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电气间隙与爬电距离讲解

发布日期:2019/09/16已有 608 人浏览

电气间隙是在两个导电零部件之间或导电零部件与设备防护界面之间测得的最短空间距离。即在保证电气性能稳定和安全的情况下,通过空气能实现绝缘的最短距离。

电气间隙的大小和老化现象无关。电气间隙能承受很高的过电压,但当过电压值超过某一临界值后,此电压很快就引起电击穿,因此在确认电气间隙大小的时候必须以设备可能会出现的最大的内部和外部过电压(脉冲耐受电压为依据)。在不同场合使用同一电气设备或运用过电压保护器时所出现的过电压大小各不相同。因此根据不同的使用场合将过电压分为Ⅰ至Ⅳ四个等级。

爬电距离:沿绝缘表面测得的两个导电零部件之间或导电零部件与设备防护界面之间的最短路径。即在不同的使用情况下,由于导体周围的绝缘材料被电极化,导致绝缘材料呈现带电现象。此带电区(导体为圆形时,带电区为环形)的半径,即为爬电距离。

在绝缘材料表面会形成泄漏电流路径。若这些泄漏电流路径构成一条导电通路,则出现表面闪络或击穿现象。绝缘材料的这种变化需要一定的时间,它是由长时间加在器件上的工作电压所引起的,器件周围环境的污染能加速这一变化。

因此在确定端子爬电距离时要考虑工作电压的大小、污染等级及所运用的绝缘材料的抗爬电特性。根据基准电压、污染等级及绝缘材料组别来选择爬电距离。基准电压值是从供电电网的额定电压值推导出来的。

随着科学技术的迅猛发展,人们的生活水平的不断提高,越来越多的电子产品进入我们的家庭,为保证使用者的人身安全,世界各国均有相关法规以约束电器产品对人身造成的各种伤害。因此,安全性设计在产品的整个设计过程中有着至关重要的作用,其中安全距离是在产品设计中最重要的部分之一。在电气间隙、爬电距离实际测量中往往有不同的结果差异、本篇结合自身实际工作,就电气间隙,爬电距离的安全标准要求做一下概括总结,谈谈以下几点理解。


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名词解释

1、安全距离包括电气间隙(空间距离),爬电距离(沿面距离)和绝缘穿透距离。

2、电气间隙:两相邻导体或一个导体与相邻电机壳表面的沿空气测量的最短距离。

3、爬电距离:两相邻导体或一个导体与相邻电机壳表面的沿绝绝缘表面测量的最短距离。

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从GB4943-2011中2.10条款定义理解

在GB4943;2.10条款中指出电气间隙的尺寸应使得进入设备的瞬态过电压和设备内部产生的峰值电压不能使其击穿。爬电距离的的尺寸应使得绝缘在给定的工作电压和污染等级下不会产生闪络或击穿(起痕)。由此可以看出,电气间隙和爬电距离的防范对象和考核目的不同。电气间隙防范的是瞬态过电压或峰值电压;而爬电距离是考核绝缘在给定的工作电压和污染等级下的耐受能力。

从对一次电路二次电路的名词定义可以看出,二次电路可能是安全可触及的,也可能是危险带电的;一个设备内可能同时存在一次电路和二次电路,例如预定与电网电源直接相连使用的电源适配器;一个设备也可能本身就是二次电路,例如采用一台发电机或电池供电的设备。在理解和区分一次电路和二次电路的基础上,也就理解标准中为什么二次电路中也有对基本绝缘、附加绝缘、加强绝缘等的电气间隙的要求。

具体测量步骤步骤如下:

一)电气间隙的测量步骤

确定工作电压峰值和有效值;

确定设备的供电电压和供电设施类别; 

根据过电压类别来确定进入设备的瞬态过电压大小;

确定设备的污染等级(一般设备为污染等级2);

确定电气间隙跨接的绝缘类型(功能绝缘、基本绝缘、附加绝缘、加强绝缘)。

二)确定爬电距离步骤 

确定工作电压的有效值或直流值;

确定材料组别(根据相比漏电起痕指数,其划分为:Ⅰ组材料,Ⅱ组材料,Ⅲa组材料, Ⅲb组材料。注:如不知道材料组别,假定材料为Ⅲb组)确定污染等级;确定绝缘类型(功能绝缘、基本绝缘、附加绝缘、加强绝缘)电气间隙、爬电距离的要求值:电气间隙根据测量的工作电压及绝缘等级,查表(GB4943:2H 和2J和2K,60065-2001表:表8和表9和表10) 检索所需的电气间隙即可决定距离;作为电气间隙替代的方法,4943使用附录G替换,60065-2001使用附录J替换。

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从GB8898-2011中13条款定义理解

爬电距离根据工作电压、绝缘等级及材料组别,查表(GB4943为表2L,65-2001中为表11)确定爬电距离数值,如工作电压数值在表两个电压范围之间时,需要使用内差法计算其爬电距离。*GB4943中只有功能绝缘的电气间隙和爬电距离可以减小,但必须满足 标准5.3.4规定的高压或短路试验。 

在GB8898-001中13条款中电气间隙考虑的主要因素是工作电压,查图9来确定。(对和电压有效值在220-250V范围内的电网电源导电连接的零部件,这些数值等于354V峰值电压所对应的那些数值:基本绝缘3.0mm,加强绝缘6.0mm)。

GB8898-2001其判定数值等于电气间隙,如满足下列三个条件,电气间隙和爬电距离加强绝缘可减少2mm,基本绝缘可减少1mm。

1.这些爬电距离和电气间隙会受外力而减小,但它们不处在外壳的可触及导电零部件与危险带电零部件之间;

2.它们靠刚性结构保持不变;

3.它们的绝缘特性不会因设备内部产生的灰尘而受到严重影响。 

*注意:但直接与电网电源连接的不同极性的零部件间的绝缘,爬电距离和电气间隙不允许减小。基本绝缘和附加绝缘即使不满足爬电距离和电气间隙的要求,只要短路该绝缘,设备仍满足标准要求,则是可以接受的(8898中4.3.1条)。

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关于GB19212.1-2016中26条款的理解

GB19212.5-2011、GB19212.7-2012、GB19212.18-2006,GB19212.1-2016作为通用要求和试验,在 26 条款中电气间隙爬电距离的主要考虑因素为电压类别、污秽等级,绝缘材料组别。对于采用浸渍、灌封或者使用粘结胶带覆盖绕组来进行隔离的变压器,如果能满足 GB/T16935.1-2008 的 4.1.1.2.1的试验,爬电距离可有有相应的减小值,但应当按适用的情况进行附加的试验(见 26.2 条中 a),b),能通过相应的介电强度试验。 

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关于GB15092.1-2010中20条款的理解

电气间隙的测量主要考虑因素额定电压、电压类别和污染等级,对基本绝缘、工作绝缘、附加绝缘、加强绝缘、三种断开状态分别加以说明,另外对于基本绝缘及附加绝缘有必要时可进行附录M脉冲电压试验以验证电气间隙经得起规定的瞬时过电压。爬电距离的测量主要考虑因素为正常使用中预期会出现的电压、污染等级、材料组别。对基本绝缘、工作绝缘、附加绝缘、加强绝缘、三种断开状态也分别加以说明。

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四份标准对测量路径的考虑

一)X值的选取

1)GB4943,GB19212.1,GB15092.1中从污染等级的角度规定了的X宽度是相同的。

污染等级    X宽度

    1           0.25mm

    2            1.0mm

    3            1.5mm

注:如果涉及到的电气间隙小于3mm,则沟槽宽度X最小可减小到该距离的1/3。

2)GB8898对直接与电网电源连接的,X值规定为1.0mm。对不直接与电网电源连接的,且经过防灰尘和潮气侵入的封闭、包封或气密密封的设备、组件或元器件,X值规定为0.25mm。如果涉及到的电气间隙(伴有相关的爬电距离)的要求小于3mm,则沟槽宽度X最小可减小到该距离的1/3,但不小于0.2mm。

二)电气间隙爬电距离的测量路径

a)所考虑的路径包括一个具有任一深度而宽度≧Xmm的平行边沟槽。

b)所考虑的V形沟槽路径在GB4943,GB8898,GB19212.1包括内角角度,而宽度大于Xmm。

在GB15092.1开关中路径包括宽度大于Xmm,对角度没有作出相关要求。

c)所考虑的路径包括肋。

d)所考虑的路径包括两边沟槽宽度≧Xmm的一个非粘合接缝。

e)所考虑的路径包括一个扩展边的沟槽。

f)在螺钉头与槽壁之间的空隙太窄

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结束语

在日常测量电气间隙爬电距离不同的人往往结论有差异,首先要注意是否引入了过多的人为误差,包括测试手段,测量时,一般使用卡尺\千分尺\塞规等,更进一步的手段有读数显微镜\投影法,甚至极精细情况下,有电镜等手段。根据以上四份标准的对比,还可以看出不同的标准对测量电气间隙,爬电距离考核角度、测量要求是有差异的。针对具体产品选用恰当的标准,具体情况具体分析这样才能保证结论的准确性。