IEC 605872022 恶劣环境条件下使用的电绝缘材料.耐跟踪和侵蚀性评估的试验方法标准立项发展报告

恶劣环境条件下使用的电绝缘材料耐跟踪和侵蚀性评估的试验方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:TestMethodsforEvaluatingResistancetoTrackingandErosionofElectricalInsulatingMaterialsUsedunderSevereAmbientConditions摘要随着高压输电、轨道交通、新能源装备等领域的快速发展，电绝缘材料在恶劣环境条件下的长期可靠性与安全性日益受到关注。表面放电引发的漏电起痕（Tracking）与侵蚀（Erosion）是导致绝缘材料性能劣化乃至绝缘失效的关键因素之一。为统一全球范围内对电绝缘材料耐跟踪与耐侵蚀性能的评估方法与技术要求，国际电工委员会（IEC）发布了IEC60587:2022《恶劣环境条件下使用的电绝缘材料——耐跟踪和侵蚀性评估的试验方法》标准。本报告围绕该标准的立项背景、技术内容、修订历程、国内外应用现状及发展趋势展开系统分析。报告指出，该标准通过倾斜平面法（Inclined-PlaneTest）对绝缘材料在电应力和污染环境共同作用下的耐受性能进行定量评定，涵盖试验装置、试样制备、试验程序、评定准则及结果表达等核心要素，为材料筛选、质量控制和产品认证提供了统一的技术依据。结合当前新型绝缘材料研发与智能电网建设需求，本报告进一步分析了标准在适用性拓展、试验效率提升及与数字化技术融合等方面的发展方向。该标准的实施对推动我国绝缘材料行业的技术进步、提升产品质量与国际竞争力具有重要意义。关键词：电绝缘材料；耐跟踪性；耐侵蚀性；倾斜平面法；IEC60587；试验方法；标准化Keywords:Electricalinsulatingmaterials;Trackingresistance;Erosionresistance;Inclined-planetest;IEC60587;Testmethods;Standardization1引言1.1研究背景电绝缘材料是电力设备与电子器件中不可或缺的基础功能材料，其性能优劣直接关系到设备运行的安全性与使用寿命。在户外高压绝缘子、电缆终端、变压器套管、开关设备等应用场景中，绝缘材料不可避免地暴露于潮湿、污染、盐雾、紫外线辐射等恶劣环境条件下。当绝缘材料表面受到潮湿污染并出现泄漏电流时，表面放电可形成干带电弧，继而引发材料表面碳化导电通道的形成，即漏电起痕现象。与此同时，电弧高温还会造成材料表面的局部烧蚀和质量损失，即侵蚀现象。这两种老化形式相互交织，是导致绝缘失效与设备故障的主要原因。据统计，在电网运行故障中，由绝缘子表面污闪和漏电起痕引发的事故占有相当比例，尤其在我国东部沿海高湿污染地区和西北部风沙扬尘地区，此类问题更为突出。随着我国特高压输电工程和新能源大规模并网的推进，绝缘材料所面临的环境应力更加严酷，对材料耐跟踪和耐侵蚀性能的评价需求日益迫切。1.2标准立项的必要性尽管各国已制定了一系列绝缘材料耐漏电起痕试验方法标准，但由于试验原理、试样结构、电极配置和判定准则的差异，不同标准之间的试验结果可比性较差，给跨国贸易和技术交流带来障碍。IEC60587作为国际上广泛采用的倾斜平面法试验标准，为评估绝缘材料在电应力和污染环境共同作用下的耐跟踪与耐侵蚀性能提供了统一的试验平台。随着新型高分子绝缘材料、纳米改性复合材料、环保型绝缘材料不断涌现，以及试验技术本身的演进，有必要对该标准进行系统梳理和发展规划研究，以适应技术进步和产业发展的需要。2标准概述2.1标准基本信息IEC60587:2022《恶劣环境条件下使用的电绝缘材料——耐跟踪和侵蚀性评估的试验方法》由国际电工委员会第112委员会（IECTC112，电气绝缘材料与系统的评定与表征技术委员会）归口管理。该标准为现行有效版本，替代了此前发布的IEC60587:2007第三版。标准文本以英语和法语两种官方语言发布。2.2标准的适用范围IEC60587:2022适用于评估固体电绝缘材料在潮湿污染条件和电应力联合作用下抵抗漏电起痕和侵蚀的能力。该标准规定的试验方法主要用于绝缘材料的筛选和质量控制，也适用于材料耐漏电起痕性能的分级比较。标准的适用范围涵盖模塑料、层压材料、热固性聚合物、热塑性聚合物、弹性体材料以及与无机填料复合的绝缘体系。3标准技术内容分析3.1试验原理IEC60587规定的试验方法属于倾斜平面法（Inclined-PlaneTest）范畴。其基本原理为：将平板状试样以规定的倾斜角度（通常为45°）固定，在试样表面设置一对相距一定距离的不锈钢电极，通过电极间施加规定频率和幅值的交流电压，同时以恒定速率向试样表面滴注含有表面活性剂的氯化铵电解液。在电场和污染液体的联合作用下，试样表面产生泄漏电流和干带电弧，引起材料表面局部过热和放电分解，从而加速漏电起痕和侵蚀过程。试验以规定电压和时间条件下的失效与否来评定材料的耐跟踪性能，同时通过测量电极间区域的侵蚀深度或质量损失来评定材料的耐侵蚀性能。3.2试验装置标准对试验装置提出了明确的技术要求，主要包括：-高压电源：应能输出规定频率（通常为48Hz～62Hz）的交流电压，并保证足够的功率容量，在试验电流出现波动时维持电压稳定。标准要求电压波动不超过规定值的±2%。-电极系统：采用不锈钢或黄铜材料制成的一对板状电极，电极厚度和宽度均有明确规定。电极边缘应光滑无毛刺，以防止局部电场畸变。上下电极的间距为20mm±1mm。上电极为高压端，下电极接地。-滴液系统：由储液瓶、流量控制阀和滴液针头组成。滴液速率应根据试验电压等级设定，标准规定了不同电压下的滴液速率档位。电解液采用去离子水配制的氯化铵溶液，加入润湿剂以降低表面张力，确保液体在试样表面均匀铺展。-试样架：应保证试样倾斜45°角固定，电极与试样表面紧密贴合，上电极端部距试样下边缘的距离有明确要求。试样架采用绝缘材料制成，以避免杂散电流的影响。3.3试样的制备与处理标准对不同类型材料的试样制备方法提出了针对性要求：-模塑和浇注类材料：采用模具成型或机械加工方法制备平板试样，尺寸通常为120mm×50mm，厚度不小于6mm，但标准允许最大厚度为25mm。-层压材料：应从板材上按规定的方向切割试样，保持层压面与试验面垂直或平行，具体取向视层压工艺而定。-涂层和薄膜类材料：应涂覆或粘贴在规定的基材上，基材材质和厚度应符合标准要求。复合体系的试样制备应反映实际使用工况。对于试样数量，标准规定每种材料至少测试5个试样，以确保试验结果的统计有效性。试样在试验前应进行清洁处理，去除表面的油污和杂质，然后在标准大气条件下进行状态调节。3.4试验程序试验程序的核心在于所施加的试验电压和滴液速率的配合。IEC60587将试验电压划分为多个等级：|试验电压档位|电压范围（kV）|对应滴液速率档位||:---:|:---:|:---:||A|2.0～2.75|0.075mL/min||B|3.0～3.75|0.15mL/min||C|4.0～4.75|0.30mL/min||D|5.0～5.75|0.60mL/min||E|6.0～6.75|0.90mL/min|试验者可根据材料的使用工况选择不同的电压档位进行评定。试验持续进行至出现失效判据或达到规定的时间上限（一般为6小时，部分档位可延长至20小时）为止。3.5评定准则标准规定了以下主要失效判据：1.漏电起痕失效：由高压电极边缘向低压电极方向延伸的导电碳化通道长度达到25mm；2.燃烧失效：试样表面出现持续燃烧的火焰，且持续时间超过规定值；3.电蚀穿失效：试验过程中试样发生贯穿性击穿。在规定的试验时间内，若5个试样均未出现上述失效现象，则评定该材料在此电压档位下通过试验。标准同时要求记录试验后的侵蚀深度和表面形貌变化，为耐侵蚀性能的评估提供数据支撑。3.6结果表达与试验报告试验结果以材料在某一电压档位下的通过与否来表达，也可以以击穿电压水平（即材料能够承受的最大电压档位）来分级。对于耐侵蚀性能，标准要求报告最大侵蚀深度和（或）质量损失，并附上试验后试样的照片记录。试验报告应包含材料基本信息、试样制备条件、试验参数设置、各试样试验结果、失效模式描述等内容，以保证试验结果的可追溯性。4标准修订历程与国内外对标4.1标准修订历程IEC60587标准的制定可追溯至1977年首次发布，此后经历了多个版本的修订与完善：-IEC60587:1977：首次发布，确立了倾斜平面法的基本试验框架。-IEC60587:1984第二版：对电极结构和滴液系统进行了优化，扩展了适用范围。-IEC60587:2007第三版：引入了更高电压档位，完善了试样制备的细节要求，增加了对试验结果统计处理的规定。-IEC60587:2022第四版：本次修订的主要变化包括：更新了规范性引用文件；优化了对试验装置的技术要求，如对高压电源的功率和电压稳定性提出了更严格的规定；修订了滴液速率的允差范围；增加了对复合绝缘材料试样制备的指导；完善了试验报告的编写要求。4.2标准间的对比分析在国际标准体系中，涉及绝缘材料耐漏电起痕试验的方法标准还包括：-IEC60112：相比IEC60587，IEC60112是一种较为简便的试验方法，采用液滴法，即用氯化铵溶液滴加在水平放置的试样上并施加电压，以滴液次数评价材料的相比漏电起痕指数，适用于低压电器绝缘材料，测试时间相对较短。两者在电极配置和污染施加方式上存在显著差异，这使得IEC60112更适合材料筛选和日常质量控制，而IEC60587的倾斜平面法更接近实际使用工况下的严苛条件。-ASTMD2303：美国材料与试验协会制定的类似倾斜平面法试验标准。与IEC60587的主要差异在于试样尺寸、电极材料和试验终点的判定等方面。值得关注的是，ASTMD2303的电极采用不锈钢材料，但电极形状和尺寸与IEC版本有所不同，且试验结果的表达方式也有差异。IEC60587:2022与上述标准相比，在试验条件的严酷性、评定指标的全面性和国际通用性方面均有明显优势，是目前国际上应用最广泛的耐漏电起痕评估标准之一。4.3我国对标情况及存在的问题我国对应采用IEC60587的国家标准为GB/T6553-2014《电气绝缘材料在严酷环境条件下耐电痕化和蚀损的试验方法》，该标准采用IEC60587:2007等同翻译的方式制定。目前，IEC60587:2022新版本发布后，国内尚未完成同步转化。随着新版标准增加了多项技术细节调整，及时跟踪并转化IEC60587:2022成为我国绝缘材料标准化工作的重要课题。我国在IEC60587的转化过程中，还需关注国内直流输电场景下的特殊需求，探索建立兼顾交、直流环境的综合性耐漏电起痕评价体系。5主要起草及归口单位的介绍IEC60587:2022由国际电工委员会第112委员会（IECTC112）归口管理，其秘书处设于意大利电工委员会（CEI）。在标准的制修订过程中，来自各成员国的技术专家参与了起草和评审工作。其中，中国作为IEC的积极参与国，长期以来深度参与了IECTC112的各项标准化活动。在国内对标和转化实施方面，中国的主要归口单位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）。该委员会挂靠在中国机械工业集团公司下属的桂林电器科学研究院有限公司，负责电气绝缘材料领域的国家标准和行业标准制修订工作。SAC/TC301组织国内相关科研院所、大专院校和企业单位，开展IEC60587标准的技术研究和转化工作，并主持制定了GB/T6553-2014等配套国家标准。桂林电器科学研究院有限公司作为SAC/TC301的秘书处承担单位，是我国电气绝缘材料与绝缘系统标准化工作的核心力量。该院始建于1955年，是国内最早从事绝缘材料研究的科研院所之一，具有深厚的技术积累和丰富的标准化工作经验。研究院设有国家绝缘材料工程技术研究中心和机械工业绝缘材料产品质量监督检测中心，配备了完善的电气强度、耐漏电起痕、耐电弧、热老化、介电性能等试验设备。近年来，该院先后承担了多项国家重点研发计划和行业科技项目，在高性能绝缘材料研制与绝缘老化机理研究方面取得了一系列重要成果。同时，该院注重标准化与产业发展的衔接，推动了多项绝缘材料国家标准的制定和修订工作，为提升我国绝缘材料行业的整体技术水平和国际竞争力作出了重要贡献。6标准实施现状与应用效果6.1国际应用概况IEC60587标准已被全球范围内的绝缘材料生产企业、电力设备制造商、第三方检测机构和科研院所广泛采用。在绝缘材料的产品认证和质量控制体系中，耐漏电起痕试验和耐侵蚀试验已成为表征材料耐候性能和环境适应能力的重要指标。在电工用模塑料领域，IEC60587与IEC60893-3系列标准配合使用，构成了从材料分类到性能验证的完整评价链条，确保不同批次产品的质量一致性。在户外复合绝缘子领域，IEC60587是评价硅橡胶绝缘子伞裙材料耐漏电起痕性能的核心依据之一，被IEC61109和IEC62217等产品标准直接引用。在轨道交通领域，动车组高压电缆附件和绝缘部件选型中也广泛引用该标准，以保障其在严酷环境下的运行可靠性。此外，在光伏连接器用绝缘材料、风力发电机组用绝缘系统等新能源领域的材料评价中，IEC60587的应用正在持续拓展。6.2在我国的应用情况我国自20世纪80年代末开始等效采用IEC60587标准，先后发布了GB/T6553-1986、GB/T6553-2003和GB/T6553-2014等版本。该标准在我国绝缘材料行业中的应用已相当普及，主要体现在以下几个方面：-产品型式试验与出厂检验：绝缘材料生产企业在产品出厂检验和型式试验中，普遍将耐漏电起痕试验作为必检项目，依据该标准对产品进行分级和标识。-电力设备招标技术规范：国家电网公司和南方电网公司在绝缘子、套管等设备的招标技术规范中，明确要求材料供应商提供依据IEC60587或GB/T6553进行的耐漏电起痕试验报告。-第三方检测与认证：中国电力科学研究院、苏州电器科学研究院、上海电缆研究所等检测机构均建立了完善的耐漏电起痕试验能力，依据该标准开展委托检测和产品认证工作。7标准实施中存在的问题与挑战7.1试验结果分散性问题倾斜平面法试验涉及电场、热场、流体流动和材料表面化学变化等多物理场耦合过程，试验结果的分散性较大。不同实验室间的比对试验表明，在相同条件下对同一材料进行测试，通过与否的判定结论在临界电压档位附近可能出现不一致的情况。这给标准的执行和材料的分级带来了挑战。7.2新材料适应性问题近年来，纳米复合绝缘材料、生物基可降解绝缘材料、导热绝缘材料等新型材料不断涌现。这些材料在试验过程中的失效模式、表面放电行为与传统材料存在较大差异。现有标准在试样制备、试验条件和失效判据等方面是否完全适用于新型材料，有待进一步验证和研讨。7.3直流电场下的适用性问题直流输电因其损耗低、稳定性好等优势，在长距离大容量输电领域得到广泛应用。直流电应力下绝缘材料的漏电起痕机理与交流电应力存在本质区别，如直流电场下电荷积累效应更为显著、电痕的发展方向具有极性依赖性等。而IEC60587标准规定的倾斜平