芯耀
1993
在电力传输与分配系统中，电线电缆绝缘性能关乎系统安全。耐电痕试验能评估绝缘材料在电气应力和环境作用下，抵抗表面电痕化的能力。明晰电弧放电到绝缘失效的过程，对提升电线电缆可靠性、优化材料设计及保障电力系统安全运行意义重大。
一、电弧放电的起始
1.1 表面缺陷与电场畸变
电线电缆绝缘材料表面有微小凹凸、杂质颗粒、裂纹等缺陷，会引发局部电场畸变，使缺陷处电场强度远超周围。依据电场分布理论，当电场强度达阈值，空气或吸附气体分子就会电离。像尖锐杂质颗粒尖端，电场强度能是周围数倍，为电弧放电创造条件。
1.2 水分与导电物质的影响
环境水分及表面吸附的导电物质（如灰尘里的金属离子、盐类）会降低绝缘材料表面电阻。表面电阻降低到一定程度，在电场作用下形成泄漏电流，其产生的焦耳热升高温度，加速气体电离，促使电弧放电。潮湿环境下，表面水膜中的离子成为导电介质，大幅增加电弧放电可能。
二、电痕的形成与发展
2.1 初期电痕的形成
电弧放电的高温会分解绝缘材料表面的有机高分子，生成碳化物和挥发性气体。碳化物形成微小导电通道，即初期电痕，呈微米级的细小黑色痕迹。以聚氯乙烯绝缘材料为例，电弧作用下，聚氯乙烯分子中的氯原子脱离，产生氯化氢气体，碳链断裂生成碳化物，积累形成电痕。
2.2 电痕的持续发展
电弧持续放电，初期电痕处电场增强，更多绝缘材料被分解碳化。电痕内高温使周围绝缘材料热降解，形成新导电通道，电痕向内部和表面扩展，且具有自加速特性。放电使电痕导电性能增强，吸引更多电流，引发更强烈的电弧放电和材料分解。电痕发展产生的气体压力会使材料表面出现裂纹，为水分和导电物质侵入提供通道，加速电痕发展。
三、绝缘性能的逐渐下降
3.1 材料结构的破坏
电痕持续发展，绝缘材料分子结构被破坏，高分子链断裂，机械强度和绝缘性能下降。如交联聚乙烯绝缘材料，电痕破坏其交联结构，分子链变松散，拉伸强度和电气强度降低。同时，电痕改变材料介电常数，使电场分布更不均匀，加剧绝缘性能下降。
3.2 局部放电的加剧
电痕形成的导电通道引发局部放电，其产生的高频电磁波、机械振动和化学腐蚀会损伤绝缘材料。高频电磁波使偶极子高频振荡产生摩擦热，加速材料老化；机械振动产生微小裂纹；化学腐蚀源于局部放电产生的臭氧、氮氧化物等活性气体，与材料发生化学反应，破坏分子结构。局部放电加剧，绝缘材料损伤范围扩大，性能持续恶化。
四、绝缘失效的最终阶段
电痕发展到一定程度，绝缘材料内部形成贯通导电通道，绝缘性能丧失，引发绝缘失效。这会导致电线电缆短路，可能引发火灾。如电力电缆绝缘失效，强大短路电流使电缆温度急剧升高，甚至燃烧，威胁电力系统安全，还可能损坏电气设备，影响供电可靠性。
五、影响耐电痕性能的关键因素
5.1 材料特性
绝缘材料的化学组成、分子结构和物理性能决定耐电痕性能。硅橡胶、环氧树脂等具有高稳定性分子结构、耐电弧性和抗碳化能力的材料，耐电痕性能较好。硅橡胶分子中的硅氧键键能高，电弧高温下稳定，不易分解碳化。材料的表面能、吸水性等物理性能也有影响，表面能低、吸水性小的材料不易吸附水分和导电物质，降低电痕形成可能。
5.2 环境因素
环境温度、湿度、污秽程度显著影响电线电缆耐电痕性能。高温加速绝缘材料老化和热降解；高湿度增加表面导电性，促进电弧放电和电痕发展；污秽物质中的导电颗粒和化学物质在表面形成导电层，引发局部放电和电痕化。不同环境条件下，电线电缆耐电痕性能表现不同。
5.3 电气应力
施加的电压大小、频率、波形等电气应力参数影响耐电痕性能。高电压导致强电场，加速电弧放电和电痕发展；高频电压使局部放电更频繁，加剧绝缘材料损伤；非正弦波形电压含谐波成分，引起电场分布畸变，增加电痕化风险。
通过对电线电缆耐电痕试验机理的解析，可明晰影响绝缘性能的关键因素，为研发高性能绝缘材料、优化电线电缆设计及制定运行维护策略提供理论依据。
