固体绝缘材料耐电痕化指数和相比电痕化指数的测定方法

1. 检测项目分类及技术要点

耐电痕化指数（Proof Tracking Index, PTI）和相比电痕化指数（Comparative Tracking Index, ）是评估固体绝缘材料表面在电场和电解液联合作用下耐电痕化（形成导电通道）能力的关键参数。两者核心区别在于测试电压的确定方式：

• PTI（耐电痕化指数）：在规定电压（通常为175 V、250 V、300 V、375 V或600 V）下，材料经受50滴电解液而不发生破坏（电痕化至失效）的能力。结果为“通过/不通过”或耐受的最高电压。

• （相比电痕化指数）：材料在试验中能承受50滴电解液而不发生破坏的最高电压值。该值为具体数值，用于材料间的直接比较。

技术要点：

• 试验原理：模拟污秽、潮湿环境下，绝缘材料表面在电场作用下因泄漏电流、电解液干涸形成局部干区、产生微小火花放电，最终导致碳化导电通路（电痕化）而失效的过程。

• 试样要求：平整、无缺陷，尺寸至少为15 mm × 15 mm，厚度≥3 mm。通常需清洁处理。

• 电解液：采用氯化铵（NH₄Cl）和烷基萘磺酸钠（湿润剂）的蒸馏水溶液。溶液A（0.1% ± 0.002%重量比）用于和PTI（≤600 V）测定；溶液B（0.1% ± 0.002% NH₄Cl，无湿润剂）特定用于PTI（>600 V）测定。电导率需严格校准（23℃时，溶液A为（171 ± 15）μS/cm）。

• 电极系统：两个截面为2 mm × 5 mm的矩形铂金电极，呈倒“V”形对称放置于试样表面，夹角60°，间距4.0 mm ± 0.1 mm。电极对试样施加垂直力为1.0 N ± 0.05 N。

• 试验程序：

  • 设定试验电压（PTI为选定值，通常从300V开始逐级尝试）。

  • 电极间施加电压，电解液以30秒±5秒的间隔从30 mm～40 mm高度滴落于电极中央。

  • 记录直至发生破坏（电流超过0.5 A且持续至少2秒，或持续燃烧）时所承受的液滴数或电压值。

  • 测定需通过反复试验确定50滴不失效的最高电压。

• 终点判定：以过电流继电器动作（通常设定为0.5 A）、试样持续燃烧或电蚀穿深度≥2 mm作为失效判据。

• 结果表述：PTI报告为“通过 XXX V”或失效液滴数。报告为具体电压数值（V），并注明所用溶液（通常为溶液A）。

2. 各行业检测范围的具体要求

不同行业和产品标准基于应用环境的风险等级，对PTI/提出了差异化要求。

• 低压电器行业（如家用电器、开关设备、连接器）：

  • 核心标准：IEC 60112 / GB/T 4207 是基础方法标准。

  • 具体要求：广泛用于评估外壳、基座、端子板等绝缘部件的性能。例如，IEC 60947-1（低压开关设备）可能要求支撑带电部件的绝缘材料 ≥ 100 V、≥ 175 V或≥ 250 V等不同等级，以应对不同的污染等级（Pollution Degree）。对于高密度、小间隙的微型断路器、继电器等，要求更高，以防止爬电和电痕化导致故障。

• 电工电子产品与设备安全：

  • 核心标准：IEC 62368-1（音视频、信息技术设备安全）和IEC 60335-1（家用电器安全）等。

  • 具体要求：标准中根据绝缘材料所在位置的“污染等级”和“材料组别”对/PTI做出规定。例如，对于污染等级2（一般凝露或偶然污染）下的固体绝缘，可能要求材料组别Ⅰ（ ≥ 600）、组别Ⅱ（400 ≤ < 600）、组别Ⅲa（175 ≤ < 400）或组别Ⅲb（100 ≤ < 175）。这直接影响了电气间隙和爬电距离的设计值。

• 汽车电气系统：

  • 核心标准：ISO 6722（道路车辆-电缆）、LV 214（汽车线束）及相关零部件标准。

  • 具体要求：对连接器、传感器外壳、控制模块壳体等绝缘部件有严格的要求，尤其在发动机舱等高温、高湿、可能存在盐雾或制动液污染的环境中。通常要求关键绝缘部件 ≥ 250 V甚至更高，以确保长期可靠性。

• 光伏与新能源领域：

  • 核心标准：IEC 61730（光伏组件安全鉴定）。

  • 具体要求：对光伏背板、接线盒、连接器等材料的耐电痕化性能有强制测试要求。通常要求进行PTI 600 V测试（使用溶液A，滴落100滴）或更严酷的“高压电痕化试验”（如1,000-2,500 V，使用溶液B），以模拟户外长期日晒雨淋、污秽累积的严酷环境。

• 轨道交通与航空航天：

  • 核心标准：EN 45545-2（轨道车辆防火）等。

  • 具体要求：在满足阻燃等要求的同时，对电气设备用绝缘材料的有明确规定，尤其是用于高压或高可靠性部位的绝缘材料，要求值较高，以防止在高振动、冷凝环境中发生故障。

3. 检测仪器的原理和应用

耐电痕化试验仪是执行IEC 60112等标准的核心设备。

• 仪器结构与原理：

  • 高压电源：提供0～600 V（或更高，如0～1500 V）连续可调的工频交流电压（50/60 Hz），容量通常≥0.5 kVA。电压稳定度和波形失真度有严格要求。

  • 电极系统：精密加工的铂金电极及其固定装置，确保夹角、间距和压力的精确与可重复性。

  • 滴液装置：由蠕动泵、步进电机或电磁阀控制的精密滴液系统，确保液滴体积（20 mm³ ± 1 mm³）和滴落间隔（30 s ± 5 s）的准确性。滴液针头通常为聚四氟乙烯材质。

  • 电流监测与故障判定单元：核心为高灵敏度的电流传感器和过电流继电器。实时监测两电极间的泄漏电流，当电流因电痕化导电通路形成而增大并超过设定阈值（标准为0.50 A ± 0.05 A，持续时间≥2 s）时，继电器动作，切断电源并终止试验。齐全的仪器还设有防止电极短路的快速断路保护。

  • 计数与计时器：自动记录液滴数量、试验时间及失效时的液滴数。

• 应用与操作：

  1. 校准：定期校准电压表、电流继电器动作值、电极压力、液滴大小和电导率。

  2. 准备：安装并清洁试样，调整电极位置和压力，注入校准后的电解液。

  3. 设置：设定试验电压（PTI测试为固定值，测试为起始电压）、滴液间隔、终止条件（液滴数或失效）。

  4. 测试：启动设备，自动施加电压和滴液，仪器自动监控直至试验结束。

  5. 记录与评估：记录失效时的电压和液滴数（PTI），或通过逐级测试确定值。试验后需测量蚀损深度。

• 高级功能：现代自动化设备常配备计算机控制与数据采集系统，可自动绘制泄漏电流曲线、记录试验过程、存储数据并生成报告，提高了测试的效率和复现性。部分设备还兼容其他电痕化试验标准（如高压斜板法、漏电起痕试验）。