探究充电桩耐漏电起痕原因及改进对策

新能源汽车作为中国汽车产业实现弯道超车的发展愿景，一直以来被国家所重视。截止2018年二月，我国的新能源汽车和智能网联汽车产销量分别达到79.4万辆和77.7万辆，连续三年位居世界，累计保有量达到180万辆，占全球市场保有量50%以上。据发改委印发的《电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020年）》显示，我国充电基础设施的发展目标是到2020年，建成集中充电站1.2万座，分散式充电桩480万个，以便满足全国500万辆电动汽车的充电需求。

充电桩国家标准界定工作环境条件 ：工作环境温度-20℃～+50℃； 相对湿度5%～95%；由于其容易受环境污染而在表面沉降污秽，在电场的作用下材料表面会产生漏电电流进而导致放电，这会对绝缘材料介电性能产生影响，威胁电器的正常运行。 充电桩外壳共有6个部分用到塑料，分别是充电桩壳体、充电桩插头、充电桩插座、充电枪外壳、断路器、接触器及电源模块外壳，由于充电桩工作环境空气中灰尘等污秽累积在表面，在雨、露、霜、雾等作用下处于湿润状态，表面受到潮气和具有正负离子污染物的污染时，在外加电压作用下其表面的泄漏电流比干净的表面要大得多。该泄漏电流将产生热量，蒸发潮湿污染物，使绝缘材料的表面处于不均匀的干燥状态，导致绝缘表面形成局部干燥点或干燥带。干区使表面电阻增大，这样电场就变得不均匀，进而产生闪络放电。在电场和热的共同作用下，促使绝缘材料表面碳化，碳化物电阻小，促使施加电压的电极形成的电场强度增大，因而更容易发生闪络放电。如此恶性循环，直到引起施加电压的电极间表面绝缘破坏，形成导电通道，产生漏电起痕。

一般主链有苯环的聚合物更容易发生电痕破坏，那些含苯环的象PPS白料只有125V，。，如PE、PP、PA6（66）的CTI值在600V左右，即是因其较低的含碳量有关。因为CTI 就是炭化所形成的痕迹。。材料的电痕化是由两个相对过程所决定的，即碳的形成和碳的挥发，当前者快于后者时，便发生电痕化。氧化反应过程容易产生挥发性的碳（CO或CO2），如果材料中加入耐高温化合物作为填料，则其耐漏电起痕性可大幅改善。例如传统高CTI 的电路板采用氢氧化铝（ATH）填料，当电路板表面发生干带电弧放电时, ATH 在高温下分解并释放大量水蒸气,这个过程吸收了大量的热,从而降低了材料表面的温度;另一方面 ATH 与材料表面游离碳反应生成气体 CO 、CO 2 ,从而抑制了材料表面导电通路的形成;此外,ATH 降解后形成的氧化铝具有较高的导热系数,有利于降低干带电弧产生的热量累积,从而避免了基体发生进一步的降解,故ATH作为橡胶、塑料改善耐漏电起痕性有很多应用案例，但该材料含结晶水的特点决定 其制成品存在着耐热性低（失重1%时的温度在200℃左右，由于ATH高温时会有结晶水释放，因此在PCB 高温焊接时，容易使PCB因含ATH 在高温下分解并释放水蒸气而致产品内部产生裂纹，终使产品可靠性大受影响），而且因环保法要求推广无铅焊接，无铅焊接工作温度升高到260度左右，这将是高CTI 的电路板使用ATH的一大考验。另外ATH易受酸腐蚀，在制造PCB酸洗蚀刻等工序可能被腐蚀形成微小空洞残留水份导致潜在失效等不足，为改善这一现象，我们对PCB高CTI 材料的组成体系进行解剖，并通过对填料类型的研究，开发出高耐热性抗腐蚀的纳米填料体系HTC600. 纳米CTI填料HTC600的优良耐高温性能，阻碍了碳化通道的进一步发展，耐漏电起痕性可大幅改善；而且耐酸耐碱，化学稳定性好，防止产品因制造过程导致的进一步劣化。

研究表明，碳氢键高分子材料电痕化的重要原因是放电产生的高温和氧化作用及诱发的紫外线的联合作用导致绝缘材料表面形成炭层，终使绝缘材料发生破坏，另绝缘材料表面憎水性和湿润状态对电痕化老化也有影响，不同接触角的材料的放电起始电压不同，在相同电压作用下放电的起始时间也不同，越是亲水性材料越容易放电。长期暴露在日光下的绝缘材料其接触角逐渐减小，是因为在紫外线照射下材料表面分子发生降解反应而使其疏水基减少，从而导致放电容易发生。而纳米CTI填料HTC600除了优异的耐酸碱、耐高温特性，还可吸收紫外线、抗辐射，故在配方中适当添加该填料可吸收放电时产生的紫外线，对提高绝缘材料的耐候性、耐漏电起痕性有较显著的作用。

已有大量生产案例证明通过无机复合改性可以明显改善高分子材料在交直流电场下的耐漏电起痕性能，而且纳米级填料比微米级填料在改善耐漏电起痕性能方面效果更好。纳米CTI填料HTC600粒径D50：350nm,全球的CCL企业建滔化工集团应用该产品于高CTI特种电路板，通过HTC600纳米填料的增强改性CTI＞600v以上，随着这种超细填料的引入效果愈加显著，这种高CTI特种电路板全部用于三星、LG、海尔、海信、格力品牌的洗衣机、洗碗机、空调外机等产品进入千家万户，其优良的耐电痕化老化能力保障了亿万产品的长期安全使用。

结论：

随着大气污染加剧及电力电气设备的运行电压等级不断提升,对电子电工产品的耐漏电起痕性能提出了更高的要求。通过提高材料的抗污能力、抑制放电、提高耐放电侵蚀能力、阻碍碳层形成、改善绝缘电场分布等手段都可提高绝缘材料的耐电痕化老化能力。充电桩等充电基础设施分布大江南北，使用地域广阔，必将面对各种各样的复杂使用环境，只有设法提升其耐候性、耐电痕化老化能力，才能保障其亿万产品的长期安全使用。新能源汽车庞大的产业机会已然来临，如何拥有核心技术、把握发展机遇，实现汽车产业的弯道超车是全产业链同仁共同进步之道。