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PTC電熱元件兩極之間功能性絕緣爬電距離的限值和一般非金屬材料的一樣嗎？

發(fā)表時(shí)間:2022-09-07 11:00:31

案例問題

某PTC電熱元件暖風(fēng)機(jī)，PTC電熱元件兩極之間工作電壓為220V，微觀污染等級(jí)3級(jí)，兩電極之間PTC材料功能性絕緣爬電距離限值是多少?

圖1 PTC電熱元件兩極之間PTC材料爬電距離

（實(shí)拍圖）

圖2 PTC電熱元件

（網(wǎng)絡(luò)圖）

對(duì)此有不同的觀點(diǎn)：

觀點(diǎn)1：因?yàn)槭俏廴镜燃?jí)3級(jí)，GB 4706.1-2005標(biāo)準(zhǔn)29.2.4條款表18注1“1級(jí)、2級(jí)……”情況不適用，所以表18中爬電距離限值3.2 mm適用（220V，P=3, Ⅲa/Ⅲb材料組別）。

觀點(diǎn)2：這個(gè)部位爬電距離限值 = 電氣間隙限值1.0 mm。

哪一個(gè)觀點(diǎn)更合理?

案例分析

筆者個(gè)人認(rèn)為觀點(diǎn)2更合理，理由如下：

1. PTC電熱元件不是像電阻發(fā)熱絲的“導(dǎo)體”，也不是像PP塑料材料的“絕緣”，而是“半導(dǎo)體陶瓷”。

PTC陶瓷(positive temperature coefficient）為正溫度系數(shù)熱敏材料，它具有電阻率隨溫度升高而增大的特性。1955年發(fā)現(xiàn)在BaTiO3陶瓷中加入微量的稀土元素后，其室溫電阻率大幅度下降，在某一很窄的溫度范圍內(nèi)其電阻率可以升高三個(gè)數(shù)量級(jí)以上，如圖3所示。

圖3 PTC電阻率～溫度特性曲線

PTC材料是以BaTiO3為基的半導(dǎo)體陶瓷材料。這種材料的電阻率在某一區(qū)域內(nèi)隨溫度上升而急劇上升，電阻率突變上升的溫度稱為居里溫度。BaTiO3居里溫度為120℃。當(dāng)用一部分Pb2+來置換Ba2+后，成為Ba（1-X）PbX?TiO3材料，其居里溫度隨著Pb2+含量的增加而上升。已經(jīng)實(shí)用化的PTC發(fā)熱材料的最高溫度為300℃。

眾所周知，導(dǎo)體表面不考慮所謂“沿絕緣物表面最短的爬電距離”，導(dǎo)體就是導(dǎo)體不是絕緣。絕緣材料表面的爬電距離當(dāng)然要考慮，絕緣就是絕緣不是導(dǎo)體。而“半導(dǎo)體”材料表面的距離有特殊的情況，它既不是導(dǎo)體也不是絕緣，特殊矛盾就應(yīng)特殊解決。

圖4 鐵鉻鋁電阻發(fā)熱絲

（網(wǎng)絡(luò)圖）

2. 退一步說，如果PTC電熱元件是GB 4706.1-2005標(biāo)準(zhǔn)29.2.4條款表18注2“對(duì)于不會(huì)發(fā)生漏電起痕的玻璃、陶瓷和其它無機(jī)絕緣材料”，則實(shí)際爬電距離可不必大于相應(yīng)的電氣間隙（限值），換句話說爬電距離沒有要求，只要求29.1.4條款實(shí)際的電氣間隙應(yīng)大于電氣間隙限值（1 mm）。反之，如果PTC電熱元件是“像塑料材料那樣的絕緣”，則表18中的限值適用。恰恰PTC電熱元件是“半導(dǎo)體陶瓷”，所以具體情況具體分析。

3. GB/T16935.1-2008/IEC60664-1《低壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的絕緣配合第1部分：原理、要求和試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)5.2.2.6條款有“普遍的共性”，爬電距離“限值” ≥ 電氣間隙“限值”。在“對(duì)于工作電壓小于250V且污染等級(jí)1和2的PTC電熱元件”情況，在爬電距離限值要求這一問題上恰恰突破了這一底線要求，是結(jié)合PTC電熱元件“半導(dǎo)體”特性。是“共性”和“特性”相結(jié)合的情況。

而在3級(jí)污染情況，PTC電熱元件表面不應(yīng)遵循“特性”而要考慮“共性”（爬電距離限值 ≥ 電氣間隙限值），但不是“絕緣材料的爬電距離要求”（表18中數(shù)值）。

4. 根據(jù)GB 4706.1-2005標(biāo)準(zhǔn)29.1.4條款，在電氣間隙問題上，電氣間隙與材料類型沒有關(guān)系，而是指空氣中最短的距離，標(biāo)準(zhǔn)“簡單粗暴地”規(guī)定“PTC電熱元件表面之間的電氣間隙可減小至 1mm”。如果查原本的要求（沒有減小前的要求）從表16得“1.5+0.5=2.0 mm”。

綜上所述，筆者完整地表述GB 4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全第1部分：通用要求》（IEC 60335-1:2004，IDT ）標(biāo)準(zhǔn)29.2.4條款表18注1要求如下：

注1：對(duì)于工作電壓小于250V且污染等級(jí)1和2的PTC電熱元件，PTC材料表面上的爬電距離不必大于相應(yīng)的電氣間隙（限值），對(duì)于污染等級(jí)3的PTC電熱元件表面的爬電距離應(yīng)大于相應(yīng)的電氣間隙（限值），而不是按表18中的功能性絕緣的限值，但其端子間的爬電距離按本表規(guī)定。

對(duì)于導(dǎo)體來說沒有導(dǎo)體表面的爬電距離。

對(duì)于一般非金屬材料的絕緣，要求爬電距離≥爬電距離限值，電氣間隙≥電氣間隙限值。

對(duì)于PTC電熱元件材料，特殊的介于導(dǎo)體和絕緣之間的半導(dǎo)體材料來說，電氣間隙不按一般絕緣材料要求的電氣間隙限值，而是簡單粗暴規(guī)定限值：≥1.0 mm；爬電距離，在較良好的1級(jí)和2級(jí)污染等級(jí)情況沒有要求，在3級(jí)污染等級(jí)要求爬電距離≥電氣間隙限值。

對(duì)于很好的純陶瓷絕緣材料，沒有爬電距離要求，只有電氣間隙≥電氣間隙限值的要求。

標(biāo)準(zhǔn)條款

GB 4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全第1部分：通用要求》（IEC 60335-1:2004，IDT ）標(biāo)準(zhǔn)

29. 1.4 對(duì)于功能性絕緣，表16的值是適用的。但如該功能性絕緣被短路時(shí)器具仍符合第 19章要求，則不規(guī)定其電氣間隙。繞組漆包線導(dǎo)體，作為裸露導(dǎo)體考慮，不需要測(cè)量在漆包線交叉點(diǎn)上的電氣間隙。

PTC電熱元件表面之間的電氣間隙可減小至 1mm。

通過測(cè)量，如果需要，通過試驗(yàn)確定其是否合格。

29.2.4 功能性絕緣的爬電距離不應(yīng)小于表18的規(guī)定值。但如該功能性絕緣被短路時(shí)器具仍符合第19章要求，爬電距離可減小。

表18 功能性絕緣的最小爬電距離

通過測(cè)量檢查其符合性。

GB/T16935.1-2008/IEC60664-1《低壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的絕緣配合第1部分：原理、要求和試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)

5.2.2.6爬電距離與電氣間隙的關(guān)系

爬電距離不能小于相關(guān)的電氣間隙，因此最小的爬電距離有可能等于要求的電氣間隙。然而，除此選定尺寸極限外，空氣中的最小電氣間隙與容許的最小爬電距離之間并無物理聯(lián)系。

在爬電距離能夠承受相關(guān)電氣間隙(表F.2)所要求的電壓情況下，爬電距離小于表F.2中情況A要求的電氣間隙僅能在污染等級(jí)1和2的條件下使用。用試驗(yàn)驗(yàn)證爬電距離耐受相關(guān)電氣間隙的電壓時(shí)應(yīng)考慮海拔修正系數(shù)(見6.1.2.2)。

最小電氣間隙和爬電距離的比較見附錄E。

附錄E

（資料性附錄）

表F.4中規(guī)定的爬電距離和表A.1中電氣間隙的比較

PD——污染等級(jí)；

MG——材料組別；

PWM——印刷線路材料

圖E.1 表F.4中規(guī)定的爬電距離和表A.1中電氣間隙的比較

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