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GBT 29313-2012 电气绝缘材料热传导性能试验方法PDF文本

1Cs29.035.01K15中华人民共和国国家标准GB/T29313-2012电气绝缘材料热传导性能试验方法Test method for thermal transmission properties of electrical insulation materialsJ.NE2012-12-31发布2013-06-01实施中华人民共和国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罚素前网ZC
GB/T29313-2012目次前言I引言…1范围…12规范性引用文件3术语和定义、符号…4试验方法概要45仪器6意义和应用…7试样……78试验程序89计算…………910报告……………10J.NE筑素前网Z.ZC.ET
GB/T29313-2012前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。本标准由中国电器工业协会提出。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/T℃301)归。本标准起草单位：桂林理工大学、桂林电器科学研究院、中国船舶重工集团第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、赫铣、郭丽平、刘亚丽、夏宇、漆临生、居学成、周芩芩、魏景生、祁世发。罚Z.Z沁.ET
GB/T29313-2012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ASTM D5470-06(2011)编制而成。.ET
GB/T29313-2012电气绝缘材料热传导性能试验方法1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。2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/T4132-1996绝热材料及相关术语(neq IS07345:1987)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(IS08302:1991,IDT)GB/T10295-2008绝热材料稳态热阻及有关特性的测定热流计法(IS08301:1991,IDT)ASTM C 168-l0有关绝热的术语(Standard Terminology Relating to Thermal Insulation)ASTM C518一l0用热流计法测定稳态热传递性能的试验方法(Standard Test Method forSteady State Thermal Transmission Properties by Means of the Heat Flow Meter ApparatusASTM E11421la有关热物理性能的术语(Standard Terminology Relating to ThermophysicalProperties)ASTM E 1225一O9用纵向比较护热热流计测定固体的导热系数(Standard Test Method forThermal Conductivity of Solids by Means of the Guarded Comparative Longitudinal Heat Flow Tech-niqueASTM E 1530一06用护热热流计法评定材料热阻的试验方法(Standard Test Method forEvaluating the Resistance to Thermal Transmission of Materials by the Guarded Heat Flow MeterTechnique)ASTM D5470一06(2011)导热电气绝缘材料热传导性能的试验方法(Standard Test Method forThermal Transmission Properties of Thermally Conductive Electrical Insulation Materials)3术语和定义、符号3.1术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1.1热传导thermal conduction物体各部分无相对位移，仅依靠徽观粒子的热运动，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。注：改写GB/T4132一1996,6.1.3。3.1.2传热heat transfer热传递1蜀素村网Z.ZC.WET
GB/T29313-2012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/T4132-1996,6.1.6]3.1.3热流heat flow热流速率heat flow rateQ单位时间内传入或传出一个系统的热量，单位为瓦(W)。[ASTM C168-10,3.1]3.1.4热流密度areal density of heat flow rate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/2)。[ASTM C168-10,3.1]3.1.5表面平均温度average temperature of a surface按面积加权得到的平均温度。[ASTM D5470-06(2011),3.1.2]3.1.6导热系数thermal conductivity曲当筑麦木，77 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/(m·K)]。[ASTM E1142-11a,3.1]3.1.7热导率thermal conductanceC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/(m2·K)]。[ASTM E1530-06,3.1.2、3.2.2]3.1.8热阻系数thermal resistivity热阻率导热系数的倒数，单位为米开每瓦[(m·K)/W]。[GB/T4132-1996,6.2.6]3.1.9热阻thermal resistanceR热导率的倒数，单位为平方米开每瓦[(m2·K)/W]。[ASTM E1530-06,3.1.4、3.2.3]3.1.10表观导热系数apparent thermal conductivity等效导热系数equivalent thermal conductivity有效导热系数effective thermal conductivity2理甄素阿网Z.ZS.WE1
GB/T29313一2012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ASTM D5470-06(2011),1.2、3.1.1。3.1.11热阻抗thermal impedance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[(m2·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。[ASTM D5470-06(2011),3.1.5、3.2.6]3.1.12界面热阻thermal interfacial resistance接触热阻contact resistanceR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]典可明系J∠1[ASTM D5470-06(2011),3.1.6]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Q热流W9热流密度W/m2导热系数W/(m·K)入表观导热系数w/(m·K)0热导率W/(m2·K)R热阻(m2·K)/W0热阻抗(m2.K)/WA试样横截面积m2d试样厚度m△T冷、热试验面温差℃或K3運蜀Z.Z沁
GB/T29313-20124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T等温面板T图1试验方法原理5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/T10294-2008/IS08302:1991、GB/T10295-2008/IS08301:1991、ASTM D5470-06(2011)、ASTM E1530一06、ASTM C518一10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5mm厚的环氧板相当。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。4運蜀泰讨网Z.Z沁
GB/T29313-2012压力压力恒温冷却装置护热器加热器低温热流计绝田上热流计护热器高温热流计护热器中王下热流计加热器.NE21FF117777772227777777恒温冷却装置1100770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/(m·K)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0.4μm以内，等温面板之间的平行度应不超过5μm。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一。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。筑素前网Z.ZC
GB/T29313-20125.2.6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。试样厚度测是的精度应在试样标称厚废的1%以内，门Z.J.NE5.2.9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：TH一高温等温面的温度，单位为摄氏度（℃）或开尔文(K)；T一低温等温面的温度，单位为摄氏度（℃）或开尔文(K);P一两个等温面间的热流量，单位为瓦(W);A测试面的面积，单位为平方米(m2);试样的厚度，单位为米(m);0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(m2·K/W)。6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ASTM E1225一09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：I型一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。Ⅱ型一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6莲素何网Z.ZC.ET
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