利用Siemens NX进行电气间隙和爬电距离测量

邢立镛 黄宇哲 胡昌明 广东省医疗器械质量监督检验所 （广东 广州 510080）

内容提要： 以全国医疗器械检测机构能力验证为例，介绍利用Siemens NX进行电气间隙和爬电距离的测量方法，以其提高测试效率。

电气间隙和爬电距离是电气理论中的重要概念，对电器产品的安全有着非常重要的作用，也是电器产品测试中最常见、最重要的安全项目之一[1]。GB 9706.1-2007《医用电气设备 第1部分：安全通用要求》中对电气间隙的定义是：两个导体之间的最短空气路径。对爬电距离的定义是：沿两个导体部件之间绝缘材料表面的最短路径[2]。

不同带电部件之间或带电部件与大地之间，当空气间隙小到一定程度时，在电场的作用下，空气介质将被击穿，绝缘会失效或者暂时失效，因此两个导电部件间的空气应该维持一个使之不会发生击穿的安全距离，这就是电气间隙。

爬电距离则是一个边界平面，其特点是横跨两种截然不同的额定电气强度（每个单位距离的承受电压值）的材料，因此两个导体之间的距离应按照最弱额定电气强度的绝缘材料来决定，一般来说空气的额定电气强度是最弱的，所以两个导体间的爬电距离应该按照空气的绝缘性能来决定[3]。

传统的电气间隙和爬电距离测试，遇到结构复杂、无法直接用通用量具测量的产品，须结合立体几何知识进行大量计算。Siemens NX是一个交互式CAD/CAM系统，通过该系统可实现各复杂实体及造型的建构，在计算机上对产品进行1:1还原，并通过其测试工具进行测量得出结果，免去繁琐的计算过程，同时还可以通过模型投影直接形成工程图纸，为示意图绘制提供便利。

本文以一次比对试验为例，介绍利用Siemens NX进行电气间隙和爬电距离的测量方法。

1.样品结构分析

本次比对试验被测样品如图1所示。

图1. 被测样品

首先分析样品结构：按作业指导书的提示，被测样品绝缘材料的角和螺钉的角均视为直角，被测样品分为上、中、下三大部分，由螺钉联接固定而成，样品按对称处理。样品的上部件（紫色部件）和中部件（蓝绿色部件）为绝缘材料，下部件（黑色部件）为涂漆金属部件。GB 9706.1-2007认为，只涂漆、涂釉或被氧化的带电部分，被认为是裸露的带电部分，即被测样品上、中部件为绝缘部件，其余部件均视为导体部件[2]。

2.测试前准备

试验前，将被测样品放置在（23±2）˚C的稳定环境中进行至少4h预处理。

将样品各部件拆开，分别利用工具显微镜、游标卡尺、千分尺测量出样品的所有尺寸。

打开Siemens NX，新建文件，单位为mm。选择“起始——建模”，进入建模模块，将被测样品各个部件在计算机上按1:1还原。

再利用Siemens NX，新建文件，单位为mm。选择“起始——装配”，进入装配模块，将被测样品各个部件装配成一个整体。

3.测试过程分析

电气间隙和爬电距离测试最主要是寻找出导电部件间的最短路径。在无法直接目测判断哪一条路径为最短路径时，需要计算不同路径的长度，比较得出结果。下面将以2个典型的例子介绍如何利用Siemens NX进行电气间隙和爬电距离测量：

3.1 被测样品中螺钉T3和T4之间的爬电距离/电气间隙

通过结构分析，上、中部件为绝缘材料，下部件为涂漆金属部件，可视为导体直接跨过去。于是可能的爬电距离路径如图2和图3所示，而测试爬电距离路径的核心则在于确定哪一路径为最短距离。

打开Siemens NX，新建文件，单位为mm。选择“起始——制图”，选择图纸尺寸为A4，比例为1:1，投影法为第一象限角投影法，以俯视图为主视图，利用剖视图工具，全剖生成左视图。

图2. 螺钉T3沿绝缘材料表面到T4的距离1

图3. 螺钉T3沿绝缘材料表面到T4的距离2

利用尺寸工具栏，标注出爬电距离可能经过的各段路径的长度，然后比较不同路径之间的长短，取最短路径为爬电距离。根据图标注数值，T3到T4的距离1（如图2）=ab+bc+cd+de+ef=(1.745+2.091+55.000+2.091+1.745)mm=62.67mm，T3到T4的距离2（如图3）=AB+BC+CD+EF+FG+GH=(4.213+17.069+15.180+15.180+17.069+4.213)mm=72.92mm，比较可得距离1＜距离2，故被测样品中螺钉T3和T4之间的爬电距离为62.67mm，路径如图2所示。

螺钉T3和T4之间的电气间隙与爬电距离路径相同，此处不再赘述。

3.2 被测样品中螺钉T6和T7之间的爬电距离/电气间隙

通过结构分析，螺钉T6和T7之间的爬电距离如图4所示。该爬电距离的测试要点在于，被测样品的上部件沉头孔内螺钉与垫圈同为导体且紧密连接，可视为一个整体，垫圈到沉头孔内壁之间的间隙狭到不必考虑的程度，可假定在最不利位置处用一根1mm的绝缘连线桥接起来（图4中ef段），用传统方法计算fg段的长度需进行大量的三角函数计算，且计算过程中由于误差积累，可能导致结果不准确，而Siemens NX则可在图纸上直接测量。

在Siemens NX的制图模式下，仍以俯视图为主视图，利用剖视图工具，全剖生成前视图，在前剖视图上新建草图，利用草图曲线工具栏的直线绘图工具，绘制一根直线桥ef接垫圈与沉头孔内壁，并用草图约束将该其束为1mm，点击完成草图，退出草图绘制。

利用尺寸工具栏，标注出爬电距离经过的各段路径的长度，根据图标注数值，螺钉T6和T7之间的爬电距离（如图4所示）=ab+bc+cd+ef+fg+gh+hi+ij=(1.745+2.091+6.511+1+5.019+3.979+4.050+6.714)mm=31.11mm。

图4. 螺钉T6和螺钉T7之间的爬电距离

通过结构分析，螺钉T6和T7之间的电气间隙如图5所示。利用前述Siemens NX的草图功能，在图5剖切图，绘制ef、fg段辅助线，然后退出草图。接着利用尺寸工具栏，标注出爬电距离经过的各段路径的长度，根据图标注数值，螺钉T6和T7之间的电气间隙（如图5所示）=ab+bc+cd+ef+fg+gh=(1.745+2.091+6.511+2.584+5.678+6.714)mm=25.32mm。

4.小结

图5. 螺钉T6和T7之间的电气间隙

爬电距离和电气间隙作为电器产品中一项重要的安全检测项目，其准确测量在一定程度上反映了实验室在电气安全检测方面的水平[4]。利用Siemens NX可直接在计算机建模制图，并利用其测量工具直接测出爬电距离/电气间隙各段的距离，免去繁琐的计算过程同时降低了计算过程中累积的误差，大大提高测试效率以及准确性。