爬電距離與電氣間隙典型案例分析

爬電距離和電氣間隙是家用電器產品檢測中重要的安全檢測項目，由于產品的多樣性和結構的復雜性，正確理解標準中爬電距離和電氣間隙的涵義是進行準確檢測的關鍵。

在GB4706.1-2005中，對爬電距離和電器間隙是這樣定義的，爬電距離：兩個導電部件之間，或一個導電部件與器具的易觸及表面之間沿絕緣材料表面測量的最短路徑；電氣間隙：兩個導電零部件之間，或一個導電部件與器具的易觸及表面之間的空間最短距離。可見，在測試過程中，確定產品絕緣結構的組成、導電部件和易觸及表面，選取正確的爬電距離和電氣間隙的路徑，并用適合的測量設備確定數據，是取得準確檢測結果和防止誤判的關鍵。

2010年，在CNAS電器分技術委員會/中國家用電器研究院對各省相關試驗室進行的關于爬電距離與電氣間隙能力驗證試驗中，由于樣品的特殊性和此次試驗所考察的全面性，試驗中部分典型的爬電距離和電氣間隙在測試方法和結果的判定上無法直接得出結論，下面對測試過程中的典型部分進行分析。

此次爬電距離和電氣間隙試驗的樣品為一印刷電路板，其立體圖及平面圖分別如圖1、2所示。

其中，三角形區域為樣品中間鏤空部分，紅色線代表樣品正面的導電區域，藍色線代表樣品背面的導電區域。

其它相關試驗說明：

1）在進行試驗之前，不需對樣品進行任何形式的預處理。試驗的場所應是保持恒定溫度在20±5℃之間的房間。

2）設定樣品污染等級為2（正常情況）。

3）樣片中的角全部按“尖角”考慮，不視為圓角。

4）爬電距離和電氣間隙測量值精確到0.01mm。

試驗過程中，最典型的部分為確定T1與T4之間的爬電距離。直觀上不難看出，T1與T4之間的爬電距離即沿著三角形的直角邊，從T1下端至T4左端的距離（路徑一：圖3中黃色線長度之和）。重點在于極容易被忽略的另外一種可能，即T1與T2的爬電距離（LT1T2）、T2與T3的爬電距離（LT2T3）、T3與T4的爬電距離（LT3T4）之和（路徑二：圖3中綠色線長度之和）。兩種路徑如圖3中所示。

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由圖3可見，直觀上并無法判斷出哪種路徑為最短路徑，所以必須通過測量和計算之后比較，才能得出試驗結果。

首先，需要引入GB4943中關于X值的說明表F1，具體內容如下：

污染等級 Xmm 1 0.25 2 1.0 3 1.5

路徑一：在此路徑中，EF路線中涉及到一條溝槽，在GB4943中，對于涉及類似溝槽的爬電距離和電氣間隙是這樣規定的（在以溝槽示意圖4、5中，虛線代表爬電距離，實線代表電氣間隙）

條件：所測量的路徑包含有一條任意深度、寬度小于Xmm、槽壁平行或收斂的溝槽。

規則：直接跨越溝槽測量爬電距離和電氣間隙。

條件：所測量的路徑有一條任意深度、寬度等于或大于Xmm、槽壁平行的溝槽。

規則：電氣間隙就是“視線”距離。爬電距離的路徑就是沿溝槽輪廓線伸展的通路。

此樣品中，EF線中涉及的溝槽小于表F1中相應X值，即圖4中所指的窄溝槽情況，所以直接跨越此溝槽測量即可。

所以，L1＝DE＋EF＝34.33mm

路徑二：計算路徑二的過程較為復雜，直觀可測的數據為T2與T3的爬電距離LT2T3即MN值為21.09mm，重點在于確定T1與T2的爬電距離LT1T2和T3與T4的爬電距離LT3T4。

圖1 樣品立體圖

圖2 樣品平面圖

圖3 路徑圖

圖4 窄溝槽

圖5 寬溝槽

圖6 V形溝槽

圖7

1、確定T1與T2的爬電距離

在GB4943中，適用于確定LT1T2的路徑的情況為“V形溝槽（圖6）”，其相應規定如下：

條件：所測量的路徑中有一條內角小于80°和寬度大于Xmm的V形溝槽。

規則：電氣間隙就是“視線”距離。爬電距離的路徑就是沿溝槽輪廓線伸展的通路，但溝槽底部用Xmm的連線“短接”。

由于∠A小于80°，CO即為其中的“溝槽寬度”并大于Xmm，因此可以確定“短接”位置BQ，且BQ值為X值，再由Q點向T2做垂線，即可得出T1與T2的爬電距離路徑，其值LT1T2為CB、BQ、QP之和。

2、確定T3與T4的爬電距離

在確定T3與T4的爬電距離的過程中，關鍵在于X值的選取問題。在GB4943中提到：只有當所要求的最小電氣間隙為大于或等于3mm時，表F1中的X值才有效。如果最小電氣間隙小于3mm，則X值中為下述值中較小者：表F1中相應值或所要求最小電氣間隙值的三分之一。由此可見，首先需要確定T3與T4的電氣間隙，才可確定此情況下的X值。在目測樣品T3與T4的位置，可以確定由G向LM做垂線，垂足剛好可以落在T4上，由此可求得T3與T4的電氣間隙值為GI×sin30°＝2.29mm。故，X值應選為T3與T4電氣間隙的三分之一，即圖中HJ長度，為0.763mm。再由J點向T3做垂線，即可得出T3與T4的爬電距離路徑，其值LT3T4為GH、HJ、JK之和。

由此可得L2＝LT1T2＋LT2T3＋LT3T4＝31.82mm

通過兩種路徑的計算可見，路徑二為正確的T1與T4的爬電距離路徑。

試驗中，不同平面之間的爬電距離與電氣間隙的測量也較為典型，即T1與R1之間的爬電距離和電氣間隙的確定。由于樣品長和寬均為30mm左右，而厚度僅為1.9mm，所以在樣品上直觀確定T1與R1之間的爬電距離和電氣間隙有一定難度，最終，通過繪制樣品仿真圖，在相當于放大樣品細節的條件下，確定了T1與R1的爬電距離和電氣間隙路徑（圖7）。

由圖7可見，T1與R1的爬電距離為黃色線即AC與CE之和，C點的位置，為A點從面ABD至面BDE中的E點的最短距離，即為將平面ABD向水平方向展開與平面BDE呈同一平面時，AE與BD的交點，計算過程如下：

圖5中直觀可測數據為AB＝11.46mm、BD＝1.90mm、DE＝2.28mm

T1與R1的電氣間隙為綠色線即AE的長度，計算過程如下：

由此可見，對于類似特殊情況的爬電距離和電氣間隙的測量，首先需要全面考慮可能的最短路徑，同時注意X值選取問題，再通過計算分析，得出正確結論。對于非同一平面上直觀很難找出正確路徑的情況，可以通過繪制樣品仿真圖來選取正確路徑，確保檢測結果的準確性。實際測試過程中，還應注意選擇適合的測量儀器，減少引入過多的人為誤差，針對具體產品選用適合的標準，另外，還要注意考慮額定電壓、污染狀況、絕緣材料等多種使用條件和環境因素，以確保檢測結果的準確性。

[1]中華人民共和國國家標準GB/4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全第一部分：通用要求》2005-08-26發布

[2]中華人民共和國國家標準GB/4943-2001《信息技術設備的安全》2001-11-12發布