摘要：本文从机械规范和安全距离两方面简述金属螺钉连接和电气安全之间的关系，并探讨安全距离的确定规则，以加深感兴趣读者对电子产品机械和电气安全设计的理解。
1、引言
在电子产品研发过程中，结构设计的合理与否对整体电气安全和电磁兼容性能的影响起到很大作用。从安全角度讲，电子产品内部各部件之间的电气连接和机械固定必须具有足够的机械强度和可靠性。在大多数情况下，金属螺钉被普遍采用作为紧固件，螺钉从头型、槽型和螺纹牙型等方面可分为多种类型，工程师可根据实际需要选择用于外壳及支架固定、印制板固定、散热片固定和各类端子连接固定等场合，那些由像锌或铝或易于变形的材料制造的螺钉不适用于此，对于同时承当电气连接和机械固定功能的螺钉，不仅要求接触牢固，避免由于接触不良造成接触电阻过大，导致过热而引起产品绝缘损坏，还要求电气连接部件之间在承受可预见外力的条件下，不能意外松动造成安全距离减小而引起触电危险。
2、机械规范
不论电子产品中采用什么样的单一螺钉用于电气连接或/和机械固定，在GB 4706.1-2005《家用和类似用途电器的安全 第1部分：通用要求》和GB 8898-2001《音频、视频及类似电子设备安全要求》中都对此类螺钉试验做出了规定，拧入绝缘材料的螺钉拧紧和松开各10次，每次都应完全拧出和拧入;其他螺钉拧紧和松开各5次，试验后不应有影响此紧固装置或电气连接继续使用的损坏，换句话说就是不能出现电气安全劣化。
另外，GB 4943-2001《信息技术设备的安全》虽没有要求对螺钉进行力矩试验，但是在布线和端子连接等条款中对螺钉的应用也提出了相关要求，比如不能完全相互接触夹紧载流零部件又未装配锁紧装置的宽螺距螺钉及不能攻出完整标准机制螺纹的自攻螺钉不应用作电气连接;如果需要电气接触压力，螺钉与金属板、金属螺母或金属嵌装件的啮合应至少两个全螺纹;除非金属零部件有足够的弹性弥补绝缘材料可能出现的任何收缩或变形，否则电气连接不能通过绝缘材料传递接触压力;接线端子的设计应使夹持导线的螺钉在拧紧时导线不会滑脱，夹紧外部电源导线的螺钉应具有符合ISO 261或ISO 262规定的螺纹或应具有螺距和机械强度与其相当的螺纹;对于交流电网电源导线和保护接地导线的接线端子，其尺寸要符合规定。
3、安全距离
不论是在Ⅰ类设备中作为保护接地连接的金属螺钉，还是在Ⅱ类设备中作为机械固定的金属螺钉，不论它们是否可触及，还是仅作为中间未连接导体，除非螺钉和危险带电部件之间即使短路也不会影响电气安全，否则金属螺钉和危险带电部件之间必须满足一定的安全距离要求，因为这类螺钉本身不存在穿透距离，所以这里所谓的安全距离就是指电气间隙和爬电距离。电气间隙是指在两个导电部件或导电部件与设备界面之间测得最短空间距离，影响因数主要是污染等级、过电压类别和峰值工作电压;爬电距离是指沿绝缘表面测得的两个导电部件之间或导电部件与设备防护界面之间的最短距离，影响因数主要是污染等级、材料组别和有效或直流工作电压。
影响因数的等级越高，对应要求的最小电气间隙和爬电距离就越大，比如电子产品中广泛采用的开关电源电路，工程师可以采用不同的拓扑模式实现同样的功能输出，但不同的拓扑结构所对应的初次级间的工作电压是不同的，工作电压越高所要求的安全距离越大。GB/T 16935.1-1997《低压系统内设备的绝缘配合 第一部分：原理、要求和试验》详细描述了绝缘配合的原理、确定绝缘距离尺寸的规则和相关试验测量方法，而不同的电子产品标准，如GB 4706.1-2005、GB 8898-2001和GB4943-2001也是依据这个标准针对相关产品特性规定了具体要求，本文不再重复论述。
这里需要强调的是，在实际应用中，各类电子产品的结构是千变万化的，电气绝缘构成也是多种多样的，有时还存在沟槽、隔板或间隙等情况，我们在确认金属螺钉和其他相关部件之间的安全距离时需要把握以下规则：
(1)任何情况下最小爬电距离都不应该小于最小电气间隙。
(2)如果所考虑的路径包括任意深度而宽度小于X mm的平行边或收敛形边的槽，那么电气间隙和爬电距离都直接跨过槽测量。
(3)如果所考虑的路径包括任意深度而宽度等于或大于X mm的平行边的槽，那么电气间隙为两者之间的视线距离，爬电距离则是沿着槽的轮廓进行测量。
(4)如果所考虑的路径包括一个内角小于80°而宽度大于X mm的V
形槽，那么电气间隙为两者之间的视线距离，爬电距离则是沿着槽的轮廓进行测量，但槽底用长度为X mm的连线跨接。
(5)如果所考虑的路径包括一条筋，那么电气间隙为通过筋顶的最短直达的空间距离，爬电距离则是沿着筋的轮廓进行测量。
(6)如果所考虑的路径包括一未黏合的接缝，接缝与两边的部件又有一定距离，那么电气间隙和爬电距离都要穿过缝隙测量，同时参照第2、3条执行。
(7)如果金属螺钉本身是所考虑的路径上的一个未连接导电部件，那么这个螺钉的尺寸对于电气间隙和爬电距离来讲视为零。
(8)如果金属螺钉处于凹槽中且与凹槽壁之间有一定间隙，那么电气间隙和爬电距离的确定就会复杂些。由于GB 4706.1-2005中没有相关的路径示意图，我们就以其引用GB/T 16935.1-1997中的图解（图1）为准，然后再与GB 8898-2001和GB 4943-2001中的相关图解（图2）进行比较，大家会发现，在螺钉头与凹槽壁之间的间隙<X mm的情况下，图2中下方的两个图解中关于爬电距离的示意值有误，其中“<X mm”应改为“=X mm” 才合理，也就是说图1的图解是正确的，所以在此要特别提醒大家不要理解错了。
至于以上规则中提到“X mm”的尺寸规定值，则参见表1。
4、结语
在一般的制造研发部门中，结构和电气设计是相对独立又紧密相关的两个部分。任何一款电子产品在总体的造型结构框架下，必须实现预期要达到的功能特性，绝大多数产品还要符合相关的电气性能、电气安全和电磁兼容指标，而且在产品设计定型前，难免还要对内部结构和电气线路进行整改修正，因此相关责任设计工程师在重点熟悉各类相关性能标准规范的同时，别忽视了金属螺钉连接与电气安全的相关性，特别是确定安全距离的“X mm”和“80°夹角”规则，从而避免延长研发周期和增加成本。笔者建议在没有绝对把握的情况下，设计还是预留一定的空间裕度为好，毕竟安规标准规范一般只是电子产品的最低要求。
参考文献：
[1] GB 4706.1-2005《家用和类似用途电器的安全 第1部分：通用要求》
[2] GB/T 16935.1-1997《低压系统内设备的绝缘配合 第一部分：原理、要求和试验》
[3] GB 8898-2001《音频、视频及类似电子设备安全要求》
[4] GB 4943-2001《信息技术设备的安全》
