1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們的生活水平的不斷提高，越來(lái)越多的電子產(chǎn)品進(jìn)入我們的家庭，并向著小型化、高集成化的方向發(fā)展，產(chǎn)品的安全性成為其在生產(chǎn)和銷(xiāo)售之前必須要解決的一個(gè)重要問(wèn)題。

為保證使用者的人身安全，世界各國(guó)均有相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)以約束電器產(chǎn)品對(duì)人身造成的各種傷害。因此，安全性設(shè)計(jì)在產(chǎn)品的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中有著至關(guān)重要的作用，其中安全距離是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中最重要的部分之一。每類(lèi)電器產(chǎn)品所對(duì)應(yīng)的安全標(biāo)準(zhǔn)幾乎都涉及漏(爬)電距離和電氣間隙這兩個(gè)試驗(yàn)。

盡管各類(lèi)電器產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的IEC標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)漏電距離和電氣間隙的限值略有不同，但對(duì)于音頻視頻類(lèi)、信息產(chǎn)品類(lèi)、家電類(lèi)、開(kāi)關(guān)插座類(lèi)、燈具類(lèi)產(chǎn)品在試驗(yàn)中依據(jù)的基礎(chǔ)方法標(biāo)準(zhǔn)都是一致的，即GB/T 16935.1-2008《低壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的絕緣配合第1部分：原理、要求和試驗(yàn)》(等同采用IEC60664-1:2007 Insulation coordination for equipmentwithin low-voltage systems - Part 1:Principles,requirements and tests)。因此如何進(jìn)行正確的漏電距離和電氣間隙的路徑選擇和測(cè)量以及使用合理的工具，已經(jīng)成為每一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員和安全檢測(cè)工程師必須掌握的技能。

2010年3月，由中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)(CNAS)組織了一次有百余家實(shí)驗(yàn)室參加的T0529電器產(chǎn)品的漏電距離和電氣間隙測(cè)試的能力驗(yàn)證試驗(yàn)。能力驗(yàn)證即利用實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)確定實(shí)驗(yàn)室的校準(zhǔn)、檢測(cè)能力或檢查機(jī)構(gòu)的檢測(cè)能力。通過(guò)能力驗(yàn)證活動(dòng)考核參加該項(xiàng)目的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)能力，是否能正確應(yīng)用GB/T 16935.1-2008標(biāo)準(zhǔn)(對(duì)應(yīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為IEC 60664-1:2007)第6.2條款以及相關(guān)CTL決議的內(nèi)容，進(jìn)行正確的漏電距離和電氣間隙的分析和測(cè)量。本文主要依據(jù)GB/T 16935.1-2008《低壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的絕緣配合第1部分：原理、要求和試驗(yàn)》、GB 8898-2001《音頻、視頻及類(lèi)似電子設(shè)備安全要求》和CTL決議590,針對(duì)這次能力驗(yàn)證試驗(yàn)的測(cè)量方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，并對(duì)典型的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)。

2 能力驗(yàn)證試驗(yàn)樣品的環(huán)境和條件

(1)本次試驗(yàn)樣品為印制電路板，在進(jìn)行試驗(yàn)之前，不需對(duì)樣品進(jìn)行任何形式的預(yù)處理。試驗(yàn)的場(chǎng)所應(yīng)是保持恒定溫度在(20±5)℃之間的房間。

(2)設(shè)定樣品污染等級(jí)為2(正常情況)。

(3)樣片中的角全部按“尖角”考慮，不視為圓角。

(3)漏電距離和電氣間隙測(cè)量值精確到0.01 mm.

(4)印制電路板上基本參數(shù)的測(cè)量(T:印制電路板的厚度，W:印制電路板中軌跡線(xiàn)T 2的寬度，如圖1、圖2)。

(5)印制電路板中各軌跡線(xiàn)間的漏電距離和電氣間隙的測(cè)量(樣品示意圖如圖3所示，帶有“CHEARI-A” 標(biāo)識(shí)的為樣片的正面，其中：三角形白色區(qū)域代表樣片上的鏤空部分;①線(xiàn)代表樣品正面的軌跡線(xiàn);②線(xiàn)代表樣品背面的軌跡線(xiàn))。此次能力驗(yàn)證活動(dòng)主要考查T(mén)1 與 T2、T3 與 T4之間漏電距離和電氣間隙測(cè)量的準(zhǔn)確性，并繪制測(cè)量路徑圖并在相應(yīng)方框中描述關(guān)注點(diǎn)、分段尺寸及計(jì)算過(guò)程。而T1與 T4、T1與R1之間漏電距離和電氣間隙的路徑確定及測(cè)量?jī)H作為附加題，不參與判定。

(6)推薦使用測(cè)量工具：手持透鏡、帶刻度的透鏡、游標(biāo)卡尺、千分尺、放大鏡、顯微鏡或其它測(cè)量工具。

3 試驗(yàn)方法與測(cè)量

3.1 基礎(chǔ)測(cè)量

對(duì)于本樣品測(cè)量印制電路板的厚度T,比較合理的測(cè)量工具是游標(biāo)卡尺。測(cè)量印制電路板中軌跡線(xiàn)T2的寬度時(shí)，比較適合的測(cè)量工具是帶刻度的顯微鏡或視頻顯微鏡。測(cè)量和比對(duì)結(jié)果的具體數(shù)值見(jiàn)表1.

根據(jù)CNAS-GL02《能力驗(yàn)證結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理和能力評(píng)價(jià)指南》基礎(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)采用穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)，根據(jù)Z比分?jǐn)?shù)進(jìn)行判定，由測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算得出印制電路板的厚度和印制電路板中軌跡線(xiàn)T2的寬度的︱Z︱≤2,結(jié)果為滿(mǎn)意。

3.2 印制電路板中各軌跡線(xiàn)間的電氣間隙和漏電距離的測(cè)量

3.2.1 電氣間隙和漏電距離的測(cè)量

印制電路板中軌跡線(xiàn)T1 與 T2、T3 與 T4、T1與 T4、T1與R1之間的電氣間隙是這些軌跡線(xiàn)部分之間在空間上的最短距離，且該距離是最短的直線(xiàn)距離。而漏電距離則是指軌跡線(xiàn)T1 與 T2、T3 與 T4、T1與 T4、T1與R1之間沿絕緣材料表面測(cè)量的最短路徑距離。影響漏電距離的路徑的因素主要與污染等級(jí)有關(guān)，在本次能力驗(yàn)證試驗(yàn)中給出的模擬試驗(yàn)條件是設(shè)定樣品污染等級(jí)為2(正常情況)。對(duì)于微觀環(huán)境的污染等級(jí)GB/T 16935.1-2008中給出了明確的解釋。為了計(jì)算漏電距離和電氣間隙，微觀環(huán)境的污染等級(jí)規(guī)定有以下4個(gè)等級(jí)：污染等級(jí)1:無(wú)污染或僅有干燥的、非導(dǎo)電性的污染，該污染沒(méi)有任何影響;污染等級(jí)2:一般僅有非導(dǎo)電性污染，然而必須預(yù)期到凝露會(huì)偶然發(fā)生短暫的導(dǎo)電性污染;污染等級(jí)3:有導(dǎo)電性污染或由于預(yù)期的凝露使干燥的非導(dǎo)電性污染變?yōu)閷?dǎo)電性污染;污染等級(jí)4:造成持久的導(dǎo)電性污染，例如由于導(dǎo)電塵?；蛴昊蚱渌睗駰l件所引起的污染。由于以上軌跡線(xiàn)之間沿絕緣材料表面上可能存在槽或縫，這樣會(huì)導(dǎo)致漏電距離和電氣間隙的路徑并不完全一樣，有時(shí)甚至是截然不同的兩條路徑。槽或縫的寬度如果小于一個(gè)定值X時(shí)，測(cè)量漏電距離時(shí)槽或縫的深度是可以忽略不計(jì)的。但這個(gè)定值X是由污染等級(jí)決定的。所以說(shuō)污染等級(jí)會(huì)直接影響漏電距離的路徑。槽寬度X基本上適用于以污染等級(jí)為函數(shù)的所有情況見(jiàn)表2.

如果有關(guān)的電氣間隙小于3 mm,則尺寸X的最小值可減小至該電氣間隙的1/3.在確定溝槽時(shí)還應(yīng)特別注意，不是任意兩個(gè)鄰邊都能看成是凹槽并用X值來(lái)連線(xiàn)“短接”.對(duì)于凹槽和不規(guī)則表面的漏電距離的測(cè)量原則，在CTL決議的DSH No:590號(hào)中已經(jīng)明確指出：當(dāng)凹槽的底部夾角小于80°時(shí)，槽的底部才可以用X值來(lái)連線(xiàn)“短接”.下面來(lái)對(duì)這四對(duì)軌跡線(xiàn)的電氣間隙和漏電距離的路徑和測(cè)量作一一分析。

3.2.1.1 T1與T2之間的電氣間隙和漏電距離

T1與T2之間的電氣間隙即T1與T2間視線(xiàn)最短處距離，直接通過(guò)讀數(shù)顯微鏡測(cè)量T1與T2間最短的二點(diǎn)間距離。T1與T2之間的漏電距離為由T1沿三角形邊至角，然后由角至T2的垂直距離，但角底部需分別短路掉1 mm.此處短路掉1 mm是依據(jù)GB8898-2001《音頻、視頻及類(lèi)似電子設(shè)備安全要求》

中13.2條款中附錄圖E3的V型溝槽要求，條件是所要測(cè)量的通路包含有一個(gè)內(nèi)角小于80°和寬度大于X mm的V型溝槽。

規(guī)則即是漏電距離的通路就是沿溝槽輪廓線(xiàn)伸展的通路，但溝槽底部要短路掉X mm,又因?yàn)樵囼?yàn)條件是設(shè)定樣品污染等級(jí)為2,所以X值取1.0 mm.

如圖4所示，圖中虛線(xiàn)為電氣間隙路徑，實(shí)線(xiàn)為漏電距離路徑。

3.2.1.2 T3與T4之間的電氣間隙和漏電距離

T3與T4之間的電氣間隙即T3與T4間視線(xiàn)最短處距離，通過(guò)T4軌跡線(xiàn)中的A點(diǎn)向T3作垂線(xiàn)，即為T(mén)3與T4間最短的直線(xiàn)距離。而漏電距離與T1與T2之間的漏電距離同理，由T4沿三角形邊至角，然后由角至T3的垂直距離，但角底部需分別短路掉X mm,此處短路掉X mm有兩種選擇，可以選擇短路掉1.0 mm,也可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求電氣間隙小于3 mm時(shí)，則尺寸X的最小值可減小至該電氣間隙的1/3.如圖5所示，圖中虛線(xiàn)為電氣間隙路徑，實(shí)線(xiàn)為漏電距離路徑。

3.2.1.3 T1與T4之間的電氣間隙和漏電距離

T1與T4之間的電氣間隙即T1與T4間視線(xiàn)最短處距離，直接通過(guò)讀數(shù)顯微鏡測(cè)量T1與T4間最短的二點(diǎn)間距離。如圖6所示，圖中虛線(xiàn)為電氣間隙路徑，實(shí)線(xiàn)為漏電距離路徑。T1與T4之間的漏電距離如圖7所示，以A-A′為軸，將該部分印制電路板豎直鏤空面逆時(shí)針?biāo)秸归_(kāi)俯視，即得出詳細(xì)路徑圖。該漏電距離的值為BE+CD,同時(shí)依據(jù)GB 8898-2001《音頻、視頻及類(lèi)似電子設(shè)備安全要求》中13.2條款中附錄圖E1的窄溝槽要求，條件是所要測(cè)量的通路包含有一條任意深度，寬度小于X mm,槽壁平行或收縮的溝槽。規(guī)則即是直接跨溝槽測(cè)量漏電距離。

又因?yàn)樵囼?yàn)條件是設(shè)定樣品污染等級(jí)為2,所以X值取1.0 mm.所以在此項(xiàng)測(cè)試中通過(guò)塞尺測(cè)出樣品的溝槽小于1 mm,即可直接跨溝槽測(cè)量。

3.2.1.4 T1與R1之間的電氣間隙和漏電距離

T1與R1之間的電氣間隙即T1與R1間視線(xiàn)最短處距離，T1沿三角形邊至角A距離為AB,R1沿三角形邊至角A距離為，印制線(xiàn)路板的厚度為T(mén),T1與R1之間的電氣間隙BC=√(A'C+T2)+AB2 ,如圖8所示，圖中虛線(xiàn)為電氣間隙路徑，實(shí)線(xiàn)為漏電距離路徑。T1與R1之間漏電距離如圖9所示，以A-A′為軸將該部分印制電路板的豎直鏤空面逆時(shí)針?lè)较蛩秸归_(kāi)俯視，即得詳細(xì)路徑圖。這些組數(shù)據(jù)都可以通過(guò)顯微鏡測(cè)量得到。

3.2.2 電氣間隙和漏電距離的測(cè)量結(jié)果

本次能力驗(yàn)證試驗(yàn)僅對(duì)基礎(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)和T1與T2、T3與T4的漏電距離和電氣間隙的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行判定，而T1與 T4、T1與R1之間漏電距離和電氣間隙的路徑確定及測(cè)量?jī)H作為附加題，不參與判定。最終CNAS對(duì)本實(shí)驗(yàn)室的比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果是滿(mǎn)意的。數(shù)據(jù)在表3中。

4 典型問(wèn)題總結(jié)

對(duì)于本次能力驗(yàn)證試驗(yàn)中可能存在錯(cuò)誤測(cè)量結(jié)果和路徑，這里簡(jiǎn)單的做一個(gè)總結(jié)：(1)在測(cè)量印制電路板的厚度T時(shí)，不適宜用帶刻度的顯微鏡或視頻顯微鏡，因?yàn)檫@樣可能導(dǎo)致板子的被測(cè)面對(duì)焦不準(zhǔn)，產(chǎn)生誤差。(2)在測(cè)量印制電路板中軌跡線(xiàn)T2的寬度時(shí)，用卡尺或千分尺進(jìn)行測(cè)量不宜操作，且易產(chǎn)生誤差。(3)關(guān)于樣品圓角的處理，樣品中鏤空三角形頂角應(yīng)為尖角，但由于工藝水平問(wèn)題無(wú)法達(dá)到理想的尖角，加工似圓角，因此，在試驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中有注明：樣片中的角全部按尖角考慮，不視為圓角，這個(gè)注釋側(cè)重是對(duì)樣品的描述，而不是對(duì)測(cè)量的引導(dǎo)。作為判定項(xiàng)目的T1與T2、T3與T4之間的漏電距離，均需對(duì)頂角(槽)進(jìn)行橋接，關(guān)鍵目的是準(zhǔn)確確定漏電距離橋接X(jué)的位置，具體槽底形狀是尖角槽還是圓角槽，在漏電距離橋接時(shí)沒(méi)有影響。測(cè)量中對(duì)圓角的處理情況：(1)延長(zhǎng)圓角邊線(xiàn)，虛擬一個(gè)交點(diǎn);(2)以圓角邊緣為測(cè)量終點(diǎn)，不做延長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)試。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明這兩種處理都不會(huì)直接導(dǎo)致結(jié)果偏離。(3)關(guān)于路徑繪制的標(biāo)準(zhǔn)化。在繪制路徑時(shí)，最好參照標(biāo)準(zhǔn)的要求，電氣間隙為虛線(xiàn)，漏電距離為實(shí)線(xiàn)，這樣比較清晰;另外，凡是幾何關(guān)系上為垂直的相應(yīng)位置應(yīng)標(biāo)示垂直符號(hào)，以免產(chǎn)生誤解。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)能力驗(yàn)證試驗(yàn)可以幫助我們更好的理解標(biāo)準(zhǔn)和掌握標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法，以及運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)來(lái)解決實(shí)際檢測(cè)中遇到的問(wèn)題，以便在今后的試驗(yàn)中，制定合理的試驗(yàn)方法和檢驗(yàn)步驟，選擇合適的儀器設(shè)備，從而得到準(zhǔn)確、可靠的試驗(yàn)結(jié)果。