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(轉)PCB Layout爬電距離、電氣間隙的確定

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【摘要】:
爬電距離:沿絕緣表面測得的兩個導電零部件之間或導電零部件與設備防護界面之間的最短路徑。
電氣間隙:在兩個導電零部件之間或導電零部件與設備防護界面之間測得的最短空間距離。即在保證電氣性能穩定和安全的情況下,通過空氣能實現絕緣的最短距離。

 

一般來說,爬電距離要求的數值比電氣間隙要求的數值要大,布線時須同時滿足這兩者的要求(即要考慮表面的距離,還要考慮空間的距離),開槽(槽寬應大于1mm)只能增加表面距離即爬電距離而不能增加電氣間隙。所以當電氣間隙不夠時,開槽是不能解決這個問題的,開槽時要注意槽的位置、長短是否合適,以滿足爬電距離的要求。
元件及PCB 的電氣隔離距離:(電氣隔離距離指電氣間隙和爬電距離的綜合考慮)對于Ⅰ類設備的開關電源(本公司的大部分開關電源均為Ⅰ類設備),在元件及PCB 板上的隔離距離如下:(下列數值未包括裕量)。
a、對于AC—DC 電源(以不含有PFC 電路及輸入額定電壓范圍為100-240V~為例)

 

電氣間隙

爬電距離

L 線-N 線(保險管之前)

2.0mm

2.5mm

輸入-地(整流橋前)

2.0mm

2.5mm

輸入-地(整流橋后)

2.2mm

3.2mm

輸入-輸出(變壓器)

4.4mm

6.4mm

輸入-輸出(除變壓器外)

4.4mm

5.5mm

輸入-磁芯、輸出-磁芯

2.0mm

2.5mm

b、對于AC—DC 電源(以含有PFC 電路及輸入額定電壓范圍為100-240V~為例)

 

電氣間隙

爬電距離

L 線-N 線(保險管之前)

2.0mm

2.5mm

輸入-地(整流橋前)

2.0mm

2.5mm

輸入-地(整流橋后)

2.2mm

3.2mm

輸入-輸出(變壓器)

5.2mm

9.0mm

輸入-輸出(除變壓器外)

4.4mm

6.4mm

輸入-磁芯、輸出-磁芯

2.2mm

3.2mm

c、對于DC—DC 電源(以輸入額定電壓范圍為36-76V 為例)

 

電氣間隙

爬電距離

(DC+)-(DC-)(保險管之前)

0.7mm

1.4mm

輸入-地(保險管之前))

0.7mm

1.4mm

輸入-地(保險管之后)

0.9mm

1.4mm

輸入-輸出(考慮為基本絕緣)

0.9mm

1.4mm

輸入-輸出(考慮為加強絕緣)

1.8mm

2.8mm

輸入-磁芯、輸出-磁芯

0.7mm

1.4mm

一、變壓器內部的電氣隔離距離:
變壓器內部的電氣隔離距離是指變壓器兩邊的擋墻寬度的總和,如果變壓器擋墻的寬度為3mm,那么變壓器的電氣隔離距離值為6mm(兩邊的擋墻寬度相同),如果變壓器沒有擋墻,那么變壓器的隔離距離就等于所用膠紙的厚度。另外,對于AC-DC 電源,變壓器初、次間繞組應用三層膠紙隔離,DC-DC 電源,可只用二層膠紙隔離。下列數值未包括裕量:

 

要求的隔離距離

擋墻的最小寬度

AC—DC(輸入電壓100-240V~,未含PFC 電路)

6.4mm

3.2mm

AC—DC(輸入電壓100-240V~,含有PFC 電路)

9.0mm

4.5mm

DC—DC(電壓36-76V

2.8mm

1.4mm

注:變壓器的引腳如果沒有套上絕緣套管,那么在引腳處的隔離距離可能也僅為膠紙加擋墻的厚度,所以變壓器的引腳需要套上絕緣套管且套管要穿過擋墻。

空間距離(Creepage distance):在兩個導電組件之間或是導電組件與物體界面之間經由空氣分離測得最短直線距離;
沿面距離(clearance):沿絕緣表面測得兩個導電組件之間或是導電組件與物體界面之間的最短距離.
沿面距離(clearance)不滿足標準要求距離時:PCB 板上可采取兩個導電組件之間開槽的方法,導電組件與外殼、可觸及部分之間距離不夠,則可將導電組件用絕緣材料包住。
將導電組件用絕緣材料包住既解決了空間距離(Creepage distance)也解決了沿面距離(clearance)問題,此方法一般用在電源板上變壓器和周邊組件之間距離不夠時,將變壓器包住。
另外可在不影響產品功能的情況下適當降低兩導體之間的電壓差。

二、電氣間隙的決定:
根據測量的工作電壓及絕緣等級,即可決定距離
一次側線路之電氣間隙尺寸要求,見表3 及表4
二次側線路之電氣間隙尺寸要求通常:一次側交流部分:保險絲前L—N≥2.5mm,L.N PE(大地)≥2.5mm,保險絲裝置之后可不做要求,但盡可能保持一定距離以避免發生短路損壞電源。
一次側交流對直流部分≥2.0mm
一次側直流地對大地≥2.5mm (一次側浮接地對大地)
一次側部分對二次側部分≥4.0mm,跨接于一二次側之間之元器件
二次側部分之電隙間隙≥0.5mm 即可
二次側地對大地≥1.0mm 即可
附注:決定是否符合要求前,內部零件應先施于10N 力,外殼施以30N 力,以減少其距離,使確認為最糟情況下,空間距離仍符合規定。

三、爬電距離的決定:
通常:
(1)、一次側交流部分:保險絲前L—N≥2.5mm,L.N 大地≥2.5mm,保險絲之后可不做要求,但盡量保持一定距離以避免短路損壞電源。
(2)、一次側交流對直流部分≥2.0mm
(3)、一次側直流地對地≥4.0mm 如一次側地對大地
(4)、一次側對二次側≥6.4mm,如光耦、Y 電容等元器零件腳間距≤6.4mm 要開槽。
(5)、二次側部分之間≥0.5mm 即可
(6)、二次側地對大地≥2.0mm 以上
(7)、變壓器兩級間≥8.0mm 以上

四、絕緣穿透距離:

應根據工作電壓和絕緣應用場合符合下列規定:

——對工作電壓不超過50V(71V 交流峰值或直流值),無厚度要求;

——附加絕緣最小厚度應為0.4mm;
——當加強絕緣不承受在正常溫度下可能會導致該絕緣材料變形或性能降低的任何機械應力時的,則該加強絕緣的最小厚度應為0.4mm。
如果所提供的絕緣是用在設備保護外殼內,而且在操作人員維護時不會受到磕碰或擦傷,并且屬于如下任一種情況,則上述要求不適用于不論其厚度如何的薄層絕緣材料;
——對附加絕緣,至少使用兩層材料,其中的每一層材料能通過對附加絕緣的抗電強度試驗;
——由三層材料構成的附加絕緣,其中任意兩層材料的組合都能通過附加絕緣的抗電強度試驗;
——對加強絕緣,至少使用兩層材料,其中的每一層材料能通過對加強絕緣的抗電強度試驗;
——由三層絕緣材料構成的加強絕緣,其中任意兩層材料的組合都能通過加強絕緣的抗電強度試驗。

五、有關于布線工藝注意點:
如電容等平貼元件,必須平貼,不用點膠
如兩導體在施以10N 力可使距離縮短,小于安規距離要求時,可點膠固定此零件,保證其電氣間隙。
有的外殼設備內鋪PVC 膠片時,應注意保證安規距離(注意加工工藝)零件點膠固定注意不可使PCB 板上有膠絲等異物。
在加工零件時,應不引起絕緣破壞。

六、有關于防燃材料要求:
熱縮套管V—1 或VTM—2 以上;PVC 套管V—1 或VTM—2 以上
鐵氟龍套管V—1 或VTM—2 以上;塑膠材質如硅膠片,絕緣膠帶V—1 或VTM—2 以上
PCB 板94V—1 以上

七、有關于絕緣等級:
(1)、工作絕緣:設備正常工作所需的絕緣
(2)、基本絕緣:對防電擊提供基本保護的絕緣
(3)、附加絕緣:除基本絕緣以外另施加的獨*立絕緣,用以保護在基本絕緣一旦失效時仍能防止電擊
(4)、雙重絕緣:由基本絕緣加上附加絕緣構成的絕緣
(5)、加強絕緣:一種單一的絕緣結構,在本標準規定的條件下,其所提供的防電擊的保護等級相當于雙重絕緣

八、爬電距離的確定:
首先需要確定絕緣的種類:
基本絕緣:一次電路與保護地
工作絕緣① :一次電路內部;二次電路內部
工作絕緣② :輸入部分(輸入繼電器之前)內部,二次電路與保護地
加強絕
緣:一次電路與二次電路;輸入部分與一次電路;充電板輸出與內部線路再查看線路,確定線路之間的電壓差
表一:爬電距離
最后,從下表中查出對應的爬電距離表二爬電距離(適用于基本絕緣、工作絕緣② 、加強絕緣)

九、電氣間隙的確定:
首先需要確定絕緣的種類:
基本絕緣:一次電路與保護地
工作絕緣① :一次電路內部;二次電路內部
工作絕緣② :輸入部分(輸入繼電器之前)內部,二次電路與保護地
加強絕緣:一次電路與二次電路;輸入部分對一次電路;充電板輸出與內部電路再查看線路,確定線路之間的電壓差
最后,從下表中查出對應的電氣間隙
表三電氣間隙(適用于一次電路與二次電路間、一次電路內、輸入電路、輸入電路與其他電路)

表四電氣間隙(適用于二次電路內)

 

十、設定爬電距離及電氣間隙的基本步驟:
1、確定電氣間隙步驟
確定工作電壓峰值和有效值;
確定設備的供電電壓和供電設施類別;
根據過電壓類別來確定進入設備的瞬態過電壓大??;'
確定設備的污染等級(一般設備為污染等級2);
確定電氣間隙跨接的絕緣類型(功能絕緣、基本絕緣、附加絕緣、加強絕緣)。

2、確定爬電距離步驟
確定工作電壓的有效值或直流值;
確定材料組別(根據相比漏電起痕指數,其劃分為:Ⅰ組材料,Ⅱ組材料,Ⅲa組材料, Ⅲb 組材料。注:如不知道材料組別,假定材料為Ⅲb 組);
確定污染等級;
確定絕緣類型(功能絕緣、基本絕緣、附加絕緣、加強絕緣)。

3、確定電氣間隙要求值
根據測量的工作電壓及絕緣等級,查表(4943:2H 和2J 和2K,60065-2001表:表8 和表9 和表10) 檢索所需的電氣間隙即可決定距離;作為電氣間隙替代的方法,4943 使用附錄G 替換,60065-2001 使用附錄J 替換。
GB 8898-2001:電器間隙考慮的主要因素是工作電壓,查圖9 來確定。(對和電壓有效值在220-250V 范圍內的電網電源導電連接的零部件,這些數值等于354V峰值電壓所對應的那些數值:基本絕緣3.0mm ,加強絕緣6.0mm)

4、確定爬電距離要求值
根據工作電壓、絕緣等級及材料組別,查表(GB 4943 為表2L,65-2001 中為表11)確定爬電距離數值,如工作電壓數值在表兩個電壓范圍之間時,需要使用內差法計算其爬電距離。
GB 8898-2001 其判定數值等于電氣間隙,如滿足下列三個條件,電氣間隙和爬電距離加強絕緣可減少2mm,基本絕緣可減少1mm
1)這些爬電距離和電氣間隙會受外力而減小,但它們不處在外殼的可觸及導電零部件與危險帶電零部件之間;
2)它們靠剛性結構保持不變;
3)它們的絕緣特性不會因設備內部產生的灰塵而受到嚴重影響。
*注意:但直接與電網電源連接的不同極性的零部件間的絕緣,爬電距離和電氣間隙不允許減小?;窘^緣和附加絕緣即使不滿足爬電距離和電氣間隙的要求,只要短路該絕緣,設備仍滿足標準要求,則是可以接受的(8898 中4.3.1 條)。
*GB 4943 中只有功能絕緣的電氣間隙和爬電距離可以減小,但必須滿足標準5.3.4 規定的高壓或短路試驗。

5、確定爬電距離和電氣間隙注意
可動零部件應使其處在最不利的位置;
爬電距離值不能小于電氣間隙值;
承受了機械應力試驗;
來源:電子工程師之家

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