新版GB 19865中爬电距离和电气间隙检测技术的研究

梁澄波 蔡屹 索彦彦 周嘉鹏

（深圳出入境检验检疫局 广东深圳 518045）

新版GB 19865中爬电距离和电气间隙检测技术的研究

梁澄波 蔡屹 索彦彦 周嘉鹏

（深圳出入境检验检疫局 广东深圳 518045）

对新旧版GB19865中爬电距离和电气间隙的技术要求进行比对分析，研究污染等级和材料绝缘性能对测量的影响，并提出测量路径与规则，有助于提高测量的准确性。

电玩具；爬电距离；电气间隙；功能性绝缘；污染等级；测量路径

1 前言

大量检验数据表明，20%以上的电玩具存在不同程度的安全隐患。其中，因玩具设计不良或安装不当导致的“爬电距离和电气间隙”不足，轻则可引起玩具表面温度过高，烫伤儿童使用者，严重的甚至会产生电击危险和导致玩具内部电路短路起燃引起火灾，危及使用者的生命健康和财产安全。我国出口玩具因相关安全质量问题而导致返修和退货的情况时有发生。

电气间隙是指两个导电部件之间或一个导电部件与玩具可触及表面之间的空间最短距离，它防范的是跨接于绝缘上的瞬态过电压或重复峰值电压；爬电距离是指两个导电部件之间或一个导电部件与玩具可触及表面之间沿绝缘材料表面的最短距离，它考核绝缘在给定的工作电压和污染等级下的耐受能力。

IEC62115、EN62115、GB19865等国内外电玩具安全标准对玩具中的“爬电距离和电气间隙”都提出了安全要求，但都没有给出具体的检验方法。而该项目的检测涉及多方面的技术内容，难点很多，往往同样的样品也有不同的检测结果，导致判断失误。国内外多次对比试验和平时的实际检测均显示，由于没有统一的检验方法，对同一个电玩具，如果由不同的检验人员进行测试，他们所选择的检测部位、测试路径可能都有很大差异，这将导致检测结果大相径庭。

为了便于对标准技术要求的理解并增加可操作性，本研究主要进行了以下内容：比对即将出版的新版GB19865《电玩具的安全》（下称新版标准）和现行标准GB19865-2005《电玩具的安全》（下称旧版标准）中爬电距离和电气间隙技术要求；探讨污染等级和不同绝缘材料对检测结果的影响；研究确定各种情况下“爬电距离和电气间隙”的计算规则与测试条件并图示定义计算规则和测试路径。

2 新旧版标准中爬电距离和电气间隙技术要求的比对

新版标准对第18章爬电距离和电气间隙的技术要求进行了较大修改，其主要技术内容等同采用IEC62115：2011《Electric toys-Safety》中第18章爬电距离和电气间隙的技术要求。

2.1旧版标准中爬电距离和电气间隙技术的要求

旧版标准第18章的技术内容为“功能绝缘的电气间隙和爬电距离应不小于0.5 mm。”

2.2新版标准中爬电距离和电气间隙技术的要求

新版标准的相关内容修改为“功能绝缘的电气间隙和爬电距离应不小于0.5 mm，除非用这个距离短路试验时玩具仍满足第9章要求。然而，印刷电路板的功能绝缘，除电路板的边缘外，这个距离可减少至0.2 mm，只要玩具在正常使用过程中，该绝缘所处位置的微环境污染不太可能超过2级污染程度。满足14.15条、电压超过24 V的玩具内部部件，其功能绝缘的电气间隙和爬电距离应等于或大于GB 4706.1表18中污染等级2的限值，除非该距离短路玩具仍满足第9章要求［1］。”

2.3新旧版标准技术要求比对

新版标准对爬电距离和电气间隙的技术要求做了大幅的修改。对印刷线路板或小功率的电玩具，考虑到其实际危害性小和功能需要，增加了相关的放宽或豁免条件；例如印刷电路板中功能绝缘的电气间隙和爬电距离可减少至0.2 mm；将功能绝缘的电气间隙和爬电距离短路后能满足标准第9章温升要求的电玩具，对其功能绝缘的电气间隙和爬电距离不作要求。

另外，对电压超过24 V的电玩具还增加了污染等级和绝缘材料等新的技术内容，其功能绝缘的电气间隙和爬电距离应等于或大于GB 4706.1表18中污染等级2的限值，详见表1。

表1　功能性绝缘的最小爬电距离（污染等级2）

表1显示，工作电压越高，其对应的限值也就越大。新版标准考虑到高电压可能产生更大的危害，因此规定电玩具的工作电压最高不得超过5 000 V，其中对工作电压超过4000V的功能性绝缘最低限制要求为20 mm，远大于旧版标准要求的0.5 mm限值。

2.4新旧版标准测试实例比对

首先，通过两个测试实例对新旧版标准的爬电距离和电气间隙技术要求进行比对。图1所示为一款电玩具的印刷线路板，经测量，其电源正负极间间的电气间隙为0.35 mm，小于旧版标准要求的限值0.5mm，大于新版标准要求的限值0.2mm，不符合旧版标准要求，但符合新版标准要求，可见新版标准对印刷线路板的爬电距离和电气间隙放宽了要求。

图2为一款电动乘骑玩具车的开关引线焊接脚，其中左端焊脚的红色引线连接电源/电池的正极，中间焊脚的黑色引线连接电源/电池的负极，工作电压26V。经测量，上述不同极性的两带电部件间绝缘的电气间隙为0.55mm，大于旧版标准要求的限值0.5mm，但小于新版标准要求的限值0.6mm，符合旧版标准要求，但不符合新版标准要求。可以看出，新版标准对电压超过24 V的电玩具要求更高，更严谨，更切合实际情况。

图1　印刷线路板的示例

图2　工作电压超过24V的示例

3 污染等级和材料绝缘性能的探讨

影响爬电距离和电气间隙的因素很多，其中污染等级和材料的绝缘性能（即CTI值）与测量结果密切相关。

3.1污染等级

污染是由外来物质（包括固体、液体和气体）造成的，其结果是桥接小的电气间隙，降低绝缘材料的表面电阻，使之承受不了电路中可能出现的最大瞬态过电压。因此使用外壳，包括密封可以有效减少污染［2］。根据新版标准的技术要求，微观环境的污染等级规定有以下4级：

——污染等级1：无污染或仅有干燥的、非导电性的污染，该污染没有任何影响；

——污染等级2：一般仅有非导电性污染，然而必须预期到凝露会偶然发生短暂的导电性污染；

——污染等级3：有导电性污染或由于预期的凝露使干燥的非导电性污染变为导电性污染。

——污染等级4：由于导电粉尘或雨水或雪花引起的产生持久导电性的污染。

注：4级污染不适用于器具。

就电玩具而言，因为使用环境比较好，通常仅有非导电性污染，且玩具中电气部件基本都采用全封闭的外壳，所以一般采用污染等级1或2；但对某些特殊功能的玩具，例如在水中玩耍的电动船和可清洗的电玩具等，则应根据实际使用情况确定其是否适用更高的污染等级。另外，新版标准规定24V以上的电玩具，其功能绝缘的电气间隙和爬电距离应等于或大于GB 4706.1表18中污染等级2的限值，这只是对其限值作出了规定，并不影响其污染等级的分类。

3.2材料绝缘性能（材料组别）

绝缘材料因污染、泄漏电流和闪烁放电的综合作用，其表面受到损伤，并逐步形成导电通道，即所谓的“漏电起痕”。材料按其CTI（相比漏电起痕指数）值被分为4个组别：材料组别Ⅰ，CTI≥600；材料组别Ⅱ，400≤CTI＜600；材料组别Ⅲa，175≤CTI＜400；材料组别Ⅲb，100≤CTI＜175。

上面的CTI值是指按GB4706.1的规定，在为此目的专门制备的样品上，用特定溶液来试验所获得的数值（材料表面能经受住50滴电解液而没有形成漏电起痕迹的最高电压值）［3］。

对玻璃、陶瓷或其他不产生漏电起痕的无机绝缘材料，爬电距离无需大于其相关的电气间隙，这就是输变电设备选用这类绝缘材料的原因之一。在设计爬电距离时，应在固体绝缘表面尽可能设置一些横的凸拱和槽，以阻断漏电流途径，延缓漏电起痕的进程［2］。

根据新版标准第18章的要求，满足该标准14.15条款、电压超过24 V的玩具内部部件，其功能绝缘的电气间隙和爬电距离应等于或大于GB 4706.1表18中污染等级2的限值。因此，相关电玩具根据不同的材料组别，其爬电距离限值为：材料组别Ⅰ，0.6 mm；材料组别Ⅱ，0.8 mm；材料组别Ⅲa/Ⅲb，1.1 mm［3］。

3.3最小导电距离（沟槽尺寸）X

不同污染等级的电玩具对应不同的X，小于该距离的沟槽可认为爬电距离和电气间隙相同。本文第4章示例中的X是根据IEC 60664-1相应的污染等级规定的最小值，见表2。如果有关的电气间隙小于3 mm，则X的最小值可减小至该电气间隙的1/3［4］。

表2　不同污染等级对应的X值

4 测量路径与规则

测量爬电距离和电气间隙时要结合电玩具相关功能性绝缘的污染等级和X，根据IEC 60664-1的相关要求，确定其测量路径和规则。测量时，将电玩具相对运动的部件处于最不利的位置，测定它们之间的爬电距离和电气间隙。测量爬电距离和电气间隙的方法示于以下示例中，其中虚线符号“-----”表示电气间隙，阴影线符号“”表示爬电距离［4］。

由于新版标准中规定，对电压超过24 V的电玩具，其功能绝缘的电气间隙和爬电距离应等于或大于GB 4706.1表18中功能性绝缘的最小爬电距离（污染等级2）的限值，详见表1，也就是说相同工作电压条件下的电气间隙和爬电距离的限值相同。通过以下示例，可以佐证爬电距离一定大于或等于电气间隙，因此，在实际测量中，只需测量电气间隙的值。

4.1路径含凹槽的示例

（1）凹槽可以忽略

凹槽可以忽略的示例见图3，所考虑的路径包括宽度＜X mm而深度为任意的平行边或收敛边的凹槽，因为凹槽宽度小于污染等级要求，所以在实际测量中爬电距离和电气间隙直接跨过槽测量即可，这种情况下爬电距离等于电气间隙。

图3　凹槽可以忽略的示例

（2）凹槽需要考虑

凹槽需要考虑的示例见图4，所考虑的测量路径包括任意深度且宽度≥X mm的平行边的槽，由于槽宽度超过污染等级要求，所以该部件爬电距离应沿槽的轮廓进行测量；而电气间隙为通过空气最短路径，直接跨过槽测量即可，这种情况下爬电距离大于电气间隙。

图4　凹槽需要考虑的示例

4.2路径含V形槽的示例

路径含V形槽的示例见图5，所考虑的路径包括一个宽度大于X mm的V型槽，其爬电距离是沿着槽的轮廓进行测量，但V形槽底被图中X mm处连接；其电气间隙是通过空气的最短距离，即跨过V型槽沿直线测量。

图5　含V形槽的示例

4.3路径含螺钉头的示例

（1）螺钉头与凹壁的间隙≥X mm

螺钉头与凹壁的间隙≥X mm的示例见图6，当螺钉头与凹壁之间的间隙≥X mm，爬电距离的路径是沿着凹壁进行测量，电气间隙如图“虚线”所示。

图6　螺钉头与凹壁的间隙≥X mm的示例

（2）螺钉头与凹壁的间隙＜X mm

螺钉头与凹壁的间隙＜X mm的示例见图7，当螺钉头和凹壁之间的间隙＜X mm时，应按图中所示，在螺钉头和凹壁之间的距离等于X mm的位置，测量从螺钉到凹壁的爬电距离；电气间隙路径如图“虚线”所示。

图7　螺钉头与凹壁的间隙＜X mm的示例

5 结束语

本研究通过比对分析新旧版GB19865中电玩具爬电距离和电气间隙的技术要求，阐明了新版标准对印刷线路板或小功率的电玩具，考虑到其实际危害性小和功能需要，增加了相关的放宽或豁免条件；对电压超过24 V的电玩具，考虑到其危害性更大，增加了更严格的技术要求；并从爬电距离和电气间隙的理论入手，分析了污染等级和材料绝缘性能等影响爬电距离和电气间隙的因素，研究了电玩具爬电距离和电气间隙路径选取和规则。希望本研究结果有助于提高实验室技术人员对电玩具检测工作的理解和提升。

［1］GB 19865-2005电玩具的安全［S］及新版GB 19865电玩具的安全［S］.

［2］邓振进.GB4793.1-2007标准中电气间隙和爬电距离［J］.医疗装备，2011，01：9-12.

［3］GB 4706.1-2005家用和类似用途电器的安全第一部分：通用要求［S］.

［4］IEC 60664-1：2007 Insulation coordination for equipment with low-voltage system Part 1：Principles requirements and tests［S］.

Study on Testing Technique of Creepage Distance and Clearance in New Edition GB19865

Liang Chengbo，Cai Yi，SuoYanyan，Zhou Jiapeng
（Shenzhen Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau，Shenzhen，Guangdong，518045）

In this paper，the technical requirements of the creepage distance and clearance are compared and analyzed according to the old edition GB19865 and the new edition GB19865 respectively and the effects of the pollution degree and material insulation on the measurement are studied and then the paths and rules of measurement are suggested to make sure that the test results are more accurate and consistent.

Electric Toys；Creepage Distance；Clearance；Functional Insulation；Pollution Degree；Paths of Measurement

TS958.2+8

E-mail：szliangbo@139.com

深圳市技术标准文件计划项目（2014-08）

2015-07-29