高性能绝缘材料的发展需求。特别是随着纳米复合绝缘材料、耐高温工程塑料、绝缘薄膜和涂层等新材料的涌现，其表面电阻率可高达10^15~10^17Ω，这对测试系统的电流检测能力、屏蔽技术和数据稳定性提出了更高的要求。1.2标准体系定位在此背景下，国际电工委员会于2013年前后启动了将IEC60093拆分为系列标准的系统性工作，形成了IEC62631《固体绝缘材料的介电和电阻特性》系列标准框架。该系列标准按特性类型分为若干子部分，其中第3部分专门针对电阻特性的直流测定方法。IEC62631-3-2:2023CMV即为该系列中关于表面电阻和表面电阻率测定的专项标准，取代了原IEC60093中对应的表面电阻测试内容。1.3标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|IEC62631-3-2:2023CMV||标准名称（中文）|固体绝缘材料的介电和电阻特性第3-2部分：电阻特性的测定（直流法）——表面电阻和表面电阻率||标准名称（英文）|Dielectricandresistivepropertiesofsolidinsulatingmaterials-Part3-2:Determinationofresistiveproperties(DCmethods)-Surfaceresistanceandsurfaceresistivity||发布机构|国际电工委员会（IEC）||发布日期|2023-10-16||标准状态|现行||国别|国际组织||语言|英语||分类号|绝缘材料综合|2标准适用范围与测试原理2.1适用范围IEC62631-3-2:2023CMV规定了固体绝缘材料表面电阻和表面电阻率的直流测定方法，适用于各类固体电绝缘材料，包括但不限于：热固性和热塑性塑料、橡胶、层压制品、薄膜和薄片、涂覆织物、绝缘漆膜以及复合绝缘材料。该标准规定了从平板试样上测量表面电阻的通用程序，也适用于管状和棒状试样的测量，但试样形状和电极配置需根据标准附录进行相应调整。该标准所描述的测试方法覆盖的电阻测量范围通常为10^5Ω至10^17Ω，对应材料的表面电阻率范围约为10^5Ω至10^17Ω（方阻表达）。对于低于10^5Ω的材料，建议采用四探针法或其他低阻测量手段；对于超过10^17Ω的超高阻材料，则需考虑采用电荷衰减法或改进的屏蔽测量技术。2.2测试原理表面电阻的测量基于直流电压施加于试样表面两电极之间时，通过测量流过试样表面的微小电流来计算电阻值。其基本定义为：在试样的表面上，两电极间所施加的直流电压与流过两电极间的表面电流之比。需要强调的是，在实际测量过程中，表面电流与体积电流往往难以完全分离，本标准的测量结果包含了不可避免的微量体积电导成分，这是所有表面电阻测试方法的固有局限。表面电阻率（通常以符号ρₛ表示，单位为Ω）定义为：沿试样表面电流方向的直流电场强度与单位宽度的表面电流密度之比。在数值上，对于方形电极配置，表面电阻率等于表面电阻乘以电极几何因子。在实际应用中，表面电阻率常以“欧姆每方”（Ω/sq）表达，以便于不同电极尺寸间的数据比较。2.3电极系统标准详细规定了测量电极系统的构成，通常包括三种电极配置：为主流方法的三电极系统（包括中心测量电极、保护电极和高压电极），其中保护电极的设置尤为关键，其作用在于收集可能流经试样内部的体积泄漏电流，从而确保测量值尽可能反映真实的表面电流分量。此外，标准亦规定了二电极系统的适用情形，主要用于体积电阻和表面电阻难以分离的薄膜或薄片材料。标准还给出了平板试样的典型电极尺寸，包括测量电极直径50mm、保护电极内径60mm、外径80mm、高压电极直径100mm等参数，且对各电极间的同心度提出了明确的公差要求。3标准主要技术内容3.1试样准备与预处理试样的表面状态对表面电阻测量结果具有决定性影响。标准规定，试样表面应平整、光滑、无裂纹、无气泡、无杂质污染，并应避免手指接触测量区域。对于薄膜类材料，应注意保持试样平整，避免褶皱对电极接触状态的影响。在预处理方面，标准延续了IEC60212《固体电绝缘材料试验前和试验时的条件处理规程》的基本要求，推荐了三种标准预处理条件：（1）标准大气条件：（23±2）℃、（50±5）%RH；（2）高温干燥条件：（105±2）℃下干燥1小时，随后在干燥皿中冷却至室温；（3）潮湿处理条件：（40±2）℃、（90±5）%RH下处理96小时。不同预处理条件对应不同应用场景的模拟——标准大气条件反映常规室内环境，高温干燥条件用于评估材料本征表面电阻性能，潮湿处理则模拟湿热环境下的表面劣化行为。标准强调，由于表面电阻对湿度极其敏感，在报告中必须明确标注实际的测试环境温湿度和预处理条件。3.2测量程序与电压选择关于测量电压的施加方式，标准规定应采用直流电压，推荐电压值为10V、100V、500V或1000V，具体取值应根据试样厚度和预估电阻范围确定。对于表面电阻率预期大于10^14Ω的材料，建议施加较高的电压以获取足够的信噪比；反之，对于表面电阻率较低的材料，宜采用较低的电压以避免焦耳热效应导致的测量偏差。关于加压时间，标准规定在施加测试电压后，应等待足够的时间使电流达到准稳态后再读取读数，推荐的最短读取时间为1分钟，必要时可延长至10分钟甚至更久，并在报告中记录实际的读数时间。这是因为绝缘材料在直流电场下普遍存在吸收电流和极化电流分量，需待其衰减至可忽略水平后方能反映真实的电导电流。3.3测量仪器要求标准对测量仪器的要求包括：（1）直流电源：电压稳定度应优于±0.5%，纹波系数不大于0.1%；（2）电流测量装置（静电计或皮安表）：电流测量分辨率应不低于10^-14A，准确度应优于±（2%读数+最低有效位2个字）；（3）屏蔽与接地：整个测量系统应配备完善的屏蔽措施，屏蔽体应可靠接地，确保外部电磁干扰不对测量结果产生影响。此外，标准还特别强调了连接电缆的绝缘电阻应至少比被测电阻大100倍，且应选用低噪声同轴电缆或三同轴电缆以减少摩擦电效应和压电效应带来的测量噪声。3.4结果计算与表达表面电阻Rₛ按公式Rₛ=U/I计算，其中U为施加电压（V），I为表面电流（A）。对于标准三电极系统，表面电阻率ρₛ按以下公式计算：ρₛ=Rₛ×P其中P为电极有效周长的函数。对于平板试样，P=π(d₁+g)（测量电极直径d₁=50mm，间隙g=5mm），当采用标准电极尺寸时，P=π×55mm≈172.8mm。最终表面电阻率的计算结果应同时注明测试电压、加压时间、温度、相对湿度和预处理条件。3.5相较于旧版标准的主要技术变化IEC62631-3-2:2023CMV相较于原IEC60093中表面电阻测试相关内容，主要技术变化包括：（1）电极系统的几何尺寸和公差要求更加精确，减小了因电极安装偏差引入的系统误差；（2）增加了对纳米复合材料和绝缘薄膜等新型材料的测试指导；（3）对高阻测量（>10^14Ω）提出了专门的技术要求，包括屏蔽技术、充电时间、静电消除等；（4）对测试报告中必须包含的信息做了更加明确的规定，增强了数据的可追溯性；（5）新增了关于测量不确定度评估的指导性内容，要求实验室在报告中提供测量不确定度估计值；（6）在术语定义和符号标注方面，与ISO80000系列标准进行了协调统一。4标准实施意义与行业应用4.1对绝缘材料产业的意义表面电阻和表面电阻率是绝缘材料选型、质量控制和寿命评估的核心指标之一。在高压开关柜的绝缘支撑件、变压器套管的外绝缘结构、电机槽绝缘和端部固定件、印制电路板表面清洁度评估以及绝缘子防污闪设计等场景中，设计人员均需要可靠的表面电阻率数据来评估材料的沿面绝缘性能。IEC62631-3-2:2023CMV的发布实施，为上述应用领域提供了统一、精确、可比的测试方法。4.2对新能源领域的技术支撑特别值得关注的是，随着新能源汽车电压平台从400V向800V甚至更高电压演进，驱动电机绝缘系统面临更严苛的电气和热应力。绝缘材料在高温高湿环境下的表面电阻衰减行为，直接关系到电机的爬电距离设计和绝缘可靠性评估。该标准的实施为新能源汽车驱动电机用绝缘材料（如耐电晕聚酰亚胺薄膜、芳纶纸、绝缘浸渍漆等）提供了准确可靠的测试依据。此外，在光伏组件、储能系统以及功率半导体模块的封装绝缘设计中，材料表面电阻性能同样扮演着至关重要的角色。IEC62631-3-2:2023CMV为上述领域材料的来料检验、在线质量控制和失效分析提供了标准化支撑，有利于提升整个产业链的质量一致性和供应链协同效率。4.3对国际贸易与技术交流的作用作为IEC发布的国际标准，该标准在国际贸易中具有广泛认可度和权威性。我国绝缘材料生产企业若要通过UL、TÜV、CE等国际认证，产品的表面电阻测试需遵循IEC标准体系。该标准的实施有助于我国绝缘材料企业对标国际先进测试要求，提升产品的国际竞争力，减少因测试方法差异导致的贸易技术壁垒。同时，该标准也为国内行业标准和团体标准的制修订提供了重要的技术参照。5主要起草单位和标准化组织5.1国际电工委员会第112技术委员会（IEC/TC112）IEC62631-3-2:2023CMV由国际电工委员会第112技术委员会（IEC/TC112——电气绝缘材料和绝缘系统评定技术委员会）负责制定。TC112成立于2007年，其前身为IEC/TC15（电气绝缘材料）和IEC/TC98（电气绝缘系统），整合了绝缘材料和绝缘系统两大领域的标准化工作。TC112的秘书处由意大利电工委员会（CEI）承担，目前设有多个工作组和项目组，分别负责基础试验方法、耐久性评定、热评定和新型材料等方向的标准化工作。TC112的职责范围涵盖电气绝缘材料和绝缘系统的分类、性能评定方法、试验条件和寿命预测等。TC112制定的标准体系包括IEC60216系列（热耐久性评定）、IEC60364系列（电气装置绝缘配合）、IEC60587（耐电痕化试验）以及IEC62631系列（介电和电阻特性）等，是全球电气绝缘领域最重要的标准制定平台之一。5.2对口的国内技术组织我国对口参与IEC/TC112工作的技术组织为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），秘书处挂靠在中国机械工业联合会。国内相关研究机构、检测实验室和生产企业积极参与该国际标准的制定和投票工作。在中国，与IEC62631-3-2:2023CMV直接对应的国家标准正在同步转化中，已完成多项IEC62631系列标准的等同采用工作，持续推动国内电气绝缘材料测试标准与国际接轨，确保国内相关企业和检测机构能够在该标准框架下开展测试和认证工作。6结论与展望IEC62631-3-2:2023CMV作为固体绝缘材料表面电阻和表面电阻率测定的最新国际标准，在继承原IEC60093核心测试原理的基础上，充分吸纳了近年来绝缘材料领域的技术进展和工业界的实际需求反馈，对电极系统、试样处理、测量程序、仪器要求和数据表达等方面进行了系统性的优化和细化。该标准的发布标志着固体绝缘材料表面电阻测试从传统的通用型方法向精密化、规范化和适应新材料需求的方向迈出了重要一步。展望未来，随着电力电子技术向更高功率密度和更高工作温度方向发展，对绝缘材料表面性能的测试需求将持续提升。后续IEC62631系列标准还将不断完善，可能在以下方向继续演进：（1）开发面向超高温（>300℃）条件下的表面电阻在线测试方法；（2）引入机器学习辅助的数据分析和预测模型，实现表面电阻性能的快速评估；（3）加强表面电阻与沿面放电、电痕化等失效行为的关联性研究，建立更为完整的绝缘性能评价模型。参考文献[1]IEC62631-3-2:2023CMV,Dielectricandresistivepropertiesofsolidinsu