如何在產品設計中降低漏電起痕的風險？

一、 優(yōu)先選擇高抗痕化性能的絕緣材料（核心基礎）

漏電起痕的本質是絕緣材料表面在電解液與電場作用下的碳化失效，因此材料性能是降低風險的第一道防線，需根據產品的應用環(huán)境（潮濕 / 污染等級、電壓等級）選擇匹配耐痕化能力的材料，核心指標為CTI（相比漏電起痕指數） 和PTI（耐漏電起痕指數） 。

1. 按應用場景分級選材料

2. 額外關注材料的輔助性能

• 耐濕性與耐化學性：選擇吸水率低（如 PA66 吸水率＜1.5%）、耐油污 / 酸堿腐蝕的材料，避免電解液滲透材料內部加速老化（例如廚房電器避免使用易吸潮的普通尼龍）。

• 表面光滑度：優(yōu)先選擇表面粗糙度（Ra）＜0.8μm 的材料，減少灰塵、水汽在表面的附著和積累（粗糙表面易形成電解液 “死角"）。

• 抗老化性：戶外產品需選擇抗紫外線（UV）、耐高低溫老化的材料（如添加抗氧劑、光穩(wěn)定劑的 PC），避免長期使用后材料性能降解導致 CTI 值下降。

二、 優(yōu)化產品結構設計，減少電解液積累與電場集中

結構設計的核心目標是：避免電解液（潮濕、灰塵、油污）在絕緣材料表面停留，同時降低局部電場強度，從物理層面切斷漏電起痕的形成條件。

1. 減少電解液積累的結構設計

• 優(yōu)化排水 / 排塵路徑：

• 戶外產品（如路燈、充電樁）的絕緣部件（如接線盒）設計成 “傾斜面"（傾斜角度≥5°），避免積水；底部預留排水孔（直徑≥3mm），確保雨水快速排出。

• 避免設計 “封閉凹槽"“直角死角"，此類結構易堆積灰塵和水汽，形成持續(xù)的電解液環(huán)境（例如將端子座的凹槽改為 “開放式斜坡"）。

• 增加表面防護屏障：

• 對關鍵絕緣部件（如 PCB 板上的高壓焊點）采用 “conformal coating（ conformal 涂層，如有機硅涂層、丙烯酸涂層）"，厚度≥50μm，形成防水、防污的隔離層，阻止電解液與材料表面直接接觸。

• 戶外高壓設備的絕緣部件可設計 “傘裙結構"（如絕緣子的多組傘形凸起），增加電解液的流動路徑，減少表面液膜的連續(xù)性。

2. 降低電場集中的結構設計

• 增大爬電距離與電氣間隙：

• 爬電距離（兩電極間沿絕緣材料表面的最短距離）需符合 IEC 60664《低壓系統(tǒng)內設備的絕緣配合》要求，例如在 AC 220V、污染等級 2 的環(huán)境中，爬電距離應≥3.2mm；污染等級 3（如廚房、浴室）需≥5mm。

• 電氣間隙（兩電極間的空氣最短距離）與爬電距離配合設計，避免因間隙過小導致空氣擊穿，間接引發(fā)表面漏電（例如高壓端子間的空氣間隙≥6mm）。

• 避免 “尖角、銳邊" 設計：

• 電極、金屬部件（如螺絲、接線柱）的邊緣設計成 “圓角"（圓角半徑≥1mm），因為尖角處會產生電場集中（電場強度是平滑表面的 3-5 倍），極易引發(fā)局部放電和電痕啟動。

• 絕緣材料與金屬部件的連接處采用 “過渡圓弧"，避免因材料收縮導致的縫隙（縫隙易積累電解液）。

三、 優(yōu)化電氣參數與電路設計，降低漏電起痕誘因

1. 合理控制工作電壓與電流

• 避免電壓過載：根據絕緣材料的 CTI 值設定最大工作電壓，預留安全余量（例如 CTI=400V 的材料，實際工作電壓不超過 250V，預留 60% 以上的安全裕度）。

• 限制泄漏電流：在電路中串聯 “泄漏電流保護器" 或 “限流電阻"，當絕緣材料表面出現輕微漏電時（泄漏電流＞5mA），及時切斷電源或降低電流，避免電流過大導致局部發(fā)熱碳化。

2. 優(yōu)化電路布局，避免 “高壓密集區(qū)"

• 分離高低壓區(qū)域：PCB 板設計中，將高壓電路（如電源模塊）與低壓電路（如控制模塊）分開布局，間距≥10mm，中間用 “接地屏蔽層" 隔離，避免高壓電場影響低壓區(qū)域的絕緣材料。

• 避免高壓線路交叉：高壓導線（如 AC 220V 電源線）在產品內部沿直線布置，避免與其他導線交叉；若必須交叉，采用 “垂直交叉"（減少平行接觸長度），并在交叉處用絕緣套管（如 PTFE 熱縮管）包裹。

3. 采用 “等電位設計" 減少電位差

• 對于復雜結構的絕緣部件（如多電極連接器），將相鄰且電位相近的金屬部件連接到同一等電位點，減少部件間的電位差，從而降低表面電場強度（例如將插座的零線端子與接地端子通過金屬片連接，減少兩者間的電場）。

四、 適配使用環(huán)境，強化針對性防護設計

1. 潮濕 / 多水環(huán)境（如浴室、戶外）

• 提升密封等級：產品外殼采用 IPX4 及以上防水等級（如浴室電器 IPX4，戶外設備 IPX6），通過密封圈（如三元乙丙橡膠 EPDM）、防水膠（如硅酮密封膠）密封接縫處，阻止水汽進入內部。

• 內置除濕 / 排水裝置：對于長期處于高濕環(huán)境的產品（如戶外充電樁），內置小型除濕模塊（如 PTC 加熱器 + 風扇），將內部相對濕度控制在 60% 以下；或在底部設計 “疏水涂層"（如特氟龍涂層），加速冷凝水排出。

2. 污染 / 多塵環(huán)境（如工業(yè)車間、廚房）

• 設計防塵結構：外殼采用 IP54 及以上防塵等級，通風口安裝 “HEPA 濾網"（過濾精度≥0.3μm），避免灰塵進入內部附著在絕緣材料表面。

• 易清潔設計：產品外表面和內部絕緣部件（如油煙機的接線盒）設計成 “光滑" 結構，方便用戶定期用濕布清潔，減少油污、灰塵積累（避免形成電解液）。

3. 高溫環(huán)境（如電機、電源適配器）

• 選擇耐高溫絕緣材料：高溫環(huán)境（工作溫度＞85℃）下，避免使用普通塑料（如 ABS，耐高溫≤70℃），改用耐高溫材料（如 PI 聚酰亞胺，耐高溫＞200℃），同時確保材料在高溫下 CTI 值無明顯下降（需通過高溫老化后的 CTI 測試驗證）。

• 優(yōu)化散熱設計：通過散熱片、風扇等裝置將產品內部溫度控制在材料允許范圍內，避免高溫加速材料降解（例如電源適配器的絕緣外殼預留散熱孔，確保內部溫度≤60℃）。

五、 強化工藝控制與測試驗證，確保設計落地

1. 制造工藝控制

• 材料成型工藝：注塑成型絕緣部件時，控制注塑溫度（避免過高導致材料降解）、壓力（避免產生氣泡、縮孔），確保材料密度均勻（氣泡會導致局部電場集中）；成型后進行 “退火處理"，消除內應力（內應力會加速材料在電解液中的開裂）。

• 表面處理工藝：對關鍵絕緣部件進行 “等離子體處理" 或 “納米涂層"（如 SiO?納米涂層），提升表面張力（≥72mN/m），使電解液在表面形成 “滾珠效應"（不易附著），而非連續(xù)液膜。

• 裝配工藝：電極、金屬部件與絕緣材料的裝配需確保 “緊密貼合"（壓力符合標準 1N±0.1N），避免松動導致接觸電阻過大（局部發(fā)熱會加速電痕形成）；接線端子擰緊力矩符合要求（如 M3 螺絲力矩 0.8-1.2N?m），防止虛接。

2. 設計階段的測試驗證

• 模擬環(huán)境測試：在設計初期，對樣品進行 “溫濕度循環(huán) + 漏電起痕聯合測試"（如 - 40℃~85℃循環(huán)，濕度 90% RH，同時施加工作電壓），驗證材料在環(huán)境下的抗痕化能力。

• CTI/PTI 測試：對選用的絕緣材料進行第三方 CTI/PTI 測試，確保實際測試值與設計選型值一致（避免采購到不合格材料）；對成品進行 “整機漏電起痕測試"（如按 GB/T 4207 在成品關鍵部位施加電壓、滴落電解液），驗證整體防護效果。

• 失效模式分析（FMEA）：在設計階段梳理可能導致漏電起痕的失效模式（如材料老化、結構積水、電場集中），評估風險等級，提前優(yōu)化設計（例如針對 “材料老化"，增加定期更換部件的設計）。

總結：降低漏電起痕風險的 “設計閉環(huán)"

1. 從材料選型切入，用高 CTI 材料構建核心防護；

2. 通過結構與電氣設計，切斷電解液積累和電場集中的條件；

3. 針對使用環(huán)境定制防護，避免場景誘發(fā)風險；

4. 用嚴格的工藝和測試確保設計落地，最終實現產品在全生命周期內的低漏電起痕風險。