手段二:电气间隙与爬电距离——CTI 与查表计算

电气间隙(最短空气路径)和爬电距离(沿绝缘表面路径)是增安设计里最高频的计算。这一篇把"为什么分两个量、CTI 怎么用、表 2 怎么查"一次讲透,并给出算例。这是全系列技术密度最高的一篇,建议对照标准表格阅读。

系列 增安设计思维 · 03/07阅读 约 12 分钟对应标准 GB/T 3836.3-2021 第 4.3、4.4、4.5 条,表 1、表 2、表 9、表 20

一、为什么是两个量

  • 电气间隙防的是空气击穿(瞬时过电压把空气间隙打穿)——只跟电压峰值和距离有关;
  • 爬电距离防的是表面漏电起痕(污秽+潮气在绝缘表面形成导电通道,逐步碳化烧蚀出通路)——跟电压、表面状况和材料抗漏电起痕能力有关。

所以两者独立核算,取各自最大值,不能互相替代。这也是为什么同一个端子上"间隙够但爬电不够"是常见退件——空间是三维的,爬电路径却可能被表面上的凸台、沟槽"抄近道"。

二、CTI 与材料分级(表 1)

爬电距离的查表维度是绝缘材料的相比漏电起痕指数(CTI,按 GB/T 4207 测定),GB/T 3836.3-2021 表 1 分四级:

材料级别 CTI
Ⅰ CTI ≥ 600
Ⅱ 400 ≤ CTI < 600
Ⅲa 175 ≤ CTI < 400
Ⅲb 100 ≤ CTI < 175

无机材料(玻璃、陶瓷)不发生漏电起痕,通常归入 I 级。选材即选距离:用 PTFE、陶瓷这类高 CTI 材料,同样电压下爬电距离可以做小;用普通工程塑料,就得给距离。

带凸筋/凹槽的部件:表面形状影响爬电路径,工作电压至 1100 V 时,带凸筋凹槽的绝缘件应按邻近更高的材料级别取值(如用 II 级当 I 级用——即取更大距离,详见 4.4.1),除非按标准图例逐点核算爬电路径。

标准条款卡片
标准条款卡片 GB/T 3836.3-2021 表 1:绝缘材料按 CTI 分为 Ⅰ/Ⅱ/Ⅲa/Ⅲb 四级;4.4.1:爬电距离按工作电压、材料级别与表面形状确定;端子间距按装/不装导线分别评估。

三、查表方法与算例

查表四要素:工作电压(交流有效值或直流)→ 材料级别 → 保护等级(eb/ec)→ 读数。表 2 的典型锚点值:

工作电压 爬电距离 eb(Ⅰ~Ⅲb,多数档一致) 爬电距离 ec 电气间隙 eb 电气间隙 ec
≤40 V 2.5 mm 1.2 mm 1.8 mm 1.2 mm
≤63 V 3.2 mm 1.6 mm 2.5 mm 1.6 mm
≤250 V 12.5 mm 6.3 mm 7 mm 6.3 mm
≤400 V 20 mm 10 mm 12 mm 10 mm
≤1000 V 50 mm 25 mm 26 mm 25 mm

注意两个"下限规则":现场接线端子的最小爬电距离另有下限(eb 3 mm / ec 1.5 mm),与电压查表值取大;ec 的增强间距只适用于主电路与隔离电路之间,不适用于装元件的 PCB(4.3/4.4 的限定语)。

算例:某增安(eb)端子箱,相电压 230 V(工作电压按 ≤250 V 档),端子座材料 PA66(CTI 约 600,Ⅰ级)。查表 2:爬电距离 12.5 mm(材料各档在 ≤250 V 档一致,更高电压档才按材料分级拉开);电气间隙 7 mm。端子间中心距设计为 16 mm,则间隙/爬电均满足;端子到金属壳体的距离还要按同一张表对"对地"回路复核。

算例(ec 敷形涂层 PCB):ec 级控制板带敷形涂层时,涂层下间距按表 2 专列的"涂层下"栏取值(如 ≤250 V 档 6.3 mm),比空气间距显著放宽——这是 4.5 条给 2 区电子产品开的结构红利。

四、两张特殊表:脉冲与中压

  • 表 9(脉冲电压 >1.5 kV):灯头/灯座及相关部件承受脉冲峰值电压时,爬电与间隙按脉冲电压档(>1.5~2.8 kV、>2.8~5.0 kV)取值;
  • 表 20(ec 电机外部供电 >750 V):电缆填料密封盒前的间距按电压档(750 V~15 kV)取值,相间与相对地分列。

中压提醒:工作电压超过 1 kV 后,表 2 的取值逻辑切换到"中性点假定电压"(表 7)与分档爬电体系,电机定子绕组还要叠加表 6 的绝缘系统型式试验分类——中压增安电机是标准里最复杂的查表区,设计时务必逐表核对。

间隙与爬电的三种空间关系
图 3-1|间隙与爬电的三种空间关系

五、客户落地清单(本篇相关)

  1. 材料档案:所有绝缘件的牌号+CTI 数据(供应商提供的 CTI 报告,缺报告就按 IIIa 保守取值或送测);
  2. 查表计算书:按回路逐个列出"工作电压—材料级别—eb/ec—表 2 取值—图纸实际值",做成认证文件的附件;
  3. 双状态端子图(第 2 篇的延续);
  4. PCB 规则:ec 产品把敷形涂层类型、厚度、间距规则写进 PCB 设计规范;
  5. 脉冲与中压专项:有脉冲电压或 >750 V 的产品,单独走表 9/表 20 核算。

本篇小结

  • 电气间隙防空气击穿,爬电距离防表面起痕,两者独立核算不可互替;
  • CTI 分级(Ⅰ/Ⅱ/Ⅲa/Ⅲb,表 1)是选材即选距离的开关;凸筋凹槽部件按邻近高档取值;
  • 查表锚点:250 V 档 eb 爬电 12.5/间隙 7 mm,ec 6.3/6.3 mm;现场接线另有 eb 3 mm / ec 1.5 mm 下限;
  • ec 的敷形涂层 PCB(4.5)是 2 区电子产品的结构红利;
  • 输出物:材料 CTI 档案 + 回路级查表计算书。

下期预告:第 4 篇《手段三:绝缘材料与绕组》——TI/RTI 耐热指数怎么用?绝缘绕组极限温度表(表 4)怎么读?绕组浸渍为什么是增安电机的命根子?下一篇见。


参考资料 1. GB/T 3836.3-2021 第 4.3、4.4、4.5 条及表 1、表 2、表 7、表 9、表 20 2. GB/T 4207(CTI 测定方法)

免责声明:本文为科普介绍,表中数值为便于记忆的典型档位值,设计取值必须按 GB/T 3836.3-2021 表 2 原文逐档查取,并以认证机构审定为准。

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