浅谈爬电距离地规定与设计.docx
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浅谈爬电距离地规定与设计
Allempiresfall,youjusthavetoknowwheretopush.IEC60335-1:
2001新标准的变化简介
广州日用电器检测所 陈灿坤罗军波
IEC60335-1:
2001《家用和类似用途电器的安全通用要求》(第四版)标准在2001年5月公布,但由于配合使用的各个产品《家用和类似用途电器的安全XX特殊要求》很多还没有制订出来,所以目前还没有普遍使用2001版本的《通用要求》。
与第三版相比,新版标准在许多方面,特别是在爬电距离和电气间Allempiresfall,youjusthavetoknowwheretopush.隙方面有了很多变化。
可以预见这些变化将会影响全世界未来10年家用电器及类似产品的结构设计,希望引起相关人员的注意,尤其是家电产品设计和测试方面人员的足够重视。
欧洲标准化组织在2002年对EN60335-1进行了换版,而中国国家标准GB4706.1相信很快更新。
据悉全国家用电器标准化技术委员会已经于2003年9月在烟台召开了GB4706.1-XXXX标准的起草工作会议,有希望在今年内完成征求意见稿。
下面笔者结合工作实践,给大家介绍一下标准制订的一些背景情况,并重点对变化较大的第29章作简单介绍。
背景介绍:
在过去40多年里,第一版(1976),第二版(1988),第三版(1991)标准关于爬电距离和电气间隙的内容要求一直没有什么变化。
它们都是以过去积累的经验为基础制订出来的,但是现在看来这些要求相对保守,留有余地太多,或者说对制造商的要求高了。
例如:
对于230V和小于130V的危险带电部件与易触及部件之间都是8mm爬电距离和电气间隙的要求和同样的交流耐压测试值的要求。
虽然TC61(制订IEC60335标准的委员会)早在编写第三版时,就已经注意到这些内容要求不尽合理,并打算修改,可是由于在这方面经验不足,更改条件还不成熟,所以被耽搁了好几年。
最近几年,随着IEC60664绝缘配合系统系列标准的不断完善,对于直流电压小于1000V和交流电压小于1500V绝缘配合有了更明确和具体的电气间隙和耐压要求,TC61委员会就有了修订标准的技术基础。
因而参照IEC60664所制订的新版IEC60335与旧版相比,有很多变化,并且这些新增内容比较复杂,不太容易理解和掌握。
变化介绍:
第3章定义:
在新的标准中引入了一些新的概念,原来的一些定义稍作了改动。
3.3.5功能绝缘functionalinsulation:
为实现电器正确功能,两导电体之间的绝缘,没有安全的功能。
其实这也不是“新”的概念,在开关标准、电子产品标准早就有这个概念了。
大家不妨打开GB4943-1995(idtIEC60950-1:
1991)《信息技术设备(包括电气事务设备)的安全》标准,我们就会发现有类似的概念1.2.9.1“工作绝缘:
设备正常工作所需的绝缘,并不起防电击作用”。
最常见的功能绝缘的例子:
PCB板上带电件之间的绝缘,如图1中所示,
带电件1和带电件2之间的绝缘即为功能绝缘。
而在IEC60335-1:
1991版中,会把它当作基本绝缘来考核。
第13.3条:
电气强度试验电压发生了变化。
IEC60335-1:
1991(第三版)标准的要求:
试验电压值:
——对其他基本绝缘为
1000V
——对附加绝缘为
2750V
——对加强绝缘为
3750V
可以认为器具内部的部件工作电压都是小于250V,按额定电压小于250V的水平来考核的。
但随着技术的发展,越来越多的白色家电采用新的技术,譬如家用空调变频技术,微波炉高压倍压电路等,器具使用的是220V的额定电源电压,但在器具内部可能出现高于电源电压的工作部件,有的部件工作电压高达数千伏。
经过大量的实践,技术专家们觉得应该修改第三版标准不分工作电压考核的情况。
请看标准中的表4:
表4-电气强度试验电压
绝缘
试验电压V
额定电压V
工作电压
SELV
≤150V
>150V且≤250V
>250V
基本绝缘
500
1000
1000
1.2U+700
附加绝缘
1000
1750
1.2U+1450
加强绝缘
2000
3000
2.4U+2400
我们可以看到,附加绝缘和加强绝缘的试验电压从原来的2750V和3750V分别下降到了1750V和3000V,但是增加了对工作电压大于250V的部件/位置的试验。
第14章:
瞬时过电压(冲击电压试验),它与29章电气间隙试验密切相关。
通俗地说,瞬时过电压试验模拟闪电瞬时引入的一个高电压,看看器具的电气承受能力。
某种意义上讲,也可以说它是第13章电气强度试验的延伸。
第22.3条:
增加了直接插入插座式器具的插脚保持力的测试,要求经过70C处理1h后,沿插脚纵向施加50N拉力,插片不应有大于1mm的位移。
第29章:
电气间隙,爬电距离和固体绝缘。
由于采用了新的体系,而且与前面14章紧密相连,有必要先给大家理一理29章各条款的联系。
29章提出总的要求:
电气间隙、爬电距离和固体绝缘要能够承受电气应力,是充分的。
29.1条电气间隙的要求,并提出基本绝缘和功能绝缘的电气间隙可以减小的条件和试验。
29.1.1条基本绝缘的电气间隙要求;
29.1.2条附加绝缘的电气间隙要求:
按表16中基本绝缘的限值;
29.1.3条加强绝缘的电气间隙要求:
按表16中的限值,但采用额定冲击电压更高一级别的限值。
29.1.4条功能绝缘的电气间隙要求:
按表16的限值,但某些情况可以不考虑(例外情况)。
29.1.5条对工作电压大于额定电压的情况电气间隙的要求;
29.2条爬电距离的要求;
29.2.1条基本绝缘的爬电距离要求:
按表17;
29.2.2条附加绝缘的爬电距离要求:
按表17中基本绝缘的限值;
29.2.3条加强绝缘的爬电距离要求:
按表17中两倍于基本绝缘的限值;
29.2.4条功能绝缘的爬电距离要求:
按表18,但某些情况可以不考虑(例外情况);
29.3条附加绝缘和加强绝缘的固体绝缘(穿通绝缘)距离要求;
为方便理解,试归纳查电气间隙的步骤如下:
步骤一:
根据过电压类别、额定电压查标准中表15得出额定冲击电压;
步骤二:
查表16得出基本绝缘电气间隙;
步骤三:
必要时,按一定的条件减少基本绝缘的电气间隙;
步骤四:
按不同的绝缘,得出相应的电气间隙。
举例:
问某220V额定电压电吹风内部布线到外壳外表面,沿外壳安装缝(如图2)
的电气间隙是多少?
解释:
从防触电的角度分析,内部布线的绝缘层提供基本绝缘防护,风扇外壳提供附加绝缘防护,两者合称双重绝缘。
现在要考核附加绝缘的电气间隙。
步骤一:
查表15得知额定电压220V,过电压类别II的情况下额定冲击电压2500V;
步骤二:
查表16得出基本绝缘在额定冲击电压2500V情况下最小电气间隙为2.0mm;
步骤三:
按29.1.2条附加绝缘是采用基本绝缘的限值,即2.0mm。
而按IEC60335-1:
1991标准,查表得到4.0mm的限值,由此可见,要求的确是降低了。
IEC60335-1:
2001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
I
II
III
≤50
330
500
800
>50且≤150
800
1500
2500
>150且≤300
1500
2500
4000
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1
330
0,5注2
500
0,5注2
800
0,5注2
1500
1,0注3
2500
2,0注3
4000
3,5注3
6000
6,0注3
8000
8,5注3
10000
11,5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IEC60664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IEC60664中最小间隙增加了0.5mm。
IEC60335-1:
2001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
1
2
3
材料组别
材料组别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲa/Ⅲb
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲa/Ⅲb
≤50
0.2
0.6
0.9
1.2
1.5
1.7
1.9a
>50且≤125
0.3
0.8
1.1
1.5
1.9
2.1
2.4
>125且≤250
0.6
1.3
1.8
2.5
3.2
3.6
4.0
>250且≤400
1.0
2.0
2.8
4.0
5.0
5.6
6.3
>400且≤500
1.3
2.5
3.6
5.0
6.3
7.1
8.0
>500且≤800
1.8
3.2
4.5
6.2
8.0
9.0
10.0
>800且≤1000
2.4
4.0
5.6
8.0
10.0
11.0
12.5
>1000且≤1250
3.2
5.0
7.1
10.0
12.5
14.0
16.0
>1250且≤1600
4.2
6.3
9.0
12.5
16.0
18.0
20.0
>1600且≤2000
5.6
8.0
11.0
16.0
20.0
22.0
25.0
>2000且≤2500
7.5
10.0
14.0
20.0
25.0
28.0
32.0
>2500且≤3200
10.0
12.5
18.0
25.0
32.0
36.0
40.0
>3200且≤4000
12.5
16.0
22.0
32.0
40.0
45.0
50.0
>4000且≤5000
16.0
20.0
28.0
40.0
50.0
56.0
63.0
>5000且≤6300
20.0
25.0
36.0
50.0
63.0
71.0
80.0
>6300且≤8000
25.0
32.0
45.0
63.0
80.0
90.0
100.0
>8000且≤10000
32.0
40.0
56.0
80.0
100.0
110.0
125.0
>10000且≤12500
40.0
50.0
71.0
100.0
125.0
140.0
160.0
a如果部件的工作电压小于50V,允许使用Ⅲb的材料
IEC60335-1:
2001表18-功能绝缘的最小爬电距离
工作电压(V)
爬电距离(mm)
防污等级
1
2
3
材料组别
材料组别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲa/Ⅲb
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲa/Ⅲb
≤50
0.2
0.6
0.8
1.1
1.4
1.6
1.8a
>50且≤125
0.3
0.7
1.0
1.4
1.8
2.0
2.2
>125且≤250
0.4
1.0
1.4
2.0
2.5
2.8
3.2
>250且≤400b
0.8
1.6
2.2
3.2
4.0
4.5
5.0
>400且≤500
1.0
2.0
2.8
4.0
5.0
5.6
6.3
>500且≤800
1.8
3.2
4.5
6.3
8.0
9.0
10.0
>800且≤1000
2.4
4.0
5.6
8.0
10.0
11.0
12.5
>1000且≤1250
3.2
5.0
7.1
10.0
12.5
14.0
16.0
>1250且≤1600
4.2
6.3
9.0
12.5
16.0
18.0
20.0
>1600且≤2000
5.6
8.0
11.0
16.0
20.0
22.0
25.0
>2000且≤2500
7.5
10.0
14.0
20.0
25.0
28.0
32.0
>2500且≤3200
10.0
12.5
18.0
25.0
32.0
36.0
40.0
>3200且≤4000
12.5
16.0
22.0
32.0
40.0
45.0
50.0
>4000且≤5000
16.0
20.0
28.0
40.0
50.0
56.0
63.0
>5000且≤6300
20.0
25.0
36.0
50.0
63.0
71.0
80.0
>6300且≤8000
25.0
32.0
45.0
63.0
80.0
90.0
100.0
>8000且≤10000
32.0
40.0
56.0
80.0
100.0
110.0
125.0
>10000且≤12500
40.0
50.0
71.0
100.0
125.0
140.0
160.0
a如果部件的工作电压小于50V,允许使用Ⅲb的材料
对于基本绝缘和功能绝缘的电气间隙可以有条件地减少,条件是:
a)通过第14章的瞬时过电压(冲击电压)测试;
b)结构上能保证不变形:
在装配时或发生磨损或有相对位移的情况下,电气间隙不会受到影响。
因此螺丝,联接线等必须可靠联接,不会发生脱落。
这里刚性联接能被接受。
要强调对于0类和0I类器具的基本绝缘在污染等级3的情况还是要按表16执行,电气间隙的要求不能减少。
查爬电距离的要求的步骤可归纳为:
步骤一:
确定被考核部位的工作电压;
步骤二:
确定被考核部位的材料组别(CTI指数);
步骤三:
确定被考核部位的污染等级;
步骤四:
按不同的绝缘,在相应的表中查在该工作电压、材料组别和污染等级下的爬电距离要求。
在讨论电气间隙、爬电距离的问题时,值得注意以下几个问题:
1、零部件与整机的问题:
在参照IEC60664制订标准时,TC61标准委员会在选用电气间隙要求时,增加了0.5mm的余量(参照前面表16注3)。
虽然零部件标准委员会也参照IEC60664标准制订零部件标准,但他们选用最低的电气间隙要求制订他们的标准。
(因为IEC60664只给出了在不同情况下的绝缘配合系统,没有对每个不同产品有具体电气间隙的要求,因此每个标准委员会会根据产品的特点进行选择。
所以不同类型的产品就会有不同要求。
)因此出现了这个问题:
如果我们对零部件按照标准最低电气间隙要求进行考核,那么,符合零部件标准的零件不一定就能符合整机要求。
因此我们在选用零部件时就需特别注意。
这个问题在新的修改版中有望得到解决。
2、漆包线的问题:
在第三版的标准中虽然没有功能绝缘这个概念,但是浸渍过的绕组电气间隙有1,0mm的减少。
但在第四版的标准,只有在额定冲击电压大于1500V的情况下,才允许有0.5mm的减少。
3、根据表16的不同额定冲击电压的值可以查出基本绝缘,附加绝缘,加强绝缘和功能绝缘的电气间隙要求。
但是,对于加强绝缘的电气间隙要求,在表16中要选高一级别的额定冲击电压对应的限值。
4、对于电热管(防尘)和PTC元件,它们的电气间隙要求被减少到1.0mm。
5、由于新版电气间隙要求比旧版减少很多,因此新版第22.31条的要求与旧版的就有了很大变化。
原来要求是:
螺丝或导线等脱落后,要保证50%的要求,而现在严格按100%满足表16要求。
6、我们需要改变这个观念:
由于过去电气间隙有足够多的余量,如果电气间隙满足要求了,交流耐压测试(电气强度试验)要求一般都没有什么问题,因此,我们往往比较注意电气间隙的要求,经常会忽略交流耐压测试。
现在情况有所不同,电气间隙要求减少许多,我们在考虑电气间隙同时,还要考虑交流耐压和冲击电压的测试。
有时,我们最终还以冲击电压测试为准考核电气间隙(如基本绝缘和功能绝缘),当然前提是结构上还要满足一些附加条件,前面已讨论过这个问题,这里不再重复。
以上是笔者的一些个人意见和见解,如有不妥之处,请大家指正。
笔者很荣幸能够参加GB4706.1-XXXX(对应于新版的IEC60335-1)的国家标准起草工作,同时也希望能够有机会在工作中,标准宣贯研讨会中和大家共同探讨,有意者可留意我们的网站的培训通知,或是直接联系培训部。
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