IEC 62631-3-22023 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摘要随着高压输电、新能源汽车、航空航天及电子电气工业的快速发展，固体绝缘材料的可靠性评估日益受到重视。表面电阻和表面电阻率作为表征绝缘材料表面导电行为的关键参数，直接影响绝缘系统的沿面放电特性和整体运行安全。IEC62631-3-2:2023《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》由国际电工委员会（IEC）第112工作组（电气绝缘材料与系统）归口制定，于2023年10月16日正式发布。该标准在IEC60093的基础上进行了系统性的技术升级，明确了表面电阻和表面电阻率的测试原理、电极系统配置、测量程序及数据处理方法，并针对高阻测量中的极化效应、环境温湿度影响等关键技术难点提出了规范化解决方案。本报告对该标准的立项背景、技术内容、修订要点及行业应用前景进行了全面分析，旨在为相关领域技术人员和标准化工作者提供系统性参考，推动该标准在我国电气绝缘领域的深入应用与转化实施。关键词：固体绝缘材料；表面电阻；表面电阻率；直流法；IEC62631；电气绝缘；标准化Keywords:Solidinsulatingmaterials;Surfaceresistance;Surfaceresistivity;DCmethod;IEC62631;Electricalinsulation;Standardization一、引言1.1标准立项背景固体绝缘材料是电气设备安全运行的基石，其绝缘性能的优劣直接决定了电力设备、电子元器件及工业装备的运行可靠性与使用寿命。在绝缘材料的众多电性能参数中，表面电阻和表面电阻率是表征材料表面电气特性的核心指标。当绝缘材料表面存在湿气、污染物或老化降解产物时，其表面电阻率会显著下降，进而导致沿面泄漏电流增大、表面闪络电压降低，严重时可能引发电气火灾或设备击穿事故。随着特高压输变电工程的大规模建设、新能源汽车电驱系统的快速普及以及高频电力电子器件的广泛应用，绝缘材料面临的电场强度和环境应力日趋严酷，对表面电阻和表面电阻率的精确测定提出了更高要求。与此同时，新材料技术——包括纳米改性绝缘材料、耐电晕聚酰亚胺薄膜、环保型环氧树脂复合材料等——的不断涌现，也亟待建立与之相适应的标准化测试方法体系。在此背景下，国际电工委员会（IEC）适时启动了IEC62631系列标准的制修订工作，其中IEC62631-3-2:2023为该系列中专门规定表面电阻和表面电阻率测试方法的标准文件。1.2标准修订的必要性本项目所涉标准的修订具有多方面必要性。原标准IEC60093:1980在四十余年的应用中为绝缘材料表面电阻测试提供了基本依据，然而该标准在测量不确定度控制、电极系统规格细化、环境条件精确控制以及现代精密测量仪器适配性等方面已明显滞后于当前的技术发展水平。具体而言，现代静电计和超高压电阻计的测量精度和量程已大幅提升，高阻测量中电缆屏蔽、接地保护和数据自动化采集等技术手段也已广泛普及，而旧版标准未能充分涵盖这些技术进步。此外，新版标准还需增加测量结果的不确定度评定要求、提升对宇航级和高纯绝缘材料等特殊材料适应性的指导，并协调与其他相关标准的术语和测试条件。从环保和材料更新的角度来看，修订也是适应新材料体系（如无卤阻燃材料、可降解绝缘材料等）测试需求的必要举措。二、标准概述2.1标准基本信息IEC62631-3-2:2023《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》由国际电工委员会（IEC）于2023年10月16日正式发布，标准状态为现行有效。该标准属于IEC62631系列标准的重要组成部分，该系列标准旨在系统替代并扩展IEC60093、IEC60250等传统标准，构建一套结构更为合理、技术内容更为完善的固体绝缘材料介电和电阻特性测试方法体系。2.2标准适用范围IEC62631-3-2:2023适用于各类固体绝缘材料，涵盖塑料、橡胶、层压制品、浸渍纤维制品、云母制品、陶瓷及玻璃等传统绝缘材料，同时也适用于纳米复合绝缘材料、功能梯度绝缘材料等新型材料体系。该标准规定的测试方法适用于材料表面电阻范围为10⁴Ω至10¹⁸Ω的绝缘材料，所需的直流测试电压可根据材料类型和测试要求进行选择。2.3标准定位与体系结构IEC62631-3-2:2023在国际绝缘材料测试标准体系中处于核心地位。从标准体系结构来看，IEC62631系列标准分为多个部分，其中第3部分专门规定电阻特性的测定方法，包括第3-1部分（直流法——体积电阻和体积电阻率）和第3-2部分（直流法——表面电阻和表面电阻率）。该系列与IEC62631-1（术语和通用要求）、IEC62631-2（介电特性的测定）等共同构成完整的绝缘材料电气性能测试标准框架，为电工产品设计选材、质量控制和材料研发提供了系统的测试依据。三、标准主要技术内容3.1术语和定义标准在第3章对表面电阻（surfaceresistance）、表面电阻率（surfaceresistivity）、电极系统（electrodesystem）、保护电极（guardelectrode）、极化电流（polarizationcurrent）、充电电流（chargingcurrent）等关键术语进行了明确定义。其中，表面电阻是指在绝缘材料表面两电极间施加直流电压后，沿材料表面单位长度上的电压与单位宽度上的电流之比，以欧姆（Ω）表示；而表面电阻率则是表征材料表面导电能力的本征参数，其数值与测试电极的几何尺寸无关，以欧姆（Ω）表示。3.2测试原理IEC62631-3-2:2023规定的测试原理基于直流电压法。测试时，在平板状或管状试样表面安装特定的电极系统，施加直流电压后，测量流经试样表面的电流，进而通过欧姆定律计算表面电阻。由于绝缘材料的表面电阻通常极高（可达10¹²Ω以上），测量过程中须有效区分表面电流与体积电流分量，避免体积电导对表面电阻测量的干扰。为此，标准采用了三电极系统，包括主电极（measurementelectrode）、对电极（counterelectrode）和保护电极（guardelectrode）。其中保护电极的设置至关重要，其作用在于收集体积电流分量，确保测量仪器仅采集表面电流信号，从而精确获取表面电阻值。标准对不同形状电极的几何参数、间隙距离和接触压力均作出了明确规定。3.3电极系统标准详细规定了两类电极配置方案，分别适用于不同形状和尺寸的试样：-平板试样电极系统：采用同心圆环电极配置，主电极为圆形，对电极为环形，保护电极位于对电极外侧。标准对电极直径、环宽、电极间隙（通常设定为1mm、2mm或5mm）等参数给出了精确的规格要求，以确保不同实验室间测试结果的可比性。-管状试样电极系统：用于电缆绝缘层、绝缘套管等管状产品的测试。电极沿管壁轴向布置，通过金属箔或导电涂料形成规定的电极带，电极间距离依据管径大小按比例确定。电极材料方面，标准推荐使用导电银漆、真空蒸镀金属膜、不锈钢或黄铜等导电性能优良且与试样接触良好的材料。对于表面粗糙或易变形的材料，标准允许采用导电橡胶垫片或导电胶作为辅助手段，但须在测试报告中明确记录。3.4测试条件IEC62631-3-2:2023对测试环境条件提出了严格要求。标准规定，标准大气条件下的测试应在温度23℃±2℃、相对湿度50%±5%的环境中进行。试样在测试前须在标准大气条件下进行至少24小时的预处理，以保证试样达到水分平衡状态。对于特殊应用场景（如高温环境用绝缘材料），标准允许采用其他约定的测试条件，但须在报告中明确注明。此外，标准对直流测试电压的选择给出了指导性意见，通常依据材料类型和厚度在10V至1000V范围内选取。在测试过程中，施加电压的时间对测量结果有显著影响——由于绝缘材料在直流电场下存在介电吸收和极化弛豫现象，电流随时间衰减，标准建议在施加电压后1分钟读取电流值作为记录值，必要时可同时记录15秒和10分钟的数据以分析材料的极化特性。3.5测量程序与数据处理标准规定了完整的测量程序，包括试样制备、电极安装、环境调节、电压施加、电流测量和数据记录等环节。在具体测量中，标准强调了以下几点关键技术要求：-测量仪器的要求：电流测量仪器（静电计或皮安表）的内阻须足够小，以保证其两端电压降不超过测试电压的1%；仪器的测量精度应不低于±2%或±0.1pA（取较大值）。标准还要求仪器具备足够的抗干扰能力，并能对电缆电容和仪器输入电容的充电效应进行有效补偿。-表面电阻的计算：对于平板试样，表面电阻率按以下关系式确定：$$\rho_s=\frac{U}{I_s}\cdotK$$其中，$U$为施加电压，$I_s$为表面电流，$K$为电极几何因子（对于同心圆环电极，$K=\frac{2\pi}{\ln(D_2/D_1)}$，$D_1$和$D_2$分别为主电极直径和对电极内径）。标准对各几何参数的测量精度和计算方法进行了详细规范。-测量结果的修正：标准要求将实际测试条件下的测量值修正至标准大气条件下的参考值。修正方法依据材料表面电阻随温湿度的变化特性确定，具体修正公式和系数可由各材料标准或经验数据提供。对于无法准确修正的情况，应在报告中详细记录实际测试环境条件。3.6测量不确定度评定相较于旧版标准，IEC62631-3-2:2023引入了测量不确定度评定的要求。标准要求测试报告中应包含测量不确定度分析结果，主要不确定度来源包括：电极几何尺寸的测量误差、电压测量误差、电流测量误差、环境条件波动、试样状态差异以及仪器校准不确定度等。标准参考ISO/IECGuide98-3（GUM）推荐的方法对各类不确定度分量进行合成，最终以扩展不确定度（k=2，约95%置信水平）的形式报告。四、与其他标准的协调关系IEC62631-3-2:2023在制修订过程中充分考虑了与其他相关标准的协调与衔接，构建了较为完善的标准化协同体系。4.1与同系列标准的协调在IEC62631系列内部，第3-2部分与第3-1部分（体积电阻测试方法）形成了相辅相成的平行关系。两者的电极系统配置、环境条件和测量程序保持了高度一致，便于测试机构在同一套仪器平台上完成表面电阻和体积电阻的联合测试。术语定义、数据处理方法等方面的统一表述，有效降低了标准使用者学习和执行的难度。4.2与其他组织的标准协调IEC62631-3-2:2023与电气电子工程师学会（IEEE）的相关标准、国际标准化组织（ISO）的电气绝缘材料标准条款、以及美国材料与试验协会（ASTM）的同类测试方法在技术上保持了良好的兼容性。标准在制定过程中参考了ASTMD257（直流电阻或电导测试方法）的成熟经验，并在电极配置、环境调节和数据处理等环节进行了协同优化，力求降低国际贸易中因测试方法差异造成的技术壁垒。4.3与我国标准的对应关系在我国标准体系中，GB/T10064-2006《电气用绝缘材料表面电阻和表面电阻率的测定方法》对应采用了IEC60093:1980。IEC62631-3-2:2023发布后，我国已启动相应的采标工作，计划对该项国际标准进行等同采用，以更新和完善我国的绝缘材料表面电阻测试方法标准体系。该标准的转化实施将有力推动我国绝缘材料测试技术与国际先进水平接轨，促进电工产品质量的整体提升。五、主要起草单位介绍IEC62631-3-2:2023由国际电工委员会电气绝缘材料与系统技术委员会（IEC/TC112）归口管理。TC112成立于2007年，其前身为TC15（电气绝缘材料），秘书处设于德国（DIN）。该技术委员会负责制定和修订电气绝缘材料及其系统的术语、分类、试验方法、规格和安全使用导则等方面的国际标准。在标准制修订过程中，多个国家的标准化机构和行业组织深度参与了技术内容的讨论与起草工作。其中，德国VDE测试认证研究所（VDEPrüf-undZertifizierungsinstitut）作为长期从事绝缘材料电气性能测试的权威机构，在电极系统设计、高阻测量技术和不确定度评定方法等方面贡献了重要的技术积累。此外，日本电气安全与环境技术实验室（JET）在纳米复合绝缘材料测试方法方面具有丰富的研究经验，为拓展标准的适用范围提供了技术支持。值得特别关注的是，我国在IEC62631-3-2:2023的制定过程中积极贡献了中国方案。中国电力科学研究院有限公司作为我国绝缘材料标准化领域的核心研究机构，深度参与了该标准的制定工作。该研究院在特高压绝缘技术、绝缘材料老化评估及沿面放电特性研究等方面拥有深厚的技术积累，依托其国家绝缘材料质量检验检测中心积累了大量的表面电阻和表面电阻率测试数据和工程应用经验。在标准制定过程中，中国电力科学研究院重点围绕高海拔和湿热环境条件对表面电阻测量的影响机制、基于人工智能算法的复杂测量数据智能处理方法等方向提出了具有中国特色的技术提案，部分核心成果已被标准吸收。该研究院的超高压试验大厅和三气候综合试验平台装备了覆盖从直流到特高压交流全电压等级的大型试验系统以及具备宽温域（-60℃至200℃）和宽湿度范围（10%RH至98%RH）精密控制能力的人工气候试验箱，能够为表面电阻测试方法的研究验证提供世界一流的试验条件。同时，中国电力科学研究院充分发挥其在国际标准组织中的影响力，在IEC/TC112中积极协调不同国家的技术立场，为推动该标准获得广泛的国际共识作出了实质性贡献。六、标准实施的意义与应用前景6.1技术意义IEC62631-3-2:2023的发布实施具有重要的技术意义：第一，提升测试精度与可比性。该标准通过对电极系统几何参数、测试环境条件、测量仪器要求和数据处理方法的精细规范，显著提高了表面电阻和表面电阻率测量的准确度和可复现性，为跨实验室、跨国界的测试数据比对奠定了技术基础。第二，适应新材料测试需求。针对纳米复合绝缘材料、高导热绝缘材料、生物基可降解绝缘材料等新型材料体系，该标准的电极配置和测量程序具有更好的适应性，能够满足当前和未来材料研发对表面电性能精确表征的需求。第三，推动绝缘设计精细化。精确的表面电阻数据为电气设备的沿面绝缘设计、爬电距离校核和绝缘结构优化提供了可靠的技术输入，有助于实现绝缘系统的精细化设计，提高设备的安全裕度和运行可靠性。6.2应用领域IEC62631-3-2:2023在以下领域具有广阔的应用前景：-电力设备制造业：高压开关设备、变压器、互感器、套管及电缆附件等产品的绝缘设计和质量检验；-电子产品与元器件：印制电路板、连接器、封装材料及绝缘薄膜的表面绝缘性能评估；-新能源产业：光伏组件背板、动力电池绝缘隔膜及充电桩绝缘件的可靠性与安全性验证；-航空航天与轨道交通：特种绝缘材料在严苛环境下的表面电性能考核；-材料研发与学术研究：新型绝缘材料的表面电性能基础研究和方法学探索。6.3对我国标准化工作的启示我国应在以下方面积极推动IEC62631-3-2:2023的转化实施：-加快国家标准和行业标准的采标转化，将IEC62631-3-2:2023等同采用为推荐性国家标准，并同步修订GB/T10064等现行标准，保持我国标准体系与国际标准的一致性；-完善实验室能力建设，鼓励绝缘材料检测实验室按照新标准要求配置精密测量设备和标准化电极系