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380v电气设备最小电气间隙是多少毫米?电气柜高压连接铜排规格选择全解析——科学选型保障系统安全

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一、安规安规基础知识

UL与VDE的安全标准在本质上有显著差异。UL主要关注防止火灾危险,而VDE更侧重于操作人员的安全。对于电源供应器而言,VDE被视为最严格的安全标准。


针对以下安全组件,均需具备VDEandUL证书(若产品出口至美国还需CUL证书):



  • 变压器(骨架、绝缘胶带、聚酯绝缘胶带)

  • 滤波器(骨架、绝缘胶带、聚酯绝缘胶带)

  • 光耦

  • Y电容

  • X电容

  • PCB材质(含制板黄卡)

  • 可燃性塑胶材质(含前面板、电源板支撑胶柱、电源板绝缘PVC、保险管座、电源线插座VH-3等)

  • 保险管

  • 热缩套管

  • 大容量电解电容

  • 各类线材


  • 在电气安全设计中,空间距离(clearance)/电器间隙指的是两个导电部件之间或导电部件与设备防护界面之间的最短距离;沿面距离(creepage)/爬电距离则是指沿绝缘表面测量的两个导电部件之间或导电部件与设备防护界面之间的最短路径。


    抗电强度测试(hipottest),是每个安全标准中强调的重要测试,用来验证电子绝缘材料足以抵抗瞬间高电压。它是所有设备确保绝缘材料足够的高压测试,通过在交流输入线之间或交流输入与机壳之间将零电压增加到3000V交流或4200V直流,不击穿或拉电弧即视为合格。


    对于温度控制,安全标准对电子电器的要求严格,规定开关电源内部温升不应超过65℃,环境温度为25℃时,电源元器件温度应小于90℃。然而,UL或CE认证的测试中,元器件(尤其是安全器件)的耐温限值标准会是关键。


    接地测试(groundingtest)对于所有一类产品(ClassI)都是必要的,确保所有在单一绝缘失效时可能变为带电体的导电性部件可靠连接到电源输入的接地点,以确保产品安全性。


    漏电流测量是UL与CSA标准中要求的,所有露出的固定金属组件需连接至大地端,通过1500Ω电阻器测量;VDE标准则在1.06倍额定电压下,使用1500Ω电阻器与150nF电容器并联测量漏电流。


    绝缘电阻测试在VDE标准中,输入端与SELV输出电路之间需至少7.0MΩ的电阻值,输入端与较易受变动的金属组件之间则需至少2.0MΩ,施加电压为1分钟500Vac。


    SELV(安全特低电压电路)和ELV(特低电压电路)分别定义了电压峰值限制,而危险电压则是超过这些限制的电压。对于PCB,若某点可得功率超过15W或工作电压超过50V,则阻燃等级需V-1以上;工作电压超过400V时,可得功率超过15W,则需V-0阻燃等级及UL6500认证;若工作电压超过50V,小于等于400V时,可得功率超过15W,则阻燃等级需V-1以上;工作电压超过400V时,可得功率超过15W,则阻燃等级需V-0(EN60065标准)。


    对于保险丝,需标注在保险丝座旁边,格式如“T315mAL125V”;PCB上的变压器和滤波器应贴有厂家名称(或商标)和型号的标签;电路图中安全器件旁应标注相应标志。


    对于classI产品,初次级间仅需一个Y2电容;对于classII产品,则需两个Y2电容串连或一个Y1电容。初次级间绝缘应为加强绝缘,与周围外壳间距离亦需达到加强绝缘要求,L,N之间、保险丝两脚位间要有基本绝缘。具体数值需根据工作电压来定(UL6500标准)。对于EN60065标准,加强绝缘一般要求为6mm的距离,基本绝缘一般为3mm,具体数值需根据工作电压确定。


    电源板上初次级间的距离设计时需确保至少有6mm的安全距离。对于低压区域的所有线材需固定,以保证其与高压电路(包括元件及布线)的爬电距离及电气空隙大于6mm,如给解码板供电的排线属于基本绝缘线体,与电源板上的初级区域的安全距离需保证在外加2N的力施加时,有至少6mm的距离。同样,低压区域的所有器件在施加2N的外力时,与高压区域的安全距离也需至少6mm。


    对于需要绝缘垫片(PVC)的机型,其位置需确保高压区电路至上盖(或底板)的电气间隙大于6mm。例如,在给机壳上盖施加20N的力的情况下,电源线(及开关电源线)尾端裸露的基本绝缘线体到机壳上盖的最短距离不能小于6mm;若最短距离可能会小于6mm,则需加绝缘垫片PVC,并确保裸露的基本绝缘线体距离到最近的机壳上盖导体(即PVC的边缘)不能小于6mm。


    UL与CSA规格提供可燃性标准,所有PC板需被UL认可为94V-2或更好的材料,VDE规格也接受这些标准,包括面壳、电源板等板卡支撑胶柱、各种固定胶带等。


    防火等级的优劣区别在于:发泡塑料材料类中,HF-1等级优于HF-2,HF-2等级优于HBF;一般材料中,5V优于V-0,V-0优于V-1,V-1优于V-2,V-2优于HB。


    外壳主体部分阻燃等级需为V-0,且厂家需有射出过程的认证(UL6500)。外壳阻燃等级的要求一般取决于起火源与外壳距离的多少(EN60065)。外壳开孔设计时应确保悬挂的外来物在进入通风孔或其他孔洞时不会成为危险带电体,以4mm直径、100mm长度的金属试验针插入孔内检验合格,试验针一端悬空自由插入,插入深度不超过其长度。


    对于变压器,在VDE标准规格中,设计、制造与使用均需严格遵守规定,以满足大多数其他国家的安全需求。变压器绝缘(transformerinsulation)、电介质强度(transformerdielectricstrength)、绝缘电阻(transformerinsulationresistance)等方面均需满足相应要求,设计时确保次级绕组与初级管脚、初级绕组与次级管脚之间爬电距离至少为6mm,并同一极性绕组间应有两层绝缘胶带。变压器标签需标注商标或生产商厂名。


    对于绝缘材料,确保开关的防触电保护需要可靠的绝缘结构,而绝缘材料的安全性是保证绝缘结构可靠性的基础。在绝缘材料的选择上,需考虑以下几点:




  • 支承、覆盖或包裹带电部分的部件,不得因受热而危及其安全性,应选择具有足够耐热能力的材料。


  • a.对双重绝缘,其基本绝缘或附加绝缘的厚度应至少为0.4mm。


  • b.当加强绝缘不承受在正常工作条件和故障条件的温度下可能导致绝缘材料变形或劣变的任何机械应力时,则该加强绝缘的最小厚度应为0.4mm。


  • c.电线或电缆中的危险带电导体与可触及零部件之间,或者危险带电零部件与电线或电缆中和可触及导电零部件连接的导体之间的内部导线绝缘,如果是由聚氯乙烯材料制成,则厚度至少应为0.4mm。


  • d.在DVD中,下列零部件之间应具有双重绝缘:



  • ——可触及零部件与电线或电缆中和电网电源导电连接的电线或电缆的导体之间;


  • ——电线或电缆中和可触及导电零部件连接的导体和与电网电源导电连接的零部件之间。




  • 综上所述,安规基础知识涵盖了电气安全设计的多个方面,从标准的差异到具体组件的安全要求、测试方法、材料选择等,都是确保电子产品安全运行的关键因素。正确理解和应用这些基础知识,对于产品的设计、制造和验证具有重要意义。

    二、380v电气设备最小电气间隙是多少毫米?

    1.在不同环境下,额定电压为380V的电气设备所需的最小电气间隙会有所不同,这取决于环境的湿度、粉尘和污染程度。

    2.根据绝缘配合的规程,额定电压为380V的设备的冲击耐受电压通常设定为6kV。

    3.根据GB7251.1-2013和IEC61439.1-2011标准,当冲击耐受电压为6kV且环境污染等级为3级时,空气间隙的最小要求为5mm至5.5mm。

    4.IEC60335-1标准指出,在考虑整个产品寿命周期中可能出现的各种情况后,空气间隙应再增加0.5mm。

    电气柜高压连接铜排规格选择全解析——科学选型保障系统安全

    2025-03-08 23:30·淡定清风在高压电气柜设计中,铜排作为电流传输的核心部件,其规格选择直接决定设备的安全性、稳定性和经济性。错误的选型可能导致发热超标、短路熔毁甚至引发火灾。本文基于国家标准与工程实践经验,系统梳理高压铜排选型的关键步骤与计算公式,助您规避设计风险!

    铜排规格选型主要应校核“短路承载能力”、“工作过流能力”两方面。

    一、短路热稳定校验(GB3906标准)——“短路承载能力

    铜排最小截面积S由短路电流I的发热效应决定,计算公式为:

    参数解析:

    -I:额定短时耐受电流(单位:A,如31.5kA需换算为31500A);

    -t:短路持续时间(通常取4秒);

    -K:材料系数(铜取13,铝取8.5);

    -Δθ:导体允许温升(裸铜排一般取215K)。

    【示例】计算(31.5kA/4S系统):

    结论:需选用截面积≥330mm2的铜排,对应规格为TMY-60×6(360mm2)。

    【注意事项】:

    a.温升取值:

    裸铜排允许短路温升通常为215K是按照裸铜排在短路起始环境温度+40℃时最高允许温度255℃计算的,

  • 若环境温度≠40℃,需调整允许温升:
  • 【示例】环境温度50℃时,裸铜排允许温升Δθ=215K-(50℃-40℃)=205K。

  • 若铜排最高允许温度≠255℃时,需要根据耐温等级调整允许温升:
  • 【示例】带热缩管绝缘层的铜排的最高允许温度=125℃,环境温度50℃时,铜排允许温升Δθ=125-50=75K。

    不同导体类型的允许温升值参考如下:

    b.多层铜排修正:

    若采用多层铜排,需考虑集肤效应,实际载流量可能低于理论值,建议增加设计余量。根据工程实践与权威手册(如《工业与民用供配电设计手册》),多层铜排的载流量修正系数如下:

    :-修正系数基于工频(50Hz/60Hz)下的经验值;

    -若频率较高(如>1kHz),需进一步增加余量。

    修正系数与余量的关系

    -双层铜排:

    理论载流量为单层的1.58倍;

    考虑集肤效应,实际载流量约为单层的1.42倍(1.58×0.9),建议增加10%余量。

    -三层铜排:

    理论载流量为单层的2.0倍;

    考虑集肤效应,实际载流量约为单层的1.7倍(2.0×0.85),建议增加15%余量。

    -四层铜排:

    理论载流量为单层的2.3倍;

    考虑集肤效应,实际载流量约为单层的1.84倍(2.3×0.8),建议增加20%余量。

    C.短路持续时间影响:

    短路持续时间越长,允许温升越低,需根据具体短路时间(如1s、3s、4s)调整温升限值。

    PS:豁免场景与简化校验

    以下情况可省略短路校验(GB标准规定):

    ① 熔断器保护的次级回路(限流型熔断器除外);

    ② 电压互感器、避雷器等小电流回路;

    ③ 非重要场所的变压器(容量≤1250kVA,电压≤12kV)。


    二、工作载流量计算(引用GB/T7251.1与IEC60439)——“工作过流能力

    对于铜排正常工作过程中的载流能力计算,本文主要介绍“查表法”和“过流系数法”两种计算方法。

    1、查表法

    铜排载流量需基于导体截面积、散热条件、允许温升综合计算,工程中推荐直接查表法(以《工业与民用供配电设计手册》第四版为例):

    铜排载流量表(40℃环境):

    【注意事项】:

    a.环境温度修正

    若环境温度≠40℃,需乘温度修正系数:

    其中:θ为实际环境温度(℃);90℃为铜排最高允许温度。

    【示例】:环境温度50℃时,

    b.安装方式修正:

    -竖放比平放载流量高10%~15%;

    -密集安装(间距<2倍厚度)时,载流量可能下降10%~30%,具体取决于间距与厚度的比值。根据工程实践与权威手册(如《工业与民用供配电设计手册》),密集安装的载流量修正系数如下:

    :-修正系数基于工频(50Hz/60Hz)下的经验值;

    -若频率较高(如>1kHz),需进一步降低载流量;

    -比值介于表中数值之间,可按线性插值法估算。

    实际载流量=基准载流量×修正系数

    【示例】:某回路额定电流1000A,选用双层铜排(TMY-60×6),环境温度40℃,安装间距为6mm(厚度6mm,间距/厚度=1),求实际载流量及是否满足需求。

    计算过程①查单层竖放载流量
    TMY-60×6单层竖放载流量为860A。

    ②计算双层竖放载流量
    双层载流量=860×1.58≈1360A。

    ③密集安装修正
    间距/厚度=1,修正系数为0.8;
    实际载流量=1360×0.8≈1088A。

    ④校验是否满足需求
    1088A>1000A,满足要求。

    c.多层铜排修正:

    -双层竖放载流量≈单层竖放×1.58;

    -三层竖放载流量≈单层竖放×2.0;

    -四层竖放载流量≈单层竖放×2.3。

    另外,多层铜排需考虑集肤效应,载流量非简单倍数关系,建议查表或通过软件仿真,也可通过前面介绍的短路热稳定校验中的多层铜排修正方法增加设计余量。

    2、过流系数法

    根据《工业与民用供配电设计手册》(第四版)及工程实践,单层竖放铜排的载流量计算公式为:

    载流量=宽度(mm)×厚度系数

    厚度系数取值规则

    :-表中厚度系数基于40℃环境温度、标准安装间距(≥2倍厚度)下的经验值;若环境温度≠40℃,需乘温度修正系数;

    -平放和密级安装时需要进行安装方式修正;

    -多层安装需要进行多层铜排修正;

    【示例】:选择TMY-60×6铜排(宽度60mm,厚度6mm),环境温度45℃,求单层竖放载流量。

    计算过程①查厚度系数
    厚度6mm对应系数为18.0。

    ②计算基准载流量

    载流量=60×18.0=1080?A

    ③温度修正

    修正后载流量=1080×0.95≈1026A。


    三、选型实战四步法

    步骤1:明确系统参数

    -额定电流:如630A;

    -短时耐受电流:如31.5kA/4S;

    -安装方式:竖放/平放、单层/多层。

    步骤2:双条件校验

    -条件一(载流量):

    TMY-40×6(截面积240mm2)载流量约630A(竖放);

    -条件二(短路热稳定):

    TMY-60×6(截面积360mm2)满足最小330mm2要求。

    最终选型:取两者最大值(TMY-60×6)。

    步骤3:接地铜排匹配

    接地母线截面积需≥主母线的86.7%,例如:

    -主母线360mm2→接地母线≥312mm2(可选TMY-50×6)。

    步骤4:工艺细节优化

    -材质:高纯度紫铜(导电率≥98%);

    -表面处理:镀锡防氧化;

    -边缘工艺:圆角打磨避免尖端放电。


    四、常见误区与避坑指南

    误区1:仅凭载流量选型

    -风险:忽视短路电流可能烧毁铜排;

    -对策:双条件(载流量+短路校验)必须同步验证。

    误区2:忽略安装方式影响

    -数据对比:

    -TMY-60×6竖放载流量约2940A;

    -平放时载流量下降10%~15%(仅2500A)。

    误区3:多层铜排未考虑集肤效应

    -解决方案:

    -超过3层时需增加截面积余量(建议+15%);

    -优先采用异形母排优化空间布局。


    总结

    高压铜排选型是电气设计的“隐形安全锁”,需严格遵循“载流量保运行,短路校验守底线”的双重原则。工程师应:

    1.熟记GB3906公式,避免量纲错误;

    2.结合安装环境预留10%~20%安全余量;

    3.对关键参数(如短路电流、环境温度)进行实测校准。


    特别提示:本文公式与参数均基于GB/IEC标准,实际项目需以设计院图纸或专业计算软件(如ETAP)输出结果为准。

    参考资料:

    -GB3906-2006《3.6kV~40.5kV交流金属封闭开关设备》

    -IEC62271-1《高压开关设备和控制设备通用规范》

    -《工业与民用供配电设计手册》(第四版)

    -GB/T7251.1-2013《低压成套开关设备和控制设备》

    -IEC60439-1《低压成套开关设备和控制设备》

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    高温环境下6mm电气间隙是否足够?
    发布人:tieaoniao7 发布时间:2025-04-21