电气间隙和爬电距离(图文分析)经典!.doc

电气间隙和爬电距离(图文分析)经典!

电气间隙和爬电距离(图文分析)经典！

IEC 60335-1：2001《家用和类似用途电器的安全 通用要求》（第四版）标准在2001年5月公布，但由于配合使用的各个产品《家用和类似用途电器的安全 XX特殊要求》很多还没有制订出来，所以目前还没有普遍使用200版本的《通用要求》。
与第三版相比，新版标准在许多方面，特别是在爬电距离和电气间隙方面有了很多变化。可以预见这些变化将会影响全世界未来10年家用电器与类似产品的结构设计，希望引起相关人员的注意，尤其是家电产品设计和测试方面人员的足够重视。
欧洲标准化组织在2002年对EN60335-1进行了换版，而中国国家标准GB4706.1相信很快更新。据悉全国家用电器标准化技术委员会已经于2003年9月在烟台召开了GB4706.1-XXXX标准的起草工作会议，有希望在今年内完成征求意见稿。
下面笔者结合工作实践，给大家介绍一下标准制订的一些背景情况，并重点对变化较大的第29章作简单介绍。
背景介绍：在过去40多年里，第一版(1976)，第二版(1988)，第三版(1991)标准关于爬电距离和电气间隙的内容要求一直没有什么变化。它们都是以过去积累的经验为基础制订出来的，但是现在看来这些要求相对保守，留有余地太多，或者说对制造商的要求高了。
例如：对于230V和小于130V的危险带电部件与易触与部件之间都是8mm爬电距离和电气间隙的要求和同样的交流耐压测试值的要求。虽然TC 61(制订IEC 60335标准的委员会)早在编写第三版时，就已经注意到这些内容要求不尽合理，并打算修改，可是由于在这方面经验不足，更改条件还不成熟，所以被耽搁了好几年。最近几年，随着IEC60664绝缘配合系统系列标准的不断完善，对于直流电压小于1000V和交流电压小于1500V绝缘配合有了更明确和具体的电气间隙和耐压要求，TC 61委员会就有了修订标准的技术基础。因而参照IEC 60664所制订的新版IEC 60335与旧版相比，有很多变化，并且这些新增内容比较复杂，不太容易理解和掌握。
变化介绍：
第3章定义：在新的标准中引入了一些新的概念，原来的一些定义稍作了改动。
l         3.3.5功能绝缘functional insulation：为实现电器正确功能，两导电体之间的绝缘，没有安全的功能。其实这也不是“新”的概念，在开关标准、电子产品标准早就有这个概念了。大家不妨打开GB4943-1995（idt IEC 60950-1:1991）《信息技术设备（包括电气事务设备）的安全》标准，我们就会发现有类似的概念1.2.9.1“工作绝缘：设备正常工作所需的绝缘，并不起防电击作用”。
最常见的功能绝缘的例子：PCB板上带电件之间的绝缘，如图1中所示，

带电件1和带电件2之间的绝缘即为功能绝缘。而在IEC60335-1：1991版中，会把它当作基本绝缘来考核。
第13.3条：电气强度试验电压发生了变化。IEC60335-1：1991（第三版）标准的要求：
绝缘
试验电压值
——对其他基本绝缘为
1000V
——对附加绝缘为
2750V
——对加强绝缘为
3750V

可以认为器具内部的部件工作电压都是小于250V，按额定电压小于250V的水平来考核的。但随着技术的发展，越来越多的白色家电采用新的技术，譬如家用空调变频技术，微波炉高压倍压电路等，器具使用的是220V的额定电源电压，但在器具内部可能出现高于电源电压的工作部件，有的部件工作电压高达数千伏。经过大量的实践，技术专家们觉得应该修改第三版标准不分工作电压考核的情况。请看标准中的表4：

表4-电气强度试验电压

绝缘
试验电压V
工作电压
额定电压V

SELV
≤150V
＞150V≤250V
＞250V
基本绝缘
5

.2U+700
附加绝缘

1000
1750
1.2U+1450
加强绝缘

2000
3000
2.4U+2400

我们可以看到，附加绝缘和加强绝缘的试验电压从原来的2750V和3750V分别下降到了1750V和3000V，但是增加了对工作电压大于250V的部件/位置的试验。
第14章：瞬时过电压（冲击电压试验），它与29章电气间隙试验密切相关。通俗地说，瞬时过电压试验模拟闪电瞬时引入的一个高电压，看看器具的电气承受能力。某种意义上讲，也可以说它是第13章电气强度试验的延伸。
第22.3条：增加了直接插入插座式器具的插脚保持力的测试，要求经过70°C处理1h后，沿插脚纵向施加50N拉力，插片不应有大于1mm的位移。
第29章：电气间隙，爬电距离和固体绝缘。由于采用了新的体系，而且与前面14章紧密相连，有必要先给大家理一理29章各条款的联系。
29章提出总的要求：电气间隙、爬电距离和固体绝缘要能够承受电气应力，是充分的。
29.1条 电气间隙的要求，并提出基本绝缘和功能绝缘的电气间隙可以减小的条件和试验。
29.1.1条 基本绝缘的电气间隙要求；
29.1.2条 附加绝缘的电气间隙要求：按表16中基本绝缘的限值；
29.1.3条 加强绝缘的电气间隙要求：按表16中的限值，但采用额定冲击电压更高一级别的限值。
29.1.4条 功能绝缘的电气间隙要求：按表16的限值，但某些情况可以不考虑（例外情况）。
29.1.5条 对工作电压大于额定电压的情况电气间隙的要求；
29.2条 爬电距离的要求；
29.2.1条 基本绝缘的爬电距离要求：按表17；
29.2.2条 附加绝缘的爬电距离要求：按表17中基本绝缘的限值；
29.2.3条 加强绝缘的爬电距离要求：按表17中两倍于基本绝缘的限值；
29.2.4条 功能绝缘的爬电距离要求：按表18，但某些情况可以不考虑（例外情况）；
29.3条 附加绝缘和加强绝缘的固体绝缘（穿通绝缘）距离要求；

为方便理解，试归纳查电气间隙的步骤如下：
步骤一：根据过电压类别、额定电压查标准中表15得出额定冲击电压；
步骤二：查表16得出基本绝缘电气间隙；
步骤三：必要时，按一定的条件减少基本绝缘的电气间隙；
步骤四：按不同的绝缘，得出相应的电气间隙。

举例：问某220V额定电压电吹风内部布线到外壳外表面，沿外壳安装缝（如图2）的电气间隙是多少？

解释：
从防触电的角度分析，内部布线的绝缘层提供基本绝缘防护，风扇外壳提供附加绝缘防护，两者合称双重绝缘。现在要考核附加绝缘的电气间隙。
步骤一：查表15得知额定电压220V，过电压类别II的情况下额定冲击电压2500V；
步骤二：查表16得出基本绝缘在额定冲击电压2500V情况下最小电气间隙为2.0mm；
步骤三：按29.1.2条附加绝缘是采用基本绝缘的限值，即2.0mm。
而按IEC60335-1:1991标准，查表得到4.0mm的限值，由此可见，要求的确是降低了。
IEC60335-1:2001 表15-额定冲击电压

额定电压V
额定冲击电压V
过电压类别
I
II
III
≤50
330
500
800
＞50且≤

500
＞150且≤30

0

IEC60335-1:2001 表16-最小电气间隙

额定冲击电压(V)
最小电气间隙(mm)注1
330
0,5注2
500
0,5注2
800
0,5注2
1500
1,0注3
2500
2,0注3
4000
3,5注3
6000
6,0注3
8000
8,5注3
10000
11,5注3
注1：这些尺寸要求只适合于空气中的电气间隙。
注2：由于大规模生产会产生一些误差，比标准IEC 60664中更小的电气间隙要求因此未被采用。
注3：在整个产品寿命周期里，有可能会造成间隙的减少，考虑到这些原因，表16的要求比标准IEC 60664中最小间隙增加了0.5mm。

IEC60335-1:2001 表17-基本绝缘的最小爬电距离

工作电压（V）
爬电距离（mm）
防污等级
1
2
3
材料组别
材料组别
材料组别

Ⅰ
Ⅱ
Ⅲa/Ⅲb
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲa/Ⅲb
≤50
0.2
0.6
0.9
1.2
1.5
1.7
1.9a
>50 ≤125
0.3
0.8
1.1
1.5
1.9
2.1
2.4
>125 ≤250
0.6
1.3
1.8
2.5
3.2
3.6
4.0
>250 ≤400
1.0
2.0
2.8
4.0
5.0
5.6
6.3
>400 且≤500
1.3
2.5
3.6
5.0
6.3
7.1
8.0
>500 且≤800
1.8
3.2
4.5
6.2
8.0
9.0
10.0
>800 ≤1000
2.4
4.0
5.6
8.0
10.0
11.0
12.5
>1000 且≤1250
3.2
5.0
7.1
10.0
12.5
14.0
16.0
>1250 且≤1600
4.2
6.3
9.0
12.5
16.0
18.0
20.0
>1600 且≤2000
5.6
8.0
11.0
16.0
20.0
22.0
25.0
>2000 且≤2500
7.5
10.0
14.0
20.0
25.0
28.0
32.0
>2500 且≤3200
10.0
12.5
18.0
25.0
32.0
36.0
40.0
>3200 且≤4000
12.5
16.0
22.0
32.0
40.0
45.0
50.0
>4000 且≤5000
16.0
20.0
28.0
40.0
50.0
56.0
63.0
>5000 且≤6300
20.0
25.0
36.0
50.0
63.0
71.0
80.0
>6300 且≤8000
25.0
32.0
45.0
63.0
80.0
90.0
100.0
>8000 且≤10000
32.0
40.0
56.0
80.0
100.0
110.0
125.0
>10000 且 ≤12500
40.0
50.0
71.0
100.0
125.0
140.0
160.0
a如果部件的工作电压小于50V，允许使用Ⅲb的材料

IEC60335-1:2001 表18-功能绝缘的最小爬电距离

工作电压（V）
爬电距离（mm）
防污等级
1
2
3
材料组别
材料组别
材料组别

Ⅰ
Ⅱ
Ⅲa/Ⅲb
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲa/Ⅲb
≤50
0.2
0.6
0.8
1.1
1.4
1.6
1.8a
>50 且 ≤125
0.3
0.7
1.0
1.4
1.8
2.0
2.2
>125 且 ≤250
0.4
1.0
1.4
2.0
2.5
2.8
3.2
>250 且 ≤400b
0.8
1.6
2.2
3.2
4.0
4.5
5.0
>400 且 ≤500
1.0
2.0
2.8
4.0
5.0
5.6
6.3
>500 且 ≤800
1.8
3.2
4.5
6.3
8.0
9.0
10.0
>800 且 ≤1000
2.4
4.0
5.6
8.0
10.0
11.0
12.5
>1000 且 ≤1250
3.2
5.0
7.1
10.0
12.5
14.0
16.0
>1250 且 ≤1600
4.2
6.3
9.0
12.5
16.0
18.0
20.0
>1600 且 ≤2000
5.6
8.0
11.0
16.0
20.0
22.0
25.0
>2000 且 ≤2500
7.5
10.0
14.0
20.0
25.0
28.0
32.0
>2500 且 ≤3200
10.0
12.5
18.0
25.0
32.0
36.0
40.0
>3200 且 ≤4000
12.5
16.0
22.0
32.0
40.0
45.0
50.0
>4000 且 ≤5000
16.0
20.0
28.0
40.0
50.0
56.0
63.0
>5000 且 ≤6300
20.0
25.0
36.0
50.0
63.0
71.0
80.0
>6300 且 ≤8000
25.0
32.0
45.0
63.0
80.0
90.0
100.0
>8000 且 ≤10000
32.0
40.0
56.0
80.0
100.0
110.0
125.0
>10000 且 ≤12500
40.0
50.0
71.0
100.0
125.0
140.0
160.0
a如果部件的工作电压小于50V，允许使用Ⅲb的材料

对于基本绝缘和功能绝缘的电气间隙可以有条件地减少，条件是：
a）通过第14章的瞬时过电压（冲击电压）测试；
b）结构上能保证不变形：在装配时或发生磨损或有相对位移的情况下，电气间隙不会受到影响。因此螺丝，联接线等必须可靠联接，不会发生脱落。这里刚性联接能被接受。
要强调对于 0 类和 0I 类器具的基本绝缘在污染等级3的情况还是要按表16执行，电气间隙的要求不能减少。
查爬电距离的要求的步骤可归纳为：
步骤一：确定被考核部位的工作电压；
步骤二：确定被考核部位的材料组别（CTI指数）；
步骤三：确定被考核部位的污染等级；
步骤四：按不同的绝缘，在相应的表中查在该工作电压、材料组别和污染等级下的爬电距离要求。

在讨论电气间隙、爬电距离的问题时，值得注意以下几个问题：
1、 零部件与整机的问题：在参照IEC 60664制订标准时，TC 61标准委员会在选用电气间隙要求时, 增加了0.5mm的余量(参照前面表16注3)。虽然零部件标准委员会也参照IEC 60664标准制订零部件标准，但他们选用最低的电气间隙要求制订他们的标准。(因为IEC 60664只给出了在不同情况下的绝缘配合系统，没有对每个不同产品有具体电气间隙的要求，因此每个标准委员会会根据产品的特点进行选择。所以不同类型的产品就会有不同要求。) 因此出现了这个问题：如果我们对零部件按照标准最低电气间隙要求进行考核，那么，符合零部件标准的零件不一定就能符合整机要求。因此我们在选用零部件时就需特别注意。这个问题在新的修改版中有望得到解决。
2、 漆包线的问题：在第三版的标准中虽然没有功能绝缘这个概念，但是浸渍过的绕组电气间隙有1,0mm的减少。但在第四版的标准，只有在额定冲击电压大于1500V的情况下，才允许有0.5mm的减少。
3、 根据表16的不同额定冲击电压的值可以查出基本绝缘，附加绝缘，加强绝缘和功能绝缘的电气间隙要求。但是，对于加强绝缘的电气间隙要求，在表16中要选高一级别的额定冲击电压对应的限值。
4、 对于电热管(防尘)和PTC元件，它们的电气间隙要求被减少到1.0 mm。
5、 由于新版电气间隙要求比旧版减少很多，因此新版第22.31条的要求与旧版的就有了很大变化。原来要求是：螺丝或导线等脱落后，要保证50％的要求，而现在严格按100％ 满足表 16 要求。
6、 我们需要改变这个观念：由于过去电气间隙有足够多的余量，如果电气间隙满足要求了，交流耐压测试（电气强度试验）要求一般都没有什么问题，因此，我们往往比较注意电气间隙的要求，经常会忽略交流耐压测试。现在情况有所不同，电气间隙要求减少许多，我们在考虑电气间隙同时，还要考虑交流耐压和冲击电压的测试。有时，我们最终还以冲击电压测试为准考核电气间隙(如基本绝缘和功能绝缘)，当然前提是结构上还要满足一些附加条件，前面已讨论过这个问题，这里不再重复
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