电气间隙和爬电距离的分析与测量

张羽

(沈阳电气传动研究所(有限公司)，辽宁 沈阳 110141)

1 概述

电气间隙和爬电距离对于电气类产品的安全性是非常重要的参数，电气类产品中的带电部件与导电部件之间距离过短，将很容易产生漏电，使导电部件带电，危害操作者的人身安全；不同电位的带电部件间距离过短，将容易造成相间短路，使电气类产品中绝缘功能的降低或失效，从而引发火灾或爆炸。因此，在安全检测中，在熟悉电气类产品内部结构的基础上需分辨出其绝缘结构和绝缘特性，确定带电部件和导电部件，分析路径，用符合标准要求的测量方法测量数据，判定该电气类产品是否符合标准要求。

2 电气间隙和爬电距离的定义

电气间隙：两个导电部件之间的最短直线距离。电气间隙应足以达到能承受宣称的电路的额定冲击耐受电压(Uimp)其值应为表1中的值。[1]

表1 空气中的最小电气间隙

爬电距离：两个导电部件之间沿固体绝缘材料表面的最短距离。初始制造商应依据所选择的成套设备电路的额定绝缘电压(Ui)去确定爬电距离。对于任一列出的电路，其额定绝缘电压不应小于额定工作电压(Ue)[1]。

在任何情况下，最小爬电距离≥最小电气间隙

爬电距离应符合规定的污染等级和表2给出的在额定绝缘电压下相应的材料组别。

表2 最小爬电距离

凹槽宽度X：凹槽宽度X是假定任意凹槽在最不利的位置下被绝缘桥接的宽度，其值与污染等级相关联见表3[1]。

表3 凹槽宽度X的最小值

根据IEC60664-1第4款的例子2及例子6可见。角度大于或等于90度的两角不桥接，IEC60664-1没有包含具体的信息，在哪个角度小于90度的桥梁应该适用。根据《CTL决议单590》桥接应适用于80度以下的角度。即：内角小于80°，且开口宽度大于X值的V行凹槽。

3 试验案例(一)

(1)以上海电器设备检测所有限公司组织实施的“电气间隙与爬电距离测试”能力验证为例(如图1所示)。

图1

①进行试验前，不需对样品进行任何预处理。

②样品中的角全部按“尖角”考虑，不视为圆角。

③设定样品污染等级为3。样品发出前已经过吹尘处理，在包装盒内也受到塑料板填保护。在测量过程中，灰尘、异物污染忽略不计。

④导体A、B及C均为直径6mm的圆柱体，导体顶面与接线端子上表面平齐，导体底面均高出接线端子下表面2.5mm，如图3所示。导体和装配孔之间的间隙忽略不计(如图2所示)。

图2

⑤分别测量以下测试项目，并绘制路径图。确保绘制的路径清晰、明确。

(a)导体A与B之间的电气间隙和爬电距离；

(b)导体B与C之间的电气间隙和爬电距离。

(2)测量过程与分析

首先利用游标卡尺、电脑CAD软件等工具，把样品的三个主要测量截面用CAD软件1：1的测绘出来，如图3所示。

图3

对导体A与B之间的电气间隙进行分析得出以下6个路径(见图4(a)、(b)、(c))。

(a)

对路径2进行分析，连接导体A、B圆心A1、B1经过导体A、B圆A2、B2和如图所示D、E点，A2-D-E-B2为电气间隙的路径。需要注意的是点A2与点B2的确定，之所以要通过导体A、B圆心A1、B1的连线来确定是因为如果导体A、B两个圆的圆心不在同一水平线上的话(如图4(d)所示)得出的路径A将小于实际路径B。对路径1的分析与路径2道理相同。

对于路径3进行分析，以点A为圆心画圆与导体A相切于点B，其他路径道理相同。

经计算路径2为最短距离

对导体A与B之间的爬电距离进行分析得出以下6个路径(见图5(a)、图4(b)、图4(c))。

经计算路径6为最短距离(见图5(b))。

(a)

以点D、E为圆心画圆与分别与导体A、B相切于点A1、B1，A1-D-E-B1为爬电距离的路径。

对导体B与C之间的电气间隙进行分析得出以下2个路径(见图6),同时也需考虑图4(d)中所指出的问题。

图6

经测量计算路径1与路径2的距离相等均为最短距离。

对导体B与C之间的爬电距离进行分析得出以下2个路径(见图7(a))。

经测量计算路径2为最短距离(见图7(b))。

(a)

连接导体B、C圆心B1、C1经过导体B、C圆B2、C2(其原理与图4(d)分析一致)和如图所示D、E点,由于直线DF和直线GE所形成的角度为70.65°小于80°，根据《CTL决议单590》连接FG，污染等级为3，FG=1.5mm，B2-D-F-G-E-C2为爬电距离的路径。

4 试验案例(二)

4.1 参考标准

本次比对计划依据的基础方法标准为GB7251.1-2005《低压开关设备和控制设备 第1部分：型式试验和部分型式试验成套设备》。

4.2 试验说明

(1)在进行试验之前，不需对样品进行任何形式的预处理。试验的场所应是保持恒定温度在20±5℃之间的房间，请测量T1和T4之间的电气间隙和爬电距离。

(2)设定样品污染等级为2(正常情况)。

(3)样片中的角全部按“尖角”考虑，不视为圆角。

(4)结果单中的爬电距离和电气间隙测量值精确到0.01mm。

4.3 测量与分析

首先根据题目将样件放置在20±5℃房间24小时。在此温度下用游标卡尺直接测量T1与T4的电气间隙如图8(b)。

经分析得出爬电距离可有三种路径：

由T1下端点沿样件到T4左端点(见图8(c))根据《CTL决议单590》此角度为90度不需要桥接。

由T1上端点沿样件到T2左端点，再由T2右端点沿样件到T3上端点，再由T3下端点沿样件到T4右端点(见图8(d))根据《CTL决议单590》这两个角度均小于80°度需要桥接凹槽宽度X的值为1mm。

(a)

由T1下端点到R1左端点，再由R1右端点到T4左端点。这组数据不好得出因为T1的下端点的A面与R1左端点B面不在一个空间平面内，如图8(e)。

将A面旋转90°与B面成为一个平面(见图8f)。

得出由T1下端点到R1左端点，再由R1右端点到T4左端点的爬电距离，经计算比较此结果为爬电距离距离最短。

5 试验案例(三)

5.1 检测方法说明

(1)本次能力验证计划要求实验室按照日常检测程序进行试验，分别测量：

①T1到T2的爬电距离和电气间隙，并绘制路径图；

②T1到R1的电气间隙，并绘制路径图；

③T3到R1的爬电距离，并绘制路径图。

(2)本次能力验证计划依据的基础方法标准为GB/T16935.1-2008，GB8898、GB4943、GB2099.1、GB16915.1、GB14536.1、GB15092.1、GB19212.1、GB7000.1、GB12350等产品标准也在相关章节中引用了方法标准的要求，可作为试验依据；此外还应考虑CTL决议单590和717的相关要求。

(3)在进行试验之前，不需对样品进行任何形式的预处理。试验的场所应是保持恒定温度在20±5℃之间的房间。

(4)设定样品污染等级为3。

(5)样片中的角全部按“尖角”考虑，不视为圆角。

(6)如图9(a)，红点为左侧镂空半圆的圆心。

5.2 测试与分析

首先根据题目将样件放置在20±5℃房间24小时。在此温度下用游标卡尺直接测量T1与T2的电气间隙如图9(b)。

由B点开始沿着绝缘塑料边界爬行至槽的边缘C点，桥接宽度小于1.5mm的槽，沿着绝缘塑料的边界爬行至D点利用CAD软件得出T1与T2的爬电距离如图9(c)。

(a) 红点为左侧镂空半圆的圆心位置

由点C向上做垂直于底面的直线交于顶面A，直线AC与直线AB相垂直，因为AC与AB的长度相对好测量，所以最后利用勾股定理算得BC的直线长度即T1到R1的电气间隙如图9(d)。

如图9(e)由点B′向上做垂直于底面的直线交于顶面B，可测量出∠BOA的角度，利用弧长计算公式可算出圆弧BA的长度，将圆弧BA展开如图9(f)。

由此可以利用CAD软件直接得出直线的距离即T3到R1的爬电距离。

6 试验案例(四)

6.1 测量L极-N极的爬电距离和电气间隙，并绘制路径。6.2 测试要求

(1)本次试验依据标准：GB/T 16935.1-2008、GB 2099.1-2008、GB 4943.1-2011、GB 4706.1-2005、GB 7000.1-2015、GB 8898-2011等相关标准；

(2)样品在海拔 2000 米以下使用，污染等级为2；

(3)样品额定电压220V，频率50Hz；

(4)所有带电部件均按加强绝缘考虑；

(5)不考虑插头插入时的情况。

6.3 测量与分析

首先根据观察与测量确定出电气间隙与爬电距离的路径见图10(b)、图10(c)、图10(d)。

(a)样品拆解图

(1)首先利用显微镜找Bb水平，把B点作为坐标原点，并测量Ba距离。

(2)沿Bb水平向金属件延伸得出A(左右图形对称方法相同)。

(3)找到金属件点F，连接AF。将B点做垂直于Bb的直线BH，连接FH(与AB平行)。

(4)以B为原点做BC垂直于AF，则可计算出电气间隙的距离即L极-N极的电气间隙(见图10(e))。

(5)做辅助线FF′=1(污染等级为2查表3可得)，辅助线A′F′平行于AF与BH相交于D点，DE等于1并垂直于AF。

(6)需要注意的是，见图10(e)点F与点F1在图10(f)中所示方向上可能一高一低，需要测量出来其中差值，然后根据勾股定理计算出电气间隙的距离即L极-N极的爬电距离。

7 测量过程的注意事项

对于电气间隙和爬电距离的测量，首先需要全面的考虑其可能的最短路径，同时注意凹槽宽度X最小值的选取问题，再通过分析计算，最终得出正确结论。对于不在同一平面上测量，可通过绘制1∶1的各个平面图来选取正确的路径，以确保检测结果的准确性。实际的测试过程中，还应该注意选择适合的测量仪器设备，从而减少过多的人为误差，针对具体产品选用相关的标准，此外，还应考虑额定电压等级、样品表面污染状况、绝缘材料特性、测量环境等多种因素，以保证检测结果的准确性。

8 结语

电气间隙和爬电距离的测量作为电气类产品中一项重要的安全检测项目，其准确性不仅在一定程度上反映了试验室在电气安全检测方面的水平，而且对电气类产品的生产企业在产品的设计上具有一定的指导意义。