Jak daleko może płynąć łuk sieciowy w powietrzu?

Zastanawiałem się nad tym podczas lutowania płytki obwodu napięcia sieciowego i byłem zaskoczony, jak blisko siebie były ślady. Ma to oczywiste implikacje w projektowaniu wtyczek elektrycznych i bliskości drutów podczas wykonywania jakichkolwiek czynności związanych z napięciem sieciowym.

Próbowałem zadawać wyszukiwarkom sensowne pytania, takie jak „jak daleko może wyskoczyć 240 V w 1 atmosferze” i „jak daleko może skoczyć prąd”, ale nie znalazłem łatwej odpowiedzi. Ten kalkulator stwierdza, że ​​pobiera napięcia tylko między 400 a 3000 V DC.

Zadając to pytanie, mam nadzieję, że przyszli ludzie będą w stanie szybko i łatwo znaleźć odpowiedź.

Moje badania sugerują, że odległość łuku zależy od medium i ciśnienia, więc załóżmy, że powietrze (~ 79% azotu, ~ 20% tlenu, ~ 1% argonu i kilka innych rzeczy) w 1 atmosferze lub 1,01325 barów.
Odpowiedź zwróciła również moją uwagę na wpływ temperatury i wilgotności. Zakładając, że zarówno wyższe temperatury, jak i wyższe wilgotności zwiększają możliwą odległość łuku, wybierzmy coś surowego, na przykład 40 stopni Celsjusza i 95% wilgotności.

Biorąc pod uwagę napięcie sieciowe 230 V AC w ​​Wielkiej Brytanii, jak blisko powinny być dwa nieizolowane przewody miedziane (jako przykład), zanim między nimi może powstać łuk?

Czy jest inaczej w przypadku śladów na płytce drukowanej lub styków we wtyczce?

Czy w przypadku punktów bonusowych można również podać odpowiedzi dla napięcia 120 VAC? Czy łuk 240 V byłby znacznie większy niż 230 V? Co powiesz na 110 V w porównaniu do 120 V?

Szukam dość zwięzłych odpowiedzi, ale być może powodem, dla którego nie znalazłem prostej odpowiedzi, jest to, że nie ma ...

To pytanie jest po prostu z ciekawości. W najbliższym czasie nie zamierzam ponownie instalować urządzeń sieciowych ani projektować płytek drukowanych o napięciu 240 V.

Napięcie przebicia powietrza zmienia się znacznie ze względu na zmiany wilgotności, ciśnienia i temperatury. Z grubsza wynika jednak, że potrzeba 1 kV na milimetr.

Ponieważ chodzi tu o miejsca, w których występują łuki, nie chcesz być w pobliżu w prawdziwym obwodzie. Na płytce drukowanej należy również rozważyć przewodzenie wzdłuż powierzchni. Dlatego często w tej samej dyskusji często mówi się o odprawie i złomowaniu .

Prześwit jest najprostszą drogą między dwoma przewodnikami. W tym przypadku obowiązuje szorstka prowadnica 1 kV / mm dla łuku elektrycznego.

Ścieranie to najkrótsza odległość między przewodnikami wzdłuż powierzchni. Gradient rozkładu marszczenia jest niższy niż w przypadku prześwitu, ponieważ brud może gromadzić się na powierzchniach. Niektóre zanieczyszczenia same częściowo przewodzą, ale wiele rzeczy może zapewnić ścieżki wycieku po wchłonięciu wilgoci. Spójrz na przykład na specyfikację zasilaczy medycznych, a zobaczysz duże minimalne wymagania dotyczące złomowania, aby zagwarantować niskie prądy upływowe.

Istnieją różne standardy bezpieczeństwa, które wymagają minimalnego prześwitu i odległości marszczenia w zależności od zastosowania, napięcia, a czasem parametrów środowiskowych. W przypadku większości zwykłych urządzeń konsumenckich odstęp 5 mm jest wystarczającą izolacją między częściami dotykanymi przez użytkownika a napięciem zasilania 120 V. Jednak naprawdę powinieneś przyjrzeć się odpowiednim standardom, zwłaszcza jeśli robisz coś niezwykłego.

Biorąc pod uwagę napięcie sieciowe 230 V AC w ​​Wielkiej Brytanii, jak blisko powinny być dwa nieizolowane przewody miedziane (jako przykład), zanim między nimi może powstać łuk?

Odpowiedź brzmi: to zależy. Istnieje wiele czynników, w tym powietrze, ciśnienie / wzrost, wilgotność i brud ze środowiska, które wpływają na odległość, jaką może tworzyć łuk między dwoma przewodami.

Międzynarodowe tablice norm (mianowicie IPC i IEC) opracowały minimalne odległości między izolowanymi przewodami. Nieizolowane przewody nie są bezpieczne do stosowania w produktach, więc odległości te nie są zapewnione. Nieizolowane przewody w płytkach drukowanych lub złączach są zakryte w części wolnej przestrzeni tabeli. Te specyfikacje mają na celu zapobieganie wyładowaniom łukowym lub ryzyku pożarowemu. Należy również zauważyć, że aby wyświetlić rzeczywiste specyfikacje, musisz je kupić w IEC (jak IEC 61010-1 ), ale w sieci dostępnych jest wiele informacji dotyczących treści tych specyfikacji.

Źródło: http://www.pcbtechguide.com/2009/02/creepage-vs-clearance.html

Należy również zauważyć, że odległość zmienia się w zależności od środowiska (stopień zanieczyszczenia), środowisko, w którym więcej brudu / wilgoci będzie miało krótszy odstęp. Odległości w powyższej tabeli dotyczą stopnia zanieczyszczenia 2, który prawdopodobnie obejmowałby większość projektów, jeśli nie, znajdź tabelę (lub kup specyfikację) dla stopnia zanieczyszczenia, dla którego projektujesz.

Źródło: http://www.ni.com/white-paper/2871/en/

Czy jest inaczej w przypadku śladów na płytce drukowanej lub styków we wtyczce?

Tak. W pierwszej tabeli odległość zasadniczo podwaja się dla przewodów z dala od PCB.

Czy w przypadku punktów bonusowych można również podać odpowiedzi dla napięcia 120 VAC? Czy łuk 240 V byłby znacznie większy niż 230 V? Co powiesz na 110 V w porównaniu do 120 V?

W powyższej tabeli, jeśli zaprojektowano tylko na 120 V, odległość jest mniejsza.

Minimalne napięcie wymagane do zainicjowania łuku elektrycznego w gazie opisano w prawie Paschena.

Przy dużych przerwach zależy mniej więcej liniowo od odległości, a także zależy od składu, temperatury i ciśnienia gazu. W przypadku powietrza o standardowej temperaturze i ciśnieniu wynosi około 3,3 MV / m. Ponieważ przerwa staje się bardzo mała, napięcie wytwarzające iskrę faktycznie wzrasta. Iskra jest wywoływana przez wolne elektrony, które są przyspieszane przez napięcie zrzucające inne elektrony z cząsteczek powietrza. Jeśli szczelina jest zbyt mała, nie mogą uzyskać wystarczającej prędkości, aby zrzucić kolejny elektron przed uderzeniem w elektrodę dodatnią. Oznacza to, że minimalne napięcie iskrzenia wynosi 327 V przy 7,5 µm w normalnym powietrzu.

Napięcie szczytowe 240 V prądu przemiennego wynosi ~ 340 V, więc być może uda Ci się doprowadzić go do krótkiej iskry w pobliżu szczytu z przerwą zbliżoną do 7,5 µm. 120 VAC nie iskrzy w powietrzu.

W prawdziwym świecie mogą wystąpić przejściowe przepięcia, zanieczyszczenia, kondensacja itp. Ze względów bezpieczeństwa nie należy polegać na powyższym.