電子電氣產(chǎn)品爬電距離影響因素及路徑選擇分析

袁行超，郭正銘，周晟，劉童

（四川省電子產(chǎn)品監(jiān)督檢驗(yàn)所，成都 610000）

引言

隨著科技的不斷進(jìn)步，生活水平的不斷提高，電子電氣產(chǎn)品全面的走進(jìn)人們?nèi)粘Ｉ钪?，方便著我們的同時也影響著我們，其中最重要的就是其安全性與我們息息相關(guān)。我們對電子電氣產(chǎn)品的要求也越來越高，既要美觀，又要方便小巧，還要使用方便，這樣勢必會對其安全性提出更嚴(yán)苛要求。因?yàn)殡S著產(chǎn)品體積的減小隨之而來的就是絕緣系統(tǒng)的壓縮，其中之一就是產(chǎn)品的爬電距離的減小，但最終還是需要滿足最小爬電距離的要求，這樣才不會因產(chǎn)品安全而構(gòu)成危害和損失[1]。

在安規(guī)檢測中爬電距離的影響因素很多，常常會因?yàn)楹雎粤似渲心硞€因素而造成測試錯誤，給最終面市的產(chǎn)品帶來安全隱患。

1 爬電距離的定義

爬電距離[1]（Creepage Distance，縮寫為cr）是指沿電子電氣產(chǎn)品絕緣的物理表面測得的兩個導(dǎo)電部件之間；或者導(dǎo)電部件和電子電氣產(chǎn)品防護(hù)界面之間的最短路徑。爬電距離的大小應(yīng)使得絕緣在確定的條件下（給定的工作電壓和污染等級等）不會產(chǎn)生電擊閃絡(luò)或絕緣擊穿（例如，由于電痕化引起的）。

2 爬電距離的影響因素

由于爬電距離考核的是絕緣表面的電流路徑，所以影響絕緣材料表面的爬電距離的主要因素有：①工作電壓；②污染等級；③材料組別；④絕緣類型；⑤電氣間隙限值等。

1）工作電壓[1]：應(yīng)當(dāng)使用電子電氣產(chǎn)品實(shí)際測試得到的有效值工作電壓或直流電壓值。當(dāng)在測試確定有效值工作電壓的時候，需要注意一下要求：①對于所有波形輸入，應(yīng)當(dāng)使用測試的到的有效值；②如果是直流值，則不用考慮任何其他疊加的紋波電壓；③短時條件不應(yīng)考慮在內(nèi)（例如：TNV電路當(dāng)中的韻律振鈴型號）；④非重復(fù)性瞬態(tài)值（例如：由于大氣放電干擾引起的）不應(yīng)考慮考慮在內(nèi)。

2）污染等級[1]：電子電氣產(chǎn)品的絕緣所處的微觀使用環(huán)境。這樣的微觀環(huán)境可以劃分為4級：

污染等級1：適用于使用在完全沒有污染或者只有干燥的、不導(dǎo)電污染的場合。這類污染對絕緣沒有影響，常見的方式是通過封裝或者氣密密封來實(shí)現(xiàn)，使得外部的灰塵和濕氣不能進(jìn)入。

污染等級2：適用于使用在只有非導(dǎo)電污染的場合。這種污染是由于偶然的水汽凝結(jié)可能成為導(dǎo)電的干燥的非導(dǎo)電污染。一般我們生活當(dāng)中的音視頻、信息類電子電氣產(chǎn)品所適用的安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，都是屬于污染等級2的條件。

污染等級3：適用于電子電氣產(chǎn)品內(nèi)一部分使用環(huán)境要受到導(dǎo)電污染、受到由于可預(yù)期的水汽凝結(jié)引起的導(dǎo)電的干燥非導(dǎo)電污染環(huán)境。

污染等級4：適用于會對電子電氣產(chǎn)品產(chǎn)生長時間的導(dǎo)電性污染。例如導(dǎo)電的灰塵、淋雨或任何其他潮濕環(huán)境而引起的污染環(huán)境。

3）材料組別[1]：材料組別取決于相比電痕化指數(shù)（CTI）。在不同的電壓和污染等級下電子電氣產(chǎn)品的絕緣材料的性能是非常復(fù)雜的，而且在不同的條件下絕緣材料可能會呈現(xiàn)出不同的特性，不僅是電痕化，所以絕緣材料與根據(jù)相比電痕化指數(shù)劃分的材料組別無直接的光聯(lián)。但是根據(jù)實(shí)際情況和長時間的試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計來看，具有較高相關(guān)性能的絕緣材料的排列也和按照相比電痕化指數(shù)（CTI）相應(yīng)的分級結(jié)果大致相同，因此在考核電子電氣產(chǎn)品爬電距離的時候使用CTI值進(jìn)行絕緣材料分類。分類如表1。

表1 絕緣材料組別與CTI值對應(yīng)關(guān)系

在實(shí)際電子電氣產(chǎn)品安規(guī)檢測當(dāng)中，如果不清楚絕緣材料的組別，允許假定材料組別為Ⅲb。

4）絕緣類型[1]：絕緣（insulation）是電子電氣產(chǎn)品安全檢測中一個最重要的概念，絕緣的基本作用是切斷電流回路，用于隔離導(dǎo)體避免互相接觸，在實(shí)際應(yīng)用中起到保證電子電氣產(chǎn)品正常工作和實(shí)現(xiàn)電擊防護(hù)的作用，避免造成人員傷害和財產(chǎn)損失。絕緣分為以下幾種類型：

①基本絕緣（basic insulation）：基本絕緣是指對電擊防護(hù)提供基本保護(hù)的絕緣。例如：一般電子電氣產(chǎn)品所使用的電源線，內(nèi)部直接包裹金屬導(dǎo)體的那層護(hù)套，就是起到基本絕緣功能。

②附加絕緣（supplementary insulation）：附加絕緣是指依靠在基本絕緣上另加的單獨(dú)絕緣，在基本絕緣失效的時候能夠起到防電擊作用的絕緣。例如：基本絕緣例子里面的電源線最外層護(hù)套，就是起到附加絕緣的功能。

③雙重絕緣（double insulation）：雙重絕緣是指由基本絕緣加上附加絕緣構(gòu)成的絕緣體系。例如：電源線導(dǎo)體護(hù)套加上最外層護(hù)套就構(gòu)成了雙重絕緣。

④加強(qiáng)絕緣（reinforced insulation）：加強(qiáng)絕緣是指即使只是單一的絕緣結(jié)構(gòu)，但也能像雙重絕緣一樣提供相當(dāng)?shù)碾姄舴雷o(hù)功能。例如：安全隔離變壓器初級繞組與次級繞組之間隔離用的絕緣膠帶，如果能滿足加強(qiáng)絕緣的相關(guān)要求（如：抗電強(qiáng)度等），就能作為加強(qiáng)絕緣使用。

⑤功能絕緣（functional insulation）：功能絕緣是指電子電氣產(chǎn)品正常工作所需要的絕緣。此絕緣并不能起到防電擊的作用，但是能減少線路短路、著火等安全危害。例如：信息類產(chǎn)品中的電源適配器輸入端L-N之間，只要滿足功能絕緣就能滿足安規(guī)要求。

5）電氣間隙限值[1]：電氣間隙（clearance，縮寫為cl）是指電子電氣產(chǎn)品內(nèi)兩個導(dǎo)電部件之間或者導(dǎo)電部件和電子電氣產(chǎn)品防護(hù)界面之間最短的空間距離。電氣間隙限值是根據(jù)相關(guān)安規(guī)要求，得到的滿足安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的最小值，如果在安規(guī)測試時最小爬電距離要求值小于電氣間隙限值，這時的爬電距離限值只能選擇電氣間隙限值。

因此，由于影響爬電距離的因素眾多，所以在實(shí)際安規(guī)檢測過程中，需要謹(jǐn)慎的考慮相關(guān)問題，這樣才能做出正確的路徑選擇。

3 爬電距離的路徑選擇示例

在選取爬電距離路徑的時候，就不得不提到路徑當(dāng)中的縫隙或者開槽，一般在安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中把此值定義為X值：為測量路徑當(dāng)中的一條任意深度、寬度為X mm的縫隙或溝槽。

X值得選取規(guī)則為：①當(dāng)所示距離小于X值時，直接跨過此縫隙或溝槽；②當(dāng)通過相關(guān)安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求得到的最小電氣間隙限值大于或等于X值時，污染等級與X值之間的選擇關(guān)系才能使用。如果確定后的最小電氣間隙限值小于3 mm，X值就要在與污染等級相對應(yīng)的值和最小電氣間隙限值的1/3之間選擇。具體對應(yīng)關(guān)系見表2。

表2 電子電氣產(chǎn)品所在的微觀環(huán)境（污染等級）與溝槽或縫隙值（X mm）對應(yīng)關(guān)系

在電子電氣產(chǎn)品安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)中示例了很多種測量路徑的示例，如果有需要可以對應(yīng)查詢相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，在此僅舉例討論幾個比較典型易錯的示例，見下文：

1）當(dāng)測量路徑當(dāng)中有一條內(nèi)角小于80°（參見決議CTL0590）和寬度大于X值的V形溝槽時，爬電距離如圖1所示。

圖1 內(nèi)角小于80 °且寬度大于X值的V形溝槽

2）當(dāng)測量路徑上有一條未粘合的接縫，而且在該接縫的一邊有寬度小于X值的溝槽，另一邊有寬度大于等于X值的溝槽，爬電距離如圖2所示。

圖2 兩端溝槽，一邊寬度小于X值，另一邊寬度大于等于X值

3）當(dāng)測量路徑是窄凹槽（參見決議CTL0717）時，爬電距離如圖3所示。

圖3 窄凹槽

4）當(dāng)測量路徑是寬凹槽（參見CTL決議0717）時，爬電距離如圖4所示。

圖4 寬凹槽

這些路徑示例很好的給出了測量參照，在出現(xiàn)爭議時也有CTL決議作為輔助參考，如果能嚴(yán)格按照示例來測量，結(jié)合爬電距離影響因素，就會減少在實(shí)際測試當(dāng)中出現(xiàn)錯誤的概率。

4 實(shí)際案例

在實(shí)際安規(guī)測試過程中，常常出現(xiàn)與示例類似情況的路徑，下面是兩個具體實(shí)例。

1）圖5是一只開關(guān)電源適配器電源板背面照片。

圖5 白框內(nèi)光電耦合器引腳之間有開槽

此次需要測量光電耦合器引腳之間的爬電距離，具體測試步驟為：根據(jù)產(chǎn)品適用的安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)（GB 4943.1-2011），屬于污染等級2，材料組別未知（默認(rèn)材料組別Ⅲb），絕緣類型為加強(qiáng)絕緣，實(shí)際測試的有效值工作電壓為220 V~，電氣間隙限值為6.0 mm，開槽距離＞1.0 mm，所以本次測量爬電距離要求值也是6.0 mm，具體路徑為圖6中白色標(biāo)注路徑，通過游標(biāo)卡尺等測量工具，得到此次爬電距離為8.7 mm，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖6 白色路徑為光電耦合器的爬電距離路徑

2）圖7是我們參與的某次能力驗(yàn)證的樣品。

圖7 帶溝槽的印制板電路

給定的測試條件：某個電子電氣產(chǎn)品內(nèi)部的印制板，正常使用情況是屬于污染等級2，印制板的各方向上的角都按照“尖角”來考慮，不認(rèn)為是帶弧度的圓角。

此次測量我們依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是GB 8898-2011，需要測量元件T1跟元件T2之間的爬電距離，元件T3跟元件T4之間的爬電距離，還有就是元件T1與元件T4之間的爬電距離。具體測試如表3。

表3 元件之間爬電距離路徑與計算過程

5 建議

電子電氣產(chǎn)品的爬電距離測量是復(fù)雜且繁瑣的過程，需要工程師在日常檢測過程中必須熟記影響因素，針對具體產(chǎn)品具體分析，不同的條件組合，都會對應(yīng)不同的爬電距離限值，而且測量儀器的選擇也會對測量結(jié)果產(chǎn)生重大影響，因此需要謹(jǐn)慎的心態(tài)，細(xì)心嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，這樣在測量時就不會對產(chǎn)品出現(xiàn)錯判、漏判現(xiàn)象，使后續(xù)面市的產(chǎn)品才不會對使用者造成傷害。

6 小結(jié)

爬電距離是電子電氣產(chǎn)品防電擊傷害的重要項(xiàng)目之一，而合格的爬電距離設(shè)計能有效避免一些電擊傷害的發(fā)生，從產(chǎn)品的設(shè)計之初就要充分考慮爬電距離的要求，使設(shè)計的產(chǎn)品首先能滿足相關(guān)地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)要求，又能滿足市場需求。借此希望通過爬電距離影響因素及路徑選擇的淺析，能對產(chǎn)品設(shè)計從業(yè)者及新入安規(guī)檢測行業(yè)的工程師提供一些參考，快速掌握爬電距離的測試。