GB 4793.1-2007对电气间隙和爬电距离的要求

2024-01-30 14:02:45, 医疗装备杂志

电气间隙和爬电距离作为衡量电气绝缘能力的重要指标，其测量数值的真实性对于电气产品安全至关重要。

本文首先介绍了GB 4793.1-2007标准要求，概述其内容，然后从电气间隙和爬电距离的标准要求、测试方法及实验仪器的角度出发，结合日常检测工作中遇到的具有代表性的技术问题，详细分析产品在设计和结构、检测实验条件等方面存在的严重干扰检验结论的因素，进一步对电气安全风险点进行总结，提出解决方案和技术建议。

电气间隙和爬电距离是衡量电气绝缘能力的重要指标。随着科技和生活水平的提高，人们越来越注重电气产品的便携性，小体积、易携带的电气产品越来越受到用户青睐，但是产品越小，集成化程度越高，其内部设计越复杂，结构布局越紧凑，测量爬电距离和电气间隙的难度越来越高。如何正确测量电气间隙和爬电距离值，是当前需要解决的热点问题。

一、标准要求和限值的选取

根据国家标准GB 4793.1-2007《测量、控制和实验室用电气设备的安全要求第1部分：通用要求》中规定可知，空气中，2个任意导电部件最短距离的测量值可以作为电气间隙值。最小电气间隙应该可以承受电路中由于外因（例如雷击）导致的，或者由于设备工作运行时引起的最大瞬态过电压，如果瞬态过电压不可能发生，则电气间隙按最大工作电压来规定。因此，电气间隙防范的是瞬态过电压或峰值电压产生的危害，其值取决于电路的绝缘类型、耐受电压（工作电压）、海拔高度和电气间隙的微环境污染等级，一般情况下，污染等级2的最小电气间隙为0.2mm，污染等级3的最小电气间隙为0.8mm^[1]。

爬电距离是2个导电零部件沿绝缘材料表面的最短距离，要能承受施加在2个电路之间绝缘上的实际工作电压，因此爬电距离考核了绝缘在给定的工作电压和环境污染等级下的耐受能力，其值取决于电路的工作电压、绝缘类型、CTI值和绝缘材料的污染等级。电气间隙和爬电距离应当满足图1中的规定值，基本绝缘和附加绝缘的电气间隙和爬电距离同样应当满足图1中的规定值，加强绝缘的数值是基本绝缘数值的2倍。

图1 电网电源电路的电气间隙和爬电距离规定值

此外，海拔高度会对绝缘性能产生影响。如果制造商声明设备可以在海拔2000m以上的高度上运行工作，则其电气间隙要乘以从图2中查得的系数，但是该系数不适用于爬电距离，同时要注意爬电距离不应该小于电气间隙的规定值。

图2 海拔5000m以内的电气间隙倍增系数

二、测量仪器

测量电气间隙和爬电距离的常见仪器为数显卡尺、游标卡尺和千分尺，精度一般为0.01mm、0.02mm和0.001mm。随着产品不断小型化，依靠游标卡尺和千分尺等常规测量工具已无法满足测量要求，需要借助具有更高精度的测量设备。

目前，国内外的部分实验室已经开始采用影像测量仪和光学测量显微镜等高精度测量仪器^[2]，其测量精度可以达到0.5μm,与常规测量仪器相比，大大提高了测量精度，保证了实验结果的准确性。

三、注意事项

3.1 产品结构和设计对检测结果的影响

在实际测量时，需要注意观察印刷电路板的焊接点是否存在毛刺，危险带电部件和低压电路之间是否存在固定金属螺栓，为避免形成非预期的爬电路径，需采用试验指或试验针排查出可触及的金属部件，降低产品电气安全存在的潜在风险。

同时，在实际测量时要特别注意设备内部导线的连接方式。如果导线连接采用钩焊的方式，常常会因导线发热引起焊锡松动甚至开焊脱落，导致电气间隙和爬电距离减小。对于Ⅰ类设备来说，由于外壳接地，不会造成危险，但Ⅱ类设备不具备这样的保护，因此Ⅱ类设备存在钩焊导线的情况时，必须在导线连接处附加其他措施，如采用紧固装置固定导线，以达到加强安全防护、避免发生危险的目的。

目前，有国内Ⅱ类的医用电气产品连接网电源时，采用将电源软线一端直接焊到电路板上的情况，这样做看似可以减少工序、节约成本，其实是将产品设计成为只有专业人员才能更换电源软电线的Y连接设备，反而增加了用户后期维护的成本，因此，不推荐在Ⅱ类设备中采用钩焊的方式进行导线连接。

3.2 选取最短路径时需要注意的问题

提高电气间隙和爬电距离测量值准确性的关键点是正确选取最短路径。GB 4793.1-2007作为基础性的标准，在附录C中对电气间隙和爬电距离的测量路径做了充分的说明，本研究不再一一详述，仅对附录C中易混淆的部分进行解释和分析。

通过观察附录C的例1~13，可以发现，在测量爬电距离沟槽角度≥90°时，不可以进行跨接测量，在例3中出现了允许跨接的情况，没有注明沟槽的角度值。在IECEE的CTL717和590文件中有相关规定：只有当沟槽角度<80°时才可以进行跨接，见图3。行业监管机构在历年的能力验证和比对活动经常将上述问题作为考点，希望引起大家的注意。

图3 沟槽角度 <80°的跨接示意图意图

3.3 需关注的电路关键元件

GB 4793.1-2007中第14章规定，涉及安全的元件应符合相关GB或IEC标准的适用安全要求，如有必要，元件应承受本部分的实验；因此，在考核电气间隙和爬电距离时，即使元件已经按照相关适用标准认证，仍要按照GB 4793.1-2007的要求进行评估；特别是对于光耦、固态继电器等工控元件，要重点关注，设计时尽量选用本体较长的元件，如宽爬电距离光耦，以保证可靠的电气绝缘，避免由于元器件本体过短、电气间隙与爬电距离达不到最小要求值而存在电气安全隐患的情况。

3.4 常见安全标准中对电气间隙和爬电距离的要求

由表1可知，各类产品对应的国家标准中对电气间隙和爬电距离的定义基本相同，因为各标准在实验中依据的标准是一致的，即GB/T 16935.1-2008《低压系统内设备的绝缘配合第一部分:原理、要求和试验》（等同采用IEC 60664-1：2007 Insulation coordination for equipment within low-voltage systems-Part 1:Principles requirements and tests）^[3]。

此外，各类产品对应的国家标准中对电气间隙和爬电距离的确定方法有所不同，主要体现在工作电压值的选取上（见表1）。以开关电源为例，当污染等级为2、工作电压为220 V时，GB 4943.1-2011规定的基本绝缘最小电气间隙和爬电距离要求值分别为2.0mm和2.5mm，而GB 4706.1-2007规定的要求值分别为1.5mm和3.0mm，因此，通过GB 4943.1-2011认证的元器件，其爬电距离值不一定符合GB 4793.1-2007的要求，在认可各类元器件证书时，要注意各个标准要求值的差异，避免采用不符合GB 4793.1-2007要求的元器件。