电子电气产品爬电距离影响因素及路径选择分析

袁行超，郭正铭，周晟，刘童

（四川省电子产品监督检验所，成都 610000）

引言

随着科技的不断进步，生活水平的不断提高，电子电气产品全面的走进人们日常生活中，方便着我们的同时也影响着我们，其中最重要的就是其安全性与我们息息相关。我们对电子电气产品的要求也越来越高，既要美观，又要方便小巧，还要使用方便，这样势必会对其安全性提出更严苛要求。因为随着产品体积的减小随之而来的就是绝缘系统的压缩，其中之一就是产品的爬电距离的减小，但最终还是需要满足最小爬电距离的要求，这样才不会因产品安全而构成危害和损失[1]。

在安规检测中爬电距离的影响因素很多，常常会因为忽略了其中某个因素而造成测试错误，给最终面市的产品带来安全隐患。

1 爬电距离的定义

爬电距离[1]（Creepage Distance，缩写为cr）是指沿电子电气产品绝缘的物理表面测得的两个导电部件之间；或者导电部件和电子电气产品防护界面之间的最短路径。爬电距离的大小应使得绝缘在确定的条件下（给定的工作电压和污染等级等）不会产生电击闪络或绝缘击穿（例如，由于电痕化引起的）。

2 爬电距离的影响因素

由于爬电距离考核的是绝缘表面的电流路径，所以影响绝缘材料表面的爬电距离的主要因素有：①工作电压；②污染等级；③材料组别；④绝缘类型；⑤电气间隙限值等。

1）工作电压[1]：应当使用电子电气产品实际测试得到的有效值工作电压或直流电压值。当在测试确定有效值工作电压的时候，需要注意一下要求：①对于所有波形输入，应当使用测试的到的有效值；②如果是直流值，则不用考虑任何其他叠加的纹波电压；③短时条件不应考虑在内（例如：TNV电路当中的韵律振铃型号）；④非重复性瞬态值（例如：由于大气放电干扰引起的）不应考虑考虑在内。

2）污染等级[1]：电子电气产品的绝缘所处的微观使用环境。这样的微观环境可以划分为4级：

污染等级1：适用于使用在完全没有污染或者只有干燥的、不导电污染的场合。这类污染对绝缘没有影响，常见的方式是通过封装或者气密密封来实现，使得外部的灰尘和湿气不能进入。

污染等级2：适用于使用在只有非导电污染的场合。这种污染是由于偶然的水汽凝结可能成为导电的干燥的非导电污染。一般我们生活当中的音视频、信息类电子电气产品所适用的安规标准，都是属于污染等级2的条件。

污染等级3：适用于电子电气产品内一部分使用环境要受到导电污染、受到由于可预期的水汽凝结引起的导电的干燥非导电污染环境。

污染等级4：适用于会对电子电气产品产生长时间的导电性污染。例如导电的灰尘、淋雨或任何其他潮湿环境而引起的污染环境。

3）材料组别[1]：材料组别取决于相比电痕化指数（CTI）。在不同的电压和污染等级下电子电气产品的绝缘材料的性能是非常复杂的，而且在不同的条件下绝缘材料可能会呈现出不同的特性，不仅是电痕化，所以绝缘材料与根据相比电痕化指数划分的材料组别无直接的光联。但是根据实际情况和长时间的试验结果统计来看，具有较高相关性能的绝缘材料的排列也和按照相比电痕化指数（CTI）相应的分级结果大致相同，因此在考核电子电气产品爬电距离的时候使用CTI值进行绝缘材料分类。分类如表1。

表1 绝缘材料组别与CTI值对应关系

在实际电子电气产品安规检测当中，如果不清楚绝缘材料的组别，允许假定材料组别为Ⅲb。

4）绝缘类型[1]：绝缘（insulation）是电子电气产品安全检测中一个最重要的概念，绝缘的基本作用是切断电流回路，用于隔离导体避免互相接触，在实际应用中起到保证电子电气产品正常工作和实现电击防护的作用，避免造成人员伤害和财产损失。绝缘分为以下几种类型：

①基本绝缘（basic insulation）：基本绝缘是指对电击防护提供基本保护的绝缘。例如：一般电子电气产品所使用的电源线，内部直接包裹金属导体的那层护套，就是起到基本绝缘功能。

②附加绝缘（supplementary insulation）：附加绝缘是指依靠在基本绝缘上另加的单独绝缘，在基本绝缘失效的时候能够起到防电击作用的绝缘。例如：基本绝缘例子里面的电源线最外层护套，就是起到附加绝缘的功能。

③双重绝缘（double insulation）：双重绝缘是指由基本绝缘加上附加绝缘构成的绝缘体系。例如：电源线导体护套加上最外层护套就构成了双重绝缘。

④加强绝缘（reinforced insulation）：加强绝缘是指即使只是单一的绝缘结构，但也能像双重绝缘一样提供相当的电击防护功能。例如：安全隔离变压器初级绕组与次级绕组之间隔离用的绝缘胶带，如果能满足加强绝缘的相关要求（如：抗电强度等），就能作为加强绝缘使用。

⑤功能绝缘（functional insulation）：功能绝缘是指电子电气产品正常工作所需要的绝缘。此绝缘并不能起到防电击的作用，但是能减少线路短路、着火等安全危害。例如：信息类产品中的电源适配器输入端L-N之间，只要满足功能绝缘就能满足安规要求。

5）电气间隙限值[1]：电气间隙（clearance，缩写为cl）是指电子电气产品内两个导电部件之间或者导电部件和电子电气产品防护界面之间最短的空间距离。电气间隙限值是根据相关安规要求，得到的满足安规标准的最小值，如果在安规测试时最小爬电距离要求值小于电气间隙限值，这时的爬电距离限值只能选择电气间隙限值。

因此，由于影响爬电距离的因素众多，所以在实际安规检测过程中，需要谨慎的考虑相关问题，这样才能做出正确的路径选择。

3 爬电距离的路径选择示例

在选取爬电距离路径的时候，就不得不提到路径当中的缝隙或者开槽，一般在安规标准当中把此值定义为X值：为测量路径当中的一条任意深度、宽度为X mm的缝隙或沟槽。

X值得选取规则为：①当所示距离小于X值时，直接跨过此缝隙或沟槽；②当通过相关安规标准要求得到的最小电气间隙限值大于或等于X值时，污染等级与X值之间的选择关系才能使用。如果确定后的最小电气间隙限值小于3 mm，X值就要在与污染等级相对应的值和最小电气间隙限值的1/3之间选择。具体对应关系见表2。

表2 电子电气产品所在的微观环境（污染等级）与沟槽或缝隙值（X mm）对应关系

在电子电气产品安规标准中示例了很多种测量路径的示例，如果有需要可以对应查询相应标准，在此仅举例讨论几个比较典型易错的示例，见下文：

1）当测量路径当中有一条内角小于80°（参见决议CTL0590）和宽度大于X值的V形沟槽时，爬电距离如图1所示。

图1 内角小于80 °且宽度大于X值的V形沟槽

2）当测量路径上有一条未粘合的接缝，而且在该接缝的一边有宽度小于X值的沟槽，另一边有宽度大于等于X值的沟槽，爬电距离如图2所示。

图2 两端沟槽，一边宽度小于X值，另一边宽度大于等于X值

3）当测量路径是窄凹槽（参见决议CTL0717）时，爬电距离如图3所示。

图3 窄凹槽

4）当测量路径是宽凹槽（参见CTL决议0717）时，爬电距离如图4所示。

图4 宽凹槽

这些路径示例很好的给出了测量参照，在出现争议时也有CTL决议作为辅助参考，如果能严格按照示例来测量，结合爬电距离影响因素，就会减少在实际测试当中出现错误的概率。

4 实际案例

在实际安规测试过程中，常常出现与示例类似情况的路径，下面是两个具体实例。

1）图5是一只开关电源适配器电源板背面照片。

图5 白框内光电耦合器引脚之间有开槽

此次需要测量光电耦合器引脚之间的爬电距离，具体测试步骤为：根据产品适用的安规标准（GB 4943.1-2011），属于污染等级2，材料组别未知（默认材料组别Ⅲb），绝缘类型为加强绝缘，实际测试的有效值工作电压为220 V~，电气间隙限值为6.0 mm，开槽距离＞1.0 mm，所以本次测量爬电距离要求值也是6.0 mm，具体路径为图6中白色标注路径，通过游标卡尺等测量工具，得到此次爬电距离为8.7 mm，满足标准要求。

图6 白色路径为光电耦合器的爬电距离路径

2）图7是我们参与的某次能力验证的样品。

图7 带沟槽的印制板电路

给定的测试条件：某个电子电气产品内部的印制板，正常使用情况是属于污染等级2，印制板的各方向上的角都按照“尖角”来考虑，不认为是带弧度的圆角。

此次测量我们依据的标准是GB 8898-2011，需要测量元件T1跟元件T2之间的爬电距离，元件T3跟元件T4之间的爬电距离，还有就是元件T1与元件T4之间的爬电距离。具体测试如表3。

表3 元件之间爬电距离路径与计算过程

5 建议

电子电气产品的爬电距离测量是复杂且繁琐的过程，需要工程师在日常检测过程中必须熟记影响因素，针对具体产品具体分析，不同的条件组合，都会对应不同的爬电距离限值，而且测量仪器的选择也会对测量结果产生重大影响，因此需要谨慎的心态，细心严谨的工作态度，这样在测量时就不会对产品出现错判、漏判现象，使后续面市的产品才不会对使用者造成伤害。

6 小结

爬电距离是电子电气产品防电击伤害的重要项目之一，而合格的爬电距离设计能有效避免一些电击伤害的发生，从产品的设计之初就要充分考虑爬电距离的要求，使设计的产品首先能满足相关地区标准要求，又能满足市场需求。借此希望通过爬电距离影响因素及路径选择的浅析，能对产品设计从业者及新入安规检测行业的工程师提供一些参考，快速掌握爬电距离的测试。