高分子绝缘材料在电弧环境中的失效行为研究

在电学领域，电弧是一种典型的自持气体放电现象，具有高能量密度、高温及强光辐射等特征。其形成通常起始于两个导体之间的电压差超过介质击穿强度，导致间隙中的气体被电离，从而形成导电通道。当触头金属表面因热电子发射或场致发射释放出初始电子后，这些电子在强电场作用下加速运动，与中性气体分子发生碰撞，引发雪崩式电离过程，产生大量自由电子和正离子。由此形成的等离子体通道具备良好的导电性，维持电流持续通过，即为电弧。

电弧不仅存在于自然现象（如雷电）中，在工业应用中也具有双重属性：一方面，可控电弧被广泛应用于焊接、切割、冶炼及照明等领域；另一方面，非预期电弧可能引发电气设备故障、绝缘材料劣化甚至火灾事故。因此，评估绝缘材料在电弧作用下的稳定性与耐受能力，成为保障电气设备运行的重要技术指标。

耐电弧试验仪主要用于测定固体绝缘材料在高压电弧作用下的抗炭化能力和绝缘性能保持能力，适用于电机、变压器、开关设备、家用电器及轨道交通等领域的绝缘材料质量控制与研发测试。依据标准（IEC 61621、ASTM D495等），耐电弧试验通过在标准试样两端施加规定电压与电流的交流电弧，模拟实际运行中可能出现的电弧侵蚀环境。

其工作原理如下：试验开始时，耐电弧试验仪通过高压发生器在两电极间产生稳定电弧，并使电弧沿试样表面移动。在此过程中，电弧的高温会使材料表面发生热分解、氧化及炭化反应。随着炭化路径的延伸，材料的绝缘性能逐渐下降，可能导致两电极间形成导电通路，引发电流骤增。仪器实时监测试样表面状态变化及电流响应，记录从电弧施加开始至试样失效（即形成导电通道）所经历的时间，该时间称为“耐电弧时间"或“电弧电阻时间"。时间越长，表明材料抵抗电弧侵蚀的能力越强，其电气性越高。