本文概述了與產品安全相關的電路間距要求，並提供實用方法，以協助判定何時應適用關鍵電路間距；透過範例說明，讀者可以了解「經典」爬電距離 (creepage distance) 和電氣間隙方法 (clearance method) 的替代方案和豁免條件，從而簡化決策流程，並在許多情況下通過縮小印刷電路板的面積來減少產品的整體尺寸。
電路間距對安全和合規產品的貢獻影響
電路間距在產品的安全性和合規性上至關重要，幾乎所有的安全標準都要求在電路板或元件間保持一定距離，以降低電擊或短路的風險，這些距離通常稱為「爬電距離 (creepage distance)」和「電氣間隙 (clearance method)」。
爬電距離指的是兩個帶電導體之間沿著絕緣表面測量的最短距離，而電氣間隙則是兩個帶電導體間穿越空氣的最短距離；這些間距的設置會受到多種因素的影響，例如電壓、環境條件（如污染程度或海拔高度）、材料的絕緣特性等。
電氣間隙 (Clearance)：相反極性導體間穿過空氣的最短距離。
爬電距離 (Creepage)：相反極性導體間沿絕緣表面測量的最短距離。
需要注意的是，這些安全距離的具體數值並非固定不變，而是根據產品的安全標準、設計需求和實際應用情境來決定的。本文旨在提供概述，而不深入討論具體的技術細節。
「相反極性 (opposite polarity)」是一個用於測試電路間距需求的術語，簡單來說，它指的是兩個帶不同電荷的導體之間需要保持的安全距離；然而並非所有電路都需要這樣的間距隔離，實際上許多情況下並不需要這種隔離；因此，準確地判斷在哪些地方需要間距要求、而哪些地方不需要，是非常重要的。
確定何時應適用關鍵的產品安全間距，有助於減少電擊和火災風險，特別是排除高風險的應用場景，如醫療和生命支持系統；在判定「相反極性」的情況下，可以簡化產品安全間距的評估，同時評估兩點之間是否有可能發生電弧、絕緣擊穿、或短路故障。
簡化的安全隔離判斷方法：
在發生短路或開路故障時，如果導致熔融金屬、煙霧、碳化或電路板痕跡分離等災難性現象，則應考慮間距要求。
提供初級/次級、初級/中性、初級/接地之間的安全隔離，包括保護接地。
註： 建議確認終端產品安全標準中的具體要求，以確保符合適用的安全規範。
影響電氣間隙和爬電距離的主要因素
電壓 (Voltage)： 電壓是指兩個電點之間的電位差，簡單來說，就是電流在這兩點間流動的「推力」；電壓越高，推動電流的力越大，因此在電壓高的環境中，觸電的風險也會增加；電壓通常以峰值或有效值 (RMS) 來測量：
峰值 (Peak Value)：指波形達到的最高點電壓，即瞬間最大電位差。
有效值 (RMS, Root Mean Square)：表示交流電的平均功率，是更常見的測量方式，特別適合評估電壓對持續能量輸出的影響。
有效值能更準確地反映交流電對設備或人體的影響，因此在測量電壓時，RMS 值能提供實際操作中的安全依據。
過電壓等級 (Overvoltage Category)：表示設備抵抗瞬間高電壓的能力，分為不同等級，影響電氣間隙的要求。
短暫保護設備：指具備短暫過電壓保護功能的設備，例如：具有隔離功能的設備，可以防止瞬間的高電壓對內部元件或使用者造成損害，這類設備通常會有過電壓保護設計，能夠吸收或抵消突然的電壓波動，從而確保電路的穩定性和安全性。
固定安裝的設備：指安裝後不會經常移動或重新安裝的設備，通常包括家用電器（如洗衣機、冰箱）和便攜式工具（如電鑽）；這些設備直接接入固定電源，且通常設計有適當的電壓和電流保護，以適應其長期穩定的操作環境。。
永久安裝的設備：指長期固定在特定位置且不會頻繁移動的設備，通常包括工業環境中的永久連接開關和大型設備；這類設備設計時會考慮高穩定性和耐久性，並具備應對長時間運行的電壓和電流保護措施，以確保在工業操作中的安全性和可靠性。
安裝位置的來源：指安裝在公共基礎設施或主要電力系統中的設備，例如：公用事業的電表和主過電流保護裝置（如電力開關、斷路器等）；這些設備通常安裝在電力系統的核心位置，用來測量電力使用情況或保護系統免受過電流影響；由於這些設備直接接觸高電壓和電流，其設計必須符合高安全和耐久性標準，以防止電力系統的故障和安全隱患。
污染等級 (Pollution Degree, PD)：用來衡量設備使用環境中的污染程度，對應不同的電氣間隙和爬電距離要求。
PD 1：無污染或只有乾燥、非導電的污染，對電路無影響，通常適用於潔淨室或封閉式裝置。
PD 2：主要是非導電性污染，但在偶爾出現的冷凝情況下，可能會短暫導電，常見於辦公室等受控環境。
PD 3：有污染存在，在可能冷凝的情況下，污染會轉變為導電，適用於未加熱或未空調的工業區域等較開放的環境。
PD 4：由導電粉塵、雨水或雪等造成的持續導電，適用於無保護的戶外設備或極端工業環境。
比較耐電痕指數 (Comparative Tracking Index, CTI)：這是絕緣材料的耐電性能指標，用來衡量材料抵抗電流擊穿的能力。材料根據 CTI 分類：
材料組 I： CTI 值 ≥ 600，具有極高的耐電擊穿能力，適合高安全性要求的應用。
材料組 II： 400 ≤ CTI < 600，具有良好的耐電擊穿能力，適用於一般安全性要求的應用。
材料組 IIIa： 175 ≤ CTI < 400，中等耐電擊穿能力，適合普通工業環境。
材料組 IIIb： 100 ≤ CTI < 175，較低的耐電擊穿能力，適用於不需要高絕緣的環境。
海拔 (Altitude)：產品的使用海拔高度，標準一般定義在0-2000米之間，若高於2000米則需對間距要求進行調整。
這些因素會影響產品設計中的電氣間隙和爬電距離，以確保設備在各種條件下的安全性和耐久性。
總結
電壓對間隙和爬電距離的影響：電壓直接決定了間隙和爬電距離的適用性及最低要求值，包括以下幾種類型：
額定電壓 (Rated Voltage)：產品或元件的最大工作電壓或範圍。
名義電壓 (Nominal Voltage)：產品或元件的典型工作電壓。
工作電壓 (Working Voltage)：產品在其額定範圍內運行時絕緣電壓的實際測量。
輸入電壓 (Input Voltage)：產品或元件的輸入處測量的電壓。
輸出電壓 (Output Voltage)：產品或元件的輸出處測量的電壓。
衍生電壓 (Derived Voltage)：在高壓電路中產生的電壓，例如反激式電源、燈鎮流器等。
這些電壓類型會影響到設備設計中的間距要求，確保在不同電壓情況下能保持足夠的安全距離。
標準的導航
在確認了電路中的「相反極性」位置後，應進一步確定並驗證其適用的電氣間隙和爬電距離要求，國際電工標準，如 IEC 60664-1《低壓供電系統設備的絕緣協調 - 第 1 部分：原則、要求和測試》，提供了具體指導，特別適合於設計絕緣保護的設備。
設計應用方法
在電路設計中，有一些方法可以讓產品更小巧，同時保持安全標準，這包括限制功率輸出、使用合適的電路板材料，並加上絕緣層以避免短路或電擊風險；例如，設計一個封閉的線性電源時，可以考慮以下條件：
電源輸入：電路需要連接到 230V 的交流主電源（如家用電源插座）。
變壓器輸出：透過變壓器把 230V 轉換成 24V 交流電，以降低電壓，使其更安全。
環境條件：
過電壓等級 II：指的是能承受偶爾短暫的電壓波動，適合一般的家用或辦公設備。
污染等級 2：說明電路會使用在低污染的環境中，比如室內辦公室，偶爾可能因冷凝出現輕微潮濕。
海拔 3000 米：設計考慮在這個高度，可能需要稍微增加絕緣距離以保持安全。假設選用的材料屬於 材料組 IIIb，意即它具有中等的耐電擊穿性能。
這些條件有助於確保產品在不同環境下的安全性，同時保持小巧的設計。
在設計中，通過靈活應用「相反極性」的判定工具，可以簡化安全間距的要求，提升產品開發效率，確保符合安全標準並縮短上市時間。