国家标准 GB/T29313一2012 电气绝缘材料热传导性能试验方法 Testmethodforthermaltransmissiopropertitesofeletrtealinsulatonmaterials 2012-12-31发布 2013-06-01实施国家质量监督检验检疫总局发布国家标准化管理委员会国家标准
GB/T29313一2012 目次前言引言范围规范性引用文件术语和定义、符号试验方法概要仪器意义和应用试样试验程序计算 10报告
GB/T29313一2012 前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准由电器工业协会提出本标准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)归口本标准起草单位;桂林理工大学、,桂林电器科学研究院、船舶重工集团第712研究所,山东齐鲁电机制造有限公司、哈尔滨电机厂有限责任公司,苏州巨峰电气绝缘系统股份有限公司,东方电气集团东方电机有限公司、深圳市旭生三益科技有限公司、机械工业北京电工经济技术研究所、哈尔滨电气动力装备有限公司、上海电气电站设备有限公司上海发电机厂本标准主要起草人饶保林、于龙英、王晓梅、赫、郭丽平、刘亚丽、夏宇、漆临生、居学成、周岑岑、魏景生、祁世发
GB/T29313一2012 引言电气电子设备中使用的绝缘材料,相当一部分既要起到电绝缘的作用,同时还要起到传导热量的作用,其导热性能的优劣直接影响到电气电子设备的设计尺寸,温升,运行可靠性和使用寿命然而,目前国内尚无有关测定电气绝缘材料导热性能的试验方法标准针对这一现状制定了本标准,以规范电气绝缘材料导热性能的测试方法本标准主要根据我国导热绝缘材料的研究、应用以及导热性能测试技术水平的现状,并参考美国 ASTMD547006(2011)编制而成
GB/T29313一2012 电气绝缘材料热传导性能试验方法范围本标准规定了电气绝缘材料热传导性能的试验方法本标准适用于测定膏状,油脂状、弹性固体以及硬质固体等电气绝缘材料的热传导性能规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB:/T4132一1996绝热材料及相关术语(neqIs7345;1987) GB/T10294一2008绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法(IsO8302;1991,IDT GB/T10295一2008绝热材料稳态热阻及有关特性的测定热流计法(IsO8301;1991,IDT) AsTMc168一10有关绝热的术语(StandardTerminologyRelatingtoThermalInsulation AsTMC518一10用热流计法测定稳态热传递性能的试验方法(StandardTestMethodfor SteadyStateThermmalTransmissionPropertiesbyMeansoftheHeatFlowMeterApparatus AsTME1142一11a有关热物理性能的术语(StandardTerminologyRelatingtoThermophysical Properties AsTME1225一09用纵向比较护热热流计测定固体的导热系数(StandardTestMethodfor ThermalConduetivityofSolidsbyMeansoftheGuardedComparativelongitudinalHeatFlowTeeh nique ASTME1530-06用护热热流计法评定材料热阻的试验方法StandardTestMethodfor EadlainxtheRcsistuneetoThtermlTtenmision.MdaterialytleGurdedHeaFlaowMeer T echnique) AsTMD5470-06(2011导热电气绝缘材料热传导性能的试验方法(StandardTestMethodfor ThermalTransmissionPropertiesofThermalyConduetiveElectrieallnsulationMaterials) 术语和定义、符号术语和定义下列术语和定义适用于本文件 3.1.1 热传导thermalconduetion 物体各部分无相对位移,仅依靠微观粒子的热运动,由温度差引起热量从高温部分向低温部分的能量传输过程洼改写GB/T4132一1996,6.1.3 3.1.2 传热 heattransfer 热传递
GB/T29313一2012 热迁移由热传导,热对流、热辐射、质量转移，或它们共同作用引起的能量传输过程 GB/T41321996,6.1.6 3.1.3 热流heatlow 热流速率heatflowrate 单位时间内传人或传出一个系统的热量,单位为瓦(W) CASTMC16810,3.1] 3.1.4 ureldenstyfheatnowrae 热流密度通过垂直于热流方向单位面积的热流，单位为瓦每平方米(w/m='). [ASTMC168一10,3.1] 3.1.5 表面平均温度 averagetemperatureofasurface 按面积加权得到的平均温度 [AsTMD5470-06(2011),3.1.2] 3.1.6 导热系数thermalconduetivity 稳态时,在法向单位温度梯度下,通过单位面积的热流,单位为瓦每米开[w/mK)] [AsTME1l42一lla,3.1 3.1.7 热导率 hermalconductance 在单位温差驱使下,通过物体单位面积的热流,单位为瓦每平方米开[w/(m'K)] [AsTME1530-06,3.1.2,3.2.2] 3.1.8 热阻系数thermalresistivity 热阻率导热系数的倒数,单位为米开每瓦[(mK)/w] [GB/T4132一1996,6.2.6们 3.1. .9 热阻 thermalresistance R 热导率的倒数,单位为平方米开每瓦[(m=K)/w] [ASTME1530-06,3.1.4,3.2.3] 3.1.10 hermaleomdetiity 表观导热系数apparent 等效导热系数equivalentthermalconduetivity 有效导热系数effectivethermal conductivity
GB/T29313一2012 A 表观导热系数与导热系数属同一概念,它们的计算公式,单位均相同,主要区别在于热量传输的方式上一般情况下,由于在实际测得的通过试样的热流中,可能会或多或少包含一些诸如辐射,质量迁移等非热传导形式的热传递,故用热流计算得到的导热系数,实际上通常只是“表观”导热系数或“等效” 导热系数,并非严格热物理学意义上的导热系数表观导热系数试验结果往往与试样厚度、试样预处理等试验条件有关,由表观导热系数推演得到的表观热导率和热阻只对相同条件下的系统有效如无特别说明,本标准在测试以及计算过程所涉及的导热系数均指表观导热系数注:改写ASTMD5470一06(2011),l.2,3.1.1 3.1.11 热阻抗thermalimpedanee 组件(包括材料及材料界面)对热流的全部阻碍,单位为平方米开每瓦[(m'K)/w] 与表观导热系数类似,热阻抗并非严格热物理学意义上的热阻如无特别说明,本标准在测试以及计算过程中所涉及的热阻均指热阻抗 [ASTMD5470-06(2011),3.1.5,3.2.6] 3.1.12 thermalinterfaeialresistance 界面热阻接触热阻contactresistance R 试验时,使试样与等温面板之间的接触面上产生单位热流密度所需的温差,单位为平方米开每瓦 [(m' K/w门 [[ASTMD5470-06(201l),3.1.] 3.2符号下列符号适用于本文件(见表1). 表1本标准使用的符号符号物理量单位 w Q 热流热流度 w/m 导热系数 w/mK 表观导热系数 W/mK 热导率 w/mK 热阻 mK)/w m'K/w 热阻抗试样横截面积 m” 试样厚度 mm AT 冷,热试验面温差或K
GB/T29313一2012 试验方法概要本试验方法基于一种被一块厚度均匀的试样隔离的两个平行等温面板之间理想化的稳态热传导见图1):达到稳态后,由于两个与试样接触的等温面的温差所产生的温度梯度作用在试样上,引起热流通过试样,热流的方向应沿试样接触界面的法向,热流的大小在试验面上应均匀分布,且无侧向热泄漏,或采用特殊的技术手段使侧向热泄漏趋于零等温面板？等温面板T 图1试验方法原理仪器 5.1仪器结构满足本标准要求的仪器的主要特征见图2和图3,仪器具备的功能应能完成本标准所需的测试,技术要求应符合5.2 图2和图3所示的仪器结构是一种可行的但并非唯一的工程解决方案 GB/T10294一2008/1SO8302:1991、GB/Tl0295一2008/ISO8301:1991、ASTM5470-06 (2011)、ASTME1530一06、ASTMC518一10等标准中规定的仪器均符合第4章规定的方法原理 5 2 技术要求 5.2.1加热器加热器可以是电加热器,也可以是带温控的液体循环加热器典型的电加热器是用埋在高导热金属块内的回形加热线圈制成液体循环加热器由金属热交换器和温度受控的循环液体组成,循环液体的流量以及温度都应受到控制无论采用哪种类型的加热器,都应可以采用热流计或经过计量的量热计测出通过试样的热流 5.2.2护热器护热器由环绕在试验装置的热屏蔽组成,用以消除侧向热泄漏护热器与试验装置的温差应保持在士0.2K之内通过消除绝热体之间的温差,可以有效减少侧向热泄漏,护热器的绝热效果应至少与 5 厚的环氧板相当 mm 如果在试样的高温等温面板和低温等温面板两侧都有热流计,也可以不配置护热器,试样的热流等于通过两个热流计的热流的平均值
GB/T29313一2012 氏压力护热器但盐冷却装置加热器低温热流计上热流计高温热流计 E 下热流计加热器恒温冷却装置图2无护热的热流计试验装置图3带护热的热流计试验装置 5.2.3恒温冷却装置冷却装置通常由被循环冷却液冷却的金属块组成,冷却液的温度稳定性应在士0.2K以内 5.2.4热流计在测试温度范围内,构成热流计的材料应具有导热性证书,并具有较高的导热系数,其导热系数的温度敏感性必须适合于热流的精确测量推荐使用导热系数大于50w/(mK)的材料 5.2.5等温面及其温度测量与试样接触的等温面板的粗糙度应在0.4m以内,等温面板之间的平行度应不超过5 丛mmo 可以用热流计来测定等温面的温度,即由热流计的温度线性布局外推到等温面得到,高温端热流计和低温端热流计都可以这样做热流计既可以同时用于测定热流和等温面温度,也可以仅用于两者之也可以用热电偶来测定等温面的温度,但热电偶须非常靠近等温面
GB/T29313一2012 5.2.6接触压力施加在试样上的接触压力,可以用各种方式来控制并保持,例如;线性制动器、导向螺杆,气动装置液压装置方向应垂直于等温面,并可保持等温面之间平行并对准 5.2.7接触热阻试样接触热阻存在于试样与等温面之间,由热流计算得到的试样热阻抗中包含了接触热阻,故其大小直接影响到试验结果的准确度接触热阻的大小取决于试样表面的特性和施加在试样上的压力因此,应该对施加在试样上的压力予以测定,并记录为次级测试结果,对于液体样品,由于施加的应力很小,可以不在此要求内可以用下述方法扣除接触热阻;先测定待试材料在不同厚度下的热阻抗,然后用热阻抗对试样厚度作图,所得直线的截距即为接触热阻对于硬质试样,可以在等温面上涂以导热膏或导热油,以减小接触热阻如果接触热阻与试样热阻相比小于1%,可以忽略不计接触热阻,直接用测得的热阻抗,试样厚度计算试样的表观导热系数 5.2.8试样厚度测量由于试样表观导热系数的计算需要准确知道试样的厚度,故需要根据材料类型采用适当的方法来监控和测量试样的厚度对于在试验过程中尺寸会发生变化的试样,可以采用垫片或机械限位来控制试样的厚度,或采用在线厚度测量装置来监视试样厚度的变化如果在试验过程中,试样的压缩变形和线膨胀系数微不足道,可以在室温下事先测定试样的厚度试样厚度测量的精度应在试样标称厚度的1%以内 5.2.9测试参数基于按第4章要求的理想化的测试装置,仪器具有的功能应可用于以下参数的测定或计算高温等温面的温度,单位为摄氏度(C)或开尔文(K). T 低温等温面的温度,单位为摄氏度(C)或开尔文(K) 两个等温面间的热流量,单位为瓦(w) Q -测试面的面积,单位为平方米(m'). A 试样的厚度,单位为米(m); n 热阻抗,由两个等温面的温差除以通过试样的热流算得,单位为平方米开每瓦(m K/w. 意义和应用本标准测定的是电气绝缘材料的稳态热阻抗.这些材料常用来改善电气电子设备的散热和热传导本标准尤其适合于测定较薄、无法如AsTME1225一09要求的那样,在试样内配置温度传感器的样品本标准利用的是一种理想化的热流模式,由此测得的热阻抗不能直接用于大多数特定的应用场合因为这些场合通常不满足本标准要求的热流均匀、平行的热传导条件本标准适合于测试以下材料类型的热阻抗！型受到应力时会发生无限形变的各种黏性液体,例如;油脂、膏状物和相变材料这些材料无弹性特征,在移除应力后无恢复到原来形状的趋势型 -外施应力与内应力最终可以达到平衡、变形不会无限发展的黏弹性固体,例如;凝胶物,橡
GB/T29313一2012 胶等材料,这些材料的回弹力与试样厚度的应变有关皿型 -形变微乎其微的弹性固体,例如;陶瓷、金属以及硬质塑料试样 7.1试样尺寸试样尺寸应与仪器等温面板尺寸相符通常情况下,试样的面积应与仪器等温面板相同如果仪器的等温面板是不等的,则按照较小的等温面板尺寸来加工试样 7.2试样厚度试样厚度的要求取决于仪器热阻的测定范围,只要不超过仪器校准的测量范围,推荐选择尽量厚一些的试样,以减小接触热阻占总热阻的比例控制试样厚度的方法应取决于材料的类型 I型试样可采用垫片或者其他机械限位的方法来控制试样厚度也可以采用特定直径的限位珠来限位,珠体所占的体积率大约为2%,事先混到样品内型试样 -施加的压力应使试样的变形量为试样未受到压缩时厚度的5% 采用这一变形量，是由于要兼顾到尽量降低接触热阻,又不使试样变形过大两方面因素的缘故 W型试样试样压缩变形微乎其微,可以忽略不计,但试样厚度应均匀,测试面之间的平行度应不超过试样标称厚度的1% 7.3试样加工及正常化处理可以在原始状态下、生产条件下或另外说明的条件下制备样品,并清除干净任何污染物和尘埃,注意不要使用会与样品反应,或使试样受到污染的溶剂正常化处理条件按产品标准规定如产品标准无规定,推荐采用的正常化处理条件为，在温度 23士2),相对湿度(50士5)%下正常化处理24h 试验程序测定试样厚度 8.1.1 配备有在线厚度测量装置的仪器清除干净等温面上的尘埃,合上等温面板并施予与试验时给试样施加的相同的压力启动加热和恒温冷却装置,待系统稳定在设置温度后,给在线厚度测量装置清零 8.1.2不配备有在线厚度测量装置的仪器对于皿型试样,可以在室温下测定试样的厚度,精确到0.02" mm 8.2安装试样对于I型油脂和膏状物试样,可直接摊匀在下等温面上,对于有相变的试样则需加热摊匀
GB/T29313一2012 型试样可直接放在下等温面上 l 3 8 闭合等温面板 8.3.1 I型试样采用垫片来控制I型试样的厚度时,施加的压力不要过大,只要能把多余的样品挤出,并接触到垫片即可,过大的压力可能会引起垫片损坏等温面板对于安装有导向限位螺杆、机电装置,液压装置等控制上等温面板位置的仪器,不规定夹紧力的大小对于有相变的试样,可以将等温面板温度升到试样熔点以上,使相变材料发生流动从而贴紧面板 8.3.2型试样对于类型I试样,应兼顾到夹住试样需要一定的压力,还要考虑到使接触热阻最小化对于柔软的试样,压力可以小到0.069MPa10psi);对于硬质试样,压力可以大到3.4MPa(500psi) 对于容易变形的类型材料,也可以采用螺杆或线性驱动器来控制试样的厚度 8.3.3皿型试样对于川型试样,应在试样与等温面板的接触面上涂以导热膏或导热油,以减小接触热阻,并要求压力足够大,以便将涂敷在接触面上的多余的导热膏挤出,并将不平的试样表面弄平对于光滑平整的试样,可使用黏度较低的导热膏,压力可以小到0.69MPa(100psi);对于不够平整的试样,应使用黏度较高的导热膏,压力可以高到3.4MPa(500psi). 系统平衡启动加热和恒温冷却装置,待系统在设置温度下达到稳态后,记录等温面的温度、在线厚度测量装置的读数,通过热流计的热流或施加在量热计电加热器上的电压和电流所谓达到稳态是指;在恒定功率时,5min时间间隔下各测量点的温度读数波动小于士0.1,或者热流变化小于1% 计算热流用2个热流计测量热流时,按式(1)计算稳态时通过试样的平均热流 Qu土Q 式中: 稳态时通过试样的平均热流,单位为瓦(w); Q 稳态时通过高温热流计的热流,单位为瓦(w); Qt -稳态时通过低温热流计中的热流,单位为瓦(w). Q 用量热计测量热流时按式(2)计算稳态时通过试样的热流; Q=V×！式中 -稳态时通过试样的平均热流,单位为瓦(w); 稳态时施加在量热计加热器上的电压,单位为伏特(V); -稳态时施加在量热计加热器上的电流,单位为安培(A)
GB/T29313一2012 9.2试样平均温度按式(3)计算稳态时试样的平均温度 n中 T= 式中: -稳态时试样的平均温度,单位为摄氏度(C)或开尔文(K); T -稳态时高温等温面板与试样接触的表面的温度,单位为摄氏度(C)或开尔文(K) TT -稳态时低温等温面板与试样接触的表面的温度,单位为摄氏度(C)或开尔文(K) 9.3热阻抗按式(4)计算试样的热阻抗: 一T 0-合x(Tn 式中: 试样的热阻抗,单位为平方米开每瓦[(mK)/w]; A 试样的横截面积,单位为平方米(m'); -稳态时通过试样的平均热流,单位为瓦(w); Q T！稳态时高温等温面板与试样接触的表面的温度,单位为摄氏度(C)或开尔文(K); 稳态时低温等温面板与试样接触的表面的温度,单位为摄氏度(C)或开尔文(K). T，表观导热系数 9.4.1 可忽略接触热阻时如5.2.7所述,如果接触热阻不大于试样热阻的1%,可以直接用测得的热阻抗,按式(5)计算试样的表观导热系数: ，=" 5) 式中 -试样的表观导热系数,单位为瓦每米开[w/m K)] A 试样厚度,单位为米(m); -试样的热阻抗,单位为平方米开每瓦[(mK)/w 9.4.2接触热阻不可忽略时如果接触热阻大于试样热阻的1%,应至少测定3种不同厚度的样品在相同试验温度下的热阻抗，随试样厚度减小,通过减小热流使试样保持在相同的平均温度除非另有规定,不同厚度的试样的平均温度的偏差应控制在士2C以内作为首选的方法,最好采用3个以上不同厚度的试样,分别测定其热阻抗也可以用叠加试样的方法来获得不同的试样厚度,先单独测定一层试样的热阻抗,然后测定两层试样叠加一起的热阻抗,再测定3层试样叠加在一起的热阻抗用热阻抗对试样厚度作图应为一直线,若以试样厚度为轴,热阻抗为y轴,所得直线在厚度为零时y》轴上的截距即为接触热阻R,,斜率即为表观导热系数的倒数作为首选方法,最好采用最小方差或线性回归分析计算斜率和截距
GB/T29313一2012 10 报告报告应包括以下内容 a)试样的标识 b 制造者的名称; 产品批次或批号 d)产品质量等级; 任何与材料标识有关的信息; f 样品标称厚度试样实际厚度" g 试样的层数 h 施加的压力 iD 试样的平均温度 j 与试样实际厚度相对应的热阻抗; k 试样的表观导热系数 10o

电气绝缘材料热传导性能试验方法GB/T29313-2012

电气绝缘材料是保障电气设备正常运行不可或缺的重要组成部分。在电气设备中，绝缘材料承担着隔离电路、支撑导体、固定零件等多种功能。为了保证电气设备的安全可靠运行，需要对电气绝缘材料进行各种试验来检测其性能参数，其中热传导性能试验是重要的一项。

什么是热传导性能试验？

热传导性能试验是指在一定条件下，对电气绝缘材料进行加热，并测量其内部热流密度和温度分布的试验方法。通过这种试验可以检测电气绝缘材料的导热性能，为绝缘材料的选用和应用提供参考。

GB/T29313-2012是什么？

GB/T29313-2012是由国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会发布的电气绝缘材料热传导性能试验方法标准。该标准详细介绍了电气绝缘材料热传导性能试验的基本要求、试验方法、试验设备和试验结果的评价等内容。

导则内容

GB/T29313-2012标准主要包括以下内容：

术语和定义
试验目的和原理
试验条件和装置
试验程序和步骤
试验结果的评价

结论

电气绝缘材料作为电气设备中的重要组成部分，其热传导性能对于电气设备的安全运行具有至关重要的影响。通过电气绝缘材料热传导性能试验，可以有效地检测绝缘材料的导热性能，为绝缘材料的选用和应用提供参考。GB/T29313-2012标准的发布和执行，将更好地规范电气绝缘材料热传导性能试验，促进电气设备的安全可靠运行。