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标准编号：GB/T 31838.1-2015~.7-2021 | 全称：固体绝缘材料介电和电阻特性 第1部分:总则（系列标准） | 发布年份：2015-2021 | 所属领域：产品质量检验-电工材料 | 数据来源：国家能力项目库2026年7月版 | 更新日期：2026年7月16日
核心摘要：GB/T 31838系列标准规定了固体绝缘材料在直流和交流电压下介电和电阻特性的试验方法，是电工电子产品绝缘性能评估的基础性技术依据。该系列由6个部分构成，分别覆盖体积电阻率、表面电阻率、介电常数、介质损耗因数等关键参数，是绝缘材料选型、质量控制和研发的核心工具。最新版本统一了试验条件，显著提升了不同材料间数据的可比性。
1.1 标准定位与核心作用
GB/T 31838系列标准是固体绝缘材料介电和电阻特性测定的方法标准，覆盖从总则到具体参数的详细试验规程。其核心作用在于为电工行业提供一套统一、可重复的测量方法，确保不同实验室、不同批次材料测得的绝缘性能数据具有可比性。该系列标准适用于所有固体绝缘材料，包括但不限于塑料、橡胶、层压板、薄膜、陶瓷及复合材料。不适用于液体或气体绝缘材料，也不适用于已组装成成品（如电缆终端、电容器）的绝缘系统。
1.2 法律地位与监管框架
作为推荐性国家标准（GB/T），该系列标准本身不具有强制性法律效力，但在以下法规和规范中被引用，从而在特定场景下具有事实上的强制约束力：
1. ρv（Volume Resistivity，体积电阻率）
定义：单位体积绝缘材料对直流电流的阻碍能力，单位为Ω·m。
在该标准中的作用：衡量材料内部绝缘性能的核心指标。在GB/T 31838.2中，规定试验电压通常为500V或1000V，测量时间60s后读取电阻值，通过公式ρv = R × A / h计算（A为电极面积，h为试样厚度）。合格阈值因材料种类而异，如聚酰亚胺薄膜要求ρv≥1×10¹⁴ Ω·m。
为什么重要：若将ρv与表面电阻率混淆，会导致对绝缘材料整体性能的误判，尤其在高压环境下可能引发安全隐患。
2. ρs（Surface Resistivity，表面电阻率）
定义：单位面积材料表面抵抗电流泄漏的能力，单位为Ω（无量纲，实际为Ω/□）。
在该标准中的作用：衡量材料表面污染或受潮后的绝缘性能。在GB/T 31838.3中，采用环形电极或平行电极测量，试验电压通常为500V。阈值示例：洁净干燥的环氧树脂板ρs≥1×10¹² Ω，而受潮后可能降至1×10⁶ Ω以下。
为什么重要：表面电阻率是评估绝缘材料在湿热环境下可靠性的关键参数，忽视它可能导致户外设备绝缘失效。
3. εr（Relative Permittivity，相对介电常数）
定义：材料在电场中储存电荷能力相对于真空的倍数，无量纲。
在该标准中的作用：在GB/T 31838.4中，通过测量电容值计算εr = C × d / (ε₀ × A)，其中ε₀为真空介电常数（8.854×10⁻¹² F/m）。典型值：聚四氟乙烯εr≈2.1，陶瓷εr≈10~100。该参数直接影响电容器的储能密度和电缆的分布电容。
为什么重要：误用高εr材料作为高频绝缘体会导致信号衰减和功率损耗，是高频电路设计中必须规避的错误。
4. tanδ（Dissipation Factor，介质损耗因数）
定义：绝缘材料在交流电场中能量损耗与储存能量的比值，无量纲。
在该标准中的作用：在GB/T 31838.5中，采用电桥法或谐振法测量，频率通常为50Hz或1kHz。合格阈值：电力电容器用薄膜tanδ≤0.001（0.1%），普通绝缘材料tanδ≤0.01。tanδ过高会导致材料发热、加速老化。
为什么重要：tanδ是绝缘材料在交流工况下寿命预测的核心指标，忽略它可能导致设备在运行中因热击穿而失效。
5. E（Electric Strength，电气强度）
定义：材料在连续升压过程中发生击穿时的电场强度，单位为kV/mm。
在该标准中的作用：在GB/T 31838.6中，采用工频或直流电压以一定速率（如2kV/s）升压，直至试样击穿。典型值：云母纸E≥50 kV/mm，普通塑料E≈20 kV/mm。该参数决定绝缘材料的耐压裕度。
为什么重要：电气强度是绝缘系统设计的最终安全底线，低于阈值会导致产品在额定电压下发生击穿事故。
6. R（Insulation Resistance，绝缘电阻）
定义：在规定电压下，材料两端之间的总直流电阻，单位为Ω。
在该标准中的作用：在GB/T 31838.7中，综合测量体积和表面路径的电阻。通常用500V或1000V兆欧表测量，读数在60s后稳定。合格阈值：电机绕组绝缘电阻≥1 MΩ/kV（按额定电压折算）。
为什么重要：绝缘电阻是现场快速判断绝缘状态的首选指标，但易受温度和湿度影响，需要结合其他参数综合判断。
7. 电化指数（Electrochemical Index，ECI）
定义：材料在电化学老化过程中性能下降的速率参数，无量纲。
在该标准中的作用：在GB/T 31838.6（电气强度）的附录中，通过长期施加电压并监测泄漏电流变化，计算ECI值。阈值：ECI<0.1表示材料抗电化学老化性能优异。
为什么重要：ECI是评估绝缘材料长期可靠性的前沿指标，传统标准中未包含，新版本引入后提升了标准的前瞻性。
| 标准部分 | 检测参数 | 试验条件与阈值 | 附加条件与判定规则 |
|---|---|---|---|
| GB/T 31838.2 | 体积电阻率 ρv | 试验电压：500V或1000V 测量时间：60s 单位：Ω·m | 试样厚度≥1mm 电极材料：导电银漆或不锈钢 合格判定：ρv ≥ 1×10¹³ Ω·m（通用绝缘材料） |
| GB/T 31838.3 | 表面电阻率 ρs | 试验电压：500V 测量时间：60s 单位：Ω（Ω/□） | 环形电极内径10mm，外径30mm 试样表面需清洁 合格判定：ρs ≥ 1×10¹¹ Ω（干燥状态） |
| GB/T 31838.4 | 相对介电常数 εr | 频率：50Hz或1kHz 测量温度：23℃±2℃ 单位：无量纲 | 试样厚度0.1~3mm 电极边缘效应需修正 典型值：εr = 2.0~5.0（工程塑料） |
| GB/T 31838.5 | 介质损耗因数 tanδ | 频率：50Hz或1kHz 电压：≤1000V 单位：无量纲 | 采用电桥法或谐振法 需扣除电极引线损耗 合格判定：tanδ ≤ 0.01（工频） |
| GB/T 31838.6 | 电气强度 E | 升压速率：2kV/s 波形：工频正弦波 单位：kV/mm | 电极：球形或平板 试样浸没在绝缘油中 合格判定：E ≥ 20 kV/mm（通用材料） |
| GB/T 31838.7 | 绝缘电阻 R | 试验电压：500V或1000V 测量时间：60s 单位：Ω | 兆欧表法或高阻计法 试样需接地放电1min 合格判定：R ≥ 1×10⁹ Ω（低压设备） |
该系列标准为首次制定，无旧版本可对比。以下为标准文本结构导航，帮助用户快速定位所需内容。
标准结构导航
第一代：IEC 60250系列（1969-2005年）
国际上最早的系统化绝缘材料介电特性测量标准，由IEC TC15（固体绝缘材料技术委员会）发布。该系列将体积电阻率、介电常数和损耗因数分散在不同文件中，试验条件（如温度、湿度）未统一，导致不同标准间的数据难以直接比较。
第二代：IEC 62631系列（2011-2015年）
IEC对旧标准进行整合与修订，于2011年至2015年逐步发布IEC 62631系列，共7个部分。核心改进包括：统一试验条件（23℃/50%RH）；引入数字化测量技术；增加电气强度和绝缘电阻的单独部分；明确了边缘效应修正公式。
第三代：GB/T 31838系列（2015-2021年）
中国等同采用IEC 62631系列，于2015年启动转化工作。第1部分于2015年率先发布，第2~5部分于2019年发布，第6~7部分于2021年完成。主要适应国内产业需求的调整包括：增加了国产化电极材料（如不锈钢替代进口银漆）的允许范围；将电气强度试验的升压速率从IEC的1kV/s调整为2kV/s（与国内试验设备兼容）；在附录中增加了基于中国电网频率（50Hz）的典型数据表。
6.1 体积电阻率测量（GB/T 31838.2）
试验原理：在试样上下表面施加直流电压，测量通过试样体积的泄漏电流，根据欧姆定律计算电阻，再换算为体积电阻率。三电极系统用于消除表面泄漏电流的影响。
装置：高阻计（量程≥10¹⁶ Ω）、三电极系统（测量电极、保护电极、高压电极）、恒温恒湿箱（23℃±2℃，50%±5%RH）。
试样：平板状，直径≥100mm，厚度1~3mm。表面需用无水乙醇清洁并干燥24h。
步骤：将试样置于电极间，施加500V直流电压，记录60s后的电流值I。计算体积电阻R = U / I，再代入ρv = R × A / h，其中A为测量电极面积。
输出参数：体积电阻率ρv（Ω·m），通常以科学计数法表示（如1.2×10¹⁴ Ω·m）。
工程意义：ρv是评估绝缘材料本体纯度的直接指标。ρv过低可能意味着材料含有导电杂质或填料分布不均，在高压下会引发绝缘击穿。
6.2 相对介电常数测量（GB/T 31838.4）
试验原理：将试样作为电容器的介质，测量其电容值Cx，与已知真空电容C₀比较，计算εr = Cx / C₀。边缘效应需通过修正公式补偿。
装置：精密电容电桥（精度±0.1%）、屏蔽电极系统、信号发生器（50Hz~1MHz）。
试样：圆形或方形薄片，厚度0.1~2mm，面积≥20cm²。电极需用导电银漆涂覆在试样表面。
步骤：将试样夹入电极，调节电桥至平衡，读取电容值Cx。在相同几何尺寸下测量空气电容C₀。计算εr = Cx / C₀ × (d₀ / d)，其中d₀为空气间隙（通常等于试样厚度）。
输出参数：相对介电常数εr（无量纲），随频率升高而略有下降（如从50Hz的3.5降至1kHz的3.4）。
工程意义：εr决定材料在电场中的储能能力。在电容器设计中，高εr材料（如钛酸钡陶瓷，εr>1000）用于小型化；在电缆设计中，低εr材料（如发泡聚乙烯，εr<2.0）用于降低分布电容。
6.3 介质损耗因数测量（GB/T 31838.5）
试验原理：在交流电场下，绝缘材料因极化滞后和泄漏电流产生能量损耗。通过测量电压与电流之间的相位角δ，计算tanδ = 有功功率 / 无功功率。
装置：西林电桥（Schering Bridge）、高压试验变压器（容量≥5kVA）、标准电容器（tanδ<0.0001）。
试样：与介电常数测量相同，但需特别注意电极接触电阻的影响。
步骤：将试样接入电桥，施加工频电压（通常为2kV），调节R3和C4桥臂至检流计指零。读取tanδ值，并扣除辅助元件的固有损耗。
输出参数：介质损耗因数tanδ（无量纲），通常以百分比表示（如0.5%）。
工程意义：tanδ是绝缘材料热老化的敏感指标。当tanδ超过0.01时，材料内部可能已发生局部放电或水分侵入，需立即更换。在电力电容器中，tanδ每上升0.001，设备寿命约缩短10%。
6.4 电气强度试验（GB/T 31838.6）
试验原理：在试样上施加连续升高的电压，直至发生完全击穿（电流陡增或电压骤降）。击穿时的电场强度即为电气强度E。
装置：工频高压试验变压器（容量≥10kVA，电压≥100kV）、球形电极（直径25mm）、绝缘油槽（用于防止沿面闪络）。
试样：厚度0.5~3mm的平板，边缘需倒角以避免局部电场集中。每组至少5个试样。
步骤：将试样浸入绝缘油中，电极压紧试样。以2kV/s的速率升压，直至发生击穿。记录击穿电压Ub，计算E = Ub / d（d为厚度）。取5次测量的中位值作为最终结果。
输出参数：电气强度E（kV/mm），以及击穿点的位置描述（如"中心击穿"或"边缘击穿"）。
工程意义：电气强度是绝缘设计的"最后一道防线"。例如，电缆绝缘层设计场强通常取E的1/5~1/3作为安全裕度。若E低于20 kV/mm，则不能在10kV及以上系统中使用。
| 要求项 | 具体规定 |
|---|---|
| 试样类型 | 平板状（优先）、薄膜状、管状（需加工成平板试样）。对于各向异性材料（如层压板），需分别沿纵向和横向取样。 |
| 尺寸 | 直径或边长≥100mm（体积/表面电阻率）；厚度0.1~3mm（介电常数/损耗因数）；厚度0.5~3mm（电气强度）。 |
| 数量 | 每种材料至少3个试样（电阻率/介电常数）；至少5个试样（电气强度）。 |
| 状态调节 | 在23℃±2℃、相对湿度50%±5%的环境中放置≥24h。若材料吸湿性强（如尼龙），需在干燥器中（硅胶）存放≥48h至恒重。 |
| 表面处理 | 用无水乙醇或异丙醇擦拭表面，去除油污和脱模剂。不可使用砂纸打磨，以免改变表面粗糙度影响表面电阻率测量。 |
| 电极涂覆 | 导电银漆（电阻率≤0.01 Ω·cm）或不锈钢电极（表面抛光至Ra≤0.4μm）。电极边缘需与试样边缘保持≥5mm距离。 |
8.1 监督抽检
在市场监管部门对电工产品（如电线电缆、电机、电容器）的监督抽检中，GB/T 31838系列是判定绝缘材料是否符合产品标准（如GB/T 12706《额定电压1kV到35kV挤包绝缘电力电缆》）的关键依据。检测机构通常抽取成品中的绝缘层或绝缘片，按第2部分（体积电阻率）和第6部分（电气强度）进行检测。以电力电缆为例，若绝缘层ρv低于1×10¹³ Ω·m或E低于25 kV/mm，则判定该批次产品不合格，需进行复检或召回。
8.2 消防验收与出厂检验
在消防验收中，防火电缆和耐火电缆的绝缘材料需通过电气强度试验（第6部分）和介质损耗因数试验（第5部分）。例如，矿物绝缘电缆（MI电缆）的绝缘层（氧化镁）需满足E≥30 kV/mm且tanδ≤0.005（工频）。在出厂检验中，制造企业按GB/T 31838.2和.7对每批次绝缘材料进行100%快速筛查，确保绝缘电阻R≥1×10⁹ Ω，不合格批次直接报废。
8.3 CMA扩项
检测实验室申请CMA（检验检测机构资质认定）扩项时，GB/T 31838系列是常见的能力验证项目。实验室需建立完整的质量体系文件，包括：设备校准记录（高阻计每年送检，电桥每半年自校准）、标准物质（如标准电阻板，用于验证体积电阻率测量的准确性）、人员操作考核（需通过盲样测试，偏差≤±5%）。扩项评审时，评审组会重点检查第1部分（总则）中规定的环境条件控制记录。
8.4 企业研发
在绝缘材料研发阶段，GB/T 31838系列为新材料配方优化提供量化指标。例如，开发一种新型聚酰亚胺薄膜时，研发人员按第4部分（介电常数）和第5部分（损耗因数）测试不同填料比例（如纳米二氧化硅含量从0%增至10%）对εr和tanδ的影响。数据显示，当二氧化硅含量为5%时，εr从3.4降至3.1，tanδ从0.008降至0.004，达到最优值。该数据直接指导配方定型，并作为产品说明书的技术依据。
Q1：在测量体积电阻率时，为什么测量时间必须设定为60s，而不是更短或更长？
A1：根据GB/T 31838.2第5.3节规定，测量时间设定为60s是为了平衡极化效应和测量效率。施加直流电压后，材料内部极化电流随时间衰减，通常在60s后衰减速率趋于稳定（即达到准稳态）。若时间过短（如10s），极化电流尚未衰减完毕，会导致电阻率测量值偏低；若时间过长（如300s），虽然更接近真实值，但效率低下且可能因试样发热引入误差。60s是IEC和GB/T标准经过大量比对实验确定的折中方案。
Q2：当表面电阻率测量值远低于体积电阻率时，是否意味着材料表面存在污染？
A2：是的，根据GB/T 31838.3第7.2节分析，表面电阻率（ρs）通常比体积电阻率（ρv）低2~3个数量级，但如果ρs比ρv低4个数量级以上（如ρv=1×10¹⁴ Ω·m，ρs=1×10⁹ Ω），则明确指示表面存在导电污染（如手汗、油脂、吸湿膜）。此时应先按第6.2节用无水乙醇清洁表面，重复测量。若清洁后ρs回升至正常范围，则证明污染是根本原因；若仍偏低，则需检查材料配方中是否含有表面迁移性添加剂（如抗静电剂）。
Q3：在介电常数测量中，边缘效应如何影响结果？如何修正？
A3：边缘效应是指电场在电极边缘处发散，导致实际电容大于理论平行板电容。根据GB/T 31838.4附录A，当试样厚度d与电极半径r的比值d/r>0.1时，边缘效应引入的误差可达5%~15%。修正方法有两种：一是采用保护电极（包围测量电极的环形电极，接地以吸收边缘电场）；二是使用修正公式C_corrected = C_measured × (1 - k × d / r)，其中k为经验系数（对圆形电极k=0.44）。标准推荐优先使用保护电极法，因为修正公式仅在d/r<0.5时有效。
Q4：电气强度试验中，试样在绝缘油中击穿与在空气中击穿有何区别？
A4：根据GB/T 31838.6第5.1节，标准规定试样必须浸没在绝缘油中（如变压器油，击穿电压≥30kV/2.5mm）。这有两个目的：一是防止沿面闪络——在空气中，当电压达到约10kV/mm时，试样表面可能发生沿面放电，掩盖真实体积击穿；二是散热——绝缘油带走击穿点热量，防止热击穿提前发生。在空气中测量时，测得的E值通常比在油中低20%~40%（例如，聚酯薄膜在空气中E=18 kV/mm，在油中E=30 kV/mm）。因此，只有油中测量结果才符合标准判定要求。
Q5：当绝缘电阻测量值低于1×10⁹ Ω时，是否一定需要更换绝缘材料？
A5：不一定，需要结合具体工况判断。根据GB/T 31838.7第8.2节，绝缘电阻低于1×10⁹ Ω（对低压设备）可能由以下原因引起：①环境湿度＞70%——此时应先将试样在干燥箱中（50℃）放置2h后复测；②材料表面污染——按第6.2节清洁后复测；③材料厚度过薄（＜0.5mm）——此时体积电阻率可能仍合格，但电阻值因厚度小而偏低。只有在排除上述因素后，且R仍低于阈值，才判定材料本体绝缘性能不合格。对于高压设备（如10kV电缆），绝缘电阻阈值按1 MΩ/kV折算，需使用更高量程的兆欧表。
结论1：GB/T 31838系列标准是固体绝缘材料介电和电阻特性测定的统一方法标准，由6个部分构成，覆盖体积电阻率、表面电阻率、介电常数、介质损耗因数、电气强度和绝缘电阻六大核心参数。
结论2：体积电阻率（ρv）测量必须在施加电压60s后读取数据，过早或过晚读数均会导致结果偏离真值。
结论3：表面电阻率（ρs）对表面污染极其敏感，当ρs比ρv低4个数量级以上时，必须执行清洁程序后复测。
结论4：相对介电常数（εr）随频率升高而下降，在50Hz和1kHz下测得的值可能相差5%~10%，报告时必须标注测试频率。
结论5：介质损耗因数（tanδ）是绝缘材料热老化的早期预警指标，当tanδ超过0.01时，材料内部可能已发生不可逆劣化。
结论6：电气强度（E）试验必须在绝缘油中进行，空气中测量值比油中低20%~40%，不能作为合格判定依据。
结论7：绝缘电阻（R）低于1×10⁹ Ω时，应先排除环境湿度、表面污染和试样厚度因素，不可直接判定材料不合格。
结论8：该系列标准等同采用IEC 62631系列，但结合国内产业需求调整了电极材料允许范围和升压速率（2kV/s）。
结论9：试样状态调节必须严格控制在23℃±2℃和50%±5%RH条件下至少24h，吸湿性材料需延长至48h。
结论10：在监督抽检和CMA认证中，GB/T 31838系列被强制性产品认证规则和电力行业规程引用，具有事实上的强制约束力。
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相关标准编号
本文基于国家能力项目库2026年7月版数据和GB/T 31838.1-2015~.7-2021标准正式文本编写。具体检测参数及限值仅供参考，检验判定请以国家标准正式文本和CMA资质检测机构出具的检测报告为准。
发布时间：2026年7月16日 | 数据版本：能力项目库2026-07-01 | 下次更新建议：标准修订发布时
