爬電距離、絕緣間隙、污染等級(jí)這些內(nèi)容的關(guān)系

在進(jìn)行電池系統(tǒng)的高壓設(shè)計(jì)，包括高壓部件的設(shè)計(jì)，BMS中高壓部分電路的PCB設(shè)計(jì)，經(jīng)常提到一個(gè)爬電距離，或者絕緣應(yīng)該怎么做才更好，大多時(shí)候都是憑借著經(jīng)驗(yàn)值來進(jìn)行設(shè)計(jì)，之前也有斷斷續(xù)續(xù)了解到一些關(guān)于這方面的知識(shí)，但是一直沒能徹底的搞清楚這一點(diǎn)，于是抽空找到了曾經(jīng)看過的那些標(biāo)準(zhǔn)，仔細(xì)梳理了一下這方面的內(nèi)容。

首先先找到標(biāo)準(zhǔn)中的注釋部分，介紹一下這些內(nèi)容，再以我對(duì)這個(gè)問題的理解順序，給大家分享一下我的理解，當(dāng)然可能也有一些理解存在偏差的地方，歡迎大家指正。

在寫的過程中綜合好幾個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)，其實(shí)是有發(fā)現(xiàn)這些標(biāo)準(zhǔn)中的內(nèi)容存在一些沖突，但是差距并不是很大，大家如果有興趣，可以自己再詳細(xì)的去研究一下。涉及到的標(biāo)準(zhǔn)如下： GB4706.1 GB8898 IEC950 IEC664A

一

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污染等級(jí)

微觀環(huán)境決定了絕緣上污染的影響，一些冷凝或者固體顆粒、灰塵，這些東西在微觀上如果實(shí)現(xiàn)跨接，是肯定會(huì)影響到絕緣效果。例如潮濕時(shí)污染就具有導(dǎo)電性，由一些含有金屬離子的臟水、煙灰、碳灰引起的污染也具有導(dǎo)電性。因此在IEC60664-1中有定義微觀環(huán)境的污染等級(jí)，這里一共確立4個(gè)污染等級(jí)：

——1級(jí)污染：沒有污染或僅發(fā)生干燥的、非導(dǎo)電性的污染。污染不會(huì)產(chǎn)生影響； ——2級(jí)污染：除了可預(yù)見的冷凝所引起的短時(shí)2偶然的污染外，僅發(fā)生非導(dǎo)電性的污染； ——3級(jí)污染：適用于設(shè)備內(nèi)局部的內(nèi)部環(huán)境承受導(dǎo)電污染或承受由于預(yù)期的水汽凝結(jié)可能變成導(dǎo)電的干燥非導(dǎo)電污染，或設(shè)備處于某一區(qū)域，其外部環(huán)境存在導(dǎo)電污染或可能變成導(dǎo)電的干燥非導(dǎo)電污染；

——4級(jí)污染：由導(dǎo)電性粉塵、雨水或雪花引起的產(chǎn)生持久導(dǎo)電性的污染。

對(duì)于以上分類，其中第四種基本上不太適用于我們所常用的范圍。

二

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電氣間隙

單純從字面上理解電氣間隙的話比較簡(jiǎn)單，它表示兩個(gè)導(dǎo)電部件之間，或一個(gè)導(dǎo)電部件與器具的易觸及表面之間的空間最短距離。

三

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爬電距離

兩個(gè)導(dǎo)電部件之間，或者一個(gè)導(dǎo)電部件與器具的易觸面及表面之間沿絕緣材料表面測(cè)量的最短路徑。

因此從上面的術(shù)語定義可以看到電氣間隙是從空間上的維度來講的，而對(duì)于爬電距離，可以理解為則是基于平面來講的。而在GB8898這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中也根據(jù)前面提到的概念詳細(xì)介紹了一下電氣間隙和爬電距離的計(jì)算，其中比較特殊的一個(gè)是針對(duì)具有窄溝槽的情況，其爬電距離和電氣間隙是一樣的。

對(duì)于這種窄溝槽，其條件是爬電距離的測(cè)量通路上包括一條任意深度，寬度小于Xmm，槽壁平行或收縮的溝槽。測(cè)量規(guī)則就是直接跨過溝槽測(cè)量爬電距離和電氣間隙。

其中X的值跟污染等級(jí)就強(qiáng)相關(guān)了，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示：

對(duì)于一些我們?cè)陔姎獠考O(shè)計(jì)中經(jīng)常用到的絕緣格柵，絕緣溝槽，他們是怎么通過一些手段來提高爬電距離的呢，常用的兩個(gè)方式有，挖溝槽和豎格柵。

對(duì)于挖溝槽，首先窄溝槽是不行的，需要挖寬溝槽，對(duì)于寬溝槽，其爬電距離就明顯比電氣間隙要長(zhǎng)了。（虛點(diǎn)為爬電距離，實(shí)線為電氣間隙）

對(duì)于加肋條這種操作，其電氣間隙就是跨越過肋條頂端之后連接的直線距離，而對(duì)于爬電距離，則是沿著肋條的邊緣輪廓伸展的道路。因此可以看到，不管是對(duì)于挖溝槽還是加肋條，都能很好的加大爬電距離。

那爬電距離和電氣間隙究竟對(duì)我們的設(shè)計(jì)有哪些影響呢，在上面提到的標(biāo)準(zhǔn)里面，則是都有定義，電氣間隙和爬電距離都是針對(duì)我們的電壓等級(jí)來設(shè)定的，具體的對(duì)應(yīng)關(guān)系就如下表所示：

電氣間隙里面又提到了基本絕緣、附加絕緣、加強(qiáng)絕緣，這幾個(gè)又是啥意思呢？直接copy標(biāo)準(zhǔn)中定義的部分如下：

對(duì)于我們PCB或者電氣部件的設(shè)計(jì)，其實(shí)爬電距離更常用一些，爬電距離中定義的基本絕緣下爬電距離和與工作電壓的關(guān)系則比較清晰，在標(biāo)準(zhǔn)中也能夠查到，并且也能比較清楚的看明白這個(gè)內(nèi)容。

在爬電距離這個(gè)表格中，又提到了新的概念，那就是材料組，然后通過標(biāo)準(zhǔn)查找得到材料組的定義如下：

而對(duì)于我們一般用到的PCB的FR4板材，一般屬于IIIa材料組。

但是針對(duì)PCB板的爬電距離，由于阻焊層的加入，并且是處于平面層，在GB8898中對(duì)絕緣距離做了特殊的說明，用一個(gè)非常詳細(xì)的公式來定義了工作電壓和爬電距離的要求。