邢立鏞 黃宇哲 胡昌明 廣東省醫(yī)療器械質(zhì)量監(jiān)督檢驗所 （廣東 廣州 510080）

內(nèi)容提要： 以全國醫(yī)療器械檢測機構(gòu)能力驗證為例，介紹利用Siemens NX進行電氣間隙和爬電距離的測量方法，以其提高測試效率。

電氣間隙和爬電距離是電氣理論中的重要概念，對電器產(chǎn)品的安全有著非常重要的作用，也是電器產(chǎn)品測試中最常見、最重要的安全項目之一[1]。GB 9706.1-2007《醫(yī)用電氣設(shè)備 第1部分：安全通用要求》中對電氣間隙的定義是：兩個導(dǎo)體之間的最短空氣路徑。對爬電距離的定義是：沿兩個導(dǎo)體部件之間絕緣材料表面的最短路徑[2]。

不同帶電部件之間或帶電部件與大地之間，當(dāng)空氣間隙小到一定程度時，在電場的作用下，空氣介質(zhì)將被擊穿，絕緣會失效或者暫時失效，因此兩個導(dǎo)電部件間的空氣應(yīng)該維持一個使之不會發(fā)生擊穿的安全距離，這就是電氣間隙。

爬電距離則是一個邊界平面，其特點是橫跨兩種截然不同的額定電氣強度（每個單位距離的承受電壓值）的材料，因此兩個導(dǎo)體之間的距離應(yīng)按照最弱額定電氣強度的絕緣材料來決定，一般來說空氣的額定電氣強度是最弱的，所以兩個導(dǎo)體間的爬電距離應(yīng)該按照空氣的絕緣性能來決定[3]。

傳統(tǒng)的電氣間隙和爬電距離測試，遇到結(jié)構(gòu)復(fù)雜、無法直接用通用量具測量的產(chǎn)品，須結(jié)合立體幾何知識進行大量計算。Siemens NX是一個交互式CAD/CAM系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可實現(xiàn)各復(fù)雜實體及造型的建構(gòu)，在計算機上對產(chǎn)品進行1:1還原，并通過其測試工具進行測量得出結(jié)果，免去繁瑣的計算過程，同時還可以通過模型投影直接形成工程圖紙，為示意圖繪制提供便利。

本文以一次比對試驗為例，介紹利用Siemens NX進行電氣間隙和爬電距離的測量方法。

1.樣品結(jié)構(gòu)分析

本次比對試驗被測樣品如圖1所示。

圖1. 被測樣品

首先分析樣品結(jié)構(gòu)：按作業(yè)指導(dǎo)書的提示，被測樣品絕緣材料的角和螺釘?shù)慕蔷暈橹苯牵粶y樣品分為上、中、下三大部分，由螺釘聯(lián)接固定而成，樣品按對稱處理。樣品的上部件（紫色部件）和中部件（藍綠色部件）為絕緣材料，下部件（黑色部件）為涂漆金屬部件。GB 9706.1-2007認為，只涂漆、涂釉或被氧化的帶電部分，被認為是裸露的帶電部分，即被測樣品上、中部件為絕緣部件，其余部件均視為導(dǎo)體部件[2]。

2.測試前準(zhǔn)備

試驗前，將被測樣品放置在（23±2）?C的穩(wěn)定環(huán)境中進行至少4h預(yù)處理。

將樣品各部件拆開，分別利用工具顯微鏡、游標(biāo)卡尺、千分尺測量出樣品的所有尺寸。

打開Siemens NX，新建文件，單位為mm。選擇“起始——建?！保M入建模模塊，將被測樣品各個部件在計算機上按1:1還原。

再利用Siemens NX，新建文件，單位為mm。選擇“起始——裝配”，進入裝配模塊，將被測樣品各個部件裝配成一個整體。

3.測試過程分析

電氣間隙和爬電距離測試最主要是尋找出導(dǎo)電部件間的最短路徑。在無法直接目測判斷哪一條路徑為最短路徑時，需要計算不同路徑的長度，比較得出結(jié)果。下面將以2個典型的例子介紹如何利用Siemens NX進行電氣間隙和爬電距離測量：

3.1 被測樣品中螺釘T3和T4之間的爬電距離/電氣間隙

通過結(jié)構(gòu)分析，上、中部件為絕緣材料，下部件為涂漆金屬部件，可視為導(dǎo)體直接跨過去。于是可能的爬電距離路徑如圖2和圖3所示，而測試爬電距離路徑的核心則在于確定哪一路徑為最短距離。

打開Siemens NX，新建文件，單位為mm。選擇“起始——制圖”，選擇圖紙尺寸為A4，比例為1:1，投影法為第一象限角投影法，以俯視圖為主視圖，利用剖視圖工具，全剖生成左視圖。

圖2. 螺釘T3沿絕緣材料表面到T4的距離1

圖3. 螺釘T3沿絕緣材料表面到T4的距離2

利用尺寸工具欄，標(biāo)注出爬電距離可能經(jīng)過的各段路徑的長度，然后比較不同路徑之間的長短，取最短路徑為爬電距離。根據(jù)圖標(biāo)注數(shù)值，T3到T4的距離1（如圖2）=ab+bc+cd+de+ef=(1.745+2.091+55.000+2.091+1.745)mm=62.67mm，T3到T4的距離2（如圖3）=AB+BC+CD+EF+FG+GH=(4.213+17.069+15.180+15.180+17.069+4.213)mm=72.92mm，比較可得距離1＜距離2，故被測樣品中螺釘T3和T4之間的爬電距離為62.67mm，路徑如圖2所示。

螺釘T3和T4之間的電氣間隙與爬電距離路徑相同，此處不再贅述。

3.2 被測樣品中螺釘T6和T7之間的爬電距離/電氣間隙

通過結(jié)構(gòu)分析，螺釘T6和T7之間的爬電距離如圖4所示。該爬電距離的測試要點在于，被測樣品的上部件沉頭孔內(nèi)螺釘與墊圈同為導(dǎo)體且緊密連接，可視為一個整體，墊圈到沉頭孔內(nèi)壁之間的間隙狹到不必考慮的程度，可假定在最不利位置處用一根1mm的絕緣連線橋接起來（圖4中ef段），用傳統(tǒng)方法計算fg段的長度需進行大量的三角函數(shù)計算，且計算過程中由于誤差積累，可能導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確，而Siemens NX則可在圖紙上直接測量。

在Siemens NX的制圖模式下，仍以俯視圖為主視圖，利用剖視圖工具，全剖生成前視圖，在前剖視圖上新建草圖，利用草圖曲線工具欄的直線繪圖工具，繪制一根直線橋ef接墊圈與沉頭孔內(nèi)壁，并用草圖約束將該其束為1mm，點擊完成草圖，退出草圖繪制。

利用尺寸工具欄，標(biāo)注出爬電距離經(jīng)過的各段路徑的長度，根據(jù)圖標(biāo)注數(shù)值，螺釘T6和T7之間的爬電距離（如圖4所示）=ab+bc+cd+ef+fg+gh+hi+ij=(1.745+2.091+6.511+1+5.019+3.979+4.050+6.714)mm=31.11mm。

圖4. 螺釘T6和螺釘T7之間的爬電距離

通過結(jié)構(gòu)分析，螺釘T6和T7之間的電氣間隙如圖5所示。利用前述Siemens NX的草圖功能，在圖5剖切圖，繪制ef、fg段輔助線，然后退出草圖。接著利用尺寸工具欄，標(biāo)注出爬電距離經(jīng)過的各段路徑的長度，根據(jù)圖標(biāo)注數(shù)值，螺釘T6和T7之間的電氣間隙（如圖5所示）=ab+bc+cd+ef+fg+gh=(1.745+2.091+6.511+2.584+5.678+6.714)mm=25.32mm。

4.小結(jié)

圖5. 螺釘T6和T7之間的電氣間隙

爬電距離和電氣間隙作為電器產(chǎn)品中一項重要的安全檢測項目，其準(zhǔn)確測量在一定程度上反映了實驗室在電氣安全檢測方面的水平[4]。利用Siemens NX可直接在計算機建模制圖，并利用其測量工具直接測出爬電距離/電氣間隙各段的距離，免去繁瑣的計算過程同時降低了計算過程中累積的誤差，大大提高測試效率以及準(zhǔn)確性。