IEC TR 620392021 高压应力下户外用聚合材料的选择指南标准立项发展报告

高压应力下户外用聚合材料的选择指南标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:SelectionGuidelinesforPolymericMaterialsforOutdoorUseunderHVStress摘要随着高压输电技术的快速发展，聚合材料因其优异的电气绝缘性能、轻质高强和耐腐蚀特性，在户外高压绝缘领域得到了日益广泛的应用。然而，户外复杂环境下的高电压应力对聚合材料的长期运行可靠性提出了严峻挑战，材料选型不当导致的绝缘失效事故时有发生，亟需建立系统化、规范化的材料选择指南。在此背景下，国际电工委员会（IEC）于2021年8月24日正式发布IECTR62039:2021《高压应力下户外用聚合材料的选择指南》技术报告。本报告对该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容及其行业影响进行了系统梳理与分析。标准全面规定了户外高压应力条件下聚合材料的电气性能要求、耐环境老化性能指标、机械性能参数及试验验证方法，明确了材料选择的技术流程与判定准则。该标准的发布实施为电力行业户外绝缘用聚合材料的科学选型提供了权威技术依据，对提升高压输变电设备运行可靠性、推动复合绝缘技术进步具有重要的指导意义。本报告同时介绍了标准主要起草单位的专业背景，并对标准未来修订方向和应用前景进行了展望。关键词：高压应力；聚合材料；户外绝缘；国际电工委员会；材料选择；耐老化性能；技术报告；绝缘子Keywords:HVstress;Polymericmaterials;Outdoorinsulation;IEC;Materialselection;Agingresistance;Technicalreport;Insulator一、引言1.1研究背景电力工业的持续发展对输变电设备的绝缘性能提出了更高的要求。传统陶瓷和玻璃绝缘材料虽具有良好的耐候性和成熟的运行经验，但其重量大、易碎、防污闪能力有限等固有缺陷制约着电力系统向更高电压等级发展。自20世纪70年代以来，以硅橡胶、乙丙橡胶为代表的聚合材料凭借其优异的疏水性、轻质高强、易于成型及优异的耐污闪性能，在户外高压绝缘领域获得了快速发展。复合绝缘子、复合空心绝缘子、电缆附件等聚合材料绝缘产品已在全球电力系统中得到大规模应用。然而，聚合材料在户外运行环境中长期承受高电压应力、紫外线辐射、温度循环、湿度侵蚀、污秽沉积等多重因素的协同作用，其材料老化机理复杂，性能劣化过程具有隐蔽性和累积性。实际运行经验表明，部分户外聚合材料绝缘产品在投运后数年内即出现表面蚀损、开裂、脆断、电气强度下降等缺陷，严重威胁电力系统的安全稳定运行。材料选型缺乏标准化指导、评价方法不统一、性能指标不明确等问题已成为制约聚合材料在高压领域更广泛应用的关键瓶颈。1.2标准化需求分析面对上述技术挑战，国际电工委员会深刻认识到建立统一的户外高压应力条件下聚合材料选择指南的紧迫性和必要性。不同制造商生产的聚合材料在配方体系、生产工艺、性能水平等方面存在显著差异，电力用户在选择材料时往往缺乏可供参照的统一技术标准。建立国际通用的材料选择指南，有助于规范材料评价方法、统一性能判定准则、促进优质材料的推广应用，从而提升全球范围内复合绝缘设备的设计制造水平和运行安全水平。二、标准编制背景与历程2.1国际电工委员会及TC36技术委员会简介国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission，简称IEC）成立于1906年，是制定和发布国际电工电子标准的权威组织，总部位于瑞士日内瓦。IEC下设多个技术委员会（TechnicalCommittee）和分技术委员会（Subcommittee），其中第36技术委员会（TC36）专门负责绝缘子领域的标准化工作，其工作范围涵盖各类绝缘子的术语定义、技术要求、试验方法及选择应用指南。TC36技术委员会在长期从事绝缘子标准制定的过程中，密切关注聚合材料在绝缘领域应用的技术进展和工程需求。随着复合绝缘子在高压输电线路和变电站中的普及率不断提升，TC36逐渐认识到，单纯制定产品标准尚不足以解决实际工程中的材料选型问题，有必要编制一份专门针对户外高压应力条件下聚合材料选择的技术报告，为工程技术人员提供系统化的选型指导。2.2标准编制过程IECTR62039标准的编制工作启动于2018年前后，由TC36技术委员会内的专家工作组具体承担。编制过程中广泛吸收了来自全球主要电力公司、复合绝缘子制造商、材料供应商、科研院所和检测认证机构的专家意见。工作组在充分调研现有研究成果和运行经验的基础上，系统梳理了户外高压应力条件下聚合材料的关键性能要求和评价方法，经过多轮草案讨论、意见征集和技术评审，最终形成了技术报告文本。2021年8月24日，IECTR62039:2021正式发布。该标准的发布填补了国际标准体系中关于户外高压聚合材料选型指导的空白，为全球电力行业提供了首个系统化的材料选择技术框架。三、标准主要内容3.1标准定位与适用范围IECTR62039:2021是一项技术报告（TechnicalReport）类型的标准文件，其性质属于指导性技术文件而非强制性规范。标准明确规定了户外高压应力条件下使用的聚合材料选择时应考虑的技术因素和评价方法，适用于户外高压绝缘设备和部件中所用聚合材料的选择和评价。标准涵盖的电压范围覆盖中压至超高压各电压等级，适用于电力系统绝缘子和相关户外绝缘设备。3.2核心术语和定义标准对以下关键术语给出了明确定义：-聚合材料（Polymericmaterials）：指以高分子聚合物为基体，通过适当配方设计，可用于户外高压绝缘用途的材料，包括但不限于硅橡胶、乙丙橡胶、环氧树脂等有机绝缘材料。-疏水性（Hydrophobicity）：材料表面抵抗水分浸润、保持水珠状凝聚的特性，是决定聚合材料耐污闪性能的关键因素。-耐漏电起痕性（Trackingresistance）：材料在电场和污湿环境共同作用下抵抗表面形成导电通道的能力。-耐蚀损性（Erosionresistance）：材料在放电作用下抵抗表面质量损失的能力。-高电压应力（HVstress）：绝缘材料在实际运行中承受的电场强度，涵盖电气应力和环境应力的综合作用。3.3材料选择的技术要求框架标准从以下维度构建了完整的材料性能评价体系：（1）电气性能要求标准系统规定了聚合材料选择过程中必须考核的电气性能指标，包括工频电压耐受特性、雷电冲击耐受特性、操作冲击耐受特性等。其中，材料在湿润和污秽条件下的耐压性能被列为关键评价指标。标准特别强调，材料选择时应根据实际运行环境的污秽等级和湿度条件，综合评价材料的耐漏电起痕性及耐蚀损性。参照IEC60587标准规定的斜面试验法和IEC60112标准规定的耐电痕化指数试验法，材料需达到相应的性能等级要求。（2）环境老化性能要求户外运行的聚合材料不可避免地受到紫外线辐射、臭氧侵蚀、温度交变、湿气渗透、酸雨作用等环境因素的综合影响，长期老化效应是决定材料使用寿命的关键。标准要求材料选择时应评价其在模拟户外环境条件下的耐老化能力，包括经加速老化试验（参照IEC61109标准规定）后的外观变化、力学性能保持率、电气性能变化等。特别针对高温高湿、强紫外辐射和严重工业污染等极端环境下运行的材料，标准提出了更为严格的性能要求。（3）机械性能要求聚合材料在户外使用中不仅要承受电气应力，还要承受风载、覆冰、振动等机械载荷。标准明确了材料选择过程中应评价的机械性能指标，涵盖拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度、硬度等基本力学参数。标准要求材料在长期运行和老化条件下应具有良好的力学性能保持率，以确保绝缘结构在服役周期内的机械完整性。（4）材料选择流程与判定准则标准提出了从材料初选、试验验证、性能评估到最终选定的系统性技术流程。在选择流程中，标准强调应综合考虑材料性能、运行环境条件、设备设计要求和经济合理性等多方面因素。判定材料是否满足使用要求的核心准则包括：材料在规定的试验条件下应具有良好的耐漏电起痕性能，不发生持续的漏电起痕或蚀损失效；材料经加速老化后应保持足够的力学性能和电气性能，且表面状态变化不应影响其长期安全使用。3.4与相关标准的协调关系IECTR62039:2021与IEC系列相关标准构成了完整的标准体系。该技术报告与IEC61109（复合悬式绝缘子）、IEC61462（复合空心绝缘子）、IEC60587（耐漏电起痕试验方法）、IEC62217（户外高压绝缘用聚合材料）等标准具有良好的技术协调性。其中，IEC62217侧重于聚合材料的基本性能要求和试验方法，而IECTR62039则侧重于材料选择的指导性原则和系统化方法，两者互为补充。此外，该技术报告在术语体系上与IEC60050-471（国际电工词汇-绝缘子部分）保持了一致性。四、标准实施的意义与影响分析4.1对电力行业的技术推动作用IECTR62039:2021的发布，为电力行业户外绝缘用聚合材料的科学选型提供了系统化的技术框架。在标准发布之前，各电力公司和设备制造商在材料选择上往往依赖各自的内部技术规范或经验积累，导致材料评价方法不统一、性能要求参差不齐、试验结果可比性差。标准的实施从根本上改变了这一局面，使材料选择过程有章可循、有据可依。该标准的实施显著促进了对聚合材料的老化机理理解和性能评价方法完善。标准将材料长期运行可靠性作为选型的核心目标，引导行业从材料配方设计、生产工艺控制到出厂检验全链条建立质量管理意识。对于电力运行企业而言，应用该标准有助于降低因材料选型不当导致的绝缘故障率，提高电网运行安全性；对于设备制造企业而言，依据该标准进行材料选型和供应商评价，有助于稳定产品质量、减少售后维护成本。4.2对材料研发的导向作用标准明确了材料性能的关键指标的优先级，为材料研发指明了方向。材料科研机构和企业可围绕标准规定的关键性能要求开展新型聚合材料配方研发，有针对性地提升材料的耐漏电起痕性能、耐蚀损性能和耐老化性能，从而为电力行业提供更优异的材料解决方案。4.3对国际贸易和产业发展的促进意义作为IEC发布的国际标准，IECTR62039:2021在全球范围内具有广泛的影响力。该标准的实施有助于消除各国在户外聚合材料评价方面的技术壁垒，促进绝缘材料和设备在国际贸易中的互认和流通。对于中国聚合材料及相关绝缘设备制造企业而言，积极采用该标准有助于提升产品质量水平、增强国际竞争力、拓展海外市场空间。五、主要起草单位和机构介绍5.1国际电工委员会绝缘子技术委员会（IECTC36）IECTR62039:2021由IECTC36（绝缘子技术委员会）负责制定。TC36成立于20世纪初，是IEC历史最为悠久的标准化技术委员会之一。该技术委员会的工作范围涵盖各种类型绝缘子及相关附件的标准化工作，其秘书处长期由意大利电工委员会（CEI）承担。TC36下设多个工作组和工作项目组，分别负责不同类型绝缘子标准的制定和修订工作。TC36技术委员会汇聚了来自全球主要电力设备制造企业、电力公司、检测机构和科研院所的资深专家。在IECTR62039:2021的编制过程中，TC36专门成立了专家组，成员包括来自德国、瑞士、中国、意大利、英国、美国、日本等国家的绝缘技术领域权威专家。专家组广泛收集了聚合材料在户外高压应用中的运行数据和研究成果，汇总分析了不同气候环境下材料失效案例，为标准技术内容的科学性和实用性提供了有力保障。5.2中国主要参与单位介绍中国作为世界上复合绝缘子应用规模最大的国家之一，积极参加了IECTR62039:2021的编制工作。中国电力科学研究院有限公司（以下简称"中国电科院"）作为IECTC36国内技术归口单位的核心支撑机构，深度参与了该技术报告的编制。中国电科院成立于1951年，是国家电网公司直属的综合性科研机构，长期从事电力系统规划、输变电技术、电工新材料等领域的研究工作，在复合绝缘子技术领域居国际领先水平。中国电科院建有国家重点实验室和多个行业级质量检验检测中心，具备完善的绝缘材料性能评价试验能力。在IECTR62039:2021编制过程中，中国电科院专家结合中国电网复合绝缘子大规模运行经验及丰富的试验数据，在聚合材料的环境老化性能评价、污秽条件下材料选型原则等方面提出了多项具有重要价值的技术建议，为技术报告的顺利完成发挥了建设性作用。与此同时，清华大学、西安交通大学等高校科研力量也在基础理论研究和试验方法验证方面为标准的编制贡献了中国智慧。六、标准应用现状与未来展望6.1国际应用现状IECTR62039:2021发布至今，已被全球多个国家和地区的电力企业和设备制造商广泛引用。在IEC体系内部，该技术报告与IEC62217、IEC61109等标准共同构成了复合绝缘领域完整的标准簇。部分国家在制定本国聚合材料选择和应用规范时，已将该技术报告作为重要的参照依据。6.2标准未来修订方向随着新材料技术的发展和电力系统运行需求的不断变化，IECTR62039:2021在未来的修订中预计将在以下方向持续完善：-新材料类型的纳入：纳米改性聚合材料、生物基聚合材料等新型材料不断涌现，需要补充相应的性能评价方法和选择准则。-试验方法的更新：非破坏性检测技术、人工智能辅助老化状态评估等新方法的应用，有望提高材料评价的效率和准确性。-清洁能源场景的适配：光伏电站、海上风电、柔性直流输电等新型应用场景对材料提出了差异化要求，标准需进一步细化分类指导。-运行数据的反馈修正：随着全球范围内复合绝缘设备运行年限的增长，长期运行数据不断积累，标准中的性能要求和判定准则可在更多经验数据支撑下进行动态修正。6.3对我国标准化工作的启示IECTR62039:2021的编制和发布过程对我国标准化工作具有重要启示。首先，标准化工作应与产业发展和技术进步深度融合，及时回应行业实际需求；其次，应充分发挥运行经验和试验数据在标准制定中的支撑作用；再次，应积极参与国际标准制定，提升中国在相关领域的国际话语权。当前，我国正加快构建新型电力系统，复合绝缘材料将在其中发挥更加重要的作用。中国应进一步加强聚合材料基础研究和标准化工作的协同推进，推动更多具有自主知识产权的技术成果转化为国际标准。七、结论IECTR62039:2021《高压应力下户外用聚合材料的选择指南》是国际电工委员会在聚合材料户外高压应用领域发布的首部系统化技术报告，填补了该领域国际标准体系的空白。该标准从电气性能、环境老化性能、机械性能等方面构建了完整的材料性能评价框架，明确了材料选择的系统化流程和判定准则，为全球电力行业户外绝缘用聚合材料的科学选型提供了权威技术指南。标准的发布实施不仅有助于提高复合绝缘设备的运行可靠性和安全水平，促进聚合材料在高压领域的健康有序发展，也为绝缘材料的设计研发、制造检验和工程应用提供了统一的技术依据。随着新型电力系统建设和全球能源转型的深入推进，聚合材料在户外高压绝缘领域的作用将更加凸显。可以预见，IECTR62039将在实践中持续发挥重要的技术引领作用，并根据技术发展和应用需求不断完善，为全球电力工业的可持续发展提供坚实的标准化支撑。未来，随着该标准在全球范围内的深入推广和应用经验的持续积累，其技术内容将不断丰富和完善，为构建更加安全、高效、绿色的全球电力系统作出更大贡献。参考文献[1]IECTR62039:2021,SelectionguidelinesforpolymericmaterialsforoutdooruseunderHVstress[S].Geneva:InternationalElectrotechnicalCommission,2021.[2]IEC62217:2012,PolymericHVinsulator