如何在产品设计中降低漏电起痕的风险？

一、 优先选择高抗痕化性能的绝缘材料（核心基础）

漏电起痕的本质是绝缘材料表面在电解液与电场作用下的碳化失效，因此材料性能是降低风险的第一道防线，需根据产品的应用环境（潮湿 / 污染等级、电压等级）选择匹配耐痕化能力的材料，核心指标为CTI（相比漏电起痕指数） 和PTI（耐漏电起痕指数） 。

1. 按应用场景分级选材料

2. 额外关注材料的辅助性能

• 耐湿性与耐化学性：选择吸水率低（如 PA66 吸水率＜1.5%）、耐油污 / 酸碱腐蚀的材料，避免电解液渗透材料内部加速老化（例如厨房电器避免使用易吸潮的普通尼龙）。

• 表面光滑度：优先选择表面粗糙度（Ra）＜0.8μm 的材料，减少灰尘、水汽在表面的附着和积累（粗糙表面易形成电解液 “死角"）。

• 抗老化性：户外产品需选择抗紫外线（UV）、耐高低温老化的材料（如添加抗氧剂、光稳定剂的 PC），避免长期使用后材料性能降解导致 CTI 值下降。

二、 优化产品结构设计，减少电解液积累与电场集中

结构设计的核心目标是：避免电解液（潮湿、灰尘、油污）在绝缘材料表面停留，同时降低局部电场强度，从物理层面切断漏电起痕的形成条件。

1. 减少电解液积累的结构设计

• 优化排水 / 排尘路径：

• 户外产品（如路灯、充电桩）的绝缘部件（如接线盒）设计成 “倾斜面"（倾斜角度≥5°），避免积水；底部预留排水孔（直径≥3mm），确保雨水快速排出。

• 避免设计 “封闭凹槽"“直角死角"，此类结构易堆积灰尘和水汽，形成持续的电解液环境（例如将端子座的凹槽改为 “开放式斜坡"）。

• 增加表面防护屏障：

• 对关键绝缘部件（如 PCB 板上的高压焊点）采用 “conformal coating（ conformal 涂层，如有机硅涂层、丙烯酸涂层）"，厚度≥50μm，形成防水、防污的隔离层，阻止电解液与材料表面直接接触。

• 户外高压设备的绝缘部件可设计 “伞裙结构"（如绝缘子的多组伞形凸起），增加电解液的流动路径，减少表面液膜的连续性。

2. 降低电场集中的结构设计

• 增大爬电距离与电气间隙：

• 爬电距离（两电极间沿绝缘材料表面的最短距离）需符合 IEC 60664《低压系统内设备的绝缘配合》要求，例如在 AC 220V、污染等级 2 的环境中，爬电距离应≥3.2mm；污染等级 3（如厨房、浴室）需≥5mm。

• 电气间隙（两电极间的空气最短距离）与爬电距离配合设计，避免因间隙过小导致空气击穿，间接引发表面漏电（例如高压端子间的空气间隙≥6mm）。

• 避免 “尖角、锐边" 设计：

• 电极、金属部件（如螺丝、接线柱）的边缘设计成 “圆角"（圆角半径≥1mm），因为尖角处会产生电场集中（电场强度是平滑表面的 3-5 倍），极易引发局部放电和电痕启动。

• 绝缘材料与金属部件的连接处采用 “过渡圆弧"，避免因材料收缩导致的缝隙（缝隙易积累电解液）。

三、 优化电气参数与电路设计，降低漏电起痕诱因

1. 合理控制工作电压与电流

• 避免电压过载：根据绝缘材料的 CTI 值设定最大工作电压，预留安全余量（例如 CTI=400V 的材料，实际工作电压不超过 250V，预留 60% 以上的安全裕度）。

• 限制泄漏电流：在电路中串联 “泄漏电流保护器" 或 “限流电阻"，当绝缘材料表面出现轻微漏电时（泄漏电流＞5mA），及时切断电源或降低电流，避免电流过大导致局部发热碳化。

2. 优化电路布局，避免 “高压密集区"

• 分离高低压区域：PCB 板设计中，将高压电路（如电源模块）与低压电路（如控制模块）分开布局，间距≥10mm，中间用 “接地屏蔽层" 隔离，避免高压电场影响低压区域的绝缘材料。

• 避免高压线路交叉：高压导线（如 AC 220V 电源线）在产品内部沿直线布置，避免与其他导线交叉；若必须交叉，采用 “垂直交叉"（减少平行接触长度），并在交叉处用绝缘套管（如 PTFE 热缩管）包裹。

3. 采用 “等电位设计" 减少电位差

• 对于复杂结构的绝缘部件（如多电极连接器），将相邻且电位相近的金属部件连接到同一等电位点，减少部件间的电位差，从而降低表面电场强度（例如将插座的零线端子与接地端子通过金属片连接，减少两者间的电场）。

四、 适配使用环境，强化针对性防护设计

1. 潮湿 / 多水环境（如浴室、户外）

• 提升密封等级：产品外壳采用 IPX4 及以上防水等级（如浴室电器 IPX4，户外设备 IPX6），通过密封圈（如三元乙丙橡胶 EPDM）、防水胶（如硅酮密封胶）密封接缝处，阻止水汽进入内部。

• 内置除湿 / 排水装置：对于长期处于高湿环境的产品（如户外充电桩），内置小型除湿模块（如 PTC 加热器 + 风扇），将内部相对湿度控制在 60% 以下；或在底部设计 “疏水涂层"（如特氟龙涂层），加速冷凝水排出。

2. 污染 / 多尘环境（如工业车间、厨房）

• 设计防尘结构：外壳采用 IP54 及以上防尘等级，通风口安装 “HEPA 滤网"（过滤精度≥0.3μm），避免灰尘进入内部附着在绝缘材料表面。

• 易清洁设计：产品外表面和内部绝缘部件（如油烟机的接线盒）设计成 “光滑" 结构，方便用户定期用湿布清洁，减少油污、灰尘积累（避免形成电解液）。

3. 高温环境（如电机、电源适配器）

• 选择耐高温绝缘材料：高温环境（工作温度＞85℃）下，避免使用普通塑料（如 ABS，耐高温≤70℃），改用耐高温材料（如 PI 聚酰亚胺，耐高温＞200℃），同时确保材料在高温下 CTI 值无明显下降（需通过高温老化后的 CTI 测试验证）。

• 优化散热设计：通过散热片、风扇等装置将产品内部温度控制在材料允许范围内，避免高温加速材料降解（例如电源适配器的绝缘外壳预留散热孔，确保内部温度≤60℃）。

五、 强化工艺控制与测试验证，确保设计落地

1. 制造工艺控制

• 材料成型工艺：注塑成型绝缘部件时，控制注塑温度（避免过高导致材料降解）、压力（避免产生气泡、缩孔），确保材料密度均匀（气泡会导致局部电场集中）；成型后进行 “退火处理"，消除内应力（内应力会加速材料在电解液中的开裂）。

• 表面处理工艺：对关键绝缘部件进行 “等离子体处理" 或 “纳米涂层"（如 SiO₂纳米涂层），提升表面张力（≥72mN/m），使电解液在表面形成 “滚珠效应"（不易附着），而非连续液膜。

• 装配工艺：电极、金属部件与绝缘材料的装配需确保 “紧密贴合"（压力符合标准 1N±0.1N），避免松动导致接触电阻过大（局部发热会加速电痕形成）；接线端子拧紧力矩符合要求（如 M3 螺丝力矩 0.8-1.2N・m），防止虚接。

2. 设计阶段的测试验证

• 模拟环境测试：在设计初期，对样品进行 “温湿度循环 + 漏电起痕联合测试"（如 - 40℃~85℃循环，湿度 90% RH，同时施加工作电压），验证材料在环境下的抗痕化能力。

• CTI/PTI 测试：对选用的绝缘材料进行第三方 CTI/PTI 测试，确保实际测试值与设计选型值一致（避免采购到不合格材料）；对成品进行 “整机漏电起痕测试"（如按 GB/T 4207 在成品关键部位施加电压、滴落电解液），验证整体防护效果。

• 失效模式分析（FMEA）：在设计阶段梳理可能导致漏电起痕的失效模式（如材料老化、结构积水、电场集中），评估风险等级，提前优化设计（例如针对 “材料老化"，增加定期更换部件的设计）。

总结：降低漏电起痕风险的 “设计闭环"

1. 从材料选型切入，用高 CTI 材料构建核心防护；

2. 通过结构与电气设计，切断电解液积累和电场集中的条件；

3. 针对使用环境定制防护，避免场景诱发风险；

4. 用严格的工艺和测试确保设计落地，最终实现产品在全生命周期内的低漏电起痕风险。