電氣間隙和爬電距離測量實(shí)驗(yàn)室比對(duì)結(jié)果探究

廣東省惠州市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測所 莊智東

電子電器產(chǎn)品安全檢測項(xiàng)目中，電氣間隙和爬電距離試驗(yàn)是一項(xiàng)重要的考核項(xiàng)目。本文主要以一次組織電子電器生產(chǎn)企業(yè)針對(duì)電氣間隙和爬電距離項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)室比對(duì)為出發(fā)點(diǎn)，深入研究分析檢驗(yàn)員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)理解是否正確，路徑選取是否正確，測量結(jié)果是否準(zhǔn)確，通過比對(duì)結(jié)果進(jìn)行技術(shù)分析，介紹爬電距離和電氣間隙基本概念、污染等級(jí)、跨接、橋接距離的考慮、80°角原則等，以期為檢驗(yàn)員把控產(chǎn)品質(zhì)量，提高實(shí)驗(yàn)室水平提供借鑒意義。

本次組織的“電氣產(chǎn)品的電氣間隙和爬電距離試驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)室比對(duì)方案中，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB4943.1-2011、GB4706.1-2005等以及CTL決議單590和717的相關(guān)要求，樣品為一塊印刷電路板，示意圖如圖1所示。測試要求試驗(yàn)環(huán)境溫度在20±5℃，設(shè)定樣品污染等級(jí)2，要求繪制：金屬帶T1到金屬帶T2的爬電距離和電氣間隙的路徑；金屬帶T3到背面金屬帶R1的爬電距離和電氣間隙的路徑及電氣間隙測量值；測量槽的寬度和應(yīng)刷版厚度。

圖1 樣品示意圖

本文對(duì)本次實(shí)驗(yàn)室比對(duì)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)，了解檢驗(yàn)員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解程度及評(píng)判能力，在影響路徑的因素上是否考慮周全，以及在測量時(shí)工具的選擇對(duì)測量結(jié)果的影響，希望提高檢驗(yàn)員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)要求的理解，提升檢測能力。

1 測試原理和方法介紹

爬電距離和電氣間隙試驗(yàn)是電氣安全檢測中一項(xiàng)基本試驗(yàn)。GB4943.1-2011標(biāo)準(zhǔn)定義中，爬電距離是沿絕緣表面測得的兩個(gè)導(dǎo)電部件之間的最短路徑，電氣間隙是在兩個(gè)導(dǎo)電部件之間測得的最短空間距離。在電氣產(chǎn)品中，如果電氣間隙值達(dá)不到要求則有可能造成過電壓擊穿的危險(xiǎn)，而爬電距離值達(dá)不到要求則會(huì)造成固體絕緣失效，產(chǎn)生短路的危險(xiǎn)。

在GB 4943.1-2011標(biāo)準(zhǔn)附錄F中有規(guī)定，當(dāng)污染等級(jí)為1時(shí)，跨接X值為0.25mm，當(dāng)污染等級(jí)為2時(shí)，跨接X值為1.0mm，當(dāng)污染等級(jí)為3時(shí)，跨接X值為1.5mm。CTL590決議針對(duì)V型槽跨接時(shí)明確小于80°跨角的V型槽需要跨接。測量工具可選擇游標(biāo)卡尺、透鏡、顯微鏡、投影測量儀等。

2 試驗(yàn)比對(duì)結(jié)果

本次比對(duì)有20家信息技術(shù)和家電生產(chǎn)企業(yè)參加，比對(duì)情況：T1到T2爬電距離路徑合格16家，占比80%，不合格4家，占比20%；T1到T2電氣間隙路徑全部合格；T3到R1爬電距離和電氣間隙路徑合格14家，占比70%，不合格6家，占比30%；T3到R1電氣間隙測量值合格12家，占比60%，不合格8家，占比40%。

3 實(shí)物測量

3.1 T1到T2爬電距離和電氣間隙正確路徑

污染等級(jí)為2，T1與T2之間夾角=30°，1.0mm的間隙應(yīng)直接跨過，且槽的寬度測量值為1.5mm。因此，圖1中的T1到T2的爬電距離=線段bc+線段ce+線段eg+線段gh+線段hk，其中ce=1.0mm。T1到T2的電氣間隙=空間線段aj。

3.2 T3到R1爬電距離和電氣間隙正確路徑

在繪制T3到R1爬電距離路徑時(shí)，將R1所在平面展開到與T3的n點(diǎn)在同一平面上，此時(shí)如圖2中T3到R1爬電距離=線段nm+線段mq，T3到R1電氣間隙與爬電距離路徑相同。

3.3 T3到R1電氣間隙測量及運(yùn)算

印刷板厚度（即圖2中的ns）測量值為2.0mm，線段ps也可根據(jù)實(shí)物測量具體距離。根據(jù)圖2所示，mn=2×ns，ms=mn×sin60°，pm=ps-ms，mq=pm×cos30°，T3到R1電氣間隙=mn+mq。

圖2 印刷板示意圖

4 問題分析

4.1 T1到T2爬電距離

經(jīng)過本次比對(duì)返回結(jié)果統(tǒng)計(jì)，在繪制T1到T2爬電距離的路徑時(shí)，存在兩種錯(cuò)誤路徑，如圖1，一種為bd線段+df線段+fg線段+gh線段+hk線段，另一種為bc線段+ce線段+ef線段+fg線段+gh線段+hi線段+ij線段。T1到T2電氣間隙的路徑均正確。

“T1到T2的爬電距離”項(xiàng)目中中目中，有兩處涉及到1.0mm是否跨接的概念。對(duì)于污染等級(jí)為2的樣品，首先要考慮1.0mm的跨接問題。在兩條金屬帶中間出現(xiàn)小于80°角的時(shí)候，首先考慮跨接。以上結(jié)果顯示，有參加者忽略了這項(xiàng)要求，甚至不了解。對(duì)于跨越后的落點(diǎn)確定，有以下方法：直接用量具卡住落點(diǎn)位置，確定兩邊落點(diǎn)c點(diǎn)和e點(diǎn)后直接測量剩余路徑長度，再相加即可。以上為第一個(gè)1.0mm的跨接問題。

第二次考核1.0mm跨越的地方就是凹槽。為使參加者準(zhǔn)確地判斷此處不需要跨越1.0mm，凹槽寬度設(shè)置為1.5mm。雖然全部參加者都考慮到了該注意點(diǎn)，沒有進(jìn)行跨越而將路徑走到了槽的底部，但有一些參加者忽略了GB4943.1中爬電距離的定義。我們在初步判定時(shí)可以嘗試走凹槽的底部到達(dá)T2金屬帶。但結(jié)合爬電距離定義考慮時(shí)，就會(huì)想到路徑bc線段+ce線段+ef線段+fg線段+gh線段+hi線段+ij線段。此時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)圖1中所示eg的長度是三角形的斜邊，根據(jù)三角形兩邊之和大于第三邊的概念，就確定了后面的路徑圖。

4.2 T3到R1爬電距離和電氣間隙

參加者在繪制T3到R1爬電距離和電氣間隙路徑時(shí)，存在兩種錯(cuò)誤路徑，如圖2所示，一種為np線段，一種為ns線段+ps線段。

此項(xiàng)目的考核重點(diǎn)有兩個(gè)兩個(gè)目隙：（1）展開平面找到最短距離；（2）通過展開平面的方法找到垂直線，落下垂點(diǎn)。參加者應(yīng)該很清楚“在平面幾何中，點(diǎn)到直線，垂線最短”這個(gè)基本概念，這個(gè)概念在爬電距離和電氣間隙測試中會(huì)經(jīng)常用到，因?yàn)樗梢源_定兩金屬之間的最短距離。在繪制錯(cuò)誤路徑的參加者中，均忽略了這個(gè)概念。從實(shí)際樣品中我們可以明確看出，當(dāng)R1和T3展開形成一個(gè)平面時(shí)（見圖2），T3的最近點(diǎn)可以向R1引垂線段，且垂足就是在R1上的落點(diǎn)q，這條垂線段就是R1-T3沿絕緣表面的最短距離。以上，是本項(xiàng)目的解題思路。在這里，我們將提供一個(gè)簡單的核驗(yàn)方法：如果樣品中存在兩個(gè)不在同一平面的金屬部件，可先從其中任一個(gè)金屬部件出發(fā)，走出大致路徑，繪制完成后不妨反過來嘗試，從另一金屬部件出發(fā)，反向再繪制一個(gè)路徑圖，如果不重合，那么兩者通過測量值來比較，即可確定最短距離。此項(xiàng)目中電氣間隙路徑同爬電距離路徑。

4.3 T3到R1電氣間隙

此項(xiàng)目是在T3到R1電氣間隙路徑繪制正確的前提下進(jìn)行，此項(xiàng)考核點(diǎn)為將金屬部件展開平面測量，通過構(gòu)圖運(yùn)用勾股定理運(yùn)算得出結(jié)果。對(duì)于測量結(jié)果的準(zhǔn)確則與參加者使用的工具精度相關(guān)。從結(jié)果數(shù)據(jù)看，使用游標(biāo)卡尺測量的參加者數(shù)量最多。用卡尺測量爬電距離與電氣間隙操作難度較大，需要配合透鏡，才能獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。通過透鏡精確確認(rèn)測點(diǎn)，確保卡尺的測爪精確指向測點(diǎn)。除了使用卡尺以外，還有參加者使用的工具是顯微鏡、投影測量儀等設(shè)備。使用了這些設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室，測量結(jié)果準(zhǔn)確率相對(duì)較高，因?yàn)檫@些設(shè)備精度較高，且操作方便，但設(shè)備較為昂貴，大部分實(shí)驗(yàn)室不具備此條件。

5 技術(shù)建議

在進(jìn)行較復(fù)雜的爬電距離和電氣間隙路徑繪制時(shí)，如果不能目測直接確定，可分步進(jìn)行：（1）繪制預(yù)期路徑，先繪制出大致路徑。（2）測量。計(jì)算時(shí)，應(yīng)盡量使其展開成一個(gè)平面，并且運(yùn)用最簡單的運(yùn)算方法，盡量減少運(yùn)算步驟，以減少運(yùn)算過程中帶來的誤差累計(jì)。（3）路徑還原。尤其是爬電距離路徑，如果是展開平面得到的最終路徑，那么要將其恢復(fù)到成原本的立體狀態(tài)，且該路徑一定可以表示在絕緣體表面上“爬過”。因此，在展開平面的測量方法中，不能改變邊、角、點(diǎn)線面的長度及位置等。

實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)員應(yīng)加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)培訓(xùn)，深入理解基本概念和標(biāo)準(zhǔn)要求。多了解國內(nèi)外關(guān)于爬電距離和電氣間隙試驗(yàn)的相關(guān)決議，多參加相關(guān)的技術(shù)研討會(huì)，積累經(jīng)驗(yàn)。

電氣產(chǎn)品的爬電距離和電氣間隙試驗(yàn)是結(jié)構(gòu)安全的一項(xiàng)重要考核項(xiàng)目，是各級(jí)監(jiān)督抽查中的必檢項(xiàng)目，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)高度重視。通過本次實(shí)驗(yàn)室比對(duì)，參加者可以找到在此項(xiàng)目中的自身薄弱點(diǎn)，糾正并學(xué)習(xí)正確的測量方法，幫助提高檢驗(yàn)員技術(shù)能力和產(chǎn)品質(zhì)量。本文通過實(shí)例分析，介紹了爬電距離和電氣間隙基本概念、污染等級(jí)、跨接、橋接距離、80°角原則、平面展開、測量運(yùn)算等方法，以便找出準(zhǔn)確路徑，為試驗(yàn)人員提供技術(shù)支撐。