关于电气间隙和爬电距离测试的分析与实践

电测与仪表ElectricalMeasurement&Instrumentation第50卷总第568期2013年第4期Vol.50No.568Apr.20130引言电气间隙和爬电距离是电气理论中的重要概念，对电器产品的安全有着非常重要的作用，也是电器产品测试中最常见、最重要的安全项目之一[1]。掌握电气间隙和爬电距离相关的理论、实践知识对电器产品的设计、制造、测试都有重要帮助。本文将从电气间隙和爬电距离的概念、二者的区别、决定因素及检验实践等方面探讨电气间隙和爬电距离相关的理论与实践知识。1概念及相关参数1.1相关概念电气间隙和爬电距离这两个参数通常成对出现，表明了它们之间有重要联系，但是它们之间也有很大区别。根据GB/T16935.1-2008《低压系统内设备的绝缘配合第1部分：原理、要求和试验》中的定义，电气间隙是指两导电部件之间在空气中的最短距离；爬电距离是指两导电部件之间沿固体绝缘材料表面的最短距离［2-3］。1.2二者的异同从上述概念可知电气间隙和爬电距离的相同点是：都是两个导电部件之间的距离。不同点在于：（1）电气间隙是导电部件之间的空间距离，隔离介质是空气；爬电距离是两导电部件之间延绝缘表面的距离，贯穿路线是绝缘材料的表面；（2）电气间隙的目的是关于电气间隙和爬电距离测试的分析与实践刘登峰1，郭亮2(1.北京天诚同创电气有限公司，北京100176；2.新疆产品质量监督检验研究院，乌鲁木齐830011）摘要：电气间隙和爬电距离是安全检测和国际电气能力验证的重要项目。从标准中基本概念出发，辨别了二者在概念上的异同；讨论了电气间隙和爬电距离与其他安全项目的关系；分析了影响测试结果的各种因素的处理办法，重点分析了涉及路径选择、冲击耐受电压、过电压类别、电场、污染等级、材料组别等问题的处理办法；归纳了电气间隙和爬电距离结果数据的确定过程。最后，通过对测试实例的分析，说明了测试结果产生的过程，引出了掌握这两个参数对电器生产者的重要意义。关键词：电气间隙；爬电距离；分析；实践；过电压中图分类号：TM2文献标识码：B文章编号：1001-1390（2013）04-0008-04AnalysisandPracticeinMeasurementaboutClearancesandCreepageDistanceLIUDeng-feng1,GUOLiang2(1.BeijingEtechwinElectricCo.,Ltd.,Beijing100176,China.2.XinjiangProductQualitySupervisionandInspectionInstitute,Urumqi830011,China)Abstract：Clearancesandcreepagedistanceisanimportanttestitemofsafetytestandinternationalproficiencytesting.Startingfromthebasicconceptofthestandard,thispaperidentifiesthesimilaritiesanddifferencesofclearancesandcreepagedistanceontheconcept.Relationshipbetweenotheritemsofsafetytestandclearances-creepagedistanceisdiscussed.Approachesofvariousfactorsaffectingtestresultsareanalyzed,andespeciallyemphasisonsomeimportantitemsinvolvingpathselection,impulsewithstandvoltage,overvoltagecategory,theelectricfield,thelevelofcontamination,andmaterialgrouparehighlightedaswellastheprocessofdeterminingclearancesandcreepagedistancesresultdataaresummarized.Finally,throughtheanalysisofthetestinstances,theprocessoftestresultsaredescribed,andthesignificanceofthegraspofthesetwoparametersforelectricalproducersarederivedfrom.Keywords：clearance,creepagedistance,analysis,practice,overvoltage8--电测与仪表ElectricalMeasurement&Instrumentation第50卷总第568期2013年第4期Vol.50No.568Apr.2013要保证在两导电部件之间出现瞬态过电压和峰值电压时不能发生击穿现象，防范的是瞬态过电压或峰值电压；爬电距离的目的是要保证在一定的工作电压和污染等级下不会发生击穿现象，考核的是绝缘及其材料在给定工作电压和污染等级下的耐受能力［4-6］。1.3与其他项目的关系电气间隙和爬电距离是电器产品安全项目中比较重要的一个项目，其重要性不仅体现在它本身对产品性能的决定作用，更重要的是体现在它与其他安全项目的关系上面。1.3.1与介电性能的关系它与介电性能紧密相关，因它反映的是产品不同带电部件之间距离问题，如果数据不合适将会导致产品的发生漏电、击穿等安全问题。但是，如果这两个参数的数据设置太大，虽能避免上述问题，但将会加大产品的尺寸，而增加了产品的成本，使产品处于竞争劣势。1.3.2与防护等级的关系它与防护等级也息息相关，因为爬电距离与带电部件的绝缘材料表面潮湿、污染程度直接相关，所以如果能够保证导电部件所处环境干燥，绝缘材料表面干净无污物，则可以大幅度降低导电部件间的电气间隙和爬电距离数据，这对缩小产品尺寸非常有意义，对降低产品成本具有积极作用。1.3.3与泄漏电流的关系与泄漏电流项目密不可分，如在较高电压环境下，如果电气间隙设置较小，则可能发生由于局部放电造成的泄漏电流增加的情况发生，而导致泄漏电流项目不合格；另外，在使用环境较为恶劣，污染等级较低的情况下，如果爬电距离设置不合适，则也可能造成泄漏电流超过规定值而导致不合格的情况发生。1.3.4与耐电痕化指数的关系它还是电痕化指数参数的直接反映，因电痕化指数就是材料表面特性的反映，耐电痕化指数高则说明材料表面的爬电距离可以设置小一些的数值，反之则需要增加爬电距离数据。2影响电气间隙的因素根据GB/T16935.1-2008规定，电气间隙应以承受所要求的冲击耐受电压来确定。但是还有几个因素也对电气间隙数据的确定有重要影响。2.1冲击耐电压所谓冲击耐受电压就是，在规定条件下不会使绝缘击穿的、规定了波形与极性的脉冲电压最大峰值。知道了概念后，那么如何确定冲击耐受电压呢？在GB/T16935.1-2008中也指明了道路：就是确定器具的过电压类别。只要知道了器具的过电压类别再根据器具供电电源的等级，就可以对应出器具的冲击耐受电压值了，详见GB/T16935.1-2008中表F.1。现在的问题就是如何确定器具的过电压类别。2.2过电压类别我们知道，过电压就是峰值大于在正常运行下最大稳态电压的相应峰值的任何电压。过电压类别分为四类，分别是：（1）过电压类别I的设备是连接至具有限制瞬时过电压至相当低水平措施的电路的设备;（2）过电压类别II的设备是由固定式配电装置供电的耗能设备（此类设备包含如器具、可移动式工具及其他家用和类似用途负载。如果此类设备的可靠性和适用性具有特殊要求时，则采用过电压类别III）;（3）过电压类别III的设备是固定式配电装置中的设备，以及设备的可靠性和适用性必需符合特殊要求者（此类设备包含如安装在固定式配电装置中的开关电器和永久连接至固定式配电装置的工业用设备）;（4）过电压类别IV的设备是使用在配电装置电源端的设备（此类设备包含如测量仪和前级过电流保护设备）。要确定器具的电气间隙数据必须给器具在过电压类别方面进行归类。根据归类定义，常见的家用电器、开关器具均可归类至过电压类别II；直接连接在配电网中的民用和工业用电器归类为过电压类别III，注意其中提到的规定是配电装置中的设备；对于电源端设备及输电变压器及其配电站相关设备均应属于过电压类别IV的设备。其他设备可根据定义进行具体情况具体考虑。2.3电场条件导电部件(电极)的形状和布置会影响电场的均匀性，进而影响到耐受规定的电压所需要的电气间隙。通常分为均匀电场和非均匀电场两类，其中均匀电场是理论上的，仅用在理论计算或为简化模型时使用，多数情况都是非均匀电场。2.4微观环境的污染等级污染等级是用数字表征微观环境受预期污染程度。（1）污染等级1：无污染或仅有干燥的、非导电性的污染，该污染没有任何影响；（2）污染等级2：一般仅有非导电性污染，然而必须预期到凝露会偶然发生短暂的导电性污染；（3）污染等级3：有导电性污染或由于预期的凝露9--电测与仪表ElectricalMeasurement&Instrumentation第50卷总第568期2013年第4期Vol.50No.568Apr.2013使干燥的非导电性污染变为导电性污染；（4）污染等级4：造成持久的导电性污染，例如由于导电尘埃或雨或其他潮湿条件所引起的污染。2.5确定电气间隙数据确定器具使用的过电压类别后，结合器具用电系统的额定电压，可以确定出额定冲击电压，再结合器具使用的污染等级和非均匀电场情况最终确定器具导电部件之间的电气间隙数据，基本过程描述见图1。此外，海拔的不同也对电气间隙数据有一定影响，可根据GB/T16935.1-2008中表F.8对海拔进行系数修正。3影响爬电距离的因素根据GB/T16935.1-2008标准中描述，爬电距离主要与额定绝缘电压、污染等级、材料组别有关，通过这些参数可以确定允许的爬电距离。3.1电压确定爬电距离以作用在跨接爬电距离两端的长期电压有效值为基础。此电压为实际工作电压、额定绝缘电压或电源系统额定电压。3.2微观环境的污染等级污染等级对爬电距离的决定作用同2.4中的分类，对爬电距离的影响如GB/T16935.1-2008中表F.4所示。3.3爬电距离的方向和位置根据GB/T16935.1-2008标准中所述，如有必要，制造商应指明设备或元件预期使用的方位，以便在设计时考虑污染的积累对爬电距离的不利影响。3.4绝缘表面的形状绝缘表面的形状仅在污染等级3情况下对确定爬电距离有影响。固体绝缘表面应尽可能设置横向的筋和槽，用来阻断污染引起连续性的漏电路径。同时，筋和槽也可在受电压作用的绝缘上用来引水。应避免导电部件间插人槽和接缝，因为它们可能会使污染累积或积水。具体对筋和槽的考虑可参考GB/T16935.1-2008中6.2中各实例来进行测试。3.5绝缘材料组别绝缘材料按其CTI值划分为四组，CTI值是根据GB/T4207-2003使用溶液A所测得的。具体分组如下：绝缘材料组别I600VCTI绝缘材料组别II400VCTI600V绝缘材料组别IIIa175VCTI400V绝缘材料组别IIIb100VCTI175V按GB/T4207-2003中相比电痕化指数（CTI）试验比较各种绝缘材料在试验条件下的性能，可提供定性比较，同时就绝缘材料具有形成漏电痕迹的趋向来说，相比电痕化指数试验也可给出定量比较。了解完上述五个主要影响因素后，根据GB/T16935.1-2008中附录表F.4可以在确定器具电源系统电压有效值情况下，结合测试对象特点、工作污染等级和器具绝缘材料的特征，从而确定测量对象的爬电距离数据。测试分析过程如图2所示。4测试实践和心得在熟悉电气间隙和爬电距离测试的影响因素后，本部门介绍一些实际测试过程以及一些测试心得。尽管有些电气间隙和爬