電子電氣產品爬電距離影響因素及路徑選擇分析

袁行超，郭正銘，周晟，劉童

（四川省電子產品監督檢驗所，成都 610000）

引言

隨著科技的不斷進步，生活水平的不斷提高，電子電氣產品全面的走進人們日常生活中，方便著我們的同時也影響著我們，其中最重要的就是其安全性與我們息息相關。我們對電子電氣產品的要求也越來越高，既要美觀，又要方便小巧，還要使用方便，這樣勢必會對其安全性提出更嚴苛要求。因為隨著產品體積的減小隨之而來的就是絕緣系統的壓縮，其中之一就是產品的爬電距離的減小，但最終還是需要滿足最小爬電距離的要求，這樣才不會因產品安全而構成危害和損失[1]。

在安規檢測中爬電距離的影響因素很多，常常會因為忽略了其中某個因素而造成測試錯誤，給最終面市的產品帶來安全隱患。

1 爬電距離的定義

爬電距離[1]（Creepage Distance，縮寫為cr）是指沿電子電氣產品絕緣的物理表面測得的兩個導電部件之間；或者導電部件和電子電氣產品防護界面之間的最短路徑。爬電距離的大小應使得絕緣在確定的條件下（給定的工作電壓和污染等級等）不會產生電擊閃絡或絕緣擊穿（例如，由于電痕化引起的）。

2 爬電距離的影響因素

由于爬電距離考核的是絕緣表面的電流路徑，所以影響絕緣材料表面的爬電距離的主要因素有：①工作電壓；②污染等級；③材料組別；④絕緣類型；⑤電氣間隙限值等。

1）工作電壓[1]：應當使用電子電氣產品實際測試得到的有效值工作電壓或直流電壓值。當在測試確定有效值工作電壓的時候，需要注意一下要求：①對于所有波形輸入，應當使用測試的到的有效值；②如果是直流值，則不用考慮任何其他疊加的紋波電壓；③短時條件不應考慮在內（例如：TNV電路當中的韻律振鈴型號）；④非重復性瞬態值（例如：由于大氣放電干擾引起的）不應考慮考慮在內。

2）污染等級[1]：電子電氣產品的絕緣所處的微觀使用環境。這樣的微觀環境可以劃分為4級：

污染等級1：適用于使用在完全沒有污染或者只有干燥的、不導電污染的場合。這類污染對絕緣沒有影響，常見的方式是通過封裝或者氣密密封來實現，使得外部的灰塵和濕氣不能進入。

污染等級2：適用于使用在只有非導電污染的場合。這種污染是由于偶然的水汽凝結可能成為導電的干燥的非導電污染。一般我們生活當中的音視頻、信息類電子電氣產品所適用的安規標準，都是屬于污染等級2的條件。

污染等級3：適用于電子電氣產品內一部分使用環境要受到導電污染、受到由于可預期的水汽凝結引起的導電的干燥非導電污染環境。

污染等級4：適用于會對電子電氣產品產生長時間的導電性污染。例如導電的灰塵、淋雨或任何其他潮濕環境而引起的污染環境。

3）材料組別[1]：材料組別取決于相比電痕化指數（CTI）。在不同的電壓和污染等級下電子電氣產品的絕緣材料的性能是非常復雜的，而且在不同的條件下絕緣材料可能會呈現出不同的特性，不僅是電痕化，所以絕緣材料與根據相比電痕化指數劃分的材料組別無直接的光聯。但是根據實際情況和長時間的試驗結果統計來看，具有較高相關性能的絕緣材料的排列也和按照相比電痕化指數（CTI）相應的分級結果大致相同，因此在考核電子電氣產品爬電距離的時候使用CTI值進行絕緣材料分類。分類如表1。

表1 絕緣材料組別與CTI值對應關系

在實際電子電氣產品安規檢測當中，如果不清楚絕緣材料的組別，允許假定材料組別為Ⅲb。

4）絕緣類型[1]：絕緣（insulation）是電子電氣產品安全檢測中一個最重要的概念，絕緣的基本作用是切斷電流回路，用于隔離導體避免互相接觸，在實際應用中起到保證電子電氣產品正常工作和實現電擊防護的作用，避免造成人員傷害和財產損失。絕緣分為以下幾種類型：

①基本絕緣（basic insulation）：基本絕緣是指對電擊防護提供基本保護的絕緣。例如：一般電子電氣產品所使用的電源線，內部直接包裹金屬導體的那層護套，就是起到基本絕緣功能。

②附加絕緣（supplementary insulation）：附加絕緣是指依靠在基本絕緣上另加的單獨絕緣，在基本絕緣失效的時候能夠起到防電擊作用的絕緣。例如：基本絕緣例子里面的電源線最外層護套，就是起到附加絕緣的功能。

③雙重絕緣（double insulation）：雙重絕緣是指由基本絕緣加上附加絕緣構成的絕緣體系。例如：電源線導體護套加上最外層護套就構成了雙重絕緣。

④加強絕緣（reinforced insulation）：加強絕緣是指即使只是單一的絕緣結構，但也能像雙重絕緣一樣提供相當的電擊防護功能。例如：安全隔離變壓器初級繞組與次級繞組之間隔離用的絕緣膠帶，如果能滿足加強絕緣的相關要求（如：抗電強度等），就能作為加強絕緣使用。

⑤功能絕緣（functional insulation）：功能絕緣是指電子電氣產品正常工作所需要的絕緣。此絕緣并不能起到防電擊的作用，但是能減少線路短路、著火等安全危害。例如：信息類產品中的電源適配器輸入端L-N之間，只要滿足功能絕緣就能滿足安規要求。

5）電氣間隙限值[1]：電氣間隙（clearance，縮寫為cl）是指電子電氣產品內兩個導電部件之間或者導電部件和電子電氣產品防護界面之間最短的空間距離。電氣間隙限值是根據相關安規要求，得到的滿足安規標準的最小值，如果在安規測試時最小爬電距離要求值小于電氣間隙限值，這時的爬電距離限值只能選擇電氣間隙限值。

因此，由于影響爬電距離的因素眾多，所以在實際安規檢測過程中，需要謹慎的考慮相關問題，這樣才能做出正確的路徑選擇。

3 爬電距離的路徑選擇示例

在選取爬電距離路徑的時候，就不得不提到路徑當中的縫隙或者開槽，一般在安規標準當中把此值定義為X值：為測量路徑當中的一條任意深度、寬度為X mm的縫隙或溝槽。

X值得選取規則為：①當所示距離小于X值時，直接跨過此縫隙或溝槽；②當通過相關安規標準要求得到的最小電氣間隙限值大于或等于X值時，污染等級與X值之間的選擇關系才能使用。如果確定后的最小電氣間隙限值小于3 mm，X值就要在與污染等級相對應的值和最小電氣間隙限值的1/3之間選擇。具體對應關系見表2。

表2 電子電氣產品所在的微觀環境（污染等級）與溝槽或縫隙值（X mm）對應關系

在電子電氣產品安規標準中示例了很多種測量路徑的示例，如果有需要可以對應查詢相應標準，在此僅舉例討論幾個比較典型易錯的示例，見下文：

1）當測量路徑當中有一條內角小于80°（參見決議CTL0590）和寬度大于X值的V形溝槽時，爬電距離如圖1所示。

圖1 內角小于80 °且寬度大于X值的V形溝槽

2）當測量路徑上有一條未粘合的接縫，而且在該接縫的一邊有寬度小于X值的溝槽，另一邊有寬度大于等于X值的溝槽，爬電距離如圖2所示。

圖2 兩端溝槽，一邊寬度小于X值，另一邊寬度大于等于X值

3）當測量路徑是窄凹槽（參見決議CTL0717）時，爬電距離如圖3所示。

圖3 窄凹槽

4）當測量路徑是寬凹槽（參見CTL決議0717）時，爬電距離如圖4所示。

圖4 寬凹槽

這些路徑示例很好的給出了測量參照，在出現爭議時也有CTL決議作為輔助參考，如果能嚴格按照示例來測量，結合爬電距離影響因素，就會減少在實際測試當中出現錯誤的概率。

4 實際案例

在實際安規測試過程中，常常出現與示例類似情況的路徑，下面是兩個具體實例。

1）圖5是一只開關電源適配器電源板背面照片。

圖5 白框內光電耦合器引腳之間有開槽

此次需要測量光電耦合器引腳之間的爬電距離，具體測試步驟為：根據產品適用的安規標準（GB 4943.1-2011），屬于污染等級2，材料組別未知（默認材料組別Ⅲb），絕緣類型為加強絕緣，實際測試的有效值工作電壓為220 V~，電氣間隙限值為6.0 mm，開槽距離＞1.0 mm，所以本次測量爬電距離要求值也是6.0 mm，具體路徑為圖6中白色標注路徑，通過游標卡尺等測量工具，得到此次爬電距離為8.7 mm，滿足標準要求。

圖6 白色路徑為光電耦合器的爬電距離路徑

2）圖7是我們參與的某次能力驗證的樣品。

圖7 帶溝槽的印制板電路

給定的測試條件：某個電子電氣產品內部的印制板，正常使用情況是屬于污染等級2，印制板的各方向上的角都按照“尖角”來考慮，不認為是帶弧度的圓角。

此次測量我們依據的標準是GB 8898-2011，需要測量元件T1跟元件T2之間的爬電距離，元件T3跟元件T4之間的爬電距離，還有就是元件T1與元件T4之間的爬電距離。具體測試如表3。

表3 元件之間爬電距離路徑與計算過程

5 建議

電子電氣產品的爬電距離測量是復雜且繁瑣的過程，需要工程師在日常檢測過程中必須熟記影響因素，針對具體產品具體分析，不同的條件組合，都會對應不同的爬電距離限值，而且測量儀器的選擇也會對測量結果產生重大影響，因此需要謹慎的心態，細心嚴謹的工作態度，這樣在測量時就不會對產品出現錯判、漏判現象，使后續面市的產品才不會對使用者造成傷害。

6 小結

爬電距離是電子電氣產品防電擊傷害的重要項目之一，而合格的爬電距離設計能有效避免一些電擊傷害的發生，從產品的設計之初就要充分考慮爬電距離的要求，使設計的產品首先能滿足相關地區標準要求，又能滿足市場需求。借此希望通過爬電距離影響因素及路徑選擇的淺析，能對產品設計從業者及新入安規檢測行業的工程師提供一些參考，快速掌握爬電距離的測試。