張志清 山西省醫(yī)療器械檢測中心 （太原 030012）

立體結構電氣間隙、爬電距離的測量分析

張志清 山西省醫(yī)療器械檢測中心 （太原 030012）

在測量醫(yī)用電氣設備導體間電氣間隙和爬電距離時，要考慮物理空間各個路徑，還要考慮漆層、琺瑯層、氧化層、未粘結接縫、槽、凹座的影響，爬電距離是否可以采取短接方式測量，從而保證測量路徑的最短。

電氣間隙 爬電距離 路徑 螺釘

0.前言

圖1. 立體模型頂部圖示

本文以全國比對試驗的立體模型結構為例，進行醫(yī)用電氣設備電氣間隙、爬電距離的分析，如圖1、圖2所示。立體模型為三層圓柱疊加結構，圓柱為絕緣材料。三層圓柱的俯視圖是同心圓，第一層圓柱和第二層圓柱固定在一起，第三層圓柱內(nèi)有圓沉槽，第二層圓柱沉入第三層圓柱之中，即第二層圓柱和第三層圓柱之間是未粘合的接縫，第三層圓柱的底部為內(nèi)部凹槽的金屬圓盤，金屬圓盤邊緣的圓環(huán)涂有漆層。T1～T8為金屬螺

釘，T2和T8沉入第二層圓柱，T2和T8螺釘頭底部與第二層圓柱接觸部位墊有墊片。T1、T2、T7、T8、T6中心為一平面，T3、T7、T4中心為一平面，該兩個平面互相垂直。T2和T8、T1和T6分別以T7左右對稱，T3和T4以T7前后對稱，如圖1、圖2所示?，F(xiàn)進行分析T5至T6、T3至T4、T6至T7的電氣間隙和爬電距離。

圖2. 立體模型底部圖示

1.T5至T6分析

T5至T6的電氣間隙和爬電距離路徑比較單一，只是分析路徑的時候要注意到GB9706.1-2007醫(yī)用電氣設備 第1部分 安全通用要求的16a)2）中所描述的漆層、琺瑯層、氧化層和類似的防護層以及用于在預計工作溫度下（包括消毒溫度）會重新變軟的可塑密封層，不能視為能防止與帶電部件接觸的防護外殼。即T5接觸的是金屬圓盤，雖然金屬圓盤邊緣的圓環(huán)涂有漆層，這層漆層不能作為絕緣介質(zhì)，所以T5至T6的電氣間隙和爬電距離路徑都應從T5接觸的金屬圓盤邊緣的圓環(huán)開始測量，結果是T5至T6的電氣間隙和爬電距離是一樣的，如圖3所示。

圖3. T5至T6的電氣間隙和爬電距離圖示

經(jīng)過測量計算得出T5至T6的以下結果：

電氣間隙：ab+bc+cd=4.00+17.10+14.90=36.00（mm）；

爬電距離：ab+bc+cd=4.00+17.10+14.90=36.00（mm）。

其中，T6螺釘頭底邊緣至第三層圓柱頂邊角的距離ab為4.00mm，第三層圓柱厚度bc為17.10mm，第三層圓柱底邊緣至金屬圓盤邊緣的圓環(huán)底邊緣的距離cd為14.90mm。

2.T3至T4分析

T3至T4的電氣間隙和爬電距離初步判斷其所走的路徑有：①T3經(jīng)過T7到T4；②T3經(jīng)過T2（或T8）到T4；③T3經(jīng)過T1（或T6）到T4；④T3經(jīng)過T5到T4；⑤T3經(jīng)過第二層圓柱和第三層圓柱之間未粘合的接縫到T4，如圖4所示。

圖4. T3至T4的電氣間隙和爬電距離圖示

（1）經(jīng)過測算篩選，T3經(jīng)過T2（或T8）到T4；T3經(jīng)過T1（或T6）到T4是走的斜線路徑不是最短，T3經(jīng)過兩次第三層圓柱較大厚度到T4路徑也不是最短，后來分析比較了T3經(jīng)過T7到T4，以及T3經(jīng)過第二層圓柱和第三層圓柱之間未粘合的接縫到T4這兩個路徑，得出T3經(jīng)過第二層圓柱和第三層圓柱之間未粘合的接縫到T4

這個路徑的電氣間隙和爬電距離最短。這里需要注意的是第二層圓柱雖然沉入第三層圓柱之中作為了擋板，但仍阻擋不了T3至T4的空氣路徑，結果是T5至T6的電氣間隙和爬電距離也是一樣的，如圖4所示。

經(jīng)過測量計算得出T3至T4的以下結果：

電氣間隙：ab+bc+cd+de+ef=1.68+2.00+55.00 +2.00+1.68=62.36（mm）；

爬電距離：ab+bc+cd+de+ef=1.68+2.00+55.00 +2.00+1.68=62.36（mm）。

其中，T3螺釘頭底邊緣至第二層圓柱邊緣的距離ab為1.68mm，第二層圓柱沉入第三層圓柱的高度bc為2.00mm，第二層圓柱直徑長cd為55.00mm，第二層圓柱沉入第三層圓柱的高度de為2.00mm，T4螺釘頭底邊緣至第二層圓柱邊緣的距離ef為1.68mm。需注意的是第二層圓柱和第三層圓柱接觸的中心雖然還有一個圓槽，但無論作為空氣的路徑還是絕緣材料表面的路徑，均可跨越過去該圓槽，形成一個直線路徑cd。

（2）以上是將螺釘在擰緊狀態(tài)下進行的測量，另外本文也分析了螺釘在旋松狀態(tài)下的測量，根據(jù)GB9706.1-2007醫(yī)用電氣設備 第1部分 安全通用要求的57.10d）中所描述的接線端子和可觸及部件之間的電氣間隙和爬電距離，也是把螺釘或螺母盡可能旋松后進行測量，此時電氣間隙應不低于GB9706.1-2007表16所示值的50%。即螺釘或螺母旋松后的電氣間隙限值是螺釘或螺母旋松后的電氣間隙限值的一半，這樣本文也考慮了T3、T4旋松狀態(tài)下T3至T4電氣間隙的測量，如圖5所示。

經(jīng)過測量計算得出螺釘旋松狀態(tài)下T3至T4的以下結果：

電氣間隙：ab+bc+cd+ef+fg+gh=3.10+17.70 +6.72+6.72+17.70+3.10=55.04（mm）。

其中，T3盡可能旋松狀態(tài)下頂邊角至第二層圓柱頂邊角的距離ab為3.1mm，第二層圓柱頂邊角至第一層圓柱頂邊角的距離bc為17.70mm，第一層圓柱頂邊角至T7螺釘頭底邊緣的距離cd為6.72mm，T7螺釘頭底邊緣到第一層圓柱頂邊角的距離ef為6.72mm，第一層圓柱頂邊角至第二層圓柱頂邊角的距離fg為17.70mm，第二層圓柱頂邊角至T4盡可能旋松狀態(tài)下頂邊角的距離gh為3.1mm。

圖5. T3、T4旋松狀態(tài)下T3至T4電氣間隙圖示

3.T6至T7分析

T6至T7的電氣間隙和爬電距離初步判斷其所走的路徑有：①T6經(jīng)過第二層圓柱頂邊角到T7；②T6經(jīng)過T8頂部到T7；③T6經(jīng)過第二層圓柱和第三層圓柱之間未粘合的接縫，再到T8下部螺桿至T7。

（1）經(jīng)過測算篩選，T6沿著第二層圓柱向上走的路徑不如向下走的路徑短，T6至T7電氣間隙路徑如圖6所示，經(jīng)過測量計算得出T6至T7的電氣間隙：

其中，T6螺釘頭底邊緣至第二層圓柱邊緣的距離ab為1.68mm，第二層圓柱沉入第三層圓柱的高度bc為2.00mm，第二層圓柱底邊緣至T8下部螺桿的距離cd為6.70mm，T8頂邊角至T8凹座頂邊角的距離ef為2.74mm，T8凹座頂邊角至第一層圓柱頂邊角的距離fg為5.66mm，第一層圓柱頂邊角至T7螺釘頭底邊緣的距離fg為

6.72mm。需注意的是e、f、g三點能否成為一條直線，用卡尺比劃測量時，目測觀察不易判斷，應分別測算一下ef、fg線的斜率，根據(jù)測量ef、fg所對應直角三角形各邊長的關系，測算出ef斜率為1.2大于fg斜率1，f點突出阻擋了eg的直線連接，這樣從e點出發(fā)不能直接連接到g點，必須經(jīng)過f點相連。

圖6. T6至T7的電氣間隙圖示

圖7. T6至T7的爬電距離圖示

圖8. T6、T8旋松狀態(tài)下T6至T7電氣間隙圖示

（2）T6至T7爬電距離路徑如圖7所示，經(jīng)過測量計算得出T6至T7的爬電距離：ab+bc+cd +ef+fg+gh+hi+ij=1.68+2.00+6.70+1.00+5.30+4.00 +4.00+6.72=31.40（mm）。

其中，T6螺釘頭底邊緣至第二層圓柱邊緣的距離ab為1.68mm，第二層圓柱沉入第三層圓柱的高度bc為2.00mm，第二層圓柱底邊緣至T8下部螺桿的距離cd為6.70mm，T8螺釘頭底部與第二層圓柱接觸部位的墊片頂邊角至T8凹座壁“短接”的距離ef為1.00mm，短接線與凹座壁交點至T8凹座頂邊角的高度fg為5.30mm，T8凹座頂邊角至第一層圓柱底邊緣的距離gh為4.00mm，第一層圓柱的高度hi為4.00mm，第一層圓柱頂邊角至T7螺釘頭底邊緣的距離ij為6.72mm。要注意幾點：①T8下部螺桿與周邊有個槽，該槽的寬度小于1mm，則第二層圓柱底邊緣至T8下部螺桿應直接跨到，且T8下部螺桿高度已經(jīng)超過并伸出槽的高度，所以爬電距離經(jīng)過槽邊時，應該直接走直線cd而不是向下走“短接”斜線，即遵循走最短路徑的原則。如果該槽的寬度大于1mm，則爬電距離應沿著槽底和槽壁測量。②T8螺釘頭底部與第二層圓柱接觸部位的墊片頂邊角至T8凹座壁“短接”后，短接線與凹座壁交點是測算出的點。該交點至T8凹座頂邊角的高度用卡尺是無法準確測量出來的，需要根據(jù)T8凹座壁和墊片的直徑計算出凹座壁和墊片間隙寬度，再通過短接線長度1mm，在相應的直角三角形中計算出短接線與凹座壁交點至墊片上部的高度h，再測量出T8凹座頂邊角至墊片上部的高度H，然后計算出H-h，即等于短接線與凹座壁交點至T8凹座頂邊角的高度fg。

（3）同樣，以上是將螺釘在擰緊狀態(tài)下進行的測量，另外本文也分析了螺釘在旋松狀態(tài)下的測量，考慮了T6、T8旋松狀態(tài)下T6至T7電氣間隙的測量，如圖8所示。

經(jīng)過測量計算得出螺釘旋松狀態(tài)下T6至T7的以下結果：

電氣間隙：ab+bc+de+ef=3.10+6.00+7.00+6.72 =22.82（mm）。

其中，T6盡可能旋松狀態(tài)下頂邊角至第二層圓柱頂邊角的距離ab為3.1mm，第二層圓柱頂邊角至T8盡可能旋松狀態(tài)下頂邊角的距離bc為

6.00mm，T8盡可能旋松狀態(tài)下，T8螺釘頭上部平面可伸到凹座頂部所在平面，T8頂邊角至第一層圓柱頂邊角的距離de為7.00mm，第一層圓柱頂邊角至T7螺釘頭底邊緣的距離ef為6.72mm。

4.結語

在測量醫(yī)用電氣設備的電氣間隙和爬電距離時，除了需觀察空間大致的物理結構外，還應關注以下幾點：（1）金屬導體上涂有的漆層、琺瑯層、氧化層和類似的防護層以及用于在預計工作溫度下（包括消毒溫度）會重新變軟的可塑密封層，不能視為絕緣防護層，則測量電氣間隙和爬電距離時，遇到這樣的涂層直接在該涂層尋找最短的路徑測量。（2）當測量的路徑遇到活動的、未粘結接縫時，應考慮從該接縫穿過時，電氣間隙和爬電距離路徑是否最短。測量電氣間隙的路徑時，其間無論是否遇到槽均直接跨過槽測量；測量爬電距離的路徑時，其間遇到寬度小于1mm的矩形槽、V形槽，用1mm的線段短接后進行測量。（3）當螺釘頭沉入凹座中，螺釘頭高度低于凹座高度，螺釘頭與凹座壁之間的間隙狹到不必考慮的程度，也就是間隙寬度小于1mm，爬電距離是從螺釘?shù)桨甲谟?mm的線段（如斜線）短接后進行測量。（4）當螺桿與周邊有個槽，螺桿高度高于槽高度，該槽的寬度小于1mm，爬電距離是從螺桿直接跨到槽壁測量，相當于GB9706.1-2007醫(yī)用電氣設備 第1部分 安全通用要求圖39、圖43，對于一個兩側平行或兩側收斂而寬小于1mm任意深度的槽，直接跨過槽測量爬電距離。（5）當對V形槽短接線段，無法確定線段兩端點時，需要進行函數(shù)運算證明兩端點的位置。（6）當測量接線端子和可觸及部件之間的電氣間隙和爬電距離時，還需要把螺釘或螺母盡可能旋松后進行測量，而此時電氣間隙判定限值是不低于GB9706.1-2007表16所示值的50%?？傊?，測量醫(yī)用電氣設備的電氣間隙和爬電距離需要全面考慮出現(xiàn)的各種情況，這樣才能保證測量結果的準確性。

Three-dimensional Structure of Air Clearances, Creepage Distance Measurement and Analysis

ZHANG Zhi-qing ShanXi Center for Medical Devices Testing (Taiyuan 030012)

Medical electrical equipment between a conductor air clearances and creepage distance measurement, to consider each path to the physical space, but also consider the paint, enamel layer, oxide layer, unbonded seams, grooves, affecting recess, creepage distances. Can you take the short way to measure, so as to ensure minimum measurement path.

air clearance, creepage distance, path, screws

1006-6586(2016)08-0051-05

TM930.1

A

2015-09-30

張志清，室主任，高級工程師