電氣間隙和爬電距離測(cè)量方法的探討

董雪禮， 范佳樂(lè)， 劉尚坤， 龔榮福

1. 鎮(zhèn)江市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 江蘇鎮(zhèn)江 212132 2. 國(guó)家中低壓配電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 江蘇鎮(zhèn)江 212132

?

電氣間隙和爬電距離測(cè)量方法的探討

董雪禮1,2， 范佳樂(lè)1,2， 劉尚坤1,2， 龔榮福1,2

1. 鎮(zhèn)江市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 江蘇鎮(zhèn)江 212132 2. 國(guó)家中低壓配電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 江蘇鎮(zhèn)江 212132

正確理解電氣間隙和爬電距離的定義，準(zhǔn)確應(yīng)用CTL DSH590決議80°準(zhǔn)則，考慮不同污染等級(jí)對(duì)電氣間隙和爬電距離的影響，是測(cè)量電氣間隙和爬電距離的關(guān)鍵。對(duì)2010年5月和2013月7日兩次試驗(yàn)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，為今后電氣間隙與爬電距離測(cè)量與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部質(zhì)量控制提供參考。

電氣間隙； 爬電距離； 測(cè)試

鎮(zhèn)江市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心與國(guó)家中低壓配電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心參加了國(guó)家認(rèn)證認(rèn)可監(jiān)督管理委員會(huì)、中國(guó)家用電器研究院組織的2010年5月(項(xiàng)目編號(hào)CNAS T0529)和2013年7月(項(xiàng)目編號(hào)CNCA-13-B20)電氣間隙、爬電距離能力驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)對(duì)電氣間隙、爬電距離正確理解和測(cè)量所考慮的因素，路徑分析、測(cè)量與計(jì)算，以及關(guān)鍵點(diǎn)的理解等進(jìn)行了綜合解析，通過(guò)試驗(yàn)和相關(guān)報(bào)告，對(duì)平面兩側(cè)不同導(dǎo)體間的電氣間隙、爬電距離路徑分析和測(cè)量有了進(jìn)一步理解。

1 2010年5月比對(duì)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)概述

試驗(yàn)樣品如圖1所示，樣品的三角形內(nèi)區(qū)域?yàn)殓U空部分，紅色線代表A面導(dǎo)體，藍(lán)色線代表B面導(dǎo)體。

圖1 2010年5月試驗(yàn)樣品示意圖

試驗(yàn)依據(jù)GB 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(yàn)》、GB 8898—2011《音頻、視頻及類似電子設(shè)備 安全要求》、GB 49431—2011《信息技術(shù)設(shè)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(kāi)關(guān) 第1部分： 通用要求》、GB 14536.1—2008《家用和類似用途自動(dòng)控制器 第1部分： 通用要求》、GB 15092.1—2010《器具開(kāi)關(guān) 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(chǎn)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(yàn)》、GB 12350—2009《小功率電動(dòng)機(jī)的安全要求》，此外還應(yīng)考慮國(guó)際電工委員會(huì)下屬檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室委員會(huì)CTL決議的要求[1]。

試驗(yàn)條件如下。

(1) 試驗(yàn)前，不需對(duì)樣品進(jìn)行任何預(yù)處理，保持15～25℃范圍內(nèi)的恒定環(huán)境溫度[2]。

(2) 設(shè)定樣品污染等級(jí)為2級(jí)。

(3) 樣品中的角全部按尖角考慮。

(4) 爬電距離和電氣間隙測(cè)量值精確到0.01mm。

測(cè)量項(xiàng)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(gè)重要概念說(shuō)明如下。

(1) 電氣間隙指兩個(gè)導(dǎo)電部件在空氣中的最短距離[3]，作用是保證瞬態(tài)過(guò)電壓或峰值電壓不擊穿，沒(méi)有絕緣體作陪襯。

(2) 爬電距離指兩個(gè)導(dǎo)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(jí)下的耐受能力，不產(chǎn)生閃絡(luò)或擊穿。爬電距離是兩導(dǎo)體間通過(guò)絕緣體表面形成的[4]。

(3) 污染等級(jí)。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(jí)與對(duì)應(yīng)的溝槽寬度

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

當(dāng)存在V形槽時(shí)，V形槽底部可橋接。此處存在理解上的爭(zhēng)議，即該V形槽是否有角度上的規(guī)定。因此CTL DSH590決議對(duì)此進(jìn)行了補(bǔ)充，規(guī)定80°原則，即小于80°的V形槽可被橋接，適用于所有標(biāo)準(zhǔn)[5]。

1.2 T1與T2間的電氣間隙、爬電距離

試驗(yàn)示意圖如圖2所示。

圖2 2010年5月T1與T2間試驗(yàn)示意圖

1.2.1 電氣間隙

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

(2) 測(cè)量方法： 直接通過(guò)讀數(shù)顯微鏡測(cè)量T1與T2間最短的兩點(diǎn)間距離，如圖2(b)虛線所示。

(3) 關(guān)鍵理解點(diǎn)： 確認(rèn)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(guī)定，角度小于80°時(shí)需要橋接，角度大于或等于80°時(shí)不需要橋接[5]。

(2) 路徑分析： 試驗(yàn)要求給出了污染等級(jí)為2級(jí)、溝槽寬度最小值為1.0mm，關(guān)鍵要計(jì)算1.0mm的位置。

(3) 測(cè)量方法： 小△acb為等邊三角形，測(cè)量c點(diǎn)到a點(diǎn)為1.0mm，c點(diǎn)到b點(diǎn)為1.0mm，連線a點(diǎn)與b點(diǎn)，從導(dǎo)體T1沿90°印制電路板邊到污染點(diǎn)a處，經(jīng)過(guò)1.0mm到b處后垂直架橋到T2，如圖2(c)實(shí)線所示。

(4) 關(guān)鍵理解點(diǎn)： 根據(jù)CTL DSH590決議，導(dǎo)體與絕緣表面角度小于80°時(shí)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(yàn)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(yàn)示意圖

1.3.1 電氣間隙

(1) 路徑分析： T3與T4兩導(dǎo)體間在垂直時(shí)距離最短，此時(shí)的距離即為電氣間隙。CTL 717決議規(guī)定： 如果相關(guān)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(qū)分缺口和凹槽，也不區(qū)分絕緣類型。

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

(3) 關(guān)鍵理解點(diǎn)： 在T3與T4之間，只有虛線與T3垂直時(shí)兩者之間距離最短，如果相關(guān)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(guī)定，角度大于或等于80°則不架橋。污染等級(jí)為2級(jí)時(shí)，溝槽寬度最小值為1.0mm。

(3) 測(cè)量方法： 首先確定污染等級(jí)為2級(jí)、溝槽寬度最小值為1.0mm時(shí)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)點(diǎn)，然后從導(dǎo)體T4沿90°印制電路板邊到污染點(diǎn)a處，再經(jīng)過(guò)1.0mm到b處垂直架橋至T3，如圖3(c)實(shí)線所示。

1.4 T1與T4間的電氣間隙、爬電距離

試驗(yàn)示意圖如圖4所示。

圖4 2010年5月T1與T4間試驗(yàn)示意圖

1.4.1 電氣間隙

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

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

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

隨著國(guó)家和山東省地下水監(jiān)測(cè)工程的實(shí)施，山東省地下水長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)點(diǎn)密度達(dá)到了0.98個(gè)/100km2，站網(wǎng)布局得到有效優(yōu)化完善，監(jiān)測(cè)范圍覆蓋全省17個(gè)市、涵蓋3大水文地質(zhì)區(qū)(表1)和14個(gè)亞區(qū)，控制面積達(dá)15萬(wàn)km2，加強(qiáng)了對(duì)地下水超采漏斗區(qū)、地面沉降中—強(qiáng)發(fā)育區(qū)、巖溶塌陷易發(fā)區(qū)、大中型水源地等重點(diǎn)地區(qū)的監(jiān)測(cè)能力，基本實(shí)現(xiàn)了“區(qū)域控制和重點(diǎn)監(jiān)測(cè)相結(jié)合”監(jiān)測(cè)目的，地下水監(jiān)測(cè)能力得到有效提升。全省17市地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布見(jiàn)圖2，國(guó)家和山東省地下水監(jiān)測(cè)工程實(shí)施前后監(jiān)測(cè)站網(wǎng)布局情況見(jiàn)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(jīng)過(guò)R1時(shí)不應(yīng)計(jì)算R1的導(dǎo)體寬度；再向T4，經(jīng)過(guò)一個(gè)小于1mm的溝槽。因?yàn)榻o定樣品污染等級(jí)為2級(jí)，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(shí)針?biāo)秸归_(kāi)俯視。因?yàn)門1到T4的爬電路徑中，T1到R1路徑最短，所以必須先經(jīng)過(guò)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(cè)量方法： 通過(guò)讀數(shù)顯微鏡直接測(cè)量，以A-A′為軸展開(kāi)俯視，分別測(cè)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(shí)線所示。

(4) 關(guān)鍵理解點(diǎn)： 一般情況下會(huì)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(dǎo)體的直線距離，但這是錯(cuò)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?gòu)腞1的另一側(cè)向T4。

2 2013年7月對(duì)比試驗(yàn)

試驗(yàn)樣品為印制電路板，如圖5所示。

試驗(yàn)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與2010年5月試驗(yàn)相同，試驗(yàn)條件如下。

(1) 在試驗(yàn)前，不需對(duì)樣品進(jìn)行任何預(yù)處理。試驗(yàn)環(huán)境為15～25℃的溫度恒定房間[8]。

(2) 設(shè)定樣品污染等級(jí)為3級(jí)。

(3) 樣品中的角全部按尖角考慮，不視為圓角[9]。

測(cè)量項(xiàng)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(yàn)示意圖如圖6所示。

圖5 2013年7月試驗(yàn)樣品示意圖

圖6 2013年7月T1與T2間試驗(yàn)示意圖

2.1.1 電氣間隙

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

(2) 測(cè)量方法： 通過(guò)讀數(shù)顯微鏡可直接測(cè)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(guò)圓心O與T1(b)和開(kāi)槽(1)畫半徑R，對(duì)應(yīng)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(guò)直角三角形計(jì)算出圓心角，再通過(guò)弦長(zhǎng)公式計(jì)算出對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)；給出污染等級(jí)為3級(jí)，溝槽寬度最小值為1.5mm，實(shí)際測(cè)量開(kāi)槽端點(diǎn)尺寸為0.92mm，小于1.5mm，則可忽略槽寬，即視為沒(méi)有槽；然后測(cè)量開(kāi)槽(1)到T2(a)的距離，這一距離加上之前計(jì)算出的弧長(zhǎng)，即為T1與T2間的爬電距離，如圖6(c)所示。

(2) 爬電路徑展開(kāi)圖如圖7所示。

圖7 2013年7月T1與T2間試驗(yàn)爬電路徑展開(kāi)圖

2.2 T1與R1間的電氣間隙

試驗(yàn)示意圖如圖8所示。

圖8 2013年7月T1與R1間試驗(yàn)示意圖

2.2.1 路徑分析

T1與R1兩導(dǎo)體不在同一個(gè)平面，兩點(diǎn)間的空間最短距離為對(duì)角線長(zhǎng)度。

2.2.2 測(cè)量方法

(1) 通過(guò)讀數(shù)顯微鏡可直接測(cè)量T1與R1對(duì)角線的空間距離。

(2) 從R1導(dǎo)體投影到與T1同一面，得到R1′，然后將T1點(diǎn)和R1′點(diǎn)相連。測(cè)量弦長(zhǎng)和印制電路板厚度，通過(guò)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(yàn)示意圖如圖9所示[10]。

圖9 2013年7月T3與R1間試驗(yàn)示意圖

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

(2) 爬電路徑展開(kāi)圖如圖10所示。

圖10 2013年7月T3與R1間試驗(yàn)爬電路徑展開(kāi)圖

2.4 T2與T3間的電氣間隙、爬電距離

試驗(yàn)示意圖如圖11所示。

圖11 2013年7月T2與T3間試驗(yàn)示意圖

2.4.1 電氣間隙

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

(2) 測(cè)量方法： 通過(guò)讀數(shù)顯微鏡可直接測(cè)量，如圖11(b)所示。

2.4.2 爬電距離

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

3 結(jié)束語(yǔ)

(1) 正確理解標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于電氣間隙和爬電距離的定義，是準(zhǔn)確檢測(cè)和防止錯(cuò)誤的關(guān)鍵。電氣間隙指兩導(dǎo)電部件在空氣中的最短距離，爬電距離指兩導(dǎo)電部件之間沿絕緣材料表面的最短距離，兩者之間的區(qū)別在于電氣間隙沒(méi)有絕緣體作陪襯，而爬電距離需要兩導(dǎo)體通過(guò)絕緣體表面才能形成。

(2) 爬電距離可從展開(kāi)圖直觀了解，能夠直接測(cè)量時(shí)可直接測(cè)量，不能夠直接測(cè)量時(shí)可利用已知的量確定相互關(guān)系，通過(guò)計(jì)算得到。

(3) 多數(shù)情況下，可使用卡尺、千分尺、塞規(guī)等量具，選擇量具時(shí)需要滿足測(cè)量精度要求。在精度要求較高時(shí)，還需要使用放大鏡或讀數(shù)顯微鏡等設(shè)備，甚至還會(huì)用到數(shù)學(xué)模型和較復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算。

[1] 國(guó)家認(rèn)證認(rèn)可監(jiān)督管理委員會(huì),中國(guó)家用電器研究院.爬電距離和電氣間隙試驗(yàn)中期報(bào)告： CNAS T0529[Z].2010.

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

[3] 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(yàn)： GB 16935.1—2008[S].

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

[5] 國(guó)際電工委員會(huì)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室委員會(huì).CTL DSH590決議[Z].

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

[7] 王澤科,何建國(guó),余云輝,等.電蚊香加熱器電氣間隙與爬電距離檢測(cè)注意事項(xiàng)[J].中華衛(wèi)生殺蟲(chóng)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(duì)試驗(yàn)中爬電距離測(cè)試分析[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn),2011,29(4)： 44-49.

[10] 張銳.電器產(chǎn)品的爬電距離和電氣間隙路徑繪制[J].認(rèn)證技術(shù),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(cè)和研究工作， E-mail： 476249433@qq.com

TM930

B

1674-540X(2017)02-044-06