IEC 60216-62022 电绝缘材料.耐热性能.第6部分用固定时间框架法测定绝缘材料的耐热指数（TI和RTI）标准立项发展报告

电绝缘材料耐热性能第6部分：用固定时间框架法测定绝缘材料的耐热指数（TI和RTI）标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Electricalinsulatingmaterials-Thermalenduranceproperties-Part6:Determinationofthermalenduranceindices(TIandRTI)ofaninsulatingmaterialusingthefixedtimeframemethod摘要随着电力工业、新能源装备及高端电气制造技术的快速发展，电绝缘材料作为电气设备安全可靠运行的关键基础材料，其耐热性能的评价与分级一直是国际电工标准化领域的核心议题。耐热指数（TemperatureIndex,TI）和相对耐热指数（RelativeThermalIndex,RTI）是表征绝缘材料长期热老化寿命的两个最重要技术参数，直接关系到电气设备的设计选型、运行寿命预测及安全边界确定。IEC60216-6:2022《电绝缘材料耐热性能第6部分：用固定时间框架法测定绝缘材料的耐热指数（TI和RTI）》由国际电工委员会（IEC）第15技术委员会（TC15）归口管理，于2022年11月28日正式发布实施。该标准作为IEC60216系列标准的重要组成部分，首次系统性地将固定时间框架法确立为测定绝缘材料TI和RTI的标准方法，填补了传统长期老化试验方法周期过长、成本过高的技术空白。本报告全面梳理了该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容及其与国内外相关标准体系的关系，深入分析了其在试验效率、数据可靠性及工程应用性方面的技术创新，并就该标准实施后对我国绝缘材料标准化体系及电气装备制造业的影响进行了系统评估，提出了加强国际标准跟踪研究、推进国内转化应用及参与国际标准制修订工作的建议。关键词：电绝缘材料；耐热性能；耐热指数；相对耐热指数；固定时间框架法；IEC60216Keywords:Electricalinsulatingmaterials;Thermalenduranceproperties;TemperatureIndex(TI);RelativeThermalIndex(RTI);Fixedtimeframemethod;IEC602161引言1.1研究背景电绝缘材料是电气设备中承担电气隔离和机械支撑功能的关键基础材料，广泛存在于发电机、变压器、电动机、电缆、开关设备等各类电气装备之中。绝缘材料的使用寿命在很大程度上决定了整个电气设备的使用寿命，而热老化则是导致绝缘材料性能劣化最主要的因素之一。因此，科学、准确地评价绝缘材料的耐热性能，对于电气设备的设计制造、运行维护和寿命管理具有不可替代的重要意义。自20世纪中期以来，国际电工委员会始终致力于建立统一的绝缘材料耐热性能评价标准体系。IEC60216系列标准经过数十年的发展和完善，已成为全球范围内电绝缘材料热老化试验和耐热指数评定的基础性标准文件。然而，传统的耐热指数测定方法通常要求在不同温度下进行长达数千小时乃至上万小时的老化试验，试验周期漫长、费用高昂，严重制约了新材料的研发速度和工程推广应用。在此背景下，如何在保证数据可靠性的前提下缩短试验周期、降低试验成本，成为国际绝缘材料标准化领域亟待解决的关键技术问题。1.2标准基本信息本次立项发展的标准为IEC60216-6:2022，其完整名称为《电绝缘材料耐热性能第6部分：用固定时间框架法测定绝缘材料的耐热指数（TI和RTI）》（Electricalinsulatingmaterials-Thermalenduranceproperties-Part6:Determinationofthermalenduranceindices(TIandRTI)ofaninsulatingmaterialusingthefixedtimeframemethod）。该标准由国际电工委员会（IEC）第15技术委员会（TC15）“固体电绝缘材料”归口管理，于2022年11月28日正式发布，标准状态为现行有效。标准的官方语言为英语和法语，国际分类号（ICS）归入“绝缘材料综合”（29.035.01）。该标准是IEC60216标准系列的一个重要组成部分，与IEC60216-1（老化程序导则）、IEC60216-2（线性回归分析）、IEC60216-3（统计数据分析）、IEC60216-4（长期热老化试验方法）、IEC60216-5（耐热图评估）等标准共同构成了完整的绝缘材料耐热性能测试与评价标准体系。2标准立项背景与需求分析2.1技术发展需求在绝缘材料技术领域，耐热等级的划分（如105级（A级）、120级（E级）、130级（B级）、155级（F级）、180级（H级）、200级、220级等）是材料选型和设备设计的基础依据。传统上，TI和RTI的测定依赖于IEC60216-1和IEC60216-2所规定的常规长期老化方法，该方法要求在至少三个不同温度条件下同时开展老化试验，其中最低老化温度下的试验持续时长往往需要达到5000小时以上。对于一个完整的耐热指数评定，整个试验周期通常需要12个月甚至更长时间。这种传统方法虽然在长期实践中积累了丰富的数据和应用经验，但其固有的试验周期长、资源消耗大等缺点也日益凸显。随着材料科学和电气工程技术的快速发展，新型绝缘材料不断涌现，传统的评价方法已难以满足新材料快速筛选和工程应用对时效性的要求。固定时间框架法正是在此背景下提出的一种改进试验策略，其核心思想是在预先设定的若干固定时间节点上，通过选择适当的试验温度组合，使得试验能够在明显缩短的周期内获得等效于长期老化的耐热指数评价结果。2.2行业应用需求在电力装备制造、新能源（特别是风力发电、光伏发电）、轨道交通、航空航天等对绝缘系统可靠性要求极高的行业领域，绝缘材料的耐热性能数据不仅是产品认证的基础依据，也直接影响着设备的设计裕度、维护策略和安全评价。近年来，随着全球能源转型战略的持续推进，电气装备向高电压、大容量、高功率密度方向快速发展，对绝缘材料提出了更高的耐热性能要求。此外，碳达峰碳中和目标的提出也促进了高效节能电机、变频调速系统等设备的广泛应用，这些应用场景中绝缘材料面临的热应力更加复杂多变，迫切需要更加高效、可靠的耐热性能评价方法作为支撑。2.3国内外标准现状分析在国际层面，IEC60216系列标准由IECTC15负责制定和修订，目前已形成较为完善的标准族谱。在国内层面，我国对应采用IEC60216系列标准的国家标准主要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）负责归口。GB/T11026系列标准是我国电绝缘材料耐热性能评价的核心标准体系，其结构框架与IEC60216系列保持对应关系。然而，随着IEC60216-6:2022的发布，国际标准体系在固定时间框架法这一试验方法上取得了重要进展，而我国在该方向的标准研究和转化工作尚处于起步阶段。这一差距使得我国在相关领域的国际标准跟踪、国内标准更新以及试验数据国际互认方面面临挑战，亟需加强对该标准的技术研究和国内转化工作。3标准核心技术内容3.1适用范围IEC60216-6:2022规定了采用固定时间框架法测定电绝缘材料耐热指数（TI）和相对耐热指数（RTI）的试验方法和评估程序。该标准适用于在热老化过程中表现出可测量的性能下降特性（如质量损失、电气强度下降、机械性能退化等）的固体电绝缘材料。标准中所述的固定时间框架法原则上适用于所有能够在选定的老化温度和时间条件下表现出有规律性能退化行为的绝缘材料。3.2方法原理与试验流程固定时间框架法的基本原理是：基于材料在特定应用中所对应的性能终点判据（End-pointCriterion），通过预先确定的时间框架（如5000小时或20000小时等特定寿命要求），在各老化温度下合理安排试验测试时间点，使得各温度下的性能退化数据能够在该固定时间框架内完成对材料耐热寿命的推算，进而通过Arrhenius关系外推获得参考温度下的耐热指数。与传统的长期老化方法不同，固定时间框架法不再要求在某一最低温度下进行贯穿整个预期寿命的长周期试验，而是通过在高、中、低多个温度下的短周期到中周期试验数据的组合和统计处理，实现对材料耐热寿命的等效评估。这一方法的核心优势在于能够将完整试验的总周期显著缩短至原有方法所需时间的一半甚至更短，同时保持统计评估的可靠性和可信度。3.3关键试验参数与条件控制IEC60216-6:2022对试验条件提出了详细的技术要求，主要包括以下关键参数的确定和控制：-老化温度的选择：要求至少选择三个或以上的老化温度，温度范围应覆盖预期的热寿命外推区间。各温度之间的间隔一般根据材料的活化能特性加以确定，典型温度间隔为10K～20K。-固定时间框架的设定：根据材料应用的预期寿命要求（如20000小时），结合所选老化温度的实际情况，确定试验终止的时间边界，并在各温度下合理分配中间测试时间点。-性能终点判据：根据材料的实际应用要求，选择适当的诊断性能（如拉伸强度、断裂伸长率、电气强度等），并规定其达到初始值某一百分比（通常为50%）时的时间作为该温度下的热寿命终点。-试样制备与数量：对各温度、各测试时间点的试样数量、试样形状和制备方法提出了明确的统计要求，以保证试验结果具有足够的统计置信度。-老化试验设备：要求老化烘箱的温度控制精度在±2K以内，并能保持均匀的温度场分布，配备有效的通风系统以保证热空气循环均匀。3.4数据分析与耐热指数的确定该标准在数据分析方面与IEC60216-1、IEC60216-2和IEC60216-3的相关要求保持了一致性，要求基于各老化温度下的寿命数据（时间-温度对应关系），按照Arrhenius热老化模型进行线性回归分析，外推得到参考温度（通常为20000小时对应的温度值）下的耐热指数TI值。当在同一老化试验中同时纳入参考材料（已知耐热等级的标准试样）时，可进一步计算获得相对耐热指数RTI值。数据分析过程包括：各温度下试验数据的有效性检验、异常值剔除、回归方程的显著性检验、置信区间计算等统计步骤。该标准还就试验结果报告中应包含的信息内容给出了规范性要求，包括试验材料描述、老化条件、性能终点判据、诊断性能退化数据、统计分析结果及推算的TI/RTI值等。3.5与传统方法的对比分析相较于IEC60216-1中规定的传统长周期试验方法，IEC60216-6:2022所确立的固定时间框架法具有以下显著的技术优势：第一，试验周期显著缩短。传统方法中最低温度老化试验的时间长度通常需要达到材料在该温度下的预期寿命，试验总周期往往长达12至24个月。而固定时间框架法通过试验设计和数学外推手段的优化，将总试验周期压缩至6至12个月范围内，试验效率提升明显。第二，试验资源消耗降低。由于试验周期的缩短，相应的烘箱设备占用时间、电力能源消耗、人力投入以及试样材料的消耗均随之降低，这对于实验室的运营效率和企业的研发成本控制均具有积极意义。第三，数据可靠性得到保障。虽然试验周期缩短，但固定时间框架法通过严格的统计设计和多个温度的相互验证机制，保证了推算结果能够达到与长期老化方法等效的统计置信水平。标准中明确规定了一系列数据有效性的检验要求，确保外推结果的科学性和可靠性。第四，灵活性更强。固定时间框架法允许试验人员根据材料特性和实际应用需求，在合理范围内调整温度选择和时间框架设置，方法适配性更广。4标准编制过程4.1编制历程与工作阶段IEC60216-6的编制工作可以追溯至2016年前后。IECTC15根据各成员国反馈的技术需求和标准化工作建议，决定在IEC60216系列框架内新增一个关于固定时间框架法测定耐热指数的部分。此后，该标准的制定经历了多个关键工作阶段：-2016年至2017年——预研与提案阶段：IECTC15组织相关国际专家对该方法的技术可行性和标准框架进行了前期研究和讨论，形成了标准工作草案的初步构想。-2018年至2019年——委员会草案（CD）阶段：标准编制工作组（通常为WG2或相应工作组）完成了标准工作组草案（WD）的编制，并在各成员国范围内征求意见和修改建议，形成委员会草案（CD）供各国国家委员会审阅评论。-2020年至2021年——国际标准草案（DIS）阶段：在充分吸收各成员国意见后，标准文本进一步修改完善并进入国际标准草案（DIS）投票阶段。各成员国在投票期限内进行了正式表决，并提交了书面评论意见。-2022年——最终国际标准草案（FDIS）阶段与正式发布：标准文本通过最终国际标准草案投票后，于2022年11月28日由IEC正式发布为国际标准IEC60216-6:2022。4.2主要起草单位与国际合作IEC60216-6:2022在制定过程中凝聚了来自世界各国的绝缘材料领域的专家力量。主要的起草工作由IECTC15/WG2（热老化工作组）主导推进，该工作组汇集了来自德国VDE、美国ASTM、法国UTE、日本JISC、中国SAC等国家标准化机构的资深专家，涵盖了绝缘材料制造商、电气设备制造企业、第三方检测机构和科研院所等多方利益相关方的技术代表。在该标准的编制过程中，多个国际组织间的技术协作发挥了重要作用。IECTC15与IEEE（电气与电子工程师协会）、CIGRE（国际大电网会议）以及ISO的相关技术委员会之间保持了密切的沟通和协调，确保标准在技术内容上的一致性和协调性。5标准实施的意义与影响5.1推动行业技术进步IEC60216-6:2022的发布实施，为全球绝缘材料领域的耐热性能评价提供了一套更加高效、可靠的标准化方法。在保证数据质量的前提下，固定时间框架法显著缩短了新材料的耐热性能评价周期，这使得材料研发机构能够以更短的时间获取可靠的耐热等级数据，从而加速新型耐热绝缘材料的研发迭代和工程推广。对于高性能聚合物绝缘材料、纳米改性绝缘材料、环保型绝缘材料等前沿领域的发展，这一标准提供了重要的技术支撑。5.2促进国际贸易与交流作为IEC框架下的正式国际标准，IEC60216-6:2022的实施为各国绝缘材料的耐热性能测试和等级评定提供了统一的国际语言和技术依据。不同国家和地区之间在绝缘材料贸易、电气设备认证和试验数据互认方面有望借助这一标准获得更加顺畅的沟通机制。对于电工产品的国际贸易而言，标准的一致性有助于降低因试验方法差异引起的技术壁垒。5.3对我国标准化体系建设的启示我国作为全球最大的电气装备制造国和绝缘材料生产国，在IEC60216-6:2022的国内转化和应用方面应给予高度重视。目前，我国与IEC60216系列相对应的国家标准为GB/T11026系列。IEC60216-6:2022发布后，我国需要在SAC/TC301的组织协调下，加快启动对应的国家标准制修订程序，推动该国际标准在我国的本土化转化，同时加强面向行业和企业的标准宣贯和技术培训工作。6标准修订单位介绍该国际标准由国际电工委员会第15技术委员会（IECTC15）负责制定与维护，其秘书处由德国国家委员会承担。IECTC15是国际上专门从事固体电绝缘材料标准化工作的最高技术机构，其工作范围涵盖电气绝缘用材料及其相关系统的术语定义、性能测试方法、规格要求和评估程序等标准化工作。在中国，承担IECTC15国内技术对口工作的主要机构是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）。该委员会秘书处设在中国机械工业联合会下属相关研究机构，目前由桂林电器科学研究院有限公司承担秘书处工作。桂林电器科学研究院有限公司是我国电气绝缘材料领域具有深厚积累的专业研究机构，自20世纪50年代以来长期从事绝缘材料的研究开发、性能测试和标准化工作。近年来，桂林电器科学研究院有限公司在绝缘材料耐热性能评价和标准化方面开展了大量卓有成效的工作。围绕IEC60216系列标准的国内转化和跟踪研究，该院先后承担了多项国家标准制修订项目和省部级科研课题，在耐热指数测试方法优化、热老化试验数据统计分析、绝缘系统多因子老化评定等技术方向上取得了多项科研成果。其所属的绝缘材料检测实验室通过了中国合格评定国家认可委员会（CNAS）的实验室认可，具备按照IEC60216