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电气产品爬电距离与电气间隙试验能力验证的探讨

2024-11-11 50 上传者：管理员

摘要：电气间隙与爬电距离测试是电气领域能力验证的结构项目之一，主要考核实验室对路径的选择和计算过程是否正确。本文以2024年由威凯检测技术有限公司组织的CVC2024C01电气产品爬电距离与电气间隙试验能力验证为例，重点对电气间隙和爬电距离能力验证的测试路径的选择和技术难点进行分析，对于相关技术人员今后开展能力验证计划和类似测试试验具有一定的指导意义。

关键词：
污染等级
爬电距离
电气间隙
能力验证
跨接宽度
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电气间隙是空气路径中的两点之间的最短距离，而爬电距离是通过物体表面的最短距离。爬电距离考核绝缘在给定的工作电压和污染等级下的耐受能力，而电气间隙是防范跨接于绝缘上的瞬态过电压或重复峰值电压。电气间隙与爬电距离主要影响产品的电气安全和人身安全，几乎每类电器产品所对应的安全标准都涉及电气间隙和爬电距离这两个参数。电气间隙与爬电距离的正确路径选择和测量是电气安全领域检测人员必须掌握的技能，因此经常作为电气领域能力验证的结构项目之一。本文以2024年由威凯检测技术有限公司组织的CVC2024C01电气产品爬电距离与电气间隙试验能力验证为例，重点对电气间隙和爬电距离能力验证的测试路径的选择和技术难点进行分析。实验室在本次能力验证试验的完成情况能够在一定程度上反映实验室检测人员在电气安全检测领域的能力和水平。本实验室参加本次能力验证计划的结果为：满意。

本次能力验证试验依据GB/T 16935.1-2023、IEC60664-1:2020、GB 4706.1-2005、GB 7000.1-2015、GB4943.1-2022、IEC 62368-1:2023、GB 9706.1-2020、GB/T 3883.1-2014等适用标准进行，此外本次能力验证计划还遵循CTL决议717和CTL决议590的相关要求。本次试验中参考的标准为GB 7000.1-2015。

1、能力验证测试样品的环境和条件

⑴本次试验的样品为一个特制的PCB板（印制电路板），样品的外观如图1、图2所示。

⑵试验环境温度为20℃±5℃，海拔高度为2000m以下。

图1 样品外观图

图2 样品示意图

⑶设定样品的污染等级为2级。

⑷本项目不考虑样品带电件之间的绝缘类型和工作电压，因此设定尺寸X的最小值如表1所示。

⑸如图2所示，样品金属部件T1～T5均视为紧贴镂空边缘，镂空槽位置①视为直角，镂空槽位置②视为矩形槽，镂空槽位置③视为尖角，不视为圆角。

表1 尺寸X的最小值

⑹测量T2到T3的爬电距离数值，测试结果保留至小数点后2位。

⑺绘制T1到T2的爬电距离路径、电气间隙路径，并描述路径绘制的关注点。

⑻绘制T1到T5的爬电距离路径、电气间隙路径，并描述路径绘制的关注点。

测量的难点在于样品中存在沟槽、凹槽等，因此在测量过程中，需要应用到X值跨接、V型槽的80°应用原则等方法，这些方法的应用将在测量过程中进行分析。

2、试验方法与测量

2.1 基础测量及T2到T3的爬电距离数值

对于本样品测量PCB板厚度，使用游标卡尺进行测量比较合理。测量矩形开槽宽度，以及T2到T3的爬电距离数值，使用影像测量仪进行测量比较合理。PCB板厚度实验室测试结果为1.52mm，矩形开槽宽度实验室测试结果为1.87mm。

T2到T3的爬电距离路径和电气间隙路径相同，均为T2到T3的直线距离。T2到T3的爬电距离数值实验室测试结果为10.16mm，指定值为10.03mm，能力评定标准差为0.066mm,Z比分数为1.97，评价结果为：满意。

2.2 T1到T2的爬电距离路径、电气间隙路径

2.2.1 爬电距离路径选择

如图3所示，T1到T2的爬电距离从E经过矩形槽底部D、C，沿着绝缘材料表面经过B，最后沿着镂空边沿经过A，形成最终路径，即路径为ED+DC+CB+BA如图3所示。其中A为T2端点，E为DC延长垂直于T1的垂点。

图3 T1到T2爬电距离路径、电气间隙路径

图4 T1到T5爬电距离路径、电气间隙路径

2.2.2 爬电距离考核要点

首先，在E-D段，需确认E-D是否是D到T2导体的最短点。只需确认T1导体的长度与矩形槽的深度，若T1导体的长度大于矩形槽的深度，E即为垂直于T1导体的垂点；若T1导体的长度小于等于矩形槽的深度，E即为垂直于T1导体的端点。显而易见，T1导体的长度大于矩形槽的深度。T1导体从E经过矩形槽底部DC。

其次，在D-C段，考核要点为凹槽跨接。当矩形槽宽度大于X值，爬电距离路径将沿着矩形槽绝缘材料表面；当矩形槽宽度小于等于X值，爬电距离路径将跨接矩形槽。实际测量时，矩形槽宽度为1.87mm。沿着绝缘材料表面经过B，最后沿着镂空边沿经过A，到达T2导体，形成最终路径。

2.2.3 电气间隙路径选择和考核要点

由于T1到T2在同一平面内，电气间隙为空气中直线最短距离。因此T1与T2之间的电气间隙取空间两点的连线距离，即路径为FA。

2.3 T1到T5的爬电距离路径、电气间隙路径

2.3.1 爬电距离路径选择

如图4所示，由于T1到T5中间存在T4导体，因此T1到T5的爬电距离=T1到T4的爬电距离+T4到T5的爬电距离。T1到T4的爬电距离从A’沿着镂空边沿经过A’-B’,在V型槽底部进行跨接经过B’-C’，再沿着镂空边沿经过D’，到达T4导体，形成T1到T4的爬电距离路径；T4到T5的爬电距离从E’沿着为镂空边沿经过E’-F’，形成T4到T5的爬电距离路径。即T1到T5的爬电距离路径为A’B’+B’C’+C’D’+E’F’，如图4所示。其中A’为T1端点，D’、E’为T4端点，F’为T5端点，B’C’=1.0mm。

2.3.2 爬电距离考核要点

在B’-C’段，考察要点为V型槽的80°应用原则和X值跨接，按照CTL DSH 590决议，样品内夹角小于80°，且有V型槽并且宽度大于X的情况下，需在沟槽底部选取跨接宽度X值连线短接测量。X值是根据相应的污染等级规定的最小值。设定样品的污染等级为2级，X值为1.0mm。

而在A’-B’、C’D’、E’-F’段，爬电距离路径将沿着镂空边沿T1导体到达T4导体再到达T5导体，形成最终路径。

2.3.3 电气间隙路径选择和考核要点

由于T1到T5在同一平面内，但T1到T5中间间隔了T4导体，电气间隙有可能为空气中直线最短距离，即路径G’F’，其中G’为T1端点；也有可能是T1到T5的电气间隙=T1到T4的电气间隙+T4到T5的电气间隙，即路径A’D’+E’F’。若路径G’F’长度大于路径A’D’+E’F’，路径A’D’+E’F’为T1到T5电气间隙路径；若路径G’F’长度小于路径A’D’+E’F’，路径G’F’为T1到T5电气间隙路径。显而易见，路径G’F’长度大于路径A’D’+E’F’，因此路径A’D’+E’F’为T1到T5电气间隙路径。

3、本次能力验证试验的总结

⑴选择合适的测量工具。测量PCB板的厚度时，应选用游标卡尺或千分尺，而不宜选用带刻度的透镜或影像测量仪，对PCB板的被测面存在对焦不准的可能性，易产生误差；而测量矩形开槽宽度，以及T2到T3的爬电距离数值，则应选用带刻度的透镜或影像测量仪，而不宜选用游标卡尺或千分尺，实际操作中游标卡尺等在PCB板中操作不便，易产生误差，也容易对样品产生刮痕。

⑵关于样品直角、矩形槽、尖角的处理。如图2所示，在检测要求中已对样品作出了标注。因工艺水平问题，实际的PCB板无法达到理想的直角、矩形槽、尖角，加工近似于圆角。因此，标注侧重于对样品的描述，而不是对测量的引导。对于检测人员而言，更为关键的是在如何对T1到T2爬电距离路径中对X值跨接原则、T1到T5爬电距离路径中对V型槽的80°应用原则的理解。

⑶爬电距离路径跨接宽度X的取值。根据GB/T16935.1-2023的6.8的规定，当污染等级为2时，X的最小值为1.0mm，这与本次能力验证的检测要求是一致的。有关的电气间隙小于3mm，则尺寸X的最小值可减小至该电气间隙的1/3[1]。在GB 7000.1-2015的11.2.1的规定中，宽度小于1mm的槽口，其爬电距离仅计算槽口的宽度。小于1mm宽的任何空气间隙，在计算总电气间隙时忽略不计，但当总电气间隙小于3mm时，要用1/3电气间隙的宽度代替上述的1mm[2]。另外在GB 9706.1-2020的8.9.4[3]中，以及GB 4943.1-2022的附录O[4]、GB/T 3883.1-2014的附录A[5]中也有类似的描述。依据标准之间的差异以及标准表达不明确，有可能导致爬电距离路径跨接宽度X的取值会随着电气间隙小于3mm而有所变化。本次能力验证的检测要求中强调了本项目不考虑样品带电体之间的绝缘类型和工作电压，电气间隙也明显大于3mm，因此尺寸X的最小值就应为1.0mm。

4、结语

电气间隙的路径选择只需考虑两导体间最小距离即可，而爬电距离的路径还需要考虑跨接的情况。电气间隙和爬电距离的难点在于路径的选择，能够考查实验室以及试验人员对标准定义、测试方法以及各项规则的理解，比如涉及的CTL决议717和CTL决议590。另外本次能力验证试验因为所有的金属部件都在同一平面内，并没有涉及到对空间展开分析的能力和灵活运用空间展开成平面的方法。本次试验的样品采用了PCB板，但也有可能采用端子、变压器、插座等实物，检测人员要做到举一反三，针对具体的产品选用恰当的标准。实物的情况比PCB板要更为复杂，需要具体情况具体分析，比较各种路径的数值以确定最终路径，保证结论的准确性。

参考文献:

[1]GB/T 16935.1-2023,低压供电系统内设备的绝缘配合第1部分:原理､要求和试验[S].

[2]GB 7000.1-2015,灯具第1部分:一般要求与试验[S].

[3]GB 9706.1-2020,医用电气设备第1部分:基本安全和基本性能的通用要求[S].

[4]GB 4943.1-2022,信息技术设备安全第1部分:通用要求:[S].

[5]GB/T 3883.1-2014,手持式电动工具的安全第一部分:通用要求[S].

文章来源:钟灿熙,刘钟旭,陈伟东.电气产品爬电距离与电气间隙试验能力验证的探讨[J].广东建材,2024,40(11):96-98.