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(huán)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(fā)生電離、局部發(fā)熱和化學侵蝕，逐步形成導電通路（“電痕"）的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象會導致絕緣材料的絕緣性能急劇下降，嚴重時會引發(fā)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(huán)境中使用的設備）絕緣可靠性的核心指標之一。

一、核心定義與本質(zhì)

關鍵術語辨析

二、形成過程與階段

1. 初始階段：表面導電薄膜形成

   絕緣材料表面吸附環(huán)境中的濕氣、粉塵或污染物（如工業(yè)大氣中的 SO?、沿海環(huán)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(xiàn)為 “表面漏電電流" 增大。
2. 發(fā)展階段：局部電流集中與發(fā)熱

   由于材料表面的微觀不平整（如劃痕、雜質(zhì)）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(qū)域（薄弱點）集中，產(chǎn)生焦耳熱。局部溫度升高會加速水分蒸發(fā)，使該區(qū)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(fā)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(xù)，表面的導電斑點不斷擴展、連接，最終形成跨越電極的連續(xù)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(fā)持續(xù)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

1. 材料本身的抗痕性（關鍵內(nèi)因）

• 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(zhì)，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(wěn)定性高、耐高溫，抗痕性遠優(yōu)于多數(shù)聚合物，但表面若存在氣孔、雜質(zhì)，仍可能成為漏電起痕的薄弱點。

2. 環(huán)境條件（重要外因）

• 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(huán)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(qū)）、工業(yè)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(fā)電流集中。

• 溫度：環(huán)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(wěn)定性，使電化學侵蝕更易發(fā)生（如高溫車間的電氣設備）。

3. 電氣參數(shù)

• 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(fā)熱效應越顯著，起痕風險越高（高壓設備比低壓設備更易發(fā)生起痕）。

• 電壓類型：交流電壓比直流電壓更易引發(fā)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(chǎn)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(fā)點"。

四、核心評估標準與測試方法

1. 核心指標

• 相比漏電起痕指數(shù)（CTI）

  指在規(guī)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(jù)，通常分為 3 級：

• CTI ≥ 600V：0 級（高抗痕性，適用于高壓、高濕環(huán)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(yè)環(huán)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(huán)境，如室內(nèi)低壓電器）。

• 耐漏電起痕指數(shù)（PTI）

  指在規(guī)定測試條件下，材料在特定電壓下（通常為 CTI 的 80%）經(jīng)受 50 滴電解液滴落，未發(fā)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）

1. 將試樣（厚度≥3mm，表面平整）固定在電極之間，施加規(guī)定電壓；

2. 向電極間的材料表面滴落電解液，同時監(jiān)測表面漏電電流；

3. 若電流持續(xù)≥0.5A 且時間超過 2 秒（形成穩(wěn)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

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(yè)環(huán)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(tǒng)：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(yōu)先選擇 CTI ≥ 600V 的材料（如 FR4 環(huán)氧玻璃布板、改性 PA66、氧化鋁陶瓷），根據(jù)使用環(huán)境的濕度、污染等級確定材料等級。

• 優(yōu)化產(chǎn)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(chǎn)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(huán)境控制：在高濕、高污染環(huán)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(huán)境對材料表面的影響。

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六、總結