電氣設(shè)備的電絕緣配合

FWW7

人員觸電危害與防護(hù)措施
觸電對(duì)人體的危害，主要是因電流通過(guò)人體一定路徑引起的。電流通過(guò)頭部會(huì)使人昏迷，電流通過(guò)脊髓會(huì)使人截癱，電流通過(guò)中樞神經(jīng)會(huì)引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)嚴(yán)重失調(diào)而導(dǎo)致死亡。
根據(jù)歐姆定律U=I*R可以得知當(dāng)電壓加在人體與絕緣電阻（包括空氣和固體等電阻）構(gòu)成的串聯(lián)回路中，為保證人員安全只能通過(guò)增大與人體串聯(lián)的絕緣電阻。例如通過(guò)增大外衣、鞋、褲等絕緣電阻，于是就出現(xiàn)了高壓絕緣鞋、高壓絕緣手套等一系列供人穿戴的防護(hù)用品如圖1。

但是問(wèn)題又來(lái)了，不可能每次要用電氣設(shè)備之前都要全副武裝，那樣很不方便，像圖2這樣的場(chǎng)景估計(jì)也只有在工廠才能見到，如果平時(shí)也這樣那大家會(huì)崩潰的。
既然可以通過(guò)增大外衣、鞋、褲等電阻增加人體電阻，那也可以把電氣設(shè)備中的危險(xiǎn)源進(jìn)行絕緣處理（相當(dāng)于在危險(xiǎn)源與人體之間串聯(lián)一個(gè)較大的電阻）。對(duì)于絕緣通常都是以電阻（R）的大小進(jìn)行量化，根據(jù)電阻公式R=ρ*L/S（ρ材料的等效電阻率；L材料的等效長(zhǎng)度；S材料的等效截面面積）可知，通過(guò)改變?chǔ)选�L和S的值來(lái)就能改變絕緣電阻的大小。
大家都知道空氣是一種最普通、可靠、便宜的電氣絕緣介質(zhì)，它的絕緣電阻與空氣間隙大小成正比，但是在一個(gè)限制空間的高壓設(shè)備，只靠空氣間隙是無(wú)法滿足絕緣電阻的要求（因?yàn)榭諝獾牡刃чL(zhǎng)度（L）不夠，導(dǎo)致R變小）。
而高電阻率（ρ）的固體絕緣材料，就能滿足限制空間的高壓設(shè)備的絕緣電阻要求，但是與空氣絕緣不同的是，固體絕緣材料是一種不可恢復(fù)的絕緣介質(zhì)，在電場(chǎng)強(qiáng)度、熱、潮濕等的不利因素造成固體絕緣材料電阻率（ρ）不斷的減小導(dǎo)致絕緣電阻值變小稱之為絕緣老化。比如長(zhǎng)時(shí)間發(fā)熱會(huì)造成絕緣性能的下降。那怎樣才能滿足電氣絕緣的要求，不會(huì)使設(shè)備和人員受到損傷。
EN 60664-1（或GB/T16935）低壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的絕緣配合標(biāo)準(zhǔn)提出了絕緣配合的概念，絕緣配合統(tǒng)指電氣設(shè)備根據(jù)其使用和環(huán)境條件來(lái)選擇的電氣絕緣，它由電氣間隙、爬電距離以及固體絕緣組成，是對(duì)電氣設(shè)備絕緣的統(tǒng)稱。
電氣間隙、爬電距離之間的關(guān)系
在各電器產(chǎn)品的國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)里均涉及到“爬電距離”和“電氣間隙”兩個(gè)術(shù)語(yǔ)，從EN 60664-1（或GB/T16935）低壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的絕緣配合標(biāo)準(zhǔn)可知：電氣間隙則是“兩導(dǎo)電部件或一個(gè)導(dǎo)電部件與器具易觸及表面的空間最短距離”。而爬電距離是“兩導(dǎo)電部分之間，或一個(gè)導(dǎo)電部件與器具的易觸及表面之間沿絕緣材料表面的最短距離”。它存在于兩個(gè)平行的絕緣材料的連接處，它有可能存在于固體或者氣體絕緣之間。

電氣間隙和爬電距離是兩個(gè)不同的概念，但兩者既有區(qū)別又有聯(lián)系，前者與純空氣的絕緣強(qiáng)度（或者說(shuō)擊穿電壓）密切關(guān)聯(lián)，后者則與固體絕緣件表面擊穿電壓（或者稱為沿面放電電壓、表面閃絡(luò)電壓）緊密相關(guān)。在同一個(gè)分布電場(chǎng)里，電氣間隙和爬電距離相當(dāng)于是兩個(gè)“并聯(lián)”的擊穿通道。
在長(zhǎng)期電壓有效值使用情況下，由于導(dǎo)體周圍的固體絕緣材料被電極化（凡在外電場(chǎng)作用下產(chǎn)生宏觀上不等于零的電偶極矩，因而形成宏觀束縛電荷的現(xiàn)象稱為電極化），導(dǎo)致絕緣材料呈現(xiàn)帶電現(xiàn)象，而空氣卻不存在電極化現(xiàn)象。此帶電區(qū)（導(dǎo)體為圓形時(shí)，帶電區(qū)為環(huán)形）的半徑，即為爬電距離；在絕緣材料表面會(huì)形成泄漏電流路徑。若這些泄漏電流路徑構(gòu)成一條導(dǎo)電通路，則出現(xiàn)表面閃絡(luò)或擊穿現(xiàn)象。絕緣材料的這種變化需要一定的時(shí)間，它是由長(zhǎng)時(shí)間加在器件上的工作電壓所引起的，器件周圍環(huán)境的污染能加速這一變化。

當(dāng)出現(xiàn)暫態(tài)過(guò)電壓或瞬態(tài)過(guò)壓的情況下，雖然電壓峰值很高，但是持續(xù)的時(shí)間短，導(dǎo)體周圍的固體絕緣材料無(wú)法被電極化，這時(shí)固體絕緣材料為高阻抗，結(jié)果電壓只能從另一個(gè)低絕緣電阻通道（電氣間隙）放電，可見電氣間隙的大小和老化現(xiàn)象無(wú)關(guān)。

綜上所述可以得知，固體絕緣件表面擊穿電壓大大低于純電氣間隙的擊穿電壓（固體絕緣材料被電極化導(dǎo)致），這也正是在同一電壓等級(jí)下，為什么爬電距離往往比電氣間隙數(shù)值要大的原因。