各位邦友们，大家好！在电气产品的设计中，一定要考虑到产品的绝缘问题，对于绝缘配合的基本要求有哪些？如何对低压设备进行绝缘配合设计呢？带着这些问题，我们一起通过这篇文章来了解一下。
作者：周焱
施耐德 Building Business China 工程师
绝缘配合要求
绝缘配合就是根据设备在电力系统中可能承受的各种电压，并考虑过电压的限制措施和设备的绝缘性能后来确定设备的绝缘水平。作用在电力系统上的电压是指正常运行条件下的工作电压和各种过电压。
正常运行条件下的工作电压
电力系统在正常运行时，各点的工频电压。各点的电压是不同的，输电线路送端设备上的电压要高于受端设备上的电压。因此，对于每一额定电压等级的电力系统，还需要规定一个系统最高运行电压。最高运行电压需根据能源分布、输电距离、电网结构、系统的潮流分布、稳定特性、无功功率补偿、经济运行，以及设备绝缘设计等综合的因素来确定。
对于低压电器系统，IEC60038对于标准电压以及变化范围做了如下规定：
过电压的种类和产生
暂时过电压：由于变压器高压端发生接地故障或线路发生短路等故障，使电力系统经历过渡过程以后重新达到某种暂时稳定的情况下所出现的超过额定值的电压。
（1）由于变压器高压侧发生对地故障，导致低压侧产生暂时过电压，过电压值和持续时间可见IEC60364-4-44 table44.A2。
U0为电气装置的相线对中性线电压，我国为230V。
由上图可知，TT系统中，变电站高压侧接地故障产生的过电压不会传递到低压电气外露导电部分而引起电击事故，但是会存在低压电气设备和线路对地绝缘被击穿的风险。
（2）变压器低压侧出口至低压主干中性线断开，电负荷小的相因阻抗大而分压大， 负载承受的电压远高于额定电压， 甚至接近线电压U0。
（3）当某相发生对中性线短路时会导致相邻两相对中性线产生暂时过电压，电压值约为1.45U0，可持续约5s。
操作过电压：发生操作过电压的原因很多，一般有以下几种情况：
（1）切断电感性负载而引起的操作过电压；例如切断空载变压器、消弧线圈、电抗器和电动机等引起的过电压；
（2）切断电容性负载而引起的操作过电压， 例如切断空载长线路、电缆线路等
雷电过电压：主要有两种
（1）直接雷击：雷电直接打到建筑物上形成的，过电压幅值极高；
一般防直接雷击是通过外部避雷装置即：接闪器（避雷针、避雷带、避雷网、避雷线）、引下线、接地模块装置构成完整的电气通路，将雷电流泄入大地。在低压配电系统采用SPD typeI 防止电位的抬升导致瞬时过压。
（2）间接雷击（感应雷击）：通过导线行波传入的雷电过电压，过电压大小与雷击距离、强度、线路参数有关。
在低压配电系统中，通过分级泄放的方法，用SPDtypeII将雷击能量逐步泄放到大地。
由于系统中存在过电压，因此我们在设计低压电器系统或电力设备时必须依据系统绝缘配合，而绝缘配合则是建立瞬时过电压被限制规定冲击耐受电压，而系统中电气或设备产生瞬时过电压也必须低于电源系统规定冲击电压：
▷ 电器额定绝缘电压应≥电源系统额定电压
▷ 电器额定冲击耐受电压应≥电源系统额定冲击耐受电压
▷ 电器产生瞬态过电压应≤电源系统额定冲击耐受电压。
GB/T 16935《低压系统内设备的绝缘配合》对于原理，要求，试验做了相应规定。
低压设备的绝缘水平设计
电工设备的绝缘水平就是指该设备能够耐受（不发生闪络、放电或其他损坏）的试验电压值。衡量绝缘水平的重要参数包括：
（1） 冲击耐受电压：在规定条件下，电器能够耐受而不击穿的具有规定形状和极性的冲击电压峰值。该值与电气间隙，绝缘材料有关。电器的额定冲击耐受电压应该大于或等于该电器所处的电路中可能产生的瞬时过电压（GB14048.1 - 2012 4.3.1.3）。优选值为：
隔离电器需要验证触头间冲击耐受电压，优选值以及试验电压见下表：
注释：
根据《GB14048.2-2008》 8.3.3.2 非隔离型断路器触头间冲击耐受电压按《GB14048.1-2012》表12执行。
根据《GB14048.4-2010》 9.3.4.1 不做隔离用电器不需要进行断开触头间冲击耐受电压的试验
（2）工频耐受电压：电器在长期交变电压作用下绝缘强度。它与绝缘材料特性，以及绝缘材料表面与导电体的距离有关。它不应小于电器运行中可能遇到的最高暂态过电压。
（3）绝缘电阻：绝缘电阻是加直流电压于电介质，经过一定时间极化过程结束后，流过电介质的泄漏电流对应的电阻，它是电器设备和电气线路最基本的绝缘指标。对于低压电器装置的交接试验，常温下电动机、配电设备和配电线路的绝缘电阻不应低于0.5MΩ(对于运行中的设备台线路的绝缘电阻不应低于每伏工作电压1000Ω)。低压电器及其连接电缆和二次回路的绝缘电阻一般不应低于1MΩ；在比较潮湿的环境不应低于0.5MΩ；I类手持电持工具的绝缘电阻不应低于2MΩ。
低压产品绝缘设计是必须对该产品确定该产品的“过电压类别”，“污染等级”，以及“绝缘材料组别”
（1）过电压类别：根据《IEC60364-4-44 （2007）安全防护.电压干扰和电磁干扰的防护》的要求，根据设备安装的最大额定电压以及过电压类别确定额定冲击耐受电压Uimp
（2）污染等级：指根据导电的或吸湿的尘埃、游离气体或盐类和相对湿度的大小，以及由于吸湿或凝露导致表面介电强度或电阻率下降事件发生的频度，而对环境条件作出的分级。工业用电器一般选取用于污染等级为3级的环境，家用和类似用途电器一般选取用于污染等级为2级的环境。
▷ 污染等级1：无污染或仅有干燥的非导电性的污染。
▷ 污染等级2：一般情况仅有非导电性污染，但必须考虑到偶然由于凝露造成短暂的导电性。
▷ 污染等级3：有导电性污染，或由于预期的凝露使干燥的非导电性污染变为导电性。
▷ 污染等级4：造成持久性的导电性污染，例如由于导电尘埃或雨雪所造成的污染。
（3） 绝缘材料组别：绝缘材料的组别可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲa、Ⅲb四组。其分组的技术依据是CTI，CTI称为相比泄漏（漏电）起痕指数（Comparative Tracking Index）
根据产品的“过电压类别”，“污染等级”，以及“绝缘材料组别”就能确定产品的电气间隙，爬电距离。(根据Gambit团队的研究发现，材料的阻燃体系会对介电实验结果产生很大影响，在材料选择时需要考虑)
（1）电气间隙的确定：
建议在设计过程中需考虑触头间的抗冲击耐受能力，无论该产品是否是隔离电气。
（2）爬电距离的确定：
参考文献：
百度、《GB14048.1》、《GB14048.2》、《IEC60038》、《IEC60364-4-44》
各位邦友们，大家好！在电气产品的设计中，一定要考虑到产品的绝缘问题，对于绝缘配合的基本要求有哪些？如何对低压设备进行绝缘配合设计呢？带着这些问题，我们一起通过这篇文章来了解一下。
作者：周焱
施耐德 Building Business China 工程师
绝缘配合要求
绝缘配合就是根据设备在电力系统中可能承受的各种电压，并考虑过电压的限制措施和设备的绝缘性能后来确定设备的绝缘水平。作用在电力系统上的电压是指正常运行条件下的工作电压和各种过电压。
正常运行条件下的工作电压
电力系统在正常运行时，各点的工频电压。各点的电压是不同的，输电线路送端设备上的电压要高于受端设备上的电压。因此，对于每一额定电压等级的电力系统，还需要规定一个系统最高运行电压。最高运行电压需根据能源分布、输电距离、电网结构、系统的潮流分布、稳定特性、无功功率补偿、经济运行，以及设备绝缘设计等综合的因素来确定。
对于低压电器系统，IEC60038对于标准电压以及变化范围做了如下规定：
过电压的种类和产生
暂时过电压：由于变压器高压端发生接地故障或线路发生短路等故障，使电力系统经历过渡过程以后重新达到某种暂时稳定的情况下所出现的超过额定值的电压。
（1）由于变压器高压侧发生对地故障，导致低压侧产生暂时过电压，过电压值和持续时间可见IEC60364-4-44 table44.A2。
U0为电气装置的相线对中性线电压，我国为230V。
由上图可知，TT系统中，变电站高压侧接地故障产生的过电压不会传递到低压电气外露导电部分而引起电击事故，但是会存在低压电气设备和线路对地绝缘被击穿的风险。
（2）变压器低压侧出口至低压主干中性线断开，电负荷小的相因阻抗大而分压大， 负载承受的电压远高于额定电压， 甚至接近线电压U0。
（3）当某相发生对中性线短路时会导致相邻两相对中性线产生暂时过电压，电压值约为1.45U0，可持续约5s。
操作过电压：发生操作过电压的原因很多，一般有以下几种情况：
（1）切断电感性负载而引起的操作过电压；例如切断空载变压器、消弧线圈、电抗器和电动机等引起的过电压；
（2）切断电容性负载而引起的操作过电压， 例如切断空载长线路、电缆线路等
雷电过电压：主要有两种
（1）直接雷击：雷电直接打到建筑物上形成的，过电压幅值极高；
一般防直接雷击是通过外部避雷装置即：接闪器（避雷针、避雷带、避雷网、避雷线）、引下线、接地模块装置构成完整的电气通路，将雷电流泄入大地。在低压配电系统采用SPD typeI 防止电位的抬升导致瞬时过压。
（2）间接雷击（感应雷击）：通过导线行波传入的雷电过电压，过电压大小与雷击距离、强度、线路参数有关。
在低压配电系统中，通过分级泄放的方法，用SPDtypeII将雷击能量逐步泄放到大地。
由于系统中存在过电压，因此我们在设计低压电器系统或电力设备时必须依据系统绝缘配合，而绝缘配合则是建立瞬时过电压被限制规定冲击耐受电压，而系统中电气或设备产生瞬时过电压也必须低于电源系统规定冲击电压：
▷ 电器额定绝缘电压应≥电源系统额定电压
▷ 电器额定冲击耐受电压应≥电源系统额定冲击耐受电压
▷ 电器产生瞬态过电压应≤电源系统额定冲击耐受电压。
GB/T 16935《低压系统内设备的绝缘配合》对于原理，要求，试验做了相应规定。
低压设备的绝缘水平设计
电工设备的绝缘水平就是指该设备能够耐受（不发生闪络、放电或其他损坏）的试验电压值。衡量绝缘水平的重要参数包括：
（1） 冲击耐受电压：在规定条件下，电器能够耐受而不击穿的具有规定形状和极性的冲击电压峰值。该值与电气间隙，绝缘材料有关。电器的额定冲击耐受电压应该大于或等于该电器所处的电路中可能产生的瞬时过电压（GB14048.1 - 2012 4.3.1.3）。优选值为：
隔离电器需要验证触头间冲击耐受电压，优选值以及试验电压见下表：
注释：
根据《GB14048.2-2008》 8.3.3.2 非隔离型断路器触头间冲击耐受电压按《GB14048.1-2012》表12执行。
根据《GB14048.4-2010》 9.3.4.1 不做隔离用电器不需要进行断开触头间冲击耐受电压的试验
（2）工频耐受电压：电器在长期交变电压作用下绝缘强度。它与绝缘材料特性，以及绝缘材料表面与导电体的距离有关。它不应小于电器运行中可能遇到的最高暂态过电压。
（3）绝缘电阻：绝缘电阻是加直流电压于电介质，经过一定时间极化过程结束后，流过电介质的泄漏电流对应的电阻，它是电器设备和电气线路最基本的绝缘指标。对于低压电器装置的交接试验，常温下电动机、配电设备和配电线路的绝缘电阻不应低于0.5MΩ(对于运行中的设备台线路的绝缘电阻不应低于每伏工作电压1000Ω)。低压电器及其连接电缆和二次回路的绝缘电阻一般不应低于1MΩ；在比较潮湿的环境不应低于0.5MΩ；I类手持电持工具的绝缘电阻不应低于2MΩ。
低压产品绝缘设计是必须对该产品确定该产品的“过电压类别”，“污染等级”，以及“绝缘材料组别”
（1）过电压类别：根据《IEC60364-4-44 （2007）安全防护.电压干扰和电磁干扰的防护》的要求，根据设备安装的最大额定电压以及过电压类别确定额定冲击耐受电压Uimp
（2）污染等级：指根据导电的或吸湿的尘埃、游离气体或盐类和相对湿度的大小，以及由于吸湿或凝露导致表面介电强度或电阻率下降事件发生的频度，而对环境条件作出的分级。工业用电器一般选取用于污染等级为3级的环境，家用和类似用途电器一般选取用于污染等级为2级的环境。
▷ 污染等级1：无污染或仅有干燥的非导电性的污染。
▷ 污染等级2：一般情况仅有非导电性污染，但必须考虑到偶然由于凝露造成短暂的导电性。
▷ 污染等级3：有导电性污染，或由于预期的凝露使干燥的非导电性污染变为导电性。
▷ 污染等级4：造成持久性的导电性污染，例如由于导电尘埃或雨雪所造成的污染。
（3） 绝缘材料组别：绝缘材料的组别可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲa、Ⅲb四组。其分组的技术依据是CTI，CTI称为相比泄漏（漏电）起痕指数（Comparative Tracking Index）
根据产品的“过电压类别”，“污染等级”，以及“绝缘材料组别”就能确定产品的电气间隙，爬电距离。(根据Gambit团队的研究发现，材料的阻燃体系会对介电实验结果产生很大影响，在材料选择时需要考虑)
（1）电气间隙的确定：
建议在设计过程中需考虑触头间的抗冲击耐受能力，无论该产品是否是隔离电气。
（2）爬电距离的确定：
参考文献：
百度、《GB14048.1》、《GB14048.2》、《IEC60038》、《IEC60364-4-44》