GB 4793.1-2007對(duì)電氣間隙和爬電距離的要求

李妍達(dá)，劉培

北京市醫(yī)療器械檢驗(yàn)所 （北京 101111）

電氣間隙和爬電距離是衡量電氣絕緣能力的重要指標(biāo)。隨著科技和生活水平的提高，人們?cè)絹?lái)越注重電氣產(chǎn)品的便攜性，小體積、易攜帶的醫(yī)用電氣產(chǎn)品越來(lái)越受到用戶(hù)青睞，但是產(chǎn)品越小，集成化程度越高，其內(nèi)部設(shè)計(jì)越復(fù)雜，結(jié)構(gòu)布局越緊湊，測(cè)量爬電距離和電氣間隙的難度越來(lái)越高。如何正確測(cè)量電氣間隙和爬電距離值，是當(dāng)前需要解決的熱點(diǎn)問(wèn)題。

1 標(biāo)準(zhǔn)要求和限值的選取

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 4793.1-2007《測(cè)量、控制和實(shí)驗(yàn)室用電氣設(shè)備的安全要求 第1部分：通用要求》中規(guī)定可知，空氣中，2個(gè)任意導(dǎo)電部件最短距離的測(cè)量值可以作為電氣間隙值。最小電氣間隙應(yīng)該可以承受電路中由于外因（例如雷擊）導(dǎo)致的，或者由于設(shè)備工作運(yùn)行時(shí)引起的最大瞬態(tài)過(guò)電壓，如果瞬態(tài)過(guò)電壓不可能發(fā)生，則電氣間隙按最大工作電壓來(lái)規(guī)定。因此，電氣間隙防范的是瞬態(tài)過(guò)電壓或峰值電壓產(chǎn)生的危害，其值取決于電路的絕緣類(lèi)型、耐受電壓（工作電壓）、海拔高度和電氣間隙的微環(huán)境污染等級(jí)，一般情況下，污染等級(jí)2的最小電氣間隙為0.2 mm，污染等級(jí)3的最小電氣間隙為0.8 mm[1]。

爬電距離是2個(gè)導(dǎo)電零部件沿絕緣材料表面的最短距離，要能承受施加在2個(gè)電路之間絕緣上的實(shí)際工作電壓，因此爬電距離考核了絕緣在給定的工作電壓和環(huán)境污染等級(jí)下的耐受能力，其值取決于電路的工作電壓、絕緣類(lèi)型、CTI值和絕緣材料的污染等級(jí)。電氣間隙和爬電距離應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足圖1中的規(guī)定值，基本絕緣和附加絕緣的電氣間隙和爬電距離同樣應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足圖1中的規(guī)定值，加強(qiáng)絕緣的數(shù)值是基本絕緣數(shù)值的2倍。

此外，海拔高度會(huì)對(duì)絕緣性能產(chǎn)生影響。如果制造商聲明設(shè)備可以在海拔2 000 m以上的高度上運(yùn)行工作，則其電氣間隙要乘以從圖2中查得的系數(shù)，但是該系數(shù)不適用于爬電距離，同時(shí)要注意爬電距離不應(yīng)該小于電氣間隙的規(guī)定值。

圖1 電網(wǎng)電源電路的電氣間隙和爬電距離規(guī)定值

圖2 海拔5 000 m以?xún)?nèi)的電氣間隙倍增系數(shù)

2 測(cè)量?jī)x器

測(cè)量電氣間隙和爬電距離的常見(jiàn)儀器為數(shù)顯卡尺、游標(biāo)卡尺和千分尺，精度一般為0.01 mm、0.02 mm和0.001 mm。

隨著產(chǎn)品不斷小型化，依靠游標(biāo)卡尺和千分尺等常規(guī)測(cè)量工具已無(wú)法滿(mǎn)足測(cè)量要求，需要借助具有更高精度的測(cè)量設(shè)備。目前，國(guó)內(nèi)外的部分實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開(kāi)始采用影像測(cè)量?jī)x和光學(xué)測(cè)量顯微鏡等高精度測(cè)量?jī)x器[2]，其測(cè)量精度可以達(dá)到0.5 μm, 與常規(guī)測(cè)量?jī)x器相比，大大提高了測(cè)量精度，保證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 注意事項(xiàng)

3.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響

在實(shí)際測(cè)量時(shí)，需要注意觀察印刷電路板的焊接點(diǎn)是否存在毛刺，危險(xiǎn)帶電部件和低壓電路之間是否存在固定金屬螺栓，為避免形成非預(yù)期的爬電路徑，需采用實(shí)驗(yàn)指或?qū)嶒?yàn)針排查出可觸及的金屬部件，降低產(chǎn)品電氣安全存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

同時(shí)，在實(shí)際測(cè)量時(shí)要特別注意設(shè)備內(nèi)部導(dǎo)線(xiàn)的連接方式。如果導(dǎo)線(xiàn)連接采用鉤焊的方式，常常會(huì)因?qū)Ь€(xiàn)發(fā)熱引起焊錫松動(dòng)甚至開(kāi)焊脫落，導(dǎo)致電氣間隙和爬電距離減小。對(duì)于Ⅰ類(lèi)設(shè)備來(lái)說(shuō)，由于外殼接地，不會(huì)造成危險(xiǎn)，但Ⅱ類(lèi)設(shè)備不具備這樣的保護(hù)，因此Ⅱ類(lèi)設(shè)備存在鉤焊導(dǎo)線(xiàn)的情況時(shí)，必須在導(dǎo)線(xiàn)連接處附加其他措施，如采用緊固裝置固定導(dǎo)線(xiàn)，以達(dá)到加強(qiáng)安全防護(hù)、避免發(fā)生危險(xiǎn)的目的。目前，有國(guó)內(nèi)Ⅱ類(lèi)的醫(yī)用電氣產(chǎn)品連接網(wǎng)電源時(shí)，采用將電源軟線(xiàn)一端直接焊到電路板上的情況，這樣做看似可以減少工序、節(jié)約成本，其實(shí)是將產(chǎn)品設(shè)計(jì)成為只有專(zhuān)業(yè)人員才能更換電源軟電線(xiàn)的Y連接設(shè)備，反而增加了用戶(hù)后期維護(hù)的成本，因此，不推薦在Ⅱ類(lèi)設(shè)備中采用鉤焊的方式進(jìn)行導(dǎo)線(xiàn)連接。

3.2 選取最短路徑時(shí)需要注意的問(wèn)題

提高電氣間隙和爬電距離測(cè)量值準(zhǔn)確性的關(guān)鍵點(diǎn)是正確選取最短路徑。GB4793.1-2007作為基礎(chǔ)性的標(biāo)準(zhǔn)，在附錄C中對(duì)電氣間隙和爬電距離的測(cè)量路徑做了充分的說(shuō)明，本研究不再一一詳述，僅對(duì)附錄C中易混淆的部分進(jìn)行解釋和分析。

通過(guò)觀察附錄C的例1～13，可以發(fā)現(xiàn)，在測(cè)量爬電距離溝槽角度≥90°時(shí)，不可以進(jìn)行跨接測(cè)量，在例3中出現(xiàn)了允許跨接的情況，沒(méi)有注明溝槽的角度值。在IECEE的CTL717和590文件中有相關(guān)規(guī)定：只有當(dāng)溝槽角度＜80°時(shí)才可以進(jìn)行跨接，見(jiàn)圖3。行業(yè)監(jiān)管機(jī)構(gòu)在歷年的能力驗(yàn)證和比對(duì)活動(dòng)經(jīng)常將上述問(wèn)題作為考點(diǎn)，希望引起大家的注意。

圖3 溝槽角度＜80°的跨接示意圖

3.3 需關(guān)注的電路關(guān)鍵元件

GB4793.1-2007 14章規(guī)定，涉及安全的元件應(yīng)符合相關(guān)GB或IEC標(biāo)準(zhǔn)的適用安全要求，如有必要，元件應(yīng)承受本部分的實(shí)驗(yàn)；因此，在考核電氣間隙和爬電距離時(shí)，即使元件已經(jīng)按照相關(guān)適用標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，仍要按照GB4793.1-2007的要求進(jìn)行評(píng)估；特別是對(duì)于光耦、固態(tài)繼電器等工控元件，要重點(diǎn)關(guān)注，設(shè)計(jì)時(shí)盡量選用本體較長(zhǎng)的元件，如寬爬電距離光耦，以保證可靠的電氣絕緣，避免由于元器件本體過(guò)短、電氣間隙與爬電距離達(dá)不到最小要求值而存在電氣安全隱患的情況。

3.4 常見(jiàn)安全標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)電氣間隙和爬電距離的要求

由表1可知，各類(lèi)產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)電氣間隙和爬電距離的定義基本相同，因?yàn)楦鳂?biāo)準(zhǔn)在實(shí)驗(yàn)中依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是一致的，即GB/T 16935.1-2008《低壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的絕緣配合第一部分:原理、要求和實(shí)驗(yàn)》（等同采用IEC 60664-1：2007 Insulation coordination for equipment within low-voltage systems - Part 1: Principles requirements and tests）[3]。

此外，各類(lèi)產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)電氣間隙和爬電距離的確定方法有所不同，主要體現(xiàn)在工作電壓值的選取上（見(jiàn)表1）。以開(kāi)關(guān)電源為例，當(dāng)污染等級(jí)為2、工作電壓為220 V時(shí)，GB4943.1-2011規(guī)定的基本絕緣最小電氣間隙和爬電距離要求值分別為2.0 mm和2.5 mm，而GB4706.1-2007規(guī)定的要求值分別為1.5 mm和3.0 mm，因此，通過(guò)GB4943.1-2011認(rèn)證的元器件，其爬電距離值不一定符合GB4793.1-2007的要求，在認(rèn)可各類(lèi)元器件證書(shū)時(shí)，要注意各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)要求值的差異，避免采用不符合GB4793.1-2007要求的元器件。

表1 常用電氣安全標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電氣間隙和爬電距離要求的異同

4 小結(jié)

本研究介紹了GB4793.1-2007《測(cè)量、控制和實(shí)驗(yàn)室用電氣設(shè)備的安全要求 第1部分：通用要求》對(duì)電氣間隙和爬電距離的要求，簡(jiǎn)析了測(cè)量?jī)x器，并結(jié)合日常需要注意的問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)分析，希望能規(guī)范和提高行業(yè)內(nèi)人員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)內(nèi)容的理解，推動(dòng)行業(yè)的發(fā)展。