只有干货 | IEC 61010-1电气间隙限值怎么计算？

最近不少同行来咨询 IEC 61010-1 标准中电气间隙限值的计算方法。 

IEC 61010-1 对绝缘结构的设计规定较为繁琐，其中 6.7.1.5 条款以及附录 K，也是工程师在设计阶段比较难把握的内容。 

对于防护绝缘结构来说，无论电应力来自电网供电电压，还是设备内部自身产生的工作电压，绝缘都需要满足标准对应的指标。

简单来说，若同一段绝缘同时承受这两类电应力，设计取值需要遵从更严苛的那一项要求。

什么时候会出现两种电应力叠加？核心取决于绝缘路径的构成。

上方两张示意图中，初级电路与次级电路之间的绝缘路径D，需满足双重绝缘要求。次级电路连接没有保护接地的可接触零部件，人体触碰该部件后会形成对地通路，因此路径D上的工作电压等效为初级电路对地电压，该绝缘将承受电网引入的电应力。需要注意，D指代初级到次级的整体绝缘通道，不单独拆分内部局部路径。

以供电条件为电压≤300V、过电压类别II为例，海拔2000m及以下环境下，电气间隙限值可查阅6.7.2表4：基本绝缘取值1.5mm，双重绝缘取值3.0mm，后续内容均基于该供电条件展开说明。

若供电回路不属于300V及以下、过电压类别II的工况，可查阅附录K.1；倘若次级回路属于危险带电回路，则参照6.7.3条款或附录K.2进行评估，背后的判定逻辑保持一致。

但这套只看初级、次级整体通道的评估方式存在短板，并未纳入设备内部自生工作电压带来的影响。针对开关电源产品，测量变压器初次级之间的工作电压时，需要消除次级悬浮电位带来的干扰；获取该实测电压之后，就可以依据附录K.3开展核算。

当工作频率不大于30kHz时，选用附录K.3.2进行计算；附录K.3.3多用于存在重复峰值电压的工况，就算满足适用条件，计算得出的间隙限值通常也不会比K.3.2更严格。

若工作频率高于30kHz，则采用附录K.3.3评估。

附录K.3.2适用于30kHz及以下工况，计算流程相对复杂，需要先明确工作电压以及瞬态电压参数。沿用前面≤300V、过电压类别II的供电条件，查表23可得对应的瞬态电压为2500V。

工作电压参数需要通过实测获取，这里假设测得工作电压峰值为600V，演算过程如下：

——Uw/Um=600/2500=0.24＞0.2，F=1.25×Uw/Um−0.25=0.05

——查阅表K.15，当Um等于2500V时，D1取值1.45mm，D2取值3.00mm

——基本绝缘电气间隙限值=D1+F×(D2−D1)=1.5275mm

核心要点：

——针对电压≤300V、过电压类别II的供电回路，输入初级至输出次级之间的工作电压等效为电网对地电压，查表得到基本绝缘电气间隙限值1.5mm，加强绝缘的间隙要求在此基础上翻倍。

——开关电源变压器初次级之间的工作电压需要实测，在本例假设峰值600V的条件下，核算得到变压器基本绝缘电气间隙限值为1.5275mm，高于1.5mm；加强绝缘限值则以1.5275mm为基数翻倍。

初级到输出次级的整条绝缘通道，本身就涵盖变压器初次级绝缘。出于安全设计原则，多条判定结果中需要采用最严苛指标，因此该场景应当采用变压器核算出的1.5275mm，而不是直接选用1.5mm。

那什么场景下可以直接采用1.5mm？判断条件很清晰：当D1+F×(D2−D1)的计算结果小于1.5mm时，表4给出的1.5mm限值更严格。反向推导算式：

1.45+(1.25×Uw/2500−0.25)×(3.00−1.45)＜1.5，求解得到Uw=564.5V。

也就是说，同样是≤300V、过电压类别II的回路，采用附录K.3.2评估时：内部自生工作电压峰值低于565V，基本绝缘电气间隙按表4取值1.5mm；一旦内部自生工作电压峰值超过565V，就以附录K.3.2的计算结果作为管控依据。

565V这个分界值在工程上有很强的参考价值。市面上常规小功率开关电源，初级MOS管耐压规格普遍是650V，行业一般预留20%设计裕量，将工作电压上限控制在650÷1.2=542V以内。绝大多数小功率电源，实测的工作电压峰值很少超过542V。这也是工程上常见做法：无法拆机、不能实测内部工作电压时，保守选用1.5mm；能够拆机测试，则优先实测电压进行核算。

频率高于30kHz时使用附录K.3.3，评估方式相对简便，直接根据工作电压峰值查阅表K.17。表K.17第二列适用于频率低于30kHz的重复峰值电压，第三列适用于频率高于30kHz的工作电压；如果信号同时满足存在重复峰值电压且频率大于30kHz，则两列数值取较大的那一个。

表K.17允许采用线性插值法计算。在不考虑重复峰值电压的前提下，当工作频率大于30kHz时，想要让基本绝缘电气间隙限值大于1.5mm，对应的工作电压峰值需要达到1785V。该电压水平在实际产品中并不常见，因此多数工况下依旧选取1.5mm作为基本绝缘电气间隙限值。

总结：对于最常见的、电网电压≤300V、过电压类别II的设备，条件允许时尽量实测内部自生工作电压，对比6.7条款与附录K.3的计算结果，取该绝缘路径中要求最严苛的数值。若没有条件实测内生工作电压，则最低需要满足6.7.2和6.7.3的要求。