注：本文为 “电气特性” 相关文章合辑。
未整理去重。
电气概念
电气间隙（Clearance）
- 界说：两个导体部件之间的空间最短距离。即不考虑任何绝缘材料或其他物体，仅从一个导体部件到另一个导体部件在空气中的最短直线距离。
- 作用：主要用于防止两个导体之间在正常或非常情况下发生空气击穿而导致的电气短路或放电征象。足够的电气间隙能够包管在规定的电压和情况条件下，空气不会被击穿，从而确保电气装备的安全运行。
- 影响因素：电气间隙的大小通常取决于电气装备的工作电压、绝缘等级、使用情况等因素。工作电压越高，要求的电气间隙越大；在恶劣的情况条件下，如高湿度、高海拔等，也需要更大的电气间隙。
爬电距离（Creepage Distance）
- 界说：沿固体绝缘材料表面在两个导体部件之间的最短路径长度。
- 作用：用于防止在两个导体之间，由于绝缘表面存在污垢、湿润等因素，导致表面电阻低落，从而使电流沿着绝缘表面爬行而引发的漏电或短路等故障。
- 影响因素：爬电距离主要与绝缘材料的性子、表面污染程度、工作电压以及情况湿度等因素有关。绝缘材料的表面电阻越低、污染越严重、工作电压越高大概情况湿度越大，所需的爬电距离就越大。
固体绝缘（Solid Insulation）
- 界说：用于插入两个导体部件间，起到电气隔离作用的固体绝缘材料。常见的固体绝缘材料有云母、陶瓷、塑料、橡胶等，这些材料被用于隔离两个导体部件，制止电流在它们之间直接通过。
- 作用：固体绝缘的主要作用是在电气装备中提供电气隔离，承受电气装备运行过程中产生的电场应力，将不同电位的导体分隔开，防止电流泄漏和电气短路，同时还能起到机械支持和保护作用。
- 影响因素：固体绝缘的性能受材料的种类、厚度、温度、湿度、电场强度以及机械应力等多种因素影响。不同的固体绝缘材料具有不同的绝缘性能和耐热、耐潮等特性；厚度越大，一般绝缘性能越好，但也会增长装备的体积和成本；温度过高、湿度太大或电场强度高出材料的耐受本领，都可能导致固体绝缘性能下降乃至失效。
电应力（Electrical Stress）
- 界说：在电气体系或电气装备中，由于电场的作用而在绝缘材料或导电体等部件上所产生的作用力或影响，通常用单位面积上的电场力或电压梯度来表现。
- 作用：电应力是评估电气装备绝缘性能和可靠性的紧张指标。适当的电应力是电气装备正常运行所必需的，它能够使电能在装备中按照设计要求进行传输和转换。但如果电应力过大，就会对电气装备的绝缘和导电部件造成损害。
- 影响因素：电应力的大小主要取决于电气装备的工作电压、电场分布、绝缘材料的介电常数等因素。工作电压越高、电场分布越不匀称、绝缘材料的介电常数越大，所产生的电应力就越大。
绝缘要求范例
导体部件 A 和 B 安装在固体绝缘材料表面。
- 电气间隙（Clearance）：“直视”的距离，即两个导体部件在空气中的最短直线距离。
- 爬电距离（Creepage Distance）：沿固定表面的距离，即沿固体绝缘材料表面从一个导体到另一个导体的最短路径长度。
[注] 参考安规规范:
- IEC/EN 60664-1 Insulation coordination for equipment within low-voltage systems – Part 1: Principles, requirements and tests
Electrical Overstress (EOS，过度电性应力)
过度电性应力是 IC 组件损坏的第一大原因。当装备承受的电压或电流高出规格限制时，会导致局部高温，并对装备结构中使用的材料造成损伤。这种征象称为过度电性应力。
大多数人对于静电放电及其对电子装备及组件的负面影响皆非常了解。虽然在技术上过度电性应力涵盖了静电放电，但还是有许多地方有所不同。
静电放电：
- 由累积电荷的快速放电所产生。一旦累积的电荷被消耗殆尽，静电放电变乱将不再产生。
- 特点是有特定的波形。尽管不同情势的静电放电变乱（CDM、HBM、MM 等）的波形在表面上不尽雷同，但包含快速上升缘（在几毫微秒内）及渐进后缘的持续时间通常都小于 100nS。
- 非定期、不可重复且无法包管电性的累积。
过度电性应力：
- 由装备操纵或发电装备相关所造成的电压或电流。只要原始信号存在，过度电性应力征象就会持续，且并没有持续时间上的限制。
- 从技术上来说具有物理上任何可能的波形。它的来源具有一定的种别，但通常是无法猜测的。
- 通常为定期且可重复。
过度电性应力征象所导致的基本类型故障
- 压力过大所产生的故障
- 异于正常数值的感应信号
- 闩锁效应
- 电源轨外部的感应电压
- 过热导致故障
- 重启后有时可以恢复
过度电性应力对零组件的影响
过度电性应力下损坏的 IC（照片 1）
- 过度电性应力信号为装备提供大量的能量
- IC 元件损坏经常出现为大范围的熔解
过度电性应力及打线接合（照片 2）
- 过度电性应力所带来的巨大能量足以熔化已封装好的装备线路
- 最棘手的题目莫过于当电线弱化但 IC 元件测试时无法检测出任何损坏的潜伏故障
- 弱化的 IC 元件会使产品无法使用
过度电性应力及潜伏故障（照片 3）
- 过度电性应力比静电放电更容易造成潜伏故障
- 过度电性应力带来的过大热能等能量减弱了其结构、特性及表面
- 弱化的 IC 元件在终极测试阶段仍有可能正常运作，但当应用一段时间，即便是在最小电压范围内，也会造成无法使用
因此，过度电性应力征象会收缩乃至损坏产品的生命周期。从工程开发、测试开发阶段到生产阶段，若能避免此征象的产生，绝对能提拔产品品格并低落测试成本。
造成过度电性应力的可能原因
- 实用于高 d l / d t dl/dt dl/dt 应用的不良电路板设计（例如： D C / D C DC/DC DC/DC）
- 选择不佳的偏置电平进行连续性测试（例如：毫安培秒的强致电流）
- 接地不良会导致接地平面上的噪音过大
- 电源上的电压突波不受控制
- 静电放电变乱会触发较大的过度电性应力变乱或造成损坏而减弱装备，使其更容易受到过度电性应力变乱的影响
- 如果电流过高或持续较长的时间，闩锁变乱可能会导致过度电性应力损坏
安规标准确定爬电距离和电气间隙
拨浪鼓_C 于 2018-07-17 16:38:41 发布
在布局 PCB 时碰到了强弱电的距离题目，搜刮后简单总结下爬电距离和电气间隙的概念，梳理一下平时的项目中可能用得到的安规标准。
爬电距离：由于导体附近的绝缘材料被电极化，导致绝缘材料出现带电的征象。此带电区的半径，即为爬电距离。
电气间隙：在两个导电零部件之间或导电零部件与装备防护界面之间测得的最短空间距离。即在包管电气性能稳固和安全的情况下，通过空气能实现绝缘的最短距离。
在布局大功率继电器 PCB 的时间，需要将强电 AC220V 和弱电 DC24V（及以下）保持在符合安全标准的距离范围内，才能保障用户安全和电气性能的稳固。
过电压 ：指工频下交流电压均方根值升高，高出额定值的 10%，并且持续时间大于 1 分钟的长时间电压变动征象；过电压的出现通常是负荷投切的瞬间的结果。正常使用时在感性或容性负载接通或断开情况下发生。通俗的说，是电力体系在特定条件下所出现的高出工作电压的非常电压升高。过电压属于电力体系中的一种电磁扰动征象。
IEC60335-1:2001 表 16 - 最小电气间隙
确定安全电气间隙的基本步调
- 根据实际的额定电压查表 15，比如 220V，过电压种别 II 的情况下额定冲击电压 2500V，这个过电压的等级分别有标准的，Ⅱ 类指的是：如家用电器、手提工具和类似负荷；
- 查表 16 得出基本绝缘在额定冲击电压 2500V 情况下最小电气间隙为 2.0mm；
以是在平时打仗到的 220V 家用电器的范畴里，电气间隙至少应保持在 2mm 以上，留意：电气间隙指的是空气距离。
爬电距离的确定步调
- 确定被考核部位的工作电压；
- 确定被考核部位的材料组别（CTI 指数）；
- 确定被考核部位的污染等级；
- 按不同的绝缘，在相应的表中查在该工作电压、材料组别和污染等级下的爬电距离要求。
在基本绝缘的条件下：我们使用的 FR4 的 CTI 值一般低于 250V。也就是属于材料组别中的 IIIa 和 IIIb。对应的是表格中 3 级污染情况下的 4.0mm，即：我们平时打仗到的 220V 家用电，即强电，应该与 PCB 板子上的弱电保持 4mm 以上的安全距离。
另外，强弱电之间的开槽是可以增长爬电距离的。比如，如果强弱电之间的板上间距只能保持在 3mm，那在此中心开个槽就能够符合安全标准了，留意：捷配 PCB 开槽的线宽应在 0.8mm 及以上。至于开槽与爬电距离的具体对应关系，暂不赘述。
确定电气间隙和爬电距离
一枚汽车工程师
配景
电气间隙和爬电距离是电池包设计时需要考虑的紧张的安全相关项。电池包属于 B 级电压，目前商用电池包最高电压可达 800V。在高压体系中，如果电气间隙和爬电距离过小，有漏电等潜伏危害。
相关标准
以下标准都有涉及爬电距离和电气间隙，现整理如下：
- IEC 60664
- GB/T 16935.1-2008
- GB/T 18384.1-2015
相关名词的界说
在正式开始前，有必要了解以下相关名词：
・A 级电压电路：最大工作电压为 Umax < 30V AC, 或 60V DC 的电路
・B 级电压电路：最大工作电压为 30V AC<Umax<=1000V AC, 或 60V DC <Umax<=1500V DC 的电路
・电位平衡：电气装备外露可导电部门之间的电位差最小化
・高压体系：车辆带有 B 级电压电路的部门
・带电部门：正常使用时被通电的导体或导电部门
・可导电部门：能够使电流畅过的部门。正常工作状态下不带电，在基本绝缘失效时有可能变成带电部门
・外露可导电部门：可以 IPXXB 关节试指触及的可导电部门
・电平台：一组电气毗连的可导电部件，其电位作为基准电位
・高压母线：与可充电储能体系（ Rechargeable energy storage system, REESS) 相连的高压电路，包括 REESS 的对外输出部门和可充电部门
- 电气间隙：可导电部件之间最短的空间距离
Clearance distance: the shortest distance in air between two conductive parts
- 爬电距离：可导电部件之间沿绝缘材料表面的最短距离
Creepage distance: the shortest distance through the air along the surface of insulation material between two conductive parts
影响因子
在确定电气间隙和爬电距离时主要需考虑以下影响因素：
- 绝缘类型
- 海拔高度
- 污染等级
- 过压类型
- 绝缘材料
- 电场类型
依次对上述影响因子展开论述。
绝缘类型 Types of insulation
・功能绝缘 Functional Insulation
Insulation that is necessary only for the functioning of the equipment
・基本绝缘 Basic Insulation
施加于带电部件提供基本防护的绝缘。Insulation applies to hazardous live parts to provide basic protection against electric shock
・附加绝缘 Supplementary Insulation
除基本绝缘不测施加的独立的绝缘，用以包管在基本绝缘一旦失效时仍能防止电击。Additional protection from fault
・双重绝缘 Double Insulation
由基本绝缘和附加绝缘构成的绝缘 Insulation comprising both basic insulation and supplementary insulation.
・加强结缘 Reinforced Insulation
其提供的防电击本领不低于双重结缘的绝缘，它可以由几层不能像附加绝缘大概基本绝缘那样单独进行试验的绝缘构成。
Single insulation system that provides a degree of protection against electric shock equivalent to double insulation.
举例：基本绝缘就是漆包线上的绝缘漆，附加绝缘就是在漆包线外加上绝缘套管，双重绝缘就是指绝缘漆和绝缘套管。
海拔高度 Operating Altitude
海拔主要对电气间隙有影响。高于海平面 2000m 的区域在确定电气间隙时应考虑海拔高度的影响。主要方法就是需要乘以一个海拔系数做降额，具体见下表。（GB/T 16935.1-2008）
表 A.2 海拔修正系数 img
海拔/m正常气压/kPa电气间隙的倍增系数200080.01.00300070.01.14400062.01.29500054.01.48600047.01.70700041.01.95800035.52.25900030.52.621000026.53.021500012.06.67200005.514.5 污染等级 Pollution Degree
污染等级是指根据导电的或吸湿的灰尘、游离气体或盐类和相对湿度的大小以及由于吸湿或凝露导致表面介是强度和 / 或电阻率下降变乱发生的频度，而对情况条件作出的分级。
用来确定电气间隙或爬电距离的微观情况污染等级可分为 4 级。
微观情况污染等级 ~~~~~~~~~~~~~ 形貌英文形貌污染等级 1无污染或仅有干燥的非导电性的污染No contamination or only dry, non-conductive contamination occurs污染等级 2一般情况仅有非导电性污染，但必须考虑到偶然由于凝露造成短暂的导电性Only dry, non-conductive contamination occurs.
Occasional temporary conductivity may occur as a result of moisture condensation污染等级 3有导电性污染，或由于预期的凝露使干燥的非导电性污染变为导电性的conductive contamination occurs污染等级 4造成持久性的导电性污染，例如由于导电灰尘或雨雪所造成的污染Impurities in the form of conductive dust, rain or humidity result in permanent conductivity 过压类型 Over-voltage Category
过压等级是形貌装备在配电网络中的位置，位置不同承受的过电压等级不同，共分为 4 个等级，也称为过电压种别。具体参考 IEC 60664。GB/T 18481-2001《电能质量 临时过电压和瞬态过电压》，第 3.5 条也有类似形貌。
—— 过电压种别 I：毗连至具有限制瞬态过电压至相当低水平措施的电路的装备（例如：具有过电压保护的电子电路）上所承受的过电压。
—— 过电压种别 II：由配电装置供电的耗能装备（此类装备包含如器具，可移动式工具及其他家用和类似用途负荷）上所承受的过电压。如果此类装备的安全（可靠）性和实用性具有特强要求时，则采用过电压种别 III；
—— 过电压种别 III：安装在配电装置中的装备，以及装备的使用安全（工作可靠）性和实用性必需符合特别要求者（此类装备包含如安装在配电装置中的开关电器和永久连续至配电装置的工业用装备）上所承受的过电压；
—— 过电压种别 IV：使用在配电装置电源端的装备（此类装备包含如电表和前级过电流保护装备）上所承受的过电压；
上述摘自标准的原话比较难以理解，换成更接地气的说法：
万用表插孔处的 CAT 是过压等级，CAT 是前缀。参照 IEC（国际电工委员会）的标准:
I 级别是低压低能量级别，并带保护装置，一般指电子装备的内部电压；
II 级是低压高能量级别，从主供电电路分付出来的，家里照明电路 220V 电压属于此类；
III 级是指高压高能量级别，指固定安装的主供电电路，一般指 380V 三相电压
绝缘材料 Insulant
绝缘材料按其 CTI 值分别为四组。CTI (comparative tracking index)，中文翻译为相比电痕化指数 —— 材料表面经受住 50 滴电解液而没有形成漏电痕迹的最高电压值，单位为 V。具体分组如下
Group I : 600 ≤ CTI ,
Group II : 400 ≤ CTI ≤ 600
Group IIIa: 175 ≤ CTI ≤ 400
Group IIIb: 100 ≤ CTI ≤ 175
电场类型 Type of the electric field
一般来说，非匀称电场的所要求的电气间隙要比匀称电场的电气间隙大
确定电气间隙
- 选择绝缘类型
- 根据绝缘类型确定冲击耐受电压要求：
对于功能绝缘的电气间隙，要求的耐受电压应是装备在额定条件下（特别是额定电压和额定冲击电压，拜见表 F.2）跨电气间隙两端预期发生的最大冲击电压或稳态电压（拜见表 F.7） 或再现峰值电压（拜见表 F.7）；
对于冲击电压，加强绝缘的电气间隙应按表 Ｆ.２对应于比基本绝缘确定的额定冲击耐压高一级之值来确定，加强绝缘应按能承受基本绝缘要求的冲击耐受电压的 160％来确定。
对于稳态电压、再现峰值电压和临时过电压，加强绝缘的电气间隙按表 F.7ａ规定的值确定，以承受 160％基本绝缘要求的耐受电压。
- 应在综合考虑冲击耐受电压、稳态有效值电压、临时过电压和再现峰值电压之后，选择最大的电气间隙
- 考虑海拔、情况条件（即确定污染等级）的影响
- 查表确定电气间隙
下图给出的表 F.2 只是一系列表中的此中一张表，
确定爬电距离
- 确定有效电压值
- 确定绝缘材料 CTI
- 确定污染等级
- 主要查表 F.4 来确定爬电距离
当用实际工作电压来确定爬电距离时，允许用插入值确定中心电压的爬电距离。
应使用线性插入法求插入值，并将所得值的位数圆整到表中之值的雷同位数
编辑于 2019-10-17 20:41
via：
- 过度电性应力 (EOS, Electrical Overstress) 对零组件的影响 - 捷创科技股份有限公司 2020/10/30（链接已沉寂）
https://www.jtron-tech.com/zh-cn/news-47128/过度电性应力-EOS-Electrical-Overstress-对零组件的影响.html
- 安规标准确定爬电距离和电气间隙-CSDN博客 拨浪鼓_C 于 2018-07-17 16:38:41 发布
https://blog.csdn.net/qq_41919352/article/details/81071148
- 确定电气间隙和爬电距离 - 知乎
https://zhuanlan.zhihu.com/p/84757803
免责声明：如果侵犯了您的权益，请联系站长，我们会及时删除侵权内容，谢谢合作！更多信息从访问主页：qidao123.com:ToB企服之家，中国第一个企服评测及商务社交产业平台。 |
