GB4706宣贯教材第29章电气间隙

GB4706宣贯教材第29章电气间隙
第29章电气间隙、爬电距离和固体绝缘
一、条款解释
29电气间隙、爬电距离和固体绝缘
器具的结构应使电气间隙、爬电距离和固体绝缘足够承受器具可能经受的电气应力。

通过29.1~29.3的要求和试验确定其是否合格。

如果在印刷电路板上使用涂层保护微观环境（A类涂层）或提供基本绝缘（B类涂层），附录J适用。

使用A类涂层的微观环境中，1级污染沉积。

使用B类涂层，则对电气间隙与爬电距离不做要求。

注1：本要求和试验以GB/T16935.1(idt IEC60664-1)为基础，从该标准可得到更多信息。

注2：对爬电距离、电气间隙和固体绝缘的评定必须分别进行。

29.1考虑到表15中过电压类别的额定脉冲电压，电气间隙应不小于表16中的规定值，除非基本绝缘与功能绝缘的电气间隙满足第14章的脉冲电压试验。

但如果结构中距离受磨损、变形、部件运动或装配影响时，则额定脉冲电压为1500V或更高时所对应的电气间隙要增加0.5mm，并且脉冲电压试验不适用。

在微观环境为3类污然沉积或在0类与0I类器具的基本绝缘上，脉冲电压试验不适用。

注1：适用该试验的例子如带刚性部件或模制定位部件的结构。

距离可能会被影响的例子是含有焊接、搭锁、螺钉端子和电机绕组电气间隙的结构。

器具属于II类过电压类别。

注2：如果电路由器具内特别的装置保护，如符合GB18802.1(idt IEC61643-1)的浪涌抑制装置，可应用I类过电压类别。

注3：附录K给出了关于过电压类别的信息。

表15 额定脉冲电压
在装配时可拧紧到不同位置的部件，如六角螺母之类，和可活动部件要被置于最不利的位置上。

除电热元件的裸露导线外，测量时施加一个作用力于裸露导线和易触及表面以尽量减少电气间隙。

该作用力数值如下：
——对裸露导线，为2N。

——对易触及表面，为30N。

该力通过IEC61032的B型试验探棒施加。

窄孔假定为被金属平板盖住。

注4：测量电气间隙的方法按GB/T16935.1(idt IEC60664-1)规定进行。

注5：附录L给出了评定电气间隙的程序。

理解要点：
一. 电气间隙
电气间隙是与其可能承受的过电压以及环境的污秽程度相关的，因此在解释电气间隙要求之前应该明确过电压、过电压类别、额定冲
击电压、污染等级等概念。

1.过电压
在理想的环境（没有由于雷电、开关造成的过电压、干燥条件等）下，如果单单从实现绝缘功能来讲，很小的电气间隙就足够了。

试验表明，在接近海平面处，1mm的电气间隙可以承受近2kV的工频电压而不发生击穿。

但是，在现实当中，存在各种过电压情况，电气间隙应该能够承受这些过电压，而不仅仅是电器的额定电压。

过电压按照其时间长短可分为瞬态过电压和暂态过电压，瞬态过电压通常为高阻尼的，持续时间只有几毫秒或者更短，表现形式是振荡或非振荡的；而暂态过电压指持续时间相对长的工频过电压，通常由于电网波动或线路故障（比如供电系统单相接地、断相）引起的。

瞬态过电压可以分为雷电过电压、操作过电压和功能过电压。

其中雷电过电压由自然界中的雷电放电现象引起，包括直接雷击、雷电感应和雷电波侵入三种形式，具有时间短暂（微秒级）、冲击电压幅值高的特点，是危害最大的过电压，可能造成设备短路、触电等危害；操作过电压可能由于正常操作（比如开关操作）、线路故障引起；而功能过电压则是由于功能所需而设置的（比如电子灭虫器的高压部分）。

因此，在确定电气间隙时，必须考虑这些过电压的影响。

2.过电压类别
为了限制过电压幅度，通常在供电线路中都安装了过电压的保护装置，比如避雷器、放电管等。

但是，除了这些保护装置，电器本身也应按照其经受过电压的严酷程度来提供足够的绝缘保护。

为了表征经受过电压的严酷程度，将所有的直接由低压电网供电的电气设备分成四个过电压类别：过电压类别Ⅳ、过电压类Ⅲ、过电压类别II、过电压类别I。

如果没有特别规定，本标准适用的器具为过电压类别II（各个过电压类别的解释见附录K）。

3.额定脉冲电压
对于电器来讲，其电气间隙能够承受多大的过电压才认为是合格呢？通常，是以脉冲电压的形式来模拟过电压的，因此就要确定电器的额定脉冲电压。

对于绝缘配合，将不造成击穿、具有一定形状和极
性的脉冲电压最高峰值称为冲击耐压，制造厂为电器规定的冲击耐压叫做额定脉冲电压。

额定脉冲电压的选取见表15。

以额定电压为220V的电冰箱为例，相电压小于300V，过电压类别为II类，其额定脉冲电压应为2500V。

注：在GB/T 16935.1中，将impulse voltage翻译为“冲击电压”，在GB4706.1-1998翻译为脉冲电压。

表15 额定脉冲电压（V）
4.污染等级
在电器的使用过程中，大气中的固体颗粒、尘埃和水能够完全桥接小的电气间隙，而且在潮湿的环境下，非导电性污染也会转化为导电性污染，因此，必须考虑到电器使用环境中的大气污秽程度对电气间隙的影响。

将电气间隙所处微观环境按照污染等级分为4级：
污染等级1。

表示无污染或者仅有干燥的、非导电性的污染，该污染没有任何影响。

通常，如果有防止污物沉积的保护措施，例如电路版的隔离放置，可以认为是属于该污染等级。

污染等级2。

表示一般仅有非导电性污染，或者有凝露等偶然发生的导电性污染。

多数家用电器被认为属于该污染等级。

污染等级3。

表示有导电性污染或者由于预期的凝露使得干燥的非导电性污染变为导电性污染。

比如冰箱中可能承受凝露的某些绝缘材料、风扇加热器中空气流经的绝缘材料、干衣机中的绝缘材料。

在特殊要求中，通常会指明哪部分材料属于该污染等级。

污染等级4。

表示会造成持久的导电性污染。

例如由于导电尘埃或雨雪引起的。

5.电气间隙的确定
根据额定脉冲电压和污染等级，标准的表16给出了最小电气间隙
要求。

在进行电气间隙的测量之前，应使得器具处于正常安装条件下的最不利状态，例如六角螺母之类可活动部件要被置于最不利的位置上，对除电热元件外的裸露导线施加一个作用力以尽量减少电气间隙等等。

29.1.1基本绝缘的电气间隙应足以承受正常使用期间出现的过电压，应考虑额定脉冲电压。

表16的值是适用的。

注：过电压可能来源于外部电源或开关动作。

如果微环境为1级污染，管状外鞘电热元件端子的电气间隙可减少到1.0mm。

绕组漆包线导线被假定为裸露导线。

通过测量确定其是否合格。

理解要点：
对于基本绝缘，通过标准当中表16的值进行判断。

根据额定电压、过电压类别确定额定脉冲电压，可以方便地查出对应的限值。

在该条款中，对于管状外鞘电热元件端子的电气间隙做了特别规定。

29.1.2附加绝缘的电气间隙应不小于表16对基本绝缘的规定值。

通过测量确定其是否合格。

理解要点：
对于附加绝缘，也通过标准当中表16的值进行判断，这与上版标准有较大差别。

29.1.3加强绝缘的电气间隙应不小于表16对基本绝缘的规定值，但用下一个更高等级的额定脉冲电压值作为基准。

注：对于双重绝缘，当在基本绝缘和附加绝缘之间无中间导电部件时，电气间隙通过带电部件和易触及表面测量，且该绝缘系统认为是如图11所示的加强绝缘。

通过测量确定其是否合格。

理解要点：
需要注意的是，加强绝缘的电气间隙并不一定等于基本绝缘的两倍，而是采用更高一个等级的额定脉冲电压来确定的，该额定脉冲电压的过电压类别不变。

29.1.4对于功能性绝缘，表16的值是适用的。

但如该功能性绝缘被短路时器具仍符合第19章要求，则不规定其电气间隙。

绕组漆包线导体，作为裸露导体考虑，不需要测量在漆包线交叉点上的电气间隙。

PTC电热元件表面之间的电气间隙可减少至1mm。

通过测量，如果需要，通过试验确定其是否合格。

理解要点：
该条款规定的功能性绝缘的电气间隙，通常，功能性绝缘的电气间隙限值等于对应电压的基本绝缘，但是，如果即使某绝缘的电气间隙短路器具仍然符合第19章的要求，即不会造成过度的危害，则对该绝缘的电气间隙不作要求。

对于PTC元件的电气间隙要求与上一版标准有较大差别。

29.1.5对于工作电压高于额定电压的器具，例如在升压变压器的次级，或存在谐振电压，用于确定表16电气间隙的电压应是额定脉冲电压与工作电压峰值和额定电压峰值之差的和。

注1：表16的电气间隙中间值可由插值法确定。

注2：如果用以确定电气间隙的电压高于10000V，则在GB/T16935.1(idt IEC60664-1)表2指明的A类电气间隙值适用。

如果降压变压器的次级绕组接地，或在初级与次级绕组间有接地屏蔽层，次级端基本绝缘的电气间隙应不少于表16的规定值，但使用下一个更低的额定脉冲电压值作为基准。

注3：不带接地屏蔽层或次级不接地的隔离变压器的使用不允许减少额定脉冲电压值。

对于供电电压低于额定电压的电路，例如变压器的次级，功能性绝缘的电气间隙基于其工作电压，该工作电压在表15中是作为额定电压使用的。

理解要点：
该条款对于工作电压高于或低于额定电压的场合进行了规定。

对于工作电压高的情况，用于确定电气间隙的额定脉冲电压为：额定脉冲电压=原额定脉冲电压+（工作电压-额定电压）
如果计算出来的额定脉冲电压不是表16的列出的值，可以采用差
值法计算得出电气间隙限值。

对于工作电压低于额定电压的场合，该条也作出的详细规定。

在附录L当中给出了电气间隙的测量的流程图，见下图。

29.2器具的结构应使其爬电距离不小于与其工作电压相应的值，并考虑其材料组和污染等级。

注1：连接到中性线部件的工作电压值与连接到相线部件工作电压值是一样的。

适用2级污染，除非：
——采取了预防措施保护绝缘，此时适用1级污染。

——绝缘经受导电性污染，此时适用3级污染。

注2：附录M给出了污染等级的解释。

通过测量确定其是否合格。

注3：测量爬电距离的方法按GB/T16935.1(idt IEC60664-1)规定进行。

在装配时可拧紧到不同位置的部件，如六角螺母之类，和可活动
部件要被置于最不利的位置上。

除电热元件的裸露导线外，测量时施加一个作用力于裸露导线和易触及表面以尽量减少爬电距离。

该作用力数值如下：
——对裸露导线，为2N。

——对易触及表面，为30N。

该力通过IEC61032的B型试验探棒施加。

由GB/T16935.1(idt IEC60664-1)的2.7.1.3给出的材料组与相对漏电起痕指数（CTI）值之间的关系，如下所示：
——材料组I：600≤CTI；
——材料组Ⅱ：400≤CTI＜600；
——材料组Ⅲa：175≤CTI＜400；
——材料组Ⅲb：100≤CTI＜175；
这些CTI值根据IEC60112使用溶液A得到。

如果不知道材料的CTI值，按附录N在规定的CTI值进行耐漏电起痕指数（PTI）试验，以确定材料组。

注4：IEC60112的相对漏电起痕指数（CTI）试验，其设计是为了在该试验条件下比较各种绝缘材料的性能，即含水污染物液滴落在引起电解传导的水平表面上。

它给出了定性的比较，但在绝缘材料有形成漏电起痕的倾向时，它也给出了定量的比较，即相对漏电起痕指数。

注5：附录L给出了爬电距离的评定程序。

理解要点：
爬电距离与其所处的微观环境、电压、方向和位置、绝缘表面的形态、电压作用的时间以及绝缘材料的种类都有密切关系，其中绝缘材料的种类影响很大。

对于绝缘材料，利用“相比漏电起痕指数（CTI）”进行分组。

当绝缘表面污染到一定程度时，带电部件之间的漏电流已经比较大，这时由于水汽蒸发等原因会使得漏电流分断，并形成闪烁，闪烁过程中释放得能量使绝缘表面遭到损伤，在长时间作用下，绝缘性能逐渐劣化，并形成导电通道（漏电起痕），从而使得绝缘失效。

为了表征绝
缘材料的耐损伤特性，设计了耐漏电起痕的试验，并且以“相比漏电起痕指数（CTI）”的大小来进行分级。

具体为：
绝缘材料组别I：600≤CTI
绝缘材料组别II：400≤CTI<600
绝缘材料组别Ⅲ：175≤CTI<400
绝缘材料组别Ⅳ：100≤CTI<175
简单地说，CTI值可以看成是不发生漏电起痕的最高电压值，其试验方法在GB4207当中有详细的规定。

在某些版本比较旧的产品标准当中，漏电起痕试验是作为判断材料耐燃性的一个指标，但是，作为材料的固有特性之一，漏电起痕与爬电距离结合在一起才更有意义，对于CTI低的材料，只要其爬电距离足够大，仍然能够满足整个绝缘系统的要求。

在本条款中，还给出了污染等级的判定原则，通常情况下，器具均为2级污染，但是，在采取了预防
措施保护绝缘的情况下，可以认为是1级污染，在绝缘经受导电性污染时，认为是3级污染。

在进行爬电距离的测量之前，应使得器具处于正常安装条件下的最不利状态，例如六角螺母之类可活动部件要被置于最不利的位置上，对除电热元件外的裸露导线施加一个作用力以尽量减少爬电距离等等。

29.2.1基本绝缘的爬电距离不应小于表17的规定值。

除了1级污染外，如果第14章的试验用来检查特殊的电气间隙，相应的爬电距离应不小于表16规定的电气间隙的最小尺寸。

理解要点：
该条款规定了基本绝缘得爬电距离限值。

应该注意的是，在确定工作电压时，如果该电压小于额定电压，但不是通过隔离变压器供电的，则仍然按照器具额定电压确定其爬电距离。

29.2.2附加绝缘的爬电距离至少为表17对基本绝缘的规定值。

注：表17的注1和注2不适用。

通过测量确定其是否合格。

理解要点：
该条款规定了附加绝缘的爬电距离，其限值与电气间隙类似，也采用基本绝缘的限值。

29.2.3加强绝缘的爬电距离至少为表17对基本绝缘的规定值的两倍。

注:表17的注1和注2不适用。

通过测量确定其是否合格。

理解要点：
该条款规定了加强绝缘的爬电距离限值，明确规定为基本绝缘的两倍。

29.2.4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仍符合第19章要求，爬电距离可减小。

表18功能性绝缘的最小爬电距离
理解要点：
该条款对于功能性绝缘的爬电距离作出规定。

爬电距离的测试流程：
从定义中可以看出，爬电距离不能小于相关的电气间隙。

其测试流程见下图。

29.3附加绝缘与加强绝缘应有足够的厚度，或有足够的层数，以经受器具在使用中可能出现的电气应力。

通过下述内容确定其是否合格：
——依据29.3.1的测量方法，或
——依据29.3.2进行电气强度试验，如果由一层以上绝缘（天然云母或类似的鳞状材料除外）组成，或
——依据29.3.3进行电气强度试验，评估合成材料的热性能。

29.3.1 绝缘应具备的最低厚度
——附加绝缘为1mm；
——加强绝缘为2mm。

29.3.2 每一层材料都应进行16.3针对附加绝缘的电气强度试验。

附加绝缘至少应由两层材料组成，加强绝缘至少有3层。

29.3.3 绝缘要依据GB/T2423.2(idt IEC 60068-2-2)的Bb试验进行48h的干热试验，温度为第19章所进行的试验中测量到的最大温升值加上50K。

在试验周期最后，在该试验温度下器具进行16.3的电气强度试验，并且冷却至室温后，也应进行16.3的电气强度试验。

如果在第19章的试验中所测到的温升没有超过表3的规定值，则不进行GB/T2423.2(idt IEC 60068-2-2)的试验。

理解要点：
固体绝缘材料绝缘性能的损坏是不可恢复的，偶尔发生的高压峰值就可能出现破坏性效果，比如正常使用中的过电压或者出厂的耐压试验。

通过研究发现，对绝缘的不利影响是可以积累的，电场强度、热以及环境等不利因素的叠加造成了绝缘的老化。

值得注意的是，标准GB/T16935.1指出绝缘厚度与绝缘失效基本没有关系（排除机械方面的影响），只有通过试验才能评价绝缘材料的性能，规定固体绝缘的最小厚度以求得长期耐电能力是不合适的。

但是在有些产品标准中，由于考虑使用以及制造过程中的影响因素，对于穿通绝缘距离进行了规定。

外加电压的频率会极大的影响绝缘材料的电气性能。

在施加电压不变的情况下频率升高，则失效时间变短。

然而，在较高频率下，也存在其他的失效机理，比如发热增加。

大多数情况下，器具绝缘承受的电压等于其电源电压，因此，根据电源电压以及使用寿命可以选择合适的材料。

但是，在某些情况下，内部工作电压可能超过电源电压，也要引起注意。

比如电动机因为付绕组中的电容器会产生谐振电压，负离子发生器的高压电场等。

发热会造成绝缘材料性能下降，例如挥发、氧化和长期化学反应，但是失效通常由于物理原因造成，例如断裂、变脆和击穿等，这个过程是个长期的过程。

任何绝缘都有适用温度，当温度超过时，绝缘性能将急剧变差。

其他方面，机械应力（如震动、冲击）会造成绝缘材料脱落、断裂；湿度会使得表面污染恶化形成漏电起痕，会降低吸湿材料的性能；紫外线可以使橡胶老化；化学溶剂会造成的应力裂纹；温度升高可以使非金属材料变形等等，都是影响绝缘性能的因素。

与上一版标准相比，在GB4706.1-2005中对固体绝缘材料的规定增加了厚度小于规定值时的机械强度试验，测试例程如下：。