PCB 之 电气间隙、爬电距离设计需求判定.doc

电气间隙、爬电距离相关介绍一、 为啥由这些要求？一是安全；二是安全；三还是安全。二、 这些概率是咋引申来的？为了保证人身安全和使用环境不受任何危害，基本所有的家用电器产品都有对应的安全标准。整体而言，所有家电有通用的基本标准，如：IEC60335-1家用和类似用途电器的安全通用要求，针对具体家电产品，可能要有类似标准参考。但基本都是在通用标准的基础上，针对具体家电产品做做一些更细致、补充性的说明。说到这里，先介绍一些基本概念：1、基本绝缘 basic insulation施加于带电部件对电击提供基本防护的绝缘。附加绝缘 supplementary insulation万一基本绝缘失效，为了对电击提供防护而对基本绝缘另外施加的独立绝缘。双重绝缘 double insulation由基本绝缘和附加绝缘构成的绝缘系统。加强绝缘 reinforced insulation提供与双重绝缘等效的防电击等级而施加于带电部件的单一绝缘。双重绝缘和加强绝缘在防护上基本相当，在大多数情况下，可以等同看待。但是，细致来讲，二者有一定区分：加强绝缘，作为单一的绝缘，这并不意味该绝缘是个同质体，它也可以由几层组成，但它不像附加绝缘或基本绝缘那样能逐一地试验，具体实验强度上，相对基本绝缘和附件绝缘有一定加强。功能性绝缘 functional insulation在不同电势的导电部件之间的绝缘，仅为器具的正确运行所需。2、相关家电对应的分类情况，根据防触电保护方式，家用电器可以分为5类：O 类型器具 class O appliance：电击防护依赖于基本绝缘的器具。即它没有将导电性易触及部件（如果有的话）连接到设施的固定布线中保护导体的措施，万一该基本绝缘失效，电击防护依赖于环境。【简单讲：仅仅提供基本绝缘】随着越来越严格的安规，该类设备基本已经很少有了。OI 类器具class OI appliance至少整体器具有基本绝缘并带有一个接地端子的器具，但其电源软线不带接地导线，插头也无接地接点。【简单讲：基本绝缘+接地保护（单独引出）】 只备有接地端子，而没有将接地线接到接地端子上，使用时由用户用接地线将机壳直接接地。即，不相目前电器常用的三角插头形式（含保护地方式引出）。这类电器，慢慢也比较少了，在一些很老式的电气中可能会见到。I 类器具class I appliance其电击防护不仅依靠基本绝缘而且包括一个附加安全防护措施的器具。其防护措施是以万一基本绝缘失效，易触及的导电部件不会带电的方法是将易触及的导电部件连接到设施固定布线中的接地保护导体。【简单讲：基本绝缘+附加保护措施（一般为可触及会带点部件通过“三角插头”等类似较固定方式引出）】这是目前很多家电主要采用的保护形式。II 类器具class II appliance其电击防护不仅依靠基本绝缘，而且提供如双重绝缘或加强绝缘那样的附加安全防护措施的器具。该类器具没有保护接地或依赖安装条件的措施。【简单讲：双重或加强绝缘方式，且无保护接地】 这也是目前很多家电主要采用的保护形式。III 类器具class III appliance其电击防护是依靠安全特低电压电源来供电的器具，且其内部不产生比安全特低电压高的电压。【简单讲：安全特低压供电】这里有个很常见的重合问题：如果一个其各处均具有双重绝缘或加强绝缘的器具又带有接的防护措施，则此器具被认为是I 类或OI 类器具。我们的空调，目前的绝缘就兼具有I和II器具都有的特点。3、电气间隙 clearance两个导电部件之间，或一个导电部件与器具的触及表面之间的空间最短距离。爬电距离 creepage distance两个导电部件之间，或一个导电部件与器具的易触及表面之间沿绝缘材料表同测量的最短路径。特低电压extra-low voltage器具内部的一个电源供给的电压，当器具在额定电压工作时，该电压在导线之间以及在导线与地之间均不超过50V。安全特低电压safety extra-low voltage导线之间以及导线与地之间不超过42V 的电压，其空载电压不超过50V。当安全特低电压从电网获得时，应通过一个安全隔变压器或一个带离绕组的转换器，此时安全隔离变压器和转换器的绝缘应符合双重绝缘或加强绝缘的要求。三、 怎样判断设计中所需要的电气间隙、爬电距离。器具的结构应使爬电距离、电气间隙和固体绝缘足够承受遗体中能经受的电气应力。【爬电距离和电气间隙不应小于对应表格的规定值，并考虑一定的过压类别对应的额定脉冲电压的影响。但如果电气间隙满足IEC60335-1的14 章的脉冲电压试验，对于基本绝缘和功能性绝缘，它们的值可以更小。该试验只有在该距离不可能受变形、磨损、部件移动或装配期间的移动所影响的结构中才适用。】1、 电气间隙的判断。在IEC60335-1标准的附录中，对其的判断过程有详细说明。具体如下：（1） 确定设备的过压类别：过电压类别是一个定义瞬间过电压条件的数值。具体在：IEC60664-1中可以找到更详细信息。目前主要分为4类：过电压类别IV 的设备： 在原安装地点使用。Eg：如电费表和初级过电流保护设备。过电压类别III 的设备：固定设施里的设备和其可靠性和可用性有特别要求的设备。Eg：如固定设施的开关和永久连接到固定设施的工业用设备。过电压类别II 的设备： 是由固定设施供电的能量消耗设备。如果这类设备有关于可靠性和可用性的特殊要求，过电压类别III 适用。Eg：如器具、便携式工具和其它家用各类似的负载。过电压类别I 的设备： 为连接到有措施限值瞬态过电压处于低水平的电路和设备。Eg：如电子电路。IEC60335-1表15-额定冲击电压额定电压V额定冲击电压V过电压类别IIIIII5033050080050且15080015002500150且300150025004000（2） 确定设备的污染等级：污染等用来评估设备使用环境污染程度对起一些评价指标影响的一个等级，主要是下述污染等级的信息摘录于IEC60664-1。为了评定电气间隙的距离，确立以下4 个微环境的污染等级：1 级污染：没有污染或似发生干燥的、非导电性的污染。污染不会产生影响；2 级污染：除了可预知的冷凝所引起的短时的偶然的污染外，似发生非导电性的污染；3 级污染：发生导电性的污染或干燥的非导电性污染，且该污染会由可预知的冷凝使其具有导电性。4 级污染：由导电性粉尘、雨水或雪引起的产生持久导电性的污染。注3：4 级污染不适用于器具。（3）按之前设备的分类，查表16，并将实际产品的电气间隙测量的值与规定的最小值进行比较。若满足，对于其它情况，如果符合IEC60335-1中29.1严格要求【爬电距离和电气间隙不应小于对应表格的规定值，并考虑一定的过压类别对应的额定脉冲电压的影响。但如果电气间隙满足IEC60335-1的14 章的脉冲电压试验，对于基本绝缘和功能性绝缘，它们的值可以更小。该试验只有在该距离不可能受变形、磨损、部件移动或装配期间的移动所影响的结构中才适用。】，可进行脉冲电压试验以验证确认，另外，表16 的规定值适用。表16 规定的最小值进行比较。（4）按设计绝缘要求进行判断是否合格：A：基本绝缘：其电气间隙按表16来判断；B：附加绝缘：其电气间隙应不小于表16 对基本绝缘的规定值；C：加强绝缘：的电气间隙应不小于表16 对基本绝缘的规定值，但以使用下一个高等级的额定脉冲电压值作为基准。D：功能性绝缘:表16 的数值适用。但如该功能性绝缘被短路时器具仍符合IEC60335-1，19非正常工作 章节的要求【器具的结构，应使其消除非正常工作或误操作导致的火灾危险、有损安全或电击防护的机械性损坏是可行的】，则不规定其电气间隙。不测量在漆包线交叉点上的电气间隙。IEC60335-1:2001 表16-最小电气间隙额定冲击电压(V)最小电气间隙(mm)注13300,5注25000,5注28000,5注215001,0注325002,0注340003,5注360006,0注380008,5注31000011,5注3注1：这些尺寸要求只适合于空气中的电气间隙。注2：由于大规模生产会产生一些误差，比标准IEC 60664中更小的电气间隙要求因此未被采用。注3：在整个产品寿命周期里，有可能会造成间隙的减少，考虑到这些原因，表16的要求比标准IEC 60664中最小间隙增加了0.5mm。2、 爬电距离的判断。在IEC60335-1标准的附录中，对其的判断过程有详细说明。具体如下：测量基本绝缘和附加绝缘的爬电距离并与表17 规定的最小值进行比较。测量功能绝缘的爬电距离并与表 18 规定的最小值进行比较。测量加强绝缘的爬电距离并与表17 规定的最小值进和比较。按设计绝缘要求进行判断是否合格：A：基本绝缘：其爬电距离不应少于表17 的规定值。除了1 级污染外，如果IEC60335-1中14 章（瞬间过压）的试验用来检查特殊的电气间隙，相应的爬电距离应不少于表16 规定的电气间隙的最小尺寸。B：附加绝缘：其爬电距离应不小于表17 对基本绝缘的规定值。但注：表17 的注1 和注2 不适用。C：加强绝缘：其爬电距离应不小于表17 对基本绝缘的规定值的两倍。但注：表17 的注1 和注2 不适用。D：功能性绝缘: 功能性绝缘的爬电距离不应小于表18 的规定值。但如该功能性绝缘被短路时器具及符合19 章（非正常工作）要求，爬电距离可减小。IEC60335-1 表17-基本绝缘的最小爬电距离 工作电压（V）爬电距离（mm）防污等级123材料组别材料组别材料组别a/ba/b500.20.60.91.21.51.71.9a50 1250.30.81.11.51.92.12.4125 2500.61.31.82.53.23.64.0250 4001.02.02.84.05.05.66.3400 且5001.32.53.65.06.37.18.0500 且8001.83.24.56.28.09.010.0800 10002.44.05.68.010.011.012.51000 且12503.25.07.110.012.514.016.01250 且16004.26.39.012.516.018.020.01600 且20005.68.011.016.020.022.025.02000 且25007.510.014.020.025.028.032.02500 且320010.012.518.025.032.036.040.03200 且400012.516.022.032.040.045.050.04000 且500016.020.028.040.050.056.063.05000 且630020.025.036.050.063.071.080.06300 且800025.032.045.063.080.090.0100.08000