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【原创:安规绝缘学习总结】

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hiriecy
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  • 2023-12-27 11:24:58
温故知新,才能不断进步。发个贴,希望能够记录自己在电源安规绝缘学习道路的成长。

目录:
  • 安全的概念及其遵循标准
  • 使用间隙配合实现的绝缘防护
  • 确定电气间隙和爬电距离时的问题
  • 确定电气间隙和爬电距离时的问题(高级篇)
  • 桥接绝缘的元器件
  • 绝缘防护的其他一些问题


hiriecy
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  • 2023-12-27 13:09:54
 
  • 安全的概念及其遵循标准
安全——先来看什么是危险?
电击
着火
与热有关的危险
机械危险
辐射
化学危险
这些都是危险,那么安规的目的是什么呢?

安全规定目的:减少上述危险
我们来看电源设计中重点要考虑的电击防护,一般是通过接地、绝缘防护来完成。
电击——接地、绝缘防护


hiriecy
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  • 2023-12-27 13:15:23
 
继续看安全规定的标准,标准分为通用标准和产品标准,
低压系统内设备的绝缘配合  

GB/T 16935.1-YYYY  
IEC 60664-1:YYYY     
适用范围:海拔2000m、额定电压1000VAC/30kHz1500VDC以下的设备

绝缘防护标准
不涉及:通过液体、除空气以外的气体、压缩空气

注:具体到产品,一般要参考具体的产品标准

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  • 2023-12-27 13:18:39
 
避免电击需要做的防护:
  • 防护目的——避免电击危险
  • 防护手段——电气间隙(人体与危险带电体之间)
  • 防护对象——导体部件(绝缘体不需要防护)


如何证明是绝缘体?
玻璃、云母、陶瓷、塑料(聚酯材料)、树脂、油漆、橡胶、帆布、木头、纸张……
绝缘材料:考虑电气、机械强度、电压频率、环境(温度、湿度、气压、污染)的要求,在相应湿热试验后能通过相应的介电试验。吸湿性材料和含石棉的材料不能作为绝缘材料


hiriecy
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  • 2023-12-27 13:26:54
 
2. 使用间隙配合实现的绝缘防护


什么是电气间隙
先来看定义,电气性能均匀的真空中,两个导体(或导体与防护面)之间几何空间的最短距离

附图1,空间正中有导体:空间被“短路”


附图2,空间中有足够厚度绝缘体:空间被“开路”
图片1.png
图片2.png
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  • 2023-12-27 13:28:54
 
再看爬电距离,
爬电距离定义:在电气性能均匀的绝缘体沿面上,两个导体(或导体与防护面)之间沿绝缘体表面的最短距离

附图3,表面中心上有导体:表面被“短路”


附图4,表面上有足够宽度空隙:表面被“开路”



图片3.png
图片4.png
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  • 2023-12-27 13:36:43
 
电气间隙和爬电距离的联系和区别

电气间隙 ≤ 爬电距离
如果根据法规要求得到的爬电距离小于电气间隙,爬电距离须按电气间隙的要求做

电气间隙:针对峰值电压

爬电距离:针对有效值电压

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  • 2023-12-27 13:49:54
 
影响确定电气间隙和爬电距离的因素有哪些?
先来学习工作电压和过电压
工作电压(Working Voltage):额定条件下,设备所考虑的绝缘上所承受的最高电压(峰值和有效值),不考虑设备外部引起的瞬时电压

过电压(Overvoltage):一般由外部因素在电网上产生的、预计在设备电源输入端出现的最高峰值电压
OVCI:具有限制瞬时过电压至相当低水平措施的电路设备
OVCII:固定式配电装置供电的电路设备
OVCIII:固定式配电装置的电路设备,及可靠性和适用性有特殊要求者
OVCIV:配电装置电源端的电路设备

设备工作电压和过电压有相关性,但没有必然联系


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  • 2023-12-27 14:04:46
 
设备工作电压和过电压组合情况


见附图5,
几点总结,一般:
过电压>>工作电压
过电压持续时间<<工作电压时间
过电压决定电气间隙
工作电压决定爬电距离


图片5.png
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  • 2023-12-27 14:06:17
 
污染等级
污染等级1:无污染或仅有干燥的、非导电性的污染
对绝缘无任何影响,一般需要用气密密封来实现
需要湿热循环试验验证,并剖析样品

污染等级2:一般只有非导电性污染,但偶然的凝露会导致短暂的导电性污染
低压设备一般适用此等级

污染等级3:局部导电性污染或由于预期的凝露导致非导电性污染变为导电性污染
  建议表面采用横向筋或槽结构,可以使用筋的结构减小爬电距离

污染等级4:持久的导电性污染,如导电尘埃、雨、潮湿等引起的污染
  无法规定爬电距离要求


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  • 2023-12-27 14:07:48
 
绝缘等级

功能绝缘(Functional Insulation)
仅适用于设备特定功能所需的绝缘

基本绝缘(Basic Insulation)
对危险带电部件提供基本保护的绝缘

附加绝缘(Supplementary Insulation)
基本绝缘以外设置的**绝缘

双重绝缘或加强绝缘(Double or Reinforced Insulation)
基本绝缘和附加绝缘两者组成的绝缘,或单一绝缘结构提供与双重绝缘相当的电击防护等级

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  • 2023-12-27 14:09:00
 
不同电路的导体之间的绝缘等级,见附图6

图片6.png
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  • 2023-12-27 14:22:30
 
海拔的影响

海拔:其他条件相同情况下,海拔越高空气越稀薄,相应电气间隙也越大。在低海拔做介电试验时,试验电压相应提高

修正系数见图7
试验电压见图8
图片7.png
图片8.png
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  • 2023-12-27 14:24:04
  • 倒数10
 
3. 确定电气间隙和爬电距离时的问题


根据各项因素确定的电气间隙距离表(GBT 16935)




图片9.png
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  • 2023-12-27 14:26:18
  • 倒数9
 
绝缘材料组别对爬电距离的影响见图10

绝缘材料组别
相对电痕化指数
材料组别I
        CTI≥600
材料组别II
        400≤CTI<600
材料组别IIIa
        175 ≤CTI<400
材料组别IIIb
        100≤CTI<175

一般材料认为是IIIb
PCB可按印制板的IIIb材料处理


图片10.png
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  • 2023-12-27 14:54:34
  • 倒数8
 
前面学习完了设计,现在开始学验证
验证方法:绝缘上施加电压的介电试验(DielectricTest

脉冲(Impulse)电压介电试验——针对过电压
正弦工频交流(A.C.)电压介电试验——针对工作电压
直流(D.C.)电压介电试验——针对工作电压
试验用的峰值电压相同情况下,试验的严酷程度:
正弦工频交流(A.C.)电压>直流(D.C.)电压>>脉冲(Impulse)电压
前者可以代替后者。电气间隙一般用脉冲电压验证,爬电距离一般用正弦工频交流或直流电压验证
整机测试:试验之前,先断开电浪涌保护装置(SPD),可移动部件处于最不利位置
试验判据:绝缘不发生击穿(无破坏性放电)

绝缘击穿:加上试验电压而产生的电流以失控方式迅速增大(绝缘电阻迅速减小)    Y电容或跨接电阻上产生的电流不算!
   
用于介电试验的样品不可重复测试


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  • 2023-12-27 14:57:46
  • 倒数7
 
和绝缘验证相关的几个概念
绝缘电阻
绝缘在一定条件下的电阻值
——反映绝缘的程度(隔离度)
        一般采用不超过500V的直流电压测试(摇表)


漏电流(接触电流)
设备工作时,最坏情况下流过绝缘间隙上的电流
——判断绝缘程度(绝缘电阻及其电抗)是否足够的重要指标
        与绝缘电阻及其附加电容直接相关


介电强度(抗电强度)
绝缘不被电应力破坏的能力(绝缘电阻阻值的稳定性)
——反映绝缘的稳定性(可靠度)
        介电试验测试的是绝缘的稳定性,不是验证绝缘的程度


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  • 2023-12-27 16:53:38
  • 倒数6
 
介电试验电压的选择:
根据绝缘的工作电压和过电压、绝缘等级来选择试验电压
GB/T 16935.1:脉冲电压和正弦工频交流(或直流)电压测试
GB 4943.1:全部正弦工频交流(或直流)电压测试(加严要求)
工作电压不是试验电压


根据工作电压选择试验电压
(正弦工频交流或直流电压),附图11


根据瞬时过电压选择试验电压
(脉冲电压、正弦工频交流或直流电压),附图12



图片11.png
图片12.png
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  • 2023-12-27 17:01:16
  • 倒数5
 
最后最重要的就是绝缘合格性的判定了

通过介电试验是最基本的要求

电气间隙,各个法规要求不同
GB/T 16935.1: 电气间隙足够,介电试验通过
        介电试验判定是否合格(间隙可以不够)
GB 4943.1: 电气间隙足够,介电测试通过:合格
                 介电测试通过,但间隙不足:未说合格

以上只针对电气间隙。对于整机产品,由于存在电气间隙之外的其他绝缘配合方式,只能用介电试验来验证绝缘是否合格



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