新版GB 19865中爬電距離和電氣間隙檢測(cè)技術(shù)的研究

梁澄波 蔡屹 索彥彥 周嘉鵬

（深圳出入境檢驗(yàn)檢疫局 廣東深圳 518045）

新版GB 19865中爬電距離和電氣間隙檢測(cè)技術(shù)的研究

梁澄波 蔡屹 索彥彥 周嘉鵬

（深圳出入境檢驗(yàn)檢疫局 廣東深圳 518045）

對(duì)新舊版GB19865中爬電距離和電氣間隙的技術(shù)要求進(jìn)行比對(duì)分析，研究污染等級(jí)和材料絕緣性能對(duì)測(cè)量的影響，并提出測(cè)量路徑與規(guī)則，有助于提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。

電玩具；爬電距離；電氣間隙；功能性絕緣；污染等級(jí)；測(cè)量路徑

1 前言

大量檢驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，20%以上的電玩具存在不同程度的安全隱患。其中，因玩具設(shè)計(jì)不良或安裝不當(dāng)導(dǎo)致的“爬電距離和電氣間隙”不足，輕則可引起玩具表面溫度過高，燙傷兒童使用者，嚴(yán)重的甚至?xí)a(chǎn)生電擊危險(xiǎn)和導(dǎo)致玩具內(nèi)部電路短路起燃引起火災(zāi)，危及使用者的生命健康和財(cái)產(chǎn)安全。我國(guó)出口玩具因相關(guān)安全質(zhì)量問題而導(dǎo)致返修和退貨的情況時(shí)有發(fā)生。

電氣間隙是指兩個(gè)導(dǎo)電部件之間或一個(gè)導(dǎo)電部件與玩具可觸及表面之間的空間最短距離，它防范的是跨接于絕緣上的瞬態(tài)過電壓或重復(fù)峰值電壓；爬電距離是指兩個(gè)導(dǎo)電部件之間或一個(gè)導(dǎo)電部件與玩具可觸及表面之間沿絕緣材料表面的最短距離，它考核絕緣在給定的工作電壓和污染等級(jí)下的耐受能力。

IEC62115、EN62115、GB19865等國(guó)內(nèi)外電玩具安全標(biāo)準(zhǔn)對(duì)玩具中的“爬電距離和電氣間隙”都提出了安全要求，但都沒有給出具體的檢驗(yàn)方法。而該項(xiàng)目的檢測(cè)涉及多方面的技術(shù)內(nèi)容，難點(diǎn)很多，往往同樣的樣品也有不同的檢測(cè)結(jié)果，導(dǎo)致判斷失誤。國(guó)內(nèi)外多次對(duì)比試驗(yàn)和平時(shí)的實(shí)際檢測(cè)均顯示，由于沒有統(tǒng)一的檢驗(yàn)方法，對(duì)同一個(gè)電玩具，如果由不同的檢驗(yàn)人員進(jìn)行測(cè)試，他們所選擇的檢測(cè)部位、測(cè)試路徑可能都有很大差異，這將導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果大相徑庭。

為了便于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求的理解并增加可操作性，本研究主要進(jìn)行了以下內(nèi)容：比對(duì)即將出版的新版GB19865《電玩具的安全》（下稱新版標(biāo)準(zhǔn)）和現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB19865-2005《電玩具的安全》（下稱舊版標(biāo)準(zhǔn)）中爬電距離和電氣間隙技術(shù)要求；探討污染等級(jí)和不同絕緣材料對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響；研究確定各種情況下“爬電距離和電氣間隙”的計(jì)算規(guī)則與測(cè)試條件并圖示定義計(jì)算規(guī)則和測(cè)試路徑。

2 新舊版標(biāo)準(zhǔn)中爬電距離和電氣間隙技術(shù)要求的比對(duì)

新版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)第18章爬電距離和電氣間隙的技術(shù)要求進(jìn)行了較大修改，其主要技術(shù)內(nèi)容等同采用IEC62115：2011《Electric toys-Safety》中第18章爬電距離和電氣間隙的技術(shù)要求。

2.1舊版標(biāo)準(zhǔn)中爬電距離和電氣間隙技術(shù)的要求

舊版標(biāo)準(zhǔn)第18章的技術(shù)內(nèi)容為“功能絕緣的電氣間隙和爬電距離應(yīng)不小于0.5 mm?！?/p>

2.2新版標(biāo)準(zhǔn)中爬電距離和電氣間隙技術(shù)的要求

新版標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)內(nèi)容修改為“功能絕緣的電氣間隙和爬電距離應(yīng)不小于0.5 mm，除非用這個(gè)距離短路試驗(yàn)時(shí)玩具仍滿足第9章要求。然而，印刷電路板的功能絕緣，除電路板的邊緣外，這個(gè)距離可減少至0.2 mm，只要玩具在正常使用過程中，該絕緣所處位置的微環(huán)境污染不太可能超過2級(jí)污染程度。滿足14.15條、電壓超過24 V的玩具內(nèi)部部件，其功能絕緣的電氣間隙和爬電距離應(yīng)等于或大于GB 4706.1表18中污染等級(jí)2的限值，除非該距離短路玩具仍滿足第9章要求［1］?！?/p>

2.3新舊版標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求比對(duì)

新版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)爬電距離和電氣間隙的技術(shù)要求做了大幅的修改。對(duì)印刷線路板或小功率的電玩具，考慮到其實(shí)際危害性小和功能需要，增加了相關(guān)的放寬或豁免條件；例如印刷電路板中功能絕緣的電氣間隙和爬電距離可減少至0.2 mm；將功能絕緣的電氣間隙和爬電距離短路后能滿足標(biāo)準(zhǔn)第9章溫升要求的電玩具，對(duì)其功能絕緣的電氣間隙和爬電距離不作要求。

另外，對(duì)電壓超過24 V的電玩具還增加了污染等級(jí)和絕緣材料等新的技術(shù)內(nèi)容，其功能絕緣的電氣間隙和爬電距離應(yīng)等于或大于GB 4706.1表18中污染等級(jí)2的限值，詳見表1。

表1　功能性絕緣的最小爬電距離（污染等級(jí)2）

表1顯示，工作電壓越高，其對(duì)應(yīng)的限值也就越大。新版標(biāo)準(zhǔn)考慮到高電壓可能產(chǎn)生更大的危害，因此規(guī)定電玩具的工作電壓最高不得超過5 000 V，其中對(duì)工作電壓超過4000V的功能性絕緣最低限制要求為20 mm，遠(yuǎn)大于舊版標(biāo)準(zhǔn)要求的0.5 mm限值。

2.4新舊版標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試實(shí)例比對(duì)

首先，通過兩個(gè)測(cè)試實(shí)例對(duì)新舊版標(biāo)準(zhǔn)的爬電距離和電氣間隙技術(shù)要求進(jìn)行比對(duì)。圖1所示為一款電玩具的印刷線路板，經(jīng)測(cè)量，其電源正負(fù)極間間的電氣間隙為0.35 mm，小于舊版標(biāo)準(zhǔn)要求的限值0.5mm，大于新版標(biāo)準(zhǔn)要求的限值0.2mm，不符合舊版標(biāo)準(zhǔn)要求，但符合新版標(biāo)準(zhǔn)要求，可見新版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)印刷線路板的爬電距離和電氣間隙放寬了要求。

圖2為一款電動(dòng)乘騎玩具車的開關(guān)引線焊接腳，其中左端焊腳的紅色引線連接電源/電池的正極，中間焊腳的黑色引線連接電源/電池的負(fù)極，工作電壓26V。經(jīng)測(cè)量，上述不同極性的兩帶電部件間絕緣的電氣間隙為0.55mm，大于舊版標(biāo)準(zhǔn)要求的限值0.5mm，但小于新版標(biāo)準(zhǔn)要求的限值0.6mm，符合舊版標(biāo)準(zhǔn)要求，但不符合新版標(biāo)準(zhǔn)要求?？梢钥闯?，新版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電壓超過24 V的電玩具要求更高，更嚴(yán)謹(jǐn)，更切合實(shí)際情況。

圖1　印刷線路板的示例

圖2　工作電壓超過24V的示例

3 污染等級(jí)和材料絕緣性能的探討

影響爬電距離和電氣間隙的因素很多，其中污染等級(jí)和材料的絕緣性能（即CTI值）與測(cè)量結(jié)果密切相關(guān)。

3.1污染等級(jí)

污染是由外來物質(zhì)（包括固體、液體和氣體）造成的，其結(jié)果是橋接小的電氣間隙，降低絕緣材料的表面電阻，使之承受不了電路中可能出現(xiàn)的最大瞬態(tài)過電壓。因此使用外殼，包括密封可以有效減少污染［2］。根據(jù)新版標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求，微觀環(huán)境的污染等級(jí)規(guī)定有以下4級(jí)：

——污染等級(jí)1：無污染或僅有干燥的、非導(dǎo)電性的污染，該污染沒有任何影響；

——污染等級(jí)2：一般僅有非導(dǎo)電性污染，然而必須預(yù)期到凝露會(huì)偶然發(fā)生短暫的導(dǎo)電性污染；

——污染等級(jí)3：有導(dǎo)電性污染或由于預(yù)期的凝露使干燥的非導(dǎo)電性污染變?yōu)閷?dǎo)電性污染。

——污染等級(jí)4：由于導(dǎo)電粉塵或雨水或雪花引起的產(chǎn)生持久導(dǎo)電性的污染。

注：4級(jí)污染不適用于器具。

就電玩具而言，因?yàn)槭褂铆h(huán)境比較好，通常僅有非導(dǎo)電性污染，且玩具中電氣部件基本都采用全封閉的外殼，所以一般采用污染等級(jí)1或2；但對(duì)某些特殊功能的玩具，例如在水中玩耍的電動(dòng)船和可清洗的電玩具等，則應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用情況確定其是否適用更高的污染等級(jí)。另外，新版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定24V以上的電玩具，其功能絕緣的電氣間隙和爬電距離應(yīng)等于或大于GB 4706.1表18中污染等級(jí)2的限值，這只是對(duì)其限值作出了規(guī)定，并不影響其污染等級(jí)的分類。

3.2材料絕緣性能（材料組別）

絕緣材料因污染、泄漏電流和閃爍放電的綜合作用，其表面受到損傷，并逐步形成導(dǎo)電通道，即所謂的“漏電起痕”。材料按其CTI（相比漏電起痕指數(shù)）值被分為4個(gè)組別：材料組別Ⅰ，CTI≥600；材料組別Ⅱ，400≤CTI＜600；材料組別Ⅲa，175≤CTI＜400；材料組別Ⅲb，100≤CTI＜175。

上面的CTI值是指按GB4706.1的規(guī)定，在為此目的專門制備的樣品上，用特定溶液來試驗(yàn)所獲得的數(shù)值（材料表面能經(jīng)受住50滴電解液而沒有形成漏電起痕跡的最高電壓值）［3］。

對(duì)玻璃、陶瓷或其他不產(chǎn)生漏電起痕的無機(jī)絕緣材料，爬電距離無需大于其相關(guān)的電氣間隙，這就是輸變電設(shè)備選用這類絕緣材料的原因之一。在設(shè)計(jì)爬電距離時(shí)，應(yīng)在固體絕緣表面盡可能設(shè)置一些橫的凸拱和槽，以阻斷漏電流途徑，延緩漏電起痕的進(jìn)程［2］。

根據(jù)新版標(biāo)準(zhǔn)第18章的要求，滿足該標(biāo)準(zhǔn)14.15條款、電壓超過24 V的玩具內(nèi)部部件，其功能絕緣的電氣間隙和爬電距離應(yīng)等于或大于GB 4706.1表18中污染等級(jí)2的限值。因此，相關(guān)電玩具根據(jù)不同的材料組別，其爬電距離限值為：材料組別Ⅰ，0.6 mm；材料組別Ⅱ，0.8 mm；材料組別Ⅲa/Ⅲb，1.1 mm［3］。

3.3最小導(dǎo)電距離（溝槽尺寸）X

不同污染等級(jí)的電玩具對(duì)應(yīng)不同的X，小于該距離的溝槽可認(rèn)為爬電距離和電氣間隙相同。本文第4章示例中的X是根據(jù)IEC 60664-1相應(yīng)的污染等級(jí)規(guī)定的最小值，見表2。如果有關(guān)的電氣間隙小于3 mm，則X的最小值可減小至該電氣間隙的1/3［4］。

表2　不同污染等級(jí)對(duì)應(yīng)的X值

4 測(cè)量路徑與規(guī)則

測(cè)量爬電距離和電氣間隙時(shí)要結(jié)合電玩具相關(guān)功能性絕緣的污染等級(jí)和X，根據(jù)IEC 60664-1的相關(guān)要求，確定其測(cè)量路徑和規(guī)則。測(cè)量時(shí)，將電玩具相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部件處于最不利的位置，測(cè)定它們之間的爬電距離和電氣間隙。測(cè)量爬電距離和電氣間隙的方法示于以下示例中，其中虛線符號(hào)“-----”表示電氣間隙，陰影線符號(hào)“”表示爬電距離［4］。

由于新版標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，對(duì)電壓超過24 V的電玩具，其功能絕緣的電氣間隙和爬電距離應(yīng)等于或大于GB 4706.1表18中功能性絕緣的最小爬電距離（污染等級(jí)2）的限值，詳見表1，也就是說相同工作電壓條件下的電氣間隙和爬電距離的限值相同。通過以下示例，可以佐證爬電距離一定大于或等于電氣間隙，因此，在實(shí)際測(cè)量中，只需測(cè)量電氣間隙的值。

4.1路徑含凹槽的示例

（1）凹槽可以忽略

凹槽可以忽略的示例見圖3，所考慮的路徑包括寬度＜X mm而深度為任意的平行邊或收斂邊的凹槽，因?yàn)榘疾蹖挾刃∮谖廴镜燃?jí)要求，所以在實(shí)際測(cè)量中爬電距離和電氣間隙直接跨過槽測(cè)量即可，這種情況下爬電距離等于電氣間隙。

圖3　凹槽可以忽略的示例

（2）凹槽需要考慮

凹槽需要考慮的示例見圖4，所考慮的測(cè)量路徑包括任意深度且寬度≥X mm的平行邊的槽，由于槽寬度超過污染等級(jí)要求，所以該部件爬電距離應(yīng)沿槽的輪廓進(jìn)行測(cè)量；而電氣間隙為通過空氣最短路徑，直接跨過槽測(cè)量即可，這種情況下爬電距離大于電氣間隙。

圖4　凹槽需要考慮的示例

4.2路徑含V形槽的示例

路徑含V形槽的示例見圖5，所考慮的路徑包括一個(gè)寬度大于X mm的V型槽，其爬電距離是沿著槽的輪廓進(jìn)行測(cè)量，但V形槽底被圖中X mm處連接；其電氣間隙是通過空氣的最短距離，即跨過V型槽沿直線測(cè)量。

圖5　含V形槽的示例

4.3路徑含螺釘頭的示例

（1）螺釘頭與凹壁的間隙≥X mm

螺釘頭與凹壁的間隙≥X mm的示例見圖6，當(dāng)螺釘頭與凹壁之間的間隙≥X mm，爬電距離的路徑是沿著凹壁進(jìn)行測(cè)量，電氣間隙如圖“虛線”所示。

圖6　螺釘頭與凹壁的間隙≥X mm的示例

（2）螺釘頭與凹壁的間隙＜X mm

螺釘頭與凹壁的間隙＜X mm的示例見圖7，當(dāng)螺釘頭和凹壁之間的間隙＜X mm時(shí)，應(yīng)按圖中所示，在螺釘頭和凹壁之間的距離等于X mm的位置，測(cè)量從螺釘?shù)桨急诘呐离娋嚯x；電氣間隙路徑如圖“虛線”所示。

圖7　螺釘頭與凹壁的間隙＜X mm的示例

5 結(jié)束語

本研究通過比對(duì)分析新舊版GB19865中電玩具爬電距離和電氣間隙的技術(shù)要求，闡明了新版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)印刷線路板或小功率的電玩具，考慮到其實(shí)際危害性小和功能需要，增加了相關(guān)的放寬或豁免條件；對(duì)電壓超過24 V的電玩具，考慮到其危害性更大，增加了更嚴(yán)格的技術(shù)要求；并從爬電距離和電氣間隙的理論入手，分析了污染等級(jí)和材料絕緣性能等影響爬電距離和電氣間隙的因素，研究了電玩具爬電距離和電氣間隙路徑選取和規(guī)則。希望本研究結(jié)果有助于提高實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員對(duì)電玩具檢測(cè)工作的理解和提升。

［1］GB 19865-2005電玩具的安全［S］及新版GB 19865電玩具的安全［S］.

［2］鄧振進(jìn).GB4793.1-2007標(biāo)準(zhǔn)中電氣間隙和爬電距離［J］.醫(yī)療裝備，2011，01：9-12.

［3］GB 4706.1-2005家用和類似用途電器的安全第一部分：通用要求［S］.

［4］IEC 60664-1：2007 Insulation coordination for equipment with low-voltage system Part 1：Principles requirements and tests［S］.

Study on Testing Technique of Creepage Distance and Clearance in New Edition GB19865

Liang Chengbo，Cai Yi，SuoYanyan，Zhou Jiapeng
（Shenzhen Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau，Shenzhen，Guangdong，518045）

In this paper，the technical requirements of the creepage distance and clearance are compared and analyzed according to the old edition GB19865 and the new edition GB19865 respectively and the effects of the pollution degree and material insulation on the measurement are studied and then the paths and rules of measurement are suggested to make sure that the test results are more accurate and consistent.

Electric Toys；Creepage Distance；Clearance；Functional Insulation；Pollution Degree；Paths of Measurement

TS958.2+8

E-mail：szliangbo@139.com

深圳市技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)文件計(jì)劃項(xiàng)目（2014-08）

2015-07-29