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今天我們就來談談什么是漏電起痕?

更新時間:2025-09-20  |  點擊率:23

漏電起痕(Tracking):定義、原理與關鍵信息

漏電起痕(Tracking)是電氣絕緣材料在特定環境條件下,因表面存在的電解液(如濕氣、灰塵、污染物形成的導電薄膜)在電場作用下發生電離、局部發熱和化學侵蝕,逐步形成導電通路(“電痕")的現象。這種現象會導致絕緣材料的絕緣性能急劇下降,嚴重時會引發短路、擊穿甚至火災,是評估電氣設備(尤其是高壓、戶外或潮濕環境中使用的設備)絕緣可靠性的核心指標之一。

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一、核心定義與本質

漏電起痕的本質是絕緣材料表面的 “電化學侵蝕 + 導電通路形成" 過程,區別于材料內部的擊穿(電擊穿、熱擊穿),其發生位置僅局限于材料表面。當絕緣材料表面存在微小的導電污染物(如鹽霧、粉塵、油污)并吸附濕氣形成電解液時,在電場作用下,電解液中的離子會向兩極移動,導致局部電流集中、溫度升高,進而引發材料表面的氧化、碳化或分解,形成微小的導電斑點。隨著時間推移,這些斑點不斷擴展、連接,最終形成連續的導電通路(即 “電痕"),導致絕緣失效。

關鍵術語辨析

現象發生位置核心原因危害
漏電起痕(Tracking)絕緣材料表面電解液 + 電場→電化學侵蝕 + 導電通路形成絕緣性能下降、短路
電擊穿(Electrical Breakdown)材料內部電場強度超過材料耐受極限→內部電離瞬間擊穿、絕緣失效
沿面閃絡(Surface Flashover)材料表面(空氣 - 材料界面)表面電場畸變→空氣電離放電瞬間閃絡、伴隨電弧

二、形成過程與階段

漏電起痕是一個漸進式過程,通常分為 4 個階段,每個階段的特征和機理明確:
  1. 初始階段:表面導電薄膜形成絕緣材料表面吸附環境中的濕氣、粉塵或污染物(如工業大氣中的 SO?、沿海環境的鹽霧),形成一層薄薄的導電電解液薄膜。此時材料表面的絕緣電阻下降,但尚未形成明顯的導電通路,僅表現為 “表面漏電電流" 增大。
  2. 發展階段:局部電流集中與發熱由于材料表面的微觀不平整(如劃痕、雜質)或污染物分布不均,電解液薄膜的導電性能存在差異,導致電流在局部區域(薄弱點)集中,產生焦耳熱。局部溫度升高會加速水分蒸發,使該區域的電解液濃度升高、導電性增強,形成 “電流熱點"。
  3. 侵蝕階段:電化學反應與材料損傷電流熱點的高溫和電場作用,會引發電解液與絕緣材料表面的電化學反應(如聚合物材料的氧化、碳化,陶瓷材料的離子遷移)。例如,塑料表面的有機分子在高溫下會分解生成導電的碳化物,陶瓷表面的金屬氧化物可能被電解溶解,形成微小的導電斑點。
  4. 成熟階段:導電通路(電痕)形成隨著電化學侵蝕的持續,表面的導電斑點不斷擴展、連接,最終形成跨越電極的連續導電通路(“電痕")。此時材料的表面絕緣電阻急劇降低水平,可能引發持續的電弧放電,進一步加劇材料的燒毀和破壞,最終導致設備故障。

三、主要影響因素

漏電起痕的發生和發展受材料特性、環境條件、電氣參數等多方面因素影響,核心因素如下:

1. 材料本身的抗痕性(關鍵內因)

材料的化學組成和表面特性是決定其抗漏電起痕能力的核心,主要指標為相比漏電起痕指數(CTI,Comparative Tracking Index) 和耐漏電起痕指數(PTI,Proof Tracking Index)(詳見 “四、核心評估標準")。
  • 聚合物材料:含鹵素(如 PVC)、芳香族結構的聚合物,在高溫和電場下易分解生成導電物質,抗痕性較差;而添加抗氧劑、阻燃劑(如三聚氰胺氰尿酸鹽)或表面改性(如涂覆耐蝕涂層)的材料,抗痕性顯著提升。

  • 陶瓷 / 無機材料:氧化鋁陶瓷、氮化鋁陶瓷等無機材料,因化學穩定性高、耐高溫,抗痕性遠優于多數聚合物,但表面若存在氣孔、雜質,仍可能成為漏電起痕的薄弱點。

2. 環境條件(重要外因)

環境是促使漏電起痕發生的 “催化劑",核心影響因素包括:
  • 濕度:相對濕度>60% 時,材料表面易吸附濕氣形成電解液,是漏電起痕的必要條件;高濕環境(如雨季、戶外露天設備)會顯著加速起痕過程。

  • 污染物:空氣中的粉塵(尤其是含碳、金屬離子的粉塵)、鹽霧(沿海地區)、工業廢氣(如 SO?、NOx)等,會在材料表面形成導電薄膜,降低表面絕緣電阻,誘發電流集中。

  • 溫度:環境溫度升高會加速電解液的離子遷移速度,同時降低材料的熱穩定性,使電化學侵蝕更易發生(如高溫車間的電氣設備)。

3. 電氣參數

施加在絕緣材料上的電氣條件直接影響起痕的速率和程度:
  • 電壓等級:電壓越高,材料表面的電場強度越大,電解液中離子的遷移速度越快,電流集中和發熱效應越顯著,起痕風險越高(高壓設備比低壓設備更易發生起痕)。

  • 電壓類型:交流電壓比直流電壓更易引發漏電起痕 —— 交流電壓的極性周期性變化,會加劇電解液中離子的往復遷移,加速表面侵蝕;而直流電壓下離子遷移方向固定,起痕速率相對較慢。

  • 電流密度:局部電流密度過大(如電極邊緣、材料表面缺陷處),會產生更高的焦耳熱,加速材料的碳化和導電斑點形成,是起痕的 “觸發點"。

四、核心評估標準與測試方法

為量化材料的抗漏電起痕能力,國際上普遍采用IEC 60112(國際電工委員會標準) 或其等效標準(如美國 UL 746A、中國 GB/T 4207),核心指標和測試方法如下:

1. 核心指標

  • 相比漏電起痕指數(CTI)指在規定測試條件下(23℃、50% 相對濕度,使用 0.1% 氯化銨溶液作為電解液),材料表面未形成導電通路(電痕)的最高電壓值(單位:V)。CTI 是劃分材料抗痕等級的核心依據,通常分為 3 級:
    • CTI ≥ 600V:0 級(高抗痕性,適用于高壓、高濕環境,如戶外絕緣子、高壓開關);

    • 400V ≤ CTI < 600V:1 級(中抗痕性,適用于一般工業環境,如電機外殼、電器接線端子);

    • 100V ≤ CTI < 400V:2 級(低抗痕性,僅適用于干燥、潔凈環境,如室內低壓電器)。

  • 耐漏電起痕指數(PTI)指在規定測試條件下,材料在特定電壓下(通常為 CTI 的 80%)經受 50 滴電解液滴落,未發生漏電起痕或擊穿的電壓值。PTI 更貼近實際使用場景,用于驗證材料在長期使用中的抗痕可靠性。

2. 標準測試方法(IEC 60112)

測試裝置包括一對平行電極(通常為黃銅材質,間距 4mm)、電解液滴液系統(0.1% 氯化銨溶液,每滴 0.05mL,滴速 30 滴 / 分鐘)和電流監測儀。測試步驟如下:
  1. 將試樣(厚度≥3mm,表面平整)固定在電極之間,施加規定電壓;

  2. 向電極間的材料表面滴落電解液,同時監測表面漏電電流;

  3. 若電流持續≥0.5A 且時間超過 2 秒(形成穩定導電通路),判定為 “起痕失效";

  4. 通過逐步升高電壓,找到材料未失效的最高電壓,即為 CTI;若在某一電壓下 50 滴后仍未失效,即為 PTI。

五、典型應用場景與防護措施

漏電起痕廣泛存在于需要高絕緣可靠性的電氣設備中,針對性防護是保障設備安全的關鍵。

1. 高風險應用場景

  • 戶外電氣設備:絕緣子、高壓開關柜、光伏逆變器(暴露于雨、雪、鹽霧、粉塵中);

  • 工業環境設備:化工車間的電機、冶金設備的電氣控制柜(高濕、腐蝕性氣體);

  • 車載電氣系統:新能源汽車的電池包絕緣件、高壓線束接頭(振動 + 潮濕 + 溫度波動);

  • 電子元器件:PCB 電路板(表面殘留助焊劑、粉塵,易形成電解液)。

2. 防護與抑制措施

  • 選用高抗痕材料:優先選擇 CTI ≥ 600V 的材料(如 FR4 環氧玻璃布板、改性 PA66、氧化鋁陶瓷),根據使用環境的濕度、污染等級確定材料等級。

  • 優化產品結構設計

    • 增大電極間距或表面爬電距離(爬電距離:電極間沿材料表面的最短距離),降低表面電場強度;

    • 設計導流槽、防水結構,避免濕氣和污染物在材料表面堆積(如戶外絕緣子的傘裙結構)。

  • 表面處理與清潔

    • 對材料表面進行涂覆(如硅橡膠涂層、氟碳涂層),提高表面疏水性,減少電解液吸附;

    • 生產和安裝過程中避免殘留助焊劑、油污,定期清潔設備表面的粉塵和污染物。

  • 環境控制:在高濕、高污染環境中,采用密封外殼、除濕裝置(如除濕機、加熱片)或惰性氣體保護,降低環境對材料表面的影響。

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六、總結

漏電起痕是絕緣材料表面在 “電解液 + 電場" 共同作用下的漸進式失效過程,其風險高低取決于材料抗痕性(CTI/PTI)、環境條件(濕度、污染物)和電氣參數(電壓、電流)。通過選用高抗痕材料、優化結構設計、控制使用環境等措施,可有效抑制漏電起痕的發生,保障電氣設備的長期安全運行。在電氣設備選型(尤其是戶外、高濕、高壓場景)中,材料的 CTI/PTI 指標是必須重點關注的核心性能參數。


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