摘要：本文從機(jī)械規(guī)范和安全距離兩方面簡述金屬螺釘連接和電氣安全之間的關(guān)系，并探討安全距離的確定規(guī)則，以加深感興趣讀者對電子產(chǎn)品機(jī)械和電氣安全設(shè)計(jì)的理解。

　　1、引言

　　在電子產(chǎn)品研發(fā)過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理與否對整體電氣安全和電磁兼容性能的影響起到很大作用。從安全角度講，電子產(chǎn)品內(nèi)部各部件之間的電氣連接和機(jī)械固定必須具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和可靠性。在大多數(shù)情況下，金屬螺釘被普遍采用作為緊固件，螺釘從頭型、槽型和螺紋牙型等方面可分為多種類型，工程師可根據(jù)實(shí)際需要選擇用于外殼及支架固定、印制板固定、散熱片固定和各類端子連接固定等場合，那些由像鋅或鋁或易于變形的材料制造的螺釘不適用于此，對于同時(shí)承當(dāng)電氣連接和機(jī)械固定功能的螺釘，不僅要求接觸牢固，避免由于接觸不良造成接觸電阻過大，導(dǎo)致過熱而引起產(chǎn)品絕緣損壞，還要求電氣連接部件之間在承受可預(yù)見外力的條件下，不能意外松動(dòng)造成安全距離減小而引起觸電危險(xiǎn)。

　　2、機(jī)械規(guī)范

　　不論電子產(chǎn)品中采用什么樣的單一螺釘用于電氣連接或/和機(jī)械固定，在GB 4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全 第1部分：通用要求》和GB 8898-2001《音頻、視頻及類似電子設(shè)備安全要求》中都對此類螺釘試驗(yàn)做出了規(guī)定，擰入絕緣材料的螺釘擰緊和松開各10次，每次都應(yīng)完全擰出和擰入;其他螺釘擰緊和松開各5次，試驗(yàn)后不應(yīng)有影響此緊固裝置或電氣連接繼續(xù)使用的損壞，換句話說就是不能出現(xiàn)電氣安全劣化。

　　另外，GB 4943-2001《信息技術(shù)設(shè)備的安全》雖沒有要求對螺釘進(jìn)行力矩試驗(yàn)，但是在布線和端子連接等條款中對螺釘?shù)膽?yīng)用也提出了相關(guān)要求，比如不能完全相互接觸夾緊載流零部件又未裝配鎖緊裝置的寬螺距螺釘及不能攻出完整標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制螺紋的自攻螺釘不應(yīng)用作電氣連接;如果需要電氣接觸壓力，螺釘與金屬板、金屬螺母或金屬嵌裝件的嚙合應(yīng)至少兩個(gè)全螺紋;除非金屬零部件有足夠的彈性彌補(bǔ)絕緣材料可能出現(xiàn)的任何收縮或變形，否則電氣連接不能通過絕緣材料傳遞接觸壓力;接線端子的設(shè)計(jì)應(yīng)使夾持導(dǎo)線的螺釘在擰緊時(shí)導(dǎo)線不會滑脫，夾緊外部電源導(dǎo)線的螺釘應(yīng)具有符合ISO 261或ISO 262規(guī)定的螺紋或應(yīng)具有螺距和機(jī)械強(qiáng)度與其相當(dāng)?shù)穆菁y;對于交流電網(wǎng)電源導(dǎo)線和保護(hù)接地導(dǎo)線的接線端子，其尺寸要符合規(guī)定。

　　3、安全距離

　　不論是在Ⅰ類設(shè)備中作為保護(hù)接地連接的金屬螺釘，還是在Ⅱ類設(shè)備中作為機(jī)械固定的金屬螺釘，不論它們是否可觸及，還是僅作為中間未連接導(dǎo)體，除非螺釘和危險(xiǎn)帶電部件之間即使短路也不會影響電氣安全，否則金屬螺釘和危險(xiǎn)帶電部件之間必須滿足一定的安全距離要求，因?yàn)檫@類螺釘本身不存在穿透距離，所以這里所謂的安全距離就是指電氣間隙和爬電距離。電氣間隙是指在兩個(gè)導(dǎo)電部件或?qū)щ姴考c設(shè)備界面之間測得最短空間距離，影響因數(shù)主要是污染等級、過電壓類別和峰值工作電壓;爬電距離是指沿絕緣表面測得的兩個(gè)導(dǎo)電部件之間或?qū)щ姴考c設(shè)備防護(hù)界面之間的最短距離，影響因數(shù)主要是污染等級、材料組別和有效或直流工作電壓。

　　影響因數(shù)的等級越高，對應(yīng)要求的最小電氣間隙和爬電距離就越大，比如電子產(chǎn)品中廣泛采用的開關(guān)電源電路，工程師可以采用不同的拓?fù)淠Ｊ綄?shí)現(xiàn)同樣的功能輸出，但不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所對應(yīng)的初次級間的工作電壓是不同的，工作電壓越高所要求的安全距離越大。GB/T 16935.1-1997《低壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的絕緣配合 第一部分：原理、要求和試驗(yàn)》詳細(xì)描述了絕緣配合的原理、確定絕緣距離尺寸的規(guī)則和相關(guān)試驗(yàn)測量方法，而不同的電子產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，如GB 4706.1-2005、GB 8898-2001和GB4943-2001也是依據(jù)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)針對相關(guān)產(chǎn)品特性規(guī)定了具體要求，本文不再重復(fù)論述。

　　這里需要強(qiáng)調(diào)的是，在實(shí)際應(yīng)用中，各類電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)是千變?nèi)f化的，電氣絕緣構(gòu)成也是多種多樣的，有時(shí)還存在溝槽、隔板或間隙等情況，我們在確認(rèn)金屬螺釘和其他相關(guān)部件之間的安全距離時(shí)需要把握以下規(guī)則：

　　(1)任何情況下最小爬電距離都不應(yīng)該小于最小電氣間隙。

　　(2)如果所考慮的路徑包括任意深度而寬度小于X mm的平行邊或收斂形邊的槽，那么電氣間隙和爬電距離都直接跨過槽測量。

　　(3)如果所考慮的路徑包括任意深度而寬度等于或大于X mm的平行邊的槽，那么電氣間隙為兩者之間的視線距離，爬電距離則是沿著槽的輪廓進(jìn)行測量。

　　(4)如果所考慮的路徑包括一個(gè)內(nèi)角小于80°而寬度大于X mm的V

　　形槽，那么電氣間隙為兩者之間的視線距離，爬電距離則是沿著槽的輪廓進(jìn)行測量，但槽底用長度為X mm的連線跨接。

　　(5)如果所考慮的路徑包括一條筋，那么電氣間隙為通過筋頂?shù)淖疃讨边_(dá)的空間距離，爬電距離則是沿著筋的輪廓進(jìn)行測量。

　　(6)如果所考慮的路徑包括一未黏合的接縫，接縫與兩邊的部件又有一定距離，那么電氣間隙和爬電距離都要穿過縫隙測量，同時(shí)參照第2、3條執(zhí)行。

　　(7)如果金屬螺釘本身是所考慮的路徑上的一個(gè)未連接導(dǎo)電部件，那么這個(gè)螺釘?shù)某叽鐚τ陔姎忾g隙和爬電距離來講視為零。

　　(8)如果金屬螺釘處于凹槽中且與凹槽壁之間有一定間隙，那么電氣間隙和爬電距離的確定就會復(fù)雜些。由于GB 4706.1-2005中沒有相關(guān)的路徑示意圖，我們就以其引用GB/T 16935.1-1997中的圖解(圖1)為準(zhǔn)，然后再與GB 8898-2001和GB 4943-2001中的相關(guān)圖解(圖2)進(jìn)行比較，大家會發(fā)現(xiàn)，在螺釘頭與凹槽壁之間的間隙

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　　至于以上規(guī)則中提到“X mm”的尺寸規(guī)定值，則參見表1。

　　4、結(jié)語

　　在一般的制造研發(fā)部門中，結(jié)構(gòu)和電氣設(shè)計(jì)是相對獨(dú)立又緊密相關(guān)的兩個(gè)部分。任何一款電子產(chǎn)品在總體的造型結(jié)構(gòu)框架下，必須實(shí)現(xiàn)預(yù)期要達(dá)到的功能特性，絕大多數(shù)產(chǎn)品還要符合相關(guān)的電氣性能、電氣安全和電磁兼容指標(biāo)，而且在產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型前，難免還要對內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣線路進(jìn)行整改修正，因此相關(guān)責(zé)任設(shè)計(jì)工程師在重點(diǎn)熟悉各類相關(guān)性能標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的同時(shí)，別忽視了金屬螺釘連接與電氣安全的相關(guān)性，特別是確定安全距離的“X mm”和“80°夾角”規(guī)則，從而避免延長研發(fā)周期和增加成本。筆者建議在沒有絕對把握的情況下，設(shè)計(jì)還是預(yù)留一定的空間裕度為好，畢竟安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范一般只是電子產(chǎn)品的最低要求。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] GB 4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全 第1部分：通用要求》

　　[2] GB/T 16935.1-1997《低壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的絕緣配合 第一部分：原理、要求和試驗(yàn)》

　　[3] GB 8898-2001《音頻、視頻及類似電子設(shè)備安全要求》

　　[4] GB 4943-2001《信息技術(shù)設(shè)備的安全》