爬电距离、绝缘间隙、污染等级这些内容的关系

 

在进行电池系统的高压设计，包括高压部件的设计，BMS中高压部分电路的PCB设计，经常提到一个爬电距离，或者绝缘应该怎么做才更好，大多时候都是凭借着经验值来进行设计，之前也有断断续续了解到一些关于这方面的知识，但是一直没能彻底的搞清楚这一点，于是抽空找到了曾经看过的那些标准，仔细梳理了一下这方面的内容。

首先先找到标准中的注释部分，介绍一下这些内容，再以我对这个问题的理解顺序，给大家分享一下我的理解，当然可能也有一些理解存在偏差的地方，欢迎大家指正。

在写的过程中综合好几个不同的标准，其实是有发现这些标准中的内容存在一些冲突，但是差距并不是很大，大家如果有兴趣，可以自己再详细的去研究一下。涉及到的标准如下： GB4706.1      GB8898      IEC950      IEC664A

一

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污染等级

微观环境决定了绝缘上污染的影响，一些冷凝或者固体颗粒、灰尘，这些东西在微观上如果实现跨接，是肯定会影响到绝缘效果。例如潮湿时污染就具有导电性，由一些含有金属离子的脏水、烟灰、碳灰引起的污染也具有导电性。因此在IEC60664-1中有定义微观环境的污染等级，这里一共确立4个污染等级：

——1级污染：没有污染或仅发生干燥的、非导电性的污染。污染不会产生影响； ——2级污染：除了可预见的冷凝所引起的短时2偶然的污染外，仅发生非导电性的污染； ——3级污染：适用于设备内局部的内部环境承受导电污染或承受由于预期的水汽凝结可能变成导电的干燥非导电污染，或设备处于某一区域，其外部环境存在导电污染或可能变成导电的干燥非导电污染；

——4级污染：由导电性粉尘、雨水或雪花引起的产生持久导电性的污染。

对于以上分类，其中第四种基本上不太适用于我们所常用的范围。

二

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电气间隙

单纯从字面上理解电气间隙的话比较简单，它表示两个导电部件之间，或一个导电部件与器具的易触及表面之间的空间最短距离。

三

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爬电距离

两个导电部件之间，或者一个导电部件与器具的易触面及表面之间沿绝缘材料表面测量的最短路径。 

因此从上面的术语定义可以看到电气间隙是从空间上的维度来讲的，而对于爬电距离，可以理解为则是基于平面来讲的。而在GB8898这个标准中也根据前面提到的概念详细介绍了一下电气间隙和爬电距离的计算，其中比较特殊的一个是针对具有窄沟槽的情况，其爬电距离和电气间隙是一样的。

对于这种窄沟槽，其条件是爬电距离的测量通路上包括一条任意深度，宽度小于Xmm，槽壁平行或收缩的沟槽。测量规则就是直接跨过沟槽测量爬电距离和电气间隙。

其中X的值跟污染等级就强相关了，其对应关系如下表所示：

对于一些我们在电气部件设计中经常用到的绝缘格栅，绝缘沟槽，他们是怎么通过一些手段来提高爬电距离的呢，常用的两个方式有，挖沟槽和竖格栅。

对于挖沟槽，首先窄沟槽是不行的，需要挖宽沟槽，对于宽沟槽，其爬电距离就明显比电气间隙要长了。（虚点为爬电距离，实线为电气间隙）

对于加肋条这种操作，其电气间隙就是跨越过肋条顶端之后连接的直线距离，而对于爬电距离，则是沿着肋条的边缘轮廓伸展的道路。因此可以看到，不管是对于挖沟槽还是加肋条，都能很好的加大爬电距离。

那爬电距离和电气间隙究竟对我们的设计有哪些影响呢，在上面提到的标准里面，则是都有定义，电气间隙和爬电距离都是针对我们的电压等级来设定的，具体的对应关系就如下表所示：

电气间隙里面又提到了基本绝缘、附加绝缘、加强绝缘，这几个又是啥意思呢？直接copy标准中定义的部分如下：

对于我们PCB或者电气部件的设计，其实爬电距离更常用一些，爬电距离中定义的基本绝缘下爬电距离和与工作电压的关系则比较清晰，在标准中也能够查到，并且也能比较清楚的看明白这个内容。

在爬电距离这个表格中，又提到了新的概念，那就是材料组，然后通过标准查找得到材料组的定义如下：

而对于我们一般用到的PCB的FR4板材，一般属于IIIa材料组。

但是针对PCB板的爬电距离，由于阻焊层的加入，并且是处于平面层，在GB8898中对绝缘距离做了特殊的说明，用一个非常详细的公式来定义了工作电压和爬电距离的要求。