只有干货 - IEC 61010瞬态过电压对电气间隙限值的影响

2025-12-20 20:16:13

在IEC 61010系列中，瞬态过电压对电气间隙限值有着很大的影响，瞬态过电压的高与低直接影响到电气间隙限值

前情提要：下文中电网电源的脉冲电压和瞬态过电压是同一个含义

PART.01

IEC 61010-1标准要求

附录K.3的核心规定

附录K.3提到，瞬态过电压不论是受电源（设备）自身限制还是受附录 K.4提到的过电压限制装置从而低于电网电源的瞬态过电压；或是高于电网电源的瞬态过电压，基本绝缘和附加绝缘的电气间隙都按附录 K.3.2来确定

K.3.2的计算公式与参数

K.3.2给出一个计算公式：

基本绝缘/附加绝缘的电气间隙=D1+F×（D2-D1）

其中：

D1代表满足形状为1.2/50μs脉冲瞬态过电压的电气间隙
D2代表满足不含任何瞬态过电压的峰值工作电压的电气间隙
F代表一个计算系数：
如果Uw/Um（峰值工作电压/最大脉冲电压）＞0.2，则F= (1.25×Uw/Um) -0.25

如果 Uw/Um（峰值工作电压/最大脉冲电压）≤0.2，则F=0

Um-Uw=Ut，Ut是附加瞬态过电压（这一点在IEC 61010-1附录K.3.2以及IEC 61010-2-032 附录 K.4里均有特别声明。IEC 61010-2-032 附录 K.4 附有脉冲试验示意图。从示意图中可以看出，从1出发的电源工作电压+3附加脉冲电压组成最大脉冲电压，进入6受试设备中，设备里有7电压衰减装置，最终在7电压衰减装置之后测量电压，由8测量到的电压是该测量点位所在电路承受的最大脉冲电压）

试验机

由于当Uw/Um（峰值工作电压/最大脉冲电压）＞0.2时，F= (1.25×Uw/Um) -0.25，这会对电气间隙=D1+F×（D2-D1）产生重大影响。如果F能取0（ Uw/Um≤0.2 ），则电气间隙限值会小得多

所以，关键点就在于 Uw/Um的取值问题

Uw是电路工作电压峰值，一个电路能维持正常工作就需要由一定量的工作电压，难以修改。而Um=Uw+Ut，附加瞬态过电压Ut的调节变得非常重要

在Uw不变的情况下，Ut直接决定电气间隙限值。因此，标准专门提出附录 K.4 过电压限制装置

回到附录K.3，前文提到瞬态过电压不论是受电源（设备）自身限制还是受附录 K.4提到的过电压限制装置从而低于电网电源的瞬态过电压；或是高于电网电源的瞬态过电压，基本绝缘和附加绝缘的电气间隙都按附录 K.3.2来确定

PART.02

瞬态过电压高低的示例分析

示例1：未使用过电压限制装置

未使用过电压限制装置，Uw=3500V，Ut=4500V，Um=8000V，Uw/Um＞0.2

示例2：使用过电压限制装置

变压器输出连接一个电路，电路Uw=150V。变压器输入连接到230V额定电压II类过电压等级的配电系统。原则上，变压器输入承受最大脉冲电压为2500V（II类过电压），按6.7.3.1条款注释，输出电路（二次电路）承受最大脉冲电压应当低一个等级，参考表21可以取1500V。然而，电路使用过电压限制装置，已经将电路Um最大脉冲电压（含瞬态过电压）限制在1000V，所以Uw/Um＜0.2，F=0。由此可见，过电压限制装置真是有着大用处。应注意：示例2所提到的Uw和Um都针对变压器输出/二次电路（英文为driven from a mains transformer）所连接的电路circuit，只有230V额定电压II类过电压等级针对配电系统（英文为distribution system）/变压器输入连接

以上就是IEC 61010-1 瞬态过电压高和低的两个示例

PART.03

TC338标委会的咨询与回复

上述示例2的150V为变压器降压输出连接电路的工作电压，对于所连接电路的额定电压没有声明，因此可能造成误解，为此TC338标委会也专门针对150V问题咨询了IEC/TC66/WG2

提问与回复

WG2并没有正面回复，却给了建议再以IEC 61010-2-034附录K.3.101示例2作为参考，来看看参考示例。由于IEC 61010-2-034附录K.3.101也有2个示例，大侠干脆一并讲解

PART.04

IEC 61010-2-034附录K.3.101示例解析

示例1

变压器输入为II类过电压&额定电压230V，输入部分瞬态过电压2500V（这里的2500V瞬态过电压是外部输入的最大脉冲电压）
变压器输出2000V，输出部分瞬态过电压1500V（二次电路降一级）
输入部分和输出部分之间由保护屏隔离

由于输入电路和输出电路之间有保护屏，因此输入部分到保护屏要求基本绝缘B1，输出部分到保护屏也要求基本绝缘B2，由于B1和B2对应的Uw和Um不同，因此B1≠B2

根据IEC 61010-2-034，B1和B2分别采用6.7.2条款的表4和6.7.3条款的表6：

B1怎么算？看表4，取1.5mm

B2怎么算？看表6，取5.3mm（同时注意表6标题的derived from，与前文提到的driven from是在电路结构上是一个意思，这里已经很明显可以得出150V结论了），这里的取值采用Uw=2000V

示例1不是重点，重点是下述的示例2

示例2

变压器输入为II类过电压&额定电压230V，输入部分瞬态过电压2500V
变压器输出2000V，输出部分瞬态过电压1500V（二次电路降一级）
输入部分和输出部分之间为双重绝缘

B1和B2在示例1已经计算过，那么输入部分和输出部分的双重绝缘D该怎么计算？

D是横跨输入与输出的绝缘，所以要先计算这个绝缘上的工作电压Uw和附加脉冲电压Ut：

Uw=Uw输入+Uw输出=（230+2000）×1.414=3154V
由于二次电路承受瞬态过电压默认低一级，所以Ut取2500-230×1.414=2175V，而不是1500-230×1.414=1175V
因此，D的Um=Uw+Ut=3154+2175=5329V

后续计算就与标准示例2相同

PART.05

各示例的特点总结

从IEC 61010-2-034附录K.3.101提到的示例2相比于IEC 61010-1附录K.3提到的示例2，更多地展示了双重绝缘的计算方法，同时也能够确认IEC 61010-1附录K.3的示例2旨在展示150V对应危险带电的二次电路运用过电压限制装置后，对于基本绝缘电气间隙限值的计算方法，这个特例还真是个很特别的特例，因为如果是其他类别的案例在示例1中已经可以自行推导

各示例的核心特点

IEC 61010-1附录K.3提到的示例1——高过电压的双重绝缘，最大特点是双重绝缘的工作电压和瞬态过电压都极高
IEC 61010-1附录K.3提到的示例2——低过电压的二次回路基本绝缘，最大特点是二次电路装有过电压限制装置
IEC 61010-2-034附录K.3.101提到的示例1——工作电压高于过电压的二次回路基本绝缘，最大特点是二次电路Uw极高且由保护屏隔离
IEC 61010-2-034附录K.3.101提到的示例2——高过电压的双重绝缘，最大特点是二次电路Uw极高

结束