本質(zhì)安全設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)（IEC60079-11）的理解（四）

?對于標(biāo)準(zhǔn)中“Separation”的理解

IEC60079-11使用了較長的篇幅來說明設(shè)計(jì)中需要考慮到的各種間距， 這也從一定程度上說明了間距比較重要，在設(shè)計(jì)中是需要認(rèn)真考慮。

從直覺上來講，間距越大，電路越安全，因?yàn)殚g距比較大，不容易產(chǎn)生電弧。同時(shí)間距比較大，也易于散熱，從溫度角度來說，設(shè)備也比較安全。但是間距越大，集成度低，設(shè)備體積肯定越大。所以如何保證在設(shè)備小型化的同時(shí)，保證設(shè)備的安全性，就是標(biāo)準(zhǔn)要解決的問題。

1，間距的各種英文定義

在標(biāo)準(zhǔn)中，使用了Separation，distances，Clearance，以及詞組Separation distances， Clearance distances等來表述不同的間距。以下是本人的一個(gè)理解

(1), Separation, distances以及Separation distances都是同一個(gè)意思，是對各種間距的統(tǒng)稱，例如6.3節(jié)的標(biāo)題就是Separation distances。這個(gè)統(tǒng)稱指的是兩個(gè)點(diǎn)之間的距離，可以是直線距離，也可以是曲線距離。

（2）Clearance和Clearance distance是同一個(gè)意思，指的是兩點(diǎn)之間通過空氣路徑測量到的距離，一般翻譯為電氣間隙。電氣間隙是使用橡皮筋在兩個(gè)點(diǎn)之間連接從而測量到的距離。如果中間沒有障礙物，那么它是直線，如果有障礙物，它就是一根曲線。

（3）Creepage distance 指的是爬電距離，是沿著物體表面測量到的距離?？梢岳斫鉃閺囊粋€(gè)點(diǎn)到另外一個(gè)點(diǎn)螞蟻能夠爬行的最短距離。

（4）Separation distance through casting compound 指的是澆鑄物里的電氣間隙；Separation distance through solid insulation指的是固體絕緣物里的電氣間隙，而Distance under coating指的是涂層里的電氣間隙(中文標(biāo)準(zhǔn)里翻譯為涂層下的爬電距離，應(yīng)該是筆誤，英文標(biāo)準(zhǔn)里并沒有爬電的意思)。

以上三種都是在不同介質(zhì)里的電氣間隙。如果有一種可以在固體里面使用的橡皮筋，那么上述三種間隙距離都是在不同物質(zhì)里使用橡皮筋測試的兩點(diǎn)距離。

2，定義各種間距的目的

我們知道因?yàn)楸景苍O(shè)備的特性決定了它內(nèi)部的任何一個(gè)點(diǎn)都可能會產(chǎn)生電火花或者溫度過高，從而引起爆炸。所以本安設(shè)備的任何一個(gè)部分都要求測試它的電火花強(qiáng)度和溫度。對于溫度，任何外殼表面，連接線表面，印制板走線表面，任何元器件的表面，都需要測試到。對于點(diǎn)火花，那么任何兩個(gè)焊盤之間，任何兩根走線之間，任何走線和地（或者大地）之間，電路和外殼之間等等都需要測試到。把所有的點(diǎn)測試一遍在實(shí)際中是往往是不可行的。所以為了認(rèn)證和測試的過程更加高效，需要采用一些辦法來排除一些特定的情況。而定義間距的目的就是排除測試的點(diǎn)數(shù)。

Separation distances that comply with the values of Table 5 or Annex F under the conditions of 6.1.2.2, 6.1.2.3 or 6.1.3 shall not be subject to a fault.

如標(biāo)準(zhǔn)中所言，當(dāng)設(shè)備滿足表格5或者附錄F中關(guān)于各個(gè)間隙的定義，那么這些間距就不能認(rèn)定為fault。換句話說，通過理論計(jì)算，認(rèn)定這些間隙距離都是本質(zhì)安全的，不再需要一個(gè)點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)的測試。

3，間距的種類

標(biāo)準(zhǔn)中定義了3種距離

（1），本質(zhì)安全電路和非本質(zhì)安全電路之間的距離

（2）不同本質(zhì)安全電路之間的距離

（3）一個(gè)電路（可以是本安電路，也可以是非本安電路）和大地或者隔離金屬器件之間的距離。

標(biāo)準(zhǔn)中使用圖2來說明哪些距離是本質(zhì)安全需要關(guān)心的，如下圖

上圖中，使用兩根黑色虛線將圖形分為3個(gè)部分，左邊標(biāo)記為③的非本質(zhì)安全電路；中間④其實(shí)是隔離柵電路，它包含本質(zhì)安全電路和非本質(zhì)安全電路；右邊⑤為本質(zhì)安全電路。同時(shí)上圖中又列舉了3個(gè)不同的功能電路。第一個(gè)電路的回流部分沒有和大地相連，但是電路附近有接大地的外殼，第二個(gè)電路回流部分和大地直連。第三個(gè)電路是一個(gè)光耦和電路。

圖中紅色標(biāo)注部分就是需要我們設(shè)計(jì)的時(shí)候需要注意的間距。為了進(jìn)一步說明，我重新使用ABCD標(biāo)注了它們的位置，如下圖

A標(biāo)示的是③和④之間通過變壓器和光耦器件隔離。隔離器兩邊的間距必須滿足本質(zhì)安全的要求。這個(gè)是比較好理解的，隔離的目的就是為了讓兩邊電路不要互相影響。如果距離過短，當(dāng)任一邊的電路電壓過高時(shí)，容易發(fā)生電火花。

B標(biāo)示的是對大地懸空的電路和接地外殼之間的距離。圖中標(biāo)有3根線，從左到右分別標(biāo)示電路回流地平面（相當(dāng)于PCB板子上的GND）和外殼的間距。第三個(gè)B其實(shí)和第二個(gè)B一樣，電路高電平部分（PCB板中的V+部分）和外殼的間距，但是這兩個(gè)B之間存在有保護(hù)器件，如保險(xiǎn)絲，所以它們不屬于同一個(gè)電路網(wǎng)絡(luò)，都需要標(biāo)示出來。

C標(biāo)示的是兩個(gè)電路之間的間隙。兩個(gè)電路的正極V+之間，第一個(gè)電路的負(fù)極和第二個(gè)電路的正極之間，都需要滿足間隙要求。這里注意，因?yàn)榈诙€(gè)電路的負(fù)極直接外接大地，所以它和第一個(gè)電路的正極和負(fù)極之間沒有間隙要求。還要注意圖中？標(biāo)示的綠線，從分析的角度來說，也是需要滿足間隙要求的，不知道為什么沒有通過紅線標(biāo)示。

上圖中的5個(gè)D標(biāo)示的是串聯(lián)保護(hù)器件之間的間隙。這里的保護(hù)器件可以理解為保險(xiǎn)絲。如果保險(xiǎn)絲溶斷，那么它會斷開電路，使得兩端的電平不一致，間距過短，容易產(chǎn)生電火花。所以也需要滿足間隙要求。

4, 間隙距離的要求

標(biāo)準(zhǔn)中定義了兩種距離要求，分別稱之為表格5和附錄F。

對比表格5和附錄F，很容易看到附錄F定義的間距遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于表格5的定義。例如10V以下的電壓， 表格5規(guī)定ia，ib設(shè)備需要滿足空氣中電氣間隙1.5mm，而附錄F只需要0. 5mm。所以大部分情況下，我們都是依照附錄F來設(shè)計(jì)和評估設(shè)備。

那么為什么附錄F能夠減少間隙距離呢？它其實(shí)是有前提條件的.? 當(dāng)電氣間隙部分所在環(huán)境的污染度最大為2級時(shí)，可以使用附錄F定義的間隙數(shù)值。

附錄F中也列舉幾種使得污染度小于2級的方法

1. 設(shè)備外殼提供至少IP54的保護(hù)級別；
2. 按照IEC60664-3類型1和類型2的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行涂層（conformal coating）
3. 設(shè)備安裝在一個(gè)比較干凈的環(huán)境中（如無塵車間等等）

在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，條件1和2還是比較容易滿足的，特別是條件2，對PCB板進(jìn)行涂層是比較簡單的方法。

這里重新拷貝一下ia，ib保護(hù)級別下設(shè)備的間距要求：

可以看到對于電壓10v和50v的規(guī)定，它們的數(shù)值都是一樣的。而常見的設(shè)備電壓都是5V，12V，24V或者48V。所以對于常見的I類和II類設(shè)備來說，最小距離0.2mm，即7. 8mil就能滿足間隙要求。因此在具體PCB設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以設(shè)定間距約束條件為8mil。

5，小結(jié)一下

當(dāng)設(shè)計(jì)一款本質(zhì)安全設(shè)備的時(shí)候，按照下面的步驟來

1. 設(shè)備的最大間隙電壓是否小于50V，如果是，執(zhí)行第2步。如果否，繼續(xù)參看地6節(jié)
2. PCB設(shè)計(jì)過程中設(shè)定間距約束條件為8mil
3. PCB焊接完成后，對PCB表面進(jìn)行涂層操作。

這樣就滿足了本質(zhì)安全標(biāo)準(zhǔn)的間隙認(rèn)證要求。

6，間隙距離之間的電壓

如果設(shè)備的間隙電壓超過50V，那么就不能按照第5節(jié)的步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)了。這里又分3種情況。

如果電壓小于600V，依然可以使用附錄F來設(shè)計(jì)。但是間隙距離需要認(rèn)真考慮和設(shè)計(jì)。

如果電壓大于600V，因?yàn)楦戒汧中沒有定義ia， ib類的間隙，所以此時(shí)需要按照表格5來考慮和設(shè)計(jì)。

如果電壓大于15.6KV，這種情況應(yīng)該非常少見，標(biāo)準(zhǔn)中對此沒有定義。

那么間隙電壓值又是如何確定的呢？

標(biāo)準(zhǔn)中分了兩種情況：

（1），對于如圖2中的A標(biāo)示的內(nèi)部隔離電路部分。它的間隙電壓可以來自隔離的任何一端。例如輸入端的額定電壓24v，或者設(shè)備制造商說明書規(guī)定的電壓，例如9-36V，則選擇最大36V，或者內(nèi)部電路有DCDC電路，可能會將輸入電壓24V升高到48V，那么可以使用48v當(dāng)做間隙電壓。

注：標(biāo)準(zhǔn)中特別說明不需要考慮電壓精度。

（2）對于如圖2中不同電路之間的部分。它的間隙電壓需要考慮具體的電路，例如可能由電容放電，電源轉(zhuǎn)換，電路故障，其他電源一起疊加引起的電壓。在計(jì)算這些電壓時(shí)，取它的峰值作為間隙電壓。

7，不同情況下的間隙距離的計(jì)算

7.1 空氣下的電氣間隙

空氣下的電氣間隙，即為空氣中兩端最短距離，計(jì)算比較直觀。

需要注意的是如果在兩點(diǎn)之間插入絕緣板，絕緣板的厚度小于0.9mm，此時(shí)因?yàn)榻^緣板太薄，可以當(dāng)做不起作用，直接按照沒有絕緣板計(jì)算空氣中的距離。如果絕緣板厚度超過0.9mm，那么此時(shí)電氣間隙距離要按照空氣+穿過固體絕緣物+空氣的方法計(jì)算。詳情可以參看附錄3。

7.2 通過澆鑄物里的電氣間隙Separation distance through casting compound

澆鑄物里的電氣間隙的計(jì)算，和空氣下的電氣間隙計(jì)算是一樣的。（只是把空氣介質(zhì)換成了澆筑物）需要注意的是澆鑄物距離表面需要至少1mm的距離。

7.3 固體絕緣物里的電氣間隙Separation distance through solid insulation

固體絕緣物里的電氣間隙和上節(jié)關(guān)于澆鑄物的間隙計(jì)算，原則是一樣，只是材料的區(qū)別。

7.4 爬電距離

爬電距離，是沿著物體表面測量到的距離。可以理解為從一個(gè)點(diǎn)到另外一個(gè)點(diǎn)螞蟻能夠爬行的最短距離。注意的是這只螞蟻長度和高度都是大于3mm的，所以一般小于3mm的落槽或者凸起，它都能輕易跨過。所以對于小于3mm的落槽或者凸起，爬電距離按照跨越的距離計(jì)算，如以下幾個(gè)圖。

圖中f指代的就是爬電距離， M是導(dǎo)體，I是絕緣材料。

標(biāo)準(zhǔn)中還列舉了其他情況下的爬電距離，可以參看標(biāo)準(zhǔn)中的圖3。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-616631.html

到了這里，關(guān)于本質(zhì)安全設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)（IEC60079-11）的理解（四）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！