GBT 47965-2026 绝缘材料中内部电场的测量 压力波传播法标准立项发展报告

绝缘材料中内部电场的测量压力波传播法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:MeasurementofInternalElectricFieldinInsulatingMaterials—PressureWavePropagationMethod摘要随着高压直流输电、电力电子器件及新能源装备的快速发展，绝缘材料在复杂电场条件下的空间电荷积聚与内部电场畸变问题日益突出，已成为制约高端电气装备绝缘可靠性的关键瓶颈。压力波传播法（PressureWavePropagation,PWP）作为当前唯一能够无损、定量、高分辨率地测量绝缘材料内部空间电荷和电场分布的技术手段，在国际上已被广泛应用于聚合物绝缘材料的机理研究与质量评价，但我国在该领域长期缺乏统一的国家标准，导致各研究机构和企业测试结果缺乏可比性，严重制约了技术成果的工程转化与产业应用。本报告基于标准GB/T47965-2026《绝缘材料中内部电场的测量压力波传播法》的编制背景，系统分析了国内外相关标准现状与技术发展趋势，详细阐述了标准的主要技术内容、试验方法要求和关键参量定义，重点介绍了标准牵头起草单位的科研基础与行业影响力，并对标准发布后的推广应用前景及其对高压直流电缆、电力电容器、功率模块封装等领域的支撑作用进行了展望。该标准的制定填补了我国绝缘材料内部电场测量领域国家标准的空白，对提升电气装备绝缘设计与状态评估水平、推动新型电力系统建设具有重要的基础性支撑意义。关键词：绝缘材料；内部电场；空间电荷；压力波传播法；国家标准；标准化1引言1.1研究背景绝缘材料是电气装备安全可靠运行的基础保障。在高压直流输电、变频调速、新能源发电与储能等应用场景中，绝缘材料长期承受高强度直流电场或极性反转电场的作用，材料内部不可避免地发生空间电荷的注入、积聚和输运过程。空间电荷的存在将畸变材料内部的局部电场，加剧绝缘的老化速率，严重时甚至导致绝缘击穿。因此，准确测量绝缘材料内部电场和空间电荷的分布，对于绝缘材料的性能评价、寿命预测和电气装备的结构优化设计具有极为重要的工程意义与学术价值。然而，绝缘材料内部的电场分布无法通过常规的电气测量手段直接获取。在过去数十年中，国际学术界与工业界发展了多种基于声波或热脉冲原理的空间电荷测量技术，其中压力波传播法以其卓越的空间分辨率和定量表征能力，被公认为最具优势的测量方法之一。目前，法国、日本等国家在该领域已建立了较为成熟的标准体系，而我国相关国家标准尚属空白。1.2标准基本信息本标准编号为GB/T47965-2026，标准名称为《绝缘材料中内部电场的测量压力波传播法》，由国家标准主管部门于2026年7月30日发布，并将于2027年2月1日正式实施。标准状态为“未生效”，国别为中国，语言为中文（简体），版本说明为“询价购买”。标准性质为推荐性国家标准，归口管理及技术内容由全国相关标准化技术委员会负责解释。2国内外标准现状与发展趋势2.1国际标准现状在国际电工委员会（IEC）框架下，与空间电荷测量相关的标准主要集中在IEC/TC112（电气绝缘材料与绝缘系统技术委员会）和IEC/TC15（固体电绝缘材料技术委员会）。其中，IEC/TS62758《空间电荷测量——脉冲电声法》对基于脉冲电声法（PEA方法）的空间电荷测量进行了规范，该方法与压力波传播法同属声学类空间电荷测量技术，但二者在激励方式、声耦合机制和适用范围方面存在显著差异。在压力波传播法领域，法国率先开展了系统的标准化探索。法国电力集团（EDF）旗下的Laborelec实验室与美国、日本的研究机构合作，先后发展了基于压电换能器的压力波法和基于激光冲击的压力波法，积累了丰富的测试数据与工程应用经验。日本JIS标准体系中亦包含针对电力电缆绝缘空间电荷测量的相关技术规范。2.2国内标准现状我国在空间电荷测量技术领域的研究起步于20世纪90年代，经过三十余年的发展，已形成了涵盖PEA法、压力波法等多种技术路线的科研格局。国内多家高校和科研院所在压力波法测量系统搭建、信号处理算法、数据反演方法等方面取得了重要进展。然而，在标准化层面，我国此前尚无针对绝缘材料内部电场测量的专用国家标准。虽有个别行业标准涉及空间电荷测量，但在测试原理统一性、试验条件规定、系统校准要求、数据处理方法等方面均缺乏系统性和完整性，难以满足当前高压直流装备研发和绝缘材料产业升级的迫切需求。2.3发展趋势分析当前，绝缘材料内部电场测量技术正朝三个方向加速演进：一是测量分辨率与灵敏度的持续提升，以满足超薄绝缘薄膜和纳米复合绝缘材料的测试需求；二是多物理场耦合条件下的原位测量能力建设，实现温度梯度、机械应力与电场共同作用下的空间电荷动态行为表征；三是测量标准的国际化对齐与互认，推动不同国家实验室间测试数据的可比性。在此背景下，制定我国自主的压力波传播法国家标准，既是技术发展的内在要求，也是产业升级和国际贸易的迫切需要。3标准主要内容与技术要素3.1范围界定本标准规定了采用压力波传播法测量绝缘材料内部电场分布和空间电荷分布的方法原理、试验装置、试验步骤、校准方法以及数据处理要求。适用于厚度在数十微米至数毫米范围内的固体绝缘材料——包括但不限于交联聚乙烯（XLPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、聚丙烯（PP）、环氧树脂及其复合材料等——在直流电场或极性反转电场条件下内部电场与空间电荷分布的测量。本标准也适用于上述材料在热老化、电老化或辐照老化后残余空间电荷的评估测试。3.2规范性引用与术语定义标准在“规范性引用文件”一章列出与本标准实施所必需的国内外标准文件清单，涵盖绝缘材料电气强度试验方法、厚度测量方法等相关基础标准。标准的“术语和定义”一章对所涉及的核心概念进行了准确界定，主要包括：-压力波传播法：通过在被测试样一侧施加纳秒级压力脉冲，利用压力波在试样内部的传播过程引起局部介质密度和介电性质的变化，从而在外部电极回路中感应出与局部电场成比例的电流信号，进而反演获得内部电场分布的测量方法。-空间电荷：绝缘材料内部trapped的净电荷，包括同极性电荷和异极性电荷。-空间分辨率：测量系统能够分辨的最小空间间隔，由压力脉冲宽度和声速共同决定。-灵敏度：测量系统可检测的最小电荷密度变化量。-电场畸变率：内部最大局部电场与平均电场的比值减去1后的百分数。3.3方法原理与分类标准详细阐述了压力波传播法的基本原理：在平板试样的一侧表面激发一个快速上升沿的压力脉冲，该脉冲在试样内部以声速传播。由于压力波导致介质局部厚度和介电常数发生微扰，在外施电压或内部空间电荷的共同作用下，试样电极回路中将产生位移电流。该电流信号的时域波形与试样内部电场沿厚度方向的分布之间具有确定的对应关系。通过对电流信号进行标定和数学反演，即可获得内部电场的空间分布信息。标准根据压力脉冲的产生方式，将压力波传播法分为两类：-压电换能器激励法（PWP-P）：利用压电换能器产生窄脉冲压力波，适用于厚度较小的薄膜试样，结构紧凑且重复频率较高；-激光冲击激励法（PWP-L）：利用短脉冲激光冲击吸收层产生压力波，压力幅度大、脉冲宽度窄，适用于较厚试样和高空间分辨率测量。标准要求两种方法的测量结果在相同试验条件下应具有一致性，实验室在出具测试报告时应明确标注所采用的激励类型。3.4试验装置要求标准对压力波传播法测量装置的主要部件提出了明确的技术要求：-压力脉冲源：脉冲宽度应满足目标空间分辨率的要求，典型宽度为纳秒量级，脉冲幅度稳定度应优于±3%；-试样夹具：应能施加可控的直流电场，并保证试样与电极之间的良好声学耦合与电接触，上电极应具备透声或透光特性，其声阻抗应与试样材料匹配；-压电传感器：应采用宽带、高灵敏度的压电薄膜传感器，工作频带应覆盖压力脉冲的主要频谱分量；-信号采集系统：带宽应不低于500MHz，采样率应不低于2GS/s，并具备多次平均功能以提升信噪比；-屏蔽与接地：整套系统应置于电磁屏蔽环境中，接地方式应有效避免地环路干扰。3.5试样要求与试验条件标准规定了适用试样形式的类型——平板试样和薄膜试样均可作为被测对象，试样的厚度范围宜控制在50μm至3mm之间。对试样的制备提出了表面平整度、厚度均匀性、无气泡夹杂等要求，并规定了试样在测试前的预处理条件，包括干燥处理条件和环境温湿度控制要求。试验环境条件规定温度23℃±2℃、相对湿度50%±10%，如有特殊温度测试需求可在此基础上扩展。3.6校准方法与步骤准确校正是压力波传播法定量测量的核心环节。标准规定了以下校准方法：-在无空间电荷的初始状态下，施加已知幅值的直流电压，测得的电流信号作为系统标定基准，用于建立电流幅度与电场强度之间的标度关系；-提供基于已知空间电荷分布的人工试样或数值模拟辅助校核手段，对反演算法进行验证；-为保证测量结果的复现性，系统校准的响应系数校准周期不超过3个月。3.7测量步骤与数据处理标准将测量步骤规范为四个阶段：阶段一——预检查：确认试样外观完好、电极安装到位，并对测量系统进行自检与预校准。阶段二——零电场基准信号采集：在试样施加直流电场前，采集系统固有响应信号，用于后续信号的扣除基准。阶段三——电场施加与信号测量：按预设电压波形施加直流电场，采集压力波传播信号，典型测量时间为加压后1分钟至数小时不等。阶段四——去压后残余信号测量：短路释放外施电压后立即采集残余空间电荷信号，关注空间电荷的衰减行为。在数据处理方面，标准提出去卷积算法、滤波平滑以及边界效应修正等技术要求，并规定数据反演不确定度评估应包含来自系统校准、信号噪声和试样厚度误差等因素的综合贡献。4主要起草单位介绍本标准由国内绝缘材料与电气装备领域具有深厚研究积累的单位联合起草。其中，西安交通大学作为核心牵头起草单位，在标准的制定过程中承担了主要的技术方案设计、试验验证和文本编制工作。西安交通大学电气工程学院是我国高电压与绝缘技术领域的顶尖研究基地之一，拥有电力设备电气绝缘国家重点实验室（StateKeyLaboratoryofElectricalInsulationandPowerEquipment）。该实验室自20世纪90年代起即开展空间电荷测量技术研究，是国内最早建立压力波传播法实验系统的单位之一。实验室在压力波测量系统的设计与集成、微弱信号检测与处理、空间电荷反演算法等方面形成了系统的自主知识产权体系，相关研究成果发表于IEEETransactionsonDielectricsandElectricalInsulation、JournalofPhysicsD:AppliedPhysics等国际权威期刊，并被广泛应用于国内高压电缆制造企业和电力科学研究院的技术研发中。近年来，该实验室牵头承担了多项国家重点研发计划项目和国家自然科学基金重点项目，研究成果在±500kV及以上电压等级直流电缆绝缘设计、高压电力电子器件封装绝缘评估等工程领域得到成功应用。作为IECTC112国内技术对口单位的核心支撑力量，实验室在推动我国绝缘材料测试技术与国际接轨方面积累了丰富的标准化工作经验。在本标准的研制过程中，西安交通大学联合国内主要电力科学研究院、电缆制造企业和相关高校，组织开展了多轮实验室间比对试验，验证了标准所规定试验方法的重复性和复现性，为标准中关键技术参数的确定提供了翔实的实验依据，并负责起草了标准征求意见稿和送审稿。此外，中国电力科学研究院有限公司、哈尔滨理工大学、清华大学等多家单位作为主要参与起草单位，在直流电缆绝缘测试、纳米改性绝缘材料表征和标准体系架构设计等方面提供了重要的技术与数据支撑。5标准实施的预期影响5.1对绝缘材料研发与质量控制的推动作用本标准的发布实施将推动国内压力波传播法测量系统从科学研究工具向标准化检测手段转型，有效提升不同实验室间测量数据的可比性与互认度，助力高压电缆、电容器、电力电子器件等高端电气装备的自主研发进程。5.2对新型电力系统建设的技术支撑在新型电力系统建设的大背景下，高压直流输电因其在长距离大容量输电和新能源并网方面的独特优势，正迎来快速发展期。挤出绝缘直流电缆作为高压直流输电的关键装备，其绝缘设计长期依赖进口技术。该标准的发布将打通“材料研发→绝缘评价→电缆设计”环节中缺少标准测试方法的堵点，形成自主可控的评价技术体系。5.3对标准化体系完善与国际对接的促进本标准的制定完善了我国电气绝缘材料测试方法标准体系。未来我国在该领域有望进一步推进压力波传播法国际标准的制定工作，提升我国在绝缘材料测试技术领域的国际话语权和标准影响力。6结论与展望GB/T47965-2026《绝缘材料中内部电场的测量压力波传播法》是我国绝缘材料测试领域一项具有里程碑意义的国家标准。该标准首次系统规定了基于压力波传播法的绝缘材料内部电场测量方法，填补了国内本领域国家标准的空白。标准的发布与实施将为绝缘材料的基础研究和工程应用提供一个统一、规范、可比的测量技术平台，推动我国高压直流装备自主研发能力的提升。展望未来，随着高压直流电网规模的持续扩大和碳化硅、氮化镓等宽禁带功率半导体器件的快速普及，绝