電氣間隙和爬電距離測量方法的探討

董雪禮， 范佳樂， 劉尚坤， 龔榮福

1. 鎮江市產品質量監督檢驗中心 江蘇鎮江 212132 2. 國家中低壓配電設備質量監督檢驗中心 江蘇鎮江 212132

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電氣間隙和爬電距離測量方法的探討

董雪禮1,2， 范佳樂1,2， 劉尚坤1,2， 龔榮福1,2

1. 鎮江市產品質量監督檢驗中心 江蘇鎮江 212132 2. 國家中低壓配電設備質量監督檢驗中心 江蘇鎮江 212132

正確理解電氣間隙和爬電距離的定義，準確應用CTL DSH590決議80°準則，考慮不同污染等級對電氣間隙和爬電距離的影響，是測量電氣間隙和爬電距離的關鍵。對2010年5月和2013月7日兩次試驗進行了詳細介紹，為今后電氣間隙與爬電距離測量與實驗室內部質量控制提供參考。

電氣間隙； 爬電距離； 測試

鎮江市產品質量監督檢驗中心與國家中低壓配電設備質量監督檢驗中心參加了國家認證認可監督管理委員會、中國家用電器研究院組織的2010年5月(項目編號CNAS T0529)和2013年7月(項目編號CNCA-13-B20)電氣間隙、爬電距離能力驗證試驗，試驗對電氣間隙、爬電距離正確理解和測量所考慮的因素，路徑分析、測量與計算，以及關鍵點的理解等進行了綜合解析，通過試驗和相關報告，對平面兩側不同導體間的電氣間隙、爬電距離路徑分析和測量有了進一步理解。

1 2010年5月比對試驗

1.1 試驗概述

試驗樣品如圖1所示，樣品的三角形內區域為鏤空部分，紅色線代表A面導體，藍色線代表B面導體。

圖1 2010年5月試驗樣品示意圖

試驗依據GB 16935.1—2008《低壓系統內設備的絕緣配合 第1部分： 原理、要求和試驗》、GB 8898—2011《音頻、視頻及類似電子設備 安全要求》、GB 49431—2011《信息技術設備安全 第1部分： 通用要求》、GB 2099.1—2008《家用和類似用途插頭插座 第1部分： 通用要求》、GB 16915.1—2014《家用和類似用途固定式電氣裝置的開關 第1部分： 通用要求》、GB 14536.1—2008《家用和類似用途自動控制器 第1部分： 通用要求》、GB 15092.1—2010《器具開關 第1部分： 通用要求》、GB 19212.1—2008《電力變壓器、電源、電抗器和類似產品的安全 第1部分： 通用要求》、GB 7000.1—2007《燈具 第1部分： 一般要求與試驗》、GB 12350—2009《小功率電動機的安全要求》，此外還應考慮國際電工委員會下屬檢測實驗室委員會CTL決議的要求[1]。

試驗條件如下。

(1) 試驗前，不需對樣品進行任何預處理，保持15～25℃范圍內的恒定環境溫度[2]。

(2) 設定樣品污染等級為2級。

(3) 樣品中的角全部按尖角考慮。

(4) 爬電距離和電氣間隙測量值精確到0.01mm。

測量項目包括T1與T2之間的電氣間隙、爬電距離，T3與T4之間的電氣間隙、爬電距離，T1與T4之間的電氣間隙、爬電距離等。

幾個重要概念說明如下。

(1) 電氣間隙指兩個導電部件在空氣中的最短距離[3]，作用是保證瞬態過電壓或峰值電壓不擊穿，沒有絕緣體作陪襯。

(2) 爬電距離指兩個導電部件之間沿絕緣材料表面的最短距離[3]，用于考核絕緣材料在給定工作電壓和污染等級下的耐受能力，不產生閃絡或擊穿。爬電距離是兩導體間通過絕緣體表面形成的[4]。

(3) 污染等級。如表1所示，如果涉及到的電氣間隙小于3mm,則溝槽寬度最小可減小至該電氣間隙的1/3。

表1 污染等級與對應的溝槽寬度

當溝槽寬度小于橋接距離時，爬電距離可直接橋接；當溝槽寬度大于或等于橋接距離時，爬電距離則不能橋接。

當存在V形槽時，V形槽底部可橋接。此處存在理解上的爭議，即該V形槽是否有角度上的規定。因此CTL DSH590決議對此進行了補充，規定80°原則，即小于80°的V形槽可被橋接，適用于所有標準[5]。

1.2 T1與T2間的電氣間隙、爬電距離

試驗示意圖如圖2所示。

圖2 2010年5月T1與T2間試驗示意圖

1.2.1 電氣間隙

(1) 路徑分析： T1與T2兩導體在印制電路板的同一面，兩點間的電氣間隙就是最短的空間距離。

(2) 測量方法： 直接通過讀數顯微鏡測量T1與T2間最短的兩點間距離，如圖2(b)虛線所示。

(3) 關鍵理解點： 確認T1與T2之間最短的空間距離。

1.2.2 爬電距離

(1) 考慮因素： CTL DSH590決議規定，角度小于80°時需要橋接，角度大于或等于80°時不需要橋接[5]。

(2) 路徑分析： 試驗要求給出了污染等級為2級、溝槽寬度最小值為1.0mm，關鍵要計算1.0mm的位置。

(3) 測量方法： 小△acb為等邊三角形，測量c點到a點為1.0mm，c點到b點為1.0mm，連線a點與b點，從導體T1沿90°印制電路板邊到污染點a處，經過1.0mm到b處后垂直架橋到T2，如圖2(c)實線所示。

(4) 關鍵理解點： 根據CTL DSH590決議，導體與絕緣表面角度小于80°時需要橋接，并垂直于T2[6-7]。

1.3 T3與T4間的電氣間隙、爬電距離

試驗示意圖如圖3所示，圖中X為溝槽寬度。

圖3 2010年5月T3與T4間試驗示意圖

1.3.1 電氣間隙

(1) 路徑分析： T3與T4兩導體間在垂直時距離最短，此時的距離即為電氣間隙。CTL 717決議規定： 如果相關的電氣間隙距離小于3mm，溝槽寬度最小值將被減小至此電氣間隙的1/3；這些情況不區分缺口和凹槽，也不區分絕緣類型。

(2) 測量方法： T3與T4之間導體在印制電路板的同一面，可以直接通過讀數顯微鏡測量T3與T4之間的最短距離，如圖3(b)虛線所示。

(3) 關鍵理解點： 在T3與T4之間，只有虛線與T3垂直時兩者之間距離最短，如果相關的電氣間隙距離小于3mm，那么溝槽寬度最小值將被減小至這一電氣間隙的1/3。

1.3.2 爬電距離

(1) 考慮因素： 遵守CTL DSH590決議的規定，角度大于或等于80°則不架橋。污染等級為2級時，溝槽寬度最小值為1.0mm。

(3) 測量方法： 首先確定污染等級為2級、溝槽寬度最小值為1.0mm時對應的兩個點，然后從導體T4沿90°印制電路板邊到污染點a處，再經過1.0mm到b處垂直架橋至T3，如圖3(c)實線所示。

1.4 T1與T4間的電氣間隙、爬電距離

試驗示意圖如圖4所示。

圖4 2010年5月T1與T4間試驗示意圖

1.4.1 電氣間隙

(1) 路徑分析： T1與T4兩個導體在同一面，兩點之間的電氣間隙就是最短的空間距離。

(2) 測量方法： 第一種為直接通過讀數顯微鏡測量T1與T4間的最短距離，如圖4(b)虛線所示；第二種為測量計算法，通過讀數顯微鏡分別測量直角的兩直角邊長，再應用勾股定理計算得出弦長，T1與T4間的電氣間隙如圖4(b)虛線所示。

(3) 關鍵理解點： T1與T4兩導體在同一面，兩導體間的空間最短距離即為電氣間隙。

隨著國家和山東省地下水監測工程的實施，山東省地下水長期監測點密度達到了0.98個/100km2，站網布局得到有效優化完善，監測范圍覆蓋全省17個市、涵蓋3大水文地質區(表1)和14個亞區，控制面積達15萬km2，加強了對地下水超采漏斗區、地面沉降中—強發育區、巖溶塌陷易發區、大中型水源地等重點地區的監測能力，基本實現了“區域控制和重點監測相結合”監測目的，地下水監測能力得到有效提升。全省17市地下水監測點分布見圖2，國家和山東省地下水監測工程實施前后監測站網布局情況見圖3和圖4。

1.4.2 爬電距離

(1) 考慮因素： 考慮T1到T4的爬電距離，T1爬電路徑先到R1，經過R1時不應計算R1的導體寬度；再向T4，經過一個小于1mm的溝槽。因為給定樣品污染等級為2級，溝槽寬度最小值為1.0mm，所以可直通。

(2) 路徑分析： 以A-A′為軸，將該部分印制電路板豎直鏤空面逆時針水平展開俯視。因為T1到T4的爬電路徑中，T1到R1路徑最短，所以必須先經過R1后再向T4。T1到T4的爬電距離為T1與R1的距離，以及R1與T4的距離之和。

(3) 測量方法： 通過讀數顯微鏡直接測量，以A-A′為軸展開俯視，分別測量T1到R1的距離和R1到T4的距離，兩段距離之和即為T1與T4之間的爬電距離，如圖4(c)實線所示。

(4) 關鍵理解點： 一般情況下會這樣理解，T1與T4為同一面，將T1與T4的爬電距離等同為兩導體的直線距離，但這是錯誤的。T1與R1的距離比T1與T4的距離近，所以T1爬電必然先向R1，之后再從R1的另一側向T4。

2 2013年7月對比試驗

試驗樣品為印制電路板，如圖5所示。

試驗依據標準與2010年5月試驗相同，試驗條件如下。

(1) 在試驗前，不需對樣品進行任何預處理。試驗環境為15～25℃的溫度恒定房間[8]。

(2) 設定樣品污染等級為3級。

(3) 樣品中的角全部按尖角考慮，不視為圓角[9]。

測量項目包括T1到T2的電氣間隙、爬電距離，T1到R1的電氣間隙，T3到R1的爬電距離，T2到T3的電氣間隙、爬電距離。

2.1 T1與T2間的電氣間隙、爬電距離

試驗示意圖如圖6所示。

圖5 2013年7月試驗樣品示意圖

圖6 2013年7月T1與T2間試驗示意圖

2.1.1 電氣間隙

(1) 路徑分析： T1與T2兩導體在印制電路板同一面，兩點之間最短的空間距離即為電氣間隙。

(2) 測量方法： 通過讀數顯微鏡可直接測量T1與T2間最短的空間距離，如圖6(b)所示。

2.1.2 爬電距離

(1) 路徑分析： 首先通過圓心O與T1(b)和開槽(1)畫半徑R，對應兩半徑的弧畫一條弦線，圍成等腰三角形。圓心垂直于弦畫垂線，通過直角三角形計算出圓心角，再通過弦長公式計算出對應的弧長；給出污染等級為3級，溝槽寬度最小值為1.5mm，實際測量開槽端點尺寸為0.92mm，小于1.5mm，則可忽略槽寬，即視為沒有槽；然后測量開槽(1)到T2(a)的距離，這一距離加上之前計算出的弧長，即為T1與T2間的爬電距離，如圖6(c)所示。

(2) 爬電路徑展開圖如圖7所示。

圖7 2013年7月T1與T2間試驗爬電路徑展開圖

2.2 T1與R1間的電氣間隙

試驗示意圖如圖8所示。

圖8 2013年7月T1與R1間試驗示意圖

2.2.1 路徑分析

T1與R1兩導體不在同一個平面，兩點間的空間最短距離為對角線長度。

2.2.2 測量方法

(1) 通過讀數顯微鏡可直接測量T1與R1對角線的空間距離。

(2) 從R1導體投影到與T1同一面，得到R1′，然后將T1點和R1′點相連。測量弦長和印制電路板厚度，通過勾股定理便可得到T1與R1之間的電氣間隙，如圖8(b)所示。

2.3 T3與R1間的爬電距離

試驗示意圖如圖9所示[10]。

圖9 2013年7月T3與R1間試驗示意圖

(1) 路徑分析： R1與T3兩導體不在印制電路板的同一面，將R1垂直投影到反面，得R1′，測量T3與R1′之間的爬電距離，再通過勾股定理計算出T3到R1的爬電距離，如圖9(b)所示。

(2) 爬電路徑展開圖如圖10所示。

圖10 2013年7月T3與R1間試驗爬電路徑展開圖

2.4 T2與T3間的電氣間隙、爬電距離

試驗示意圖如圖11所示。

圖11 2013年7月T2與T3間試驗示意圖

2.4.1 電氣間隙

(1) 路徑分析： T2與T3兩導體在同一個平面，兩點間的最短空間距離就是電氣間隙。

(2) 測量方法： 通過讀數顯微鏡可直接測量，如圖11(b)所示。

2.4.2 爬電距離

(1) 考慮因素： 污染等級為3級，溝槽寬度最小值為1.5mm，按CTL DSH590決議規定，角度小于80°時需要橋接。

3 結束語

(1) 正確理解標準中關于電氣間隙和爬電距離的定義，是準確檢測和防止錯誤的關鍵。電氣間隙指兩導電部件在空氣中的最短距離，爬電距離指兩導電部件之間沿絕緣材料表面的最短距離，兩者之間的區別在于電氣間隙沒有絕緣體作陪襯，而爬電距離需要兩導體通過絕緣體表面才能形成。

(2) 爬電距離可從展開圖直觀了解，能夠直接測量時可直接測量，不能夠直接測量時可利用已知的量確定相互關系，通過計算得到。

(3) 多數情況下，可使用卡尺、千分尺、塞規等量具，選擇量具時需要滿足測量精度要求。在精度要求較高時，還需要使用放大鏡或讀數顯微鏡等設備，甚至還會用到數學模型和較復雜的數學計算。

[1] 國家認證認可監督管理委員會,中國家用電器研究院.爬電距離和電氣間隙試驗中期報告： CNAS T0529[Z].2010.

[2] 王勇.爬電距離和電氣間隙的測量方法[J].電氣開關,2010(6)： 70-73.

[3] 低壓系統內設備的絕緣配合 第1部分： 原理、要求和試驗： GB 16935.1—2008[S].

[4] 音頻、視頻及類似電子設備安全要求： GB 8898—2001[S].

[5] 國際電工委員會檢測實驗室委員會.CTL DSH590決議[Z].

[6] 黃科.印制板中爬電距離和電氣間隙檢測的探討[J].印制電路信息,2013(6)： 56-60.

[7] 王澤科,何建國,余云輝,等.電蚊香加熱器電氣間隙與爬電距離檢測注意事項[J].中華衛生殺蟲藥械,2011(4)： 323-324.

[8] 王奐,李凱.爬電距離與電氣間隙典型案例分析[J].電子世界,2012(17)： 47-48.

[9] 羅永兵,佘鐸.比對試驗中爬電距離測試分析[J].電子產品可靠性與環境試驗,2011,29(4)： 44-49.

[10] 張銳.電器產品的爬電距離和電氣間隙路徑繪制[J].認證技術,2011(3)： 54-55.

(編輯： 爾 東)

The key to measure the electrical clearance and creepage distance depends on correct understanding of the definition of electric clearance and creepage distance, accurate application of 80° criteria of CTL DSH590 resolution and consideration of the impact of different pollution levels to the electric clearance and creepage distance. The introduction on the two tests carried out in May 2010 and June 2013 may provide a reference for the future measurement of electric clearance and creepage distance and internal quality control in the laboratory.

Electric Clearance； Creepage Distance； Testing

2016年12月

董雪禮(1986— )，男，本科，工程師，主要從事低壓電器檢測和研究工作， E-mail： 476249433@qq.com

TM930

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