比對試驗中爬電距離測試分析

羅永兵，佘鐸

（長沙市產(chǎn)商品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所，湖南 長沙 410013）

1 引言

比對試驗是國際通行的實驗室能力驗證的有效方法之一。2010年4月，由能力驗證提供方CNAS電器分技術(shù)委員會/中國家用電器研究院組織實施了一次編號為CNAST0529的比對試驗。本次試驗針對一種印刷電路板樣品，進(jìn)行了爬電距離和電氣間隙的測量和確定，并考核參比實驗室應(yīng)用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及CTL決議590進(jìn)行分析測量的技術(shù)能力。通過此次試驗，反映了部分實驗室在爬電距離的分析和測量中存在的一些問題。本文就T0529比對試驗中爬電距離路徑的確定和爬電距離的測試問題提一管之見。

2 比對試驗的樣品和操作簡介

2.1 樣品說明

進(jìn)行本次爬電距離和電氣間隙試驗的樣品為某印刷電路板，其示意圖如圖1所示。

圖1 某印刷電路板的示意圖

圖1中，帶有“CHEARI-A”或“CHEARI-B”標(biāo)識的為樣片的正面；三角形白色區(qū)域代表樣片上的鏤空部分；T1、T2、T3、T4代表樣品正面的軌跡線；R1代表樣品背面的軌跡線。

2.2 操作說明

a）參考標(biāo)準(zhǔn)

本次能力驗證計劃依據(jù)的基礎(chǔ)方法標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 16935.1-2008第6.2條。另外，在相關(guān)的章節(jié)中也引用了 GB 8898、GB 4943、GB 2099.1、GB 16915.1、 GB 14536.1、 GB 15092.1、 GB 19212.1、GB 7000.1、GB 12350等產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求；并附加CTL決議590。

b）試驗說明

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

2）設(shè)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）爬電距離的測量值精確到0.01 mm。

3 基礎(chǔ)測量

a）印刷電路板的厚度為：1.99 mm，所使用的測量工具為：千分尺。

b）印刷電路板中軌跡線T2的寬度為：2.04 mm，所使用的測量工具為：讀數(shù)顯微鏡。

c）其它的基礎(chǔ)測量數(shù)據(jù)如圖2所示。

d）圖2所示的測量數(shù)據(jù)的說明：

圖2 與爬電距離相關(guān)的基礎(chǔ)測量數(shù)據(jù)

1）投影儀的測量數(shù)據(jù)：17.605、13.570、18.580、11.697、1.923、0.67；

2）讀數(shù)顯微鏡的測量數(shù)據(jù)：2.128、3.450、t1、t2、t3、t4、r1；

3）計算數(shù)據(jù)：5.406、11.477、4.035；

4）游標(biāo)卡尺+放大鏡的測量數(shù)據(jù)：IJ=21.36；

5）l=0.075 mm為讀數(shù)顯微鏡的測量數(shù)據(jù)；“l(fā)”為T1的上沿線和下沿線與AO交點到各自銅箔倒圓的最短距離（T1的上沿右側(cè)拐角與下沿右側(cè)拐角分別有倒圓存在）；

6）文中未標(biāo)注單位處均以mm為單位。

4 爬電距離的路徑與測量

設(shè)爬電距離為Cr。

4.1 T1與T2之間的爬電距離路徑

圖3 T1與T2之間的爬電距離路徑

T1與T2之間的爬電距離路徑如圖3所示，Cr=OB+BC+CD+I（I=0.75 mm如上所述）。

4.2 T1與T2之間的爬電距離

因污染等級為2級，所以x=1 mm，根據(jù)CTL 590決議，小于80°角用x線段短接跨越原則。

當(dāng) α+β=90° 時 sin(α+β)為最大值

4.3 T3與T4之間的爬電距離路徑

T3與T4之間的爬電距離路徑如圖4所示，Cr=OB+BC+CD。

圖4 T3與T4之間的爬電距離路徑

4.4 T3與T4之間的爬電距離

因污染等級為2級，所以x=1 mm，根據(jù)CTL 590決議，小于80°角用x線段短接跨越原則。

（注：x取值也可取電氣間隙的1/3，此情形二者均被認(rèn)可。）

4.5 T1與T4之間的爬電距離路徑

T1與T4之間的爬電距離路徑如圖5所示。Cr=CB+DE+l圖5（a）為爬電距離路徑的立體圖，圖5（b）左為樣片正視圖；圖5（b）右為樣片鏤空三角形以O(shè)O＇B所在切割面左視圖；圖5（b）下為OO＇B所在切割面以O(shè)O＇為軸逆時針旋轉(zhuǎn)90°后與OO＇E所在切割面處于同一平面的俯視圖。

圖5 T1與T4之間的爬電距離路徑

4.6 T1與T4之間的爬電距離

a）因污染等級為2級，所以x=1 mm，根據(jù)CTL 590決議，小于80°角用x線段短接跨越原則。

b）未連接的導(dǎo)電零部件，插入的絕緣距離規(guī)則。

c）設(shè) Cr1，Cr2，Cr3為 T1與 T4之間三種可能的爬電距離路徑所對應(yīng)的距離；Cr1-2為T1，T2間的爬電距離，Cr3-Cr3與T4之間的爬電距離。

4.7 T1與R1之間的爬電距離路徑

T1與R1之間的爬電距離路徑如圖6所示。圖6是如圖5（a）所示OO＇B所在切割平面以O(shè)O＇為軸逆時針旋轉(zhuǎn)90°后與OO＇C所在切割面處于同一平面的俯視圖。Cr=BC+I.

圖6 T1與R1之間的爬電距離路徑

4.8 T1與R1之間的爬電距離

5 結(jié)果與討論

5.1 爬電距離路徑的確定

準(zhǔn)確把握相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，正確確定爬電距離路徑。如4.5中所述及T1與T4之間的爬電距離路徑，根據(jù)GB 4943附錄F、圖F13插入未連接的導(dǎo)電部件條件：未連接的導(dǎo)電零部件，插入的絕緣距離，規(guī)則：電氣間隙是距離d+D爬電距離也是d+D。如果d或D值小于X應(yīng)認(rèn)為是零。初步判斷可能是三種爬電路徑，但是最終必須經(jīng)過4.6述及的計算才能夠最終確定正確的爬電距離路徑，最終確定時體現(xiàn)了概念中的最短距離原則。

圖7 插入未連接的導(dǎo)電零部件 (GB 4943附錄F、圖F13)

5.2 設(shè)備選擇與使用

基礎(chǔ)測量中鏤空三角形△AOB（如圖2所示）的兩個銳角經(jīng)測試∠A=60°，∠B=30°題目中注明：“樣片中的角全部按“尖角”考慮，不視為圓角?！蓖ㄟ^投影儀的測量可以獲得A點到T1、T2，B點到T3、T4之間比較滿意的數(shù)據(jù)。選擇其它設(shè)備則很難獲得類似結(jié)果。在測量過程中，△AOB中各線段0A、0B、AB被當(dāng)成直線看待時，應(yīng)盡投影儀的所能將儀器刻度線盡可能多地與相關(guān)直線段靠齊，以消除樣品因制造工藝“粗糙”引入的測量誤差。

5.3 關(guān)鍵數(shù)據(jù)與細(xì)節(jié)

如上所述，“尖角”是一個要素，△ABC中A、B兩點的確定對結(jié)果的影響很大；投影儀和讀數(shù)顯微鏡所測的數(shù)據(jù)又是一個關(guān)鍵。

如上所述，I=0.075 mm既是讀數(shù)顯微鏡測得又是關(guān)注細(xì)節(jié)所得。有觀點認(rèn)為，可以不予以考慮，但是以0.01 mm精度要求來看，I=0.075 mm這一細(xì)節(jié)是可以忽略的。

5.4 不同方法之間的差異

準(zhǔn)確理解爬電距離概念，正確選擇測量方法

爬電距離：在兩個導(dǎo)電零部件間沿絕緣材料表面的最短距離。

如圖3所示樣品中∠BAC=60°＜80°根據(jù)CTL決議590要求，此時測量涉及該溝槽爬電距離時應(yīng)當(dāng)應(yīng)用橋接規(guī)則，用短接尺寸“X”進(jìn)行橋接，X的值依樣品所處環(huán)境污染等級和電氣間隙而定。因污染等級為2，X取值為1 mm；由于種種原因，有觀點認(rèn)為：BC（X）線段取垂直于∠BAC平分線。

則：∵∠BAC=60°，AB=AC根據(jù) 4.2得：β=60° 根據(jù)4.2③式

∴得到T1與T2之間的爬電距離Cr1-2＇=8.485-1.868 ×Sin（ α+β）+ I=8.485-1.868Sin（32.37+60）+0.075=6.694≌6.69

同理，據(jù)此觀點根據(jù)4.4，如圖4所示AB=AC∠BAC=30°得：β=75°∵α=20.1°根據(jù)4.4③式可得T3與T4之間爬電距離Cr3-4＇=8.329-2.909 Sin（α+β）=8.329-2.909 Sin（20.1°+75°）=5.432

上述結(jié)果與4.2和4.4相應(yīng)結(jié)果比較差值分別為 ΔCr1-2=Cr1-2＇-6.692=6.694-6.692=0.002≈0.00mm，和ΔCr3-4=Cr3-4＇-5.420=5.432-5.420=0.012≈0.01 mm，雖然結(jié)果差異不大，本次試驗應(yīng)予以認(rèn)可，但不符合爬電距離概念的要求。

6 結(jié)束語

比對試驗結(jié)果證明：通過采取上述措施可以有效地減小誤差取得滿意的測量計算結(jié)果。

爬電距離的測量是電子電器產(chǎn)品安全檢測中的重要項目，對爬電距離做出限制是為了防止在兩導(dǎo)體之間，沿絕緣材料的表面形成導(dǎo)電路徑，進(jìn)而導(dǎo)致絕緣材料的劣化而造成不合理的危險。爬電距離是電子電器產(chǎn)品設(shè)計和制造過程中必須正確理解并慎重考慮和嚴(yán)格控制的，爬電距離測試也是諸多電子電器產(chǎn)品必不可少的安全測試項目。

通過參加比對試驗，實驗室可以發(fā)現(xiàn)問題，持續(xù)改進(jìn)，提高技術(shù)能力，提高電子電器安全檢驗總體水平。

[1]GB/T 16935.1-2008，低壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的絕緣配合第1部分：原理、要求和試驗[S].

[2]GB 4943-2001，信息技術(shù)設(shè)備的安全[S].

[3]GB 8898-2001，音頻、視頻及類似電子設(shè)備安全要求[S].

[4]GB 16915.1-2003，家用和類似用途固定式電氣裝置的開關(guān)第1部分：通用要求[S].

[5]GB 7000.1-2007，燈具第1部分：一般要求與試驗[S].

[6]CTL決議590(CTL DECISION SHEET)-DSH No：590[S].