Как далеко может дуга сетевого напряжения в воздухе?

11

Я удивлялся этому при пайке платы сетевого напряжения и был удивлен тем, насколько близко друг от друга были следы. Это имеет очевидные последствия в конструкции электрических вилок и близости проводов, когда что-либо связано с напряжением сети.

Я пытался задавать поисковым системам разумные вопросы, такие как «насколько может дуга 240 В при 1 атмосфере» и «как далеко может прыгать электричество», но я не нашел простого ответа. Этот калькулятор утверждает, что он принимает только напряжение от 400 до 3000 В постоянного тока.

Задавая этот вопрос, я надеюсь, что будущие люди смогут найти ответ быстро и просто.

Мои исследования показывают, что расстояние дуги зависит от среды и давления, поэтому давайте предположим, что воздух (~ 79% азота, ~ 20% кислорода, ~ 1% аргона и некоторые другие вещи) при 1 атмосфере или 1,01325 бар.
Ответ также привлек мое внимание к влиянию температуры и влажности. Предполагая, что более высокие температуры и более высокая влажность увеличивают возможное расстояние дуги, давайте выберем что-то резкое, как 40 градусов по Цельсию и 95% влажности.

Учитывая, что сетевое напряжение в Великобритании 230 В переменного тока, насколько близко должны быть два неизолированных медных провода (в качестве примера), чтобы между ними могла образоваться дуга?

Отличается ли это для следов на плате или контактов в вилке?

Могут ли быть даны ответы и для бонусных баллов для 120 В переменного тока? Будет ли дуга 240 В значительно дальше, чем 230 В? Как насчет 110 В по сравнению с 120 В?

Я ищу довольно краткие ответы, но, возможно, причина, по которой я не нашел простого ответа, заключается в том, что его нет ...

Этот вопрос просто из любопытства. В ближайшее время я не собираюсь начинать переоборудование сетевых устройств или проектирование плат на 240 В.

M_M
источник
1
Кто-то однажды сказал мне, что, как правило, на Земле каждые 1000 вольт составляют 1 мм ..
Петр Кула
@ppumkin: так, учитывая линейный масштаб, это означало бы, что 240 В может иметь дугу около 0,24 мм по воздуху, но пока этот ответ пока не дан.
M_M
В идеальных условиях, наверное. Но проблема состоит в том, чтобы запустить процесс дуги, так как при наличии менее резистивного маршрута, такого как трассировка печатной платы, шансы дуги менее вероятны. Если другого пути нет, а электроны забиваются на пути ПХД, в этих условиях они могут быть дуги. Но изоляция печатной платы является еще одним барьером (поскольку изоляция больше не считается воздушным зазором). Как далеко друг от друга находятся следы PCB, о которых вы говорите? и какое напряжение там идет.
Петр Кула

Ответы:

9

Напряжение пробоя воздуха значительно варьируется из-за изменений влажности, давления и температуры. Тем не менее, грубый ориентир заключается в том, что он требует 1 кВ на миллиметр.

Так как именно здесь происходят дуги, вы хотите быть рядом с этим в реальной цепи. На печатной плате вы также должны учитывать проводимость вдоль поверхности. Вот почему вы часто видите разговоры о разминировании и расслоении в одной и той же дискуссии.

Клиренс - это самый прямой путь между двумя проводниками. Вот где применяется грубая направляющая 1 кВ / мм для искрения.

Creapage - кратчайшее расстояние между проводниками вдоль поверхности. Градиент разрушения для складок ниже, чем для очистки, так как грязь может накапливаться на поверхностях. Некоторая грязь является частично проводящей сама по себе, но многие вещи могут обеспечить пути утечки после впитывания некоторой влажности. Взгляните, например, на технические характеристики медицинских блоков питания, и вы увидите большие минимальные требования к размерам, чтобы гарантировать низкие токи утечки.

Существуют различные стандарты безопасности, которые требуют минимального зазора и расстояния между отверстиями в зависимости от применения, напряжения и иногда параметров окружающей среды. Для большинства обычных потребительских приборов зазор в 5 мм - это достаточно хорошая изоляция между частями, которые можно трогать пользователем, и 120 В переменного тока. Тем не менее, вы действительно должны смотреть на соответствующие стандарты, особенно если вы делаете что-то необычное.

Олин Латроп
источник
4
Я неоднократно читал дуги СУХОЙ ВОЗДУХ между гладкими плоскими пластинами при 3000 вольт на миллиметр.
analogsystemsrf
2
Может быть, обратите внимание, что нанесение покрытия и заливка могут немного сократить необходимые расстояния. Иногда может быть трудно определить покрытие для тех, кто не знаком с этой темой, поэтому расстояния могут показаться очень близкими.
Арсенал
Спасибо за ваш информативный ответ. Информация на creepage очень интересна, и я вижу, как она заслуживает рассмотрения при нанесении следов на печатную плату. Хотя это были следы, которые заставили меня задуматься, вопрос действительно в том, чтобы искриться через воздух ( Given a mains voltage of 230VAC in the UK, how close would two uninsulated copper wires [...] need to be before an arc could form between them?). Предполагая, что более высокая температура и более высокая влажность увеличивают расстояние, давайте выберем довольно суровый пример, такой как 40 градусов по Цельсию и 95% влажности. Я отредактирую вопрос.
M_M
1

Учитывая, что сетевое напряжение в Великобритании 230 В переменного тока, насколько близко должны быть два неизолированных медных провода (в качестве примера), чтобы между ними могла образоваться дуга?

Ответ: это зависит. Существует множество факторов, в том числе воздух, давление \ высота, влажность и загрязнение окружающей среды, которые влияют на расстояние, которое может образовать дуга между двумя проводниками.

Платы международных стандартов (а именно IPC и IEC) имеют минимальные расстояния между изолированными проводниками. Неизолированные проводники не безопасны для использования в продуктах, поэтому такие расстояния не предусмотрены. Неизолированные проводники в печатных платах или разъемах указаны в разделе «Зазоры» таблицы. Эти спецификации должны предотвращать искрение или любой пожар. Следует также отметить, что для просмотра реальных спецификаций вам необходимо купить их у МЭК (например, МЭК 61010-1 ), но в Интернете имеется много информации о содержании этих спецификаций.

введите описание изображения здесь Источник: http://www.pcbtechguide.com/2009/02/creepage-vs-clearance.html

Следует также отметить, что расстояние изменяется в зависимости от окружающей среды (степени загрязнения), среда, в которой больше грязи / влаги, будет иметь более короткий интервал. Расстояния в таблице выше приведены для степени загрязнения 2, которая, вероятно, охватит большинство конструкций, если нет, найдите таблицу (или купите спецификацию) для степени загрязнения, для которой вы проектируете.

введите описание изображения здесь Источник: http://www.ni.com/white-paper/2871/en/

Отличается ли это для следов на плате или контактов в вилке?

Да. В первой таблице это расстояние, по существу, удваивается для проводников на печатной плате.

Могут ли быть даны ответы и для бонусных баллов для 120 В переменного тока? Будет ли дуга 240 В значительно дальше, чем 230 В? Как насчет 110 В по сравнению с 120 В?

В приведенной выше таблице, если только проектирование для 120 В, расстояние короче.

Скачок напряжения
источник
0

Минимальное напряжение, необходимое для инициирования электрической дуги в газе, описано законом Пашена.

При больших зазорах оно примерно линейно зависит от расстояния, а также зависит от состава, температуры и давления газа. Для воздуха при стандартной температуре и давлении это около 3,3 МВ / м. Поскольку зазор становится очень маленьким, напряжение для создания искры фактически снова увеличивается. Искра вызвана свободными электронами, которые ускоряются напряжением, сбивающим другие электроны с молекул воздуха. Если зазор слишком мал, они не могут получить достаточное количество пробежек, чтобы сбить другой электрон, прежде чем ударить по положительному электроду. Это означает, что минимальное искровое напряжение составляет 327 В при 7,5 мкм в обычном воздухе.

Пиковое напряжение 240 В переменного тока составляет ~ 340 В, поэтому вы можете получить его, чтобы оно кратковременно вспыхнуло вблизи пика с зазором, близким к 7,5 мкм. 120VAC не будет зажигать в воздухе.

В реальном мире возможны кратковременные перенапряжения, загрязнения, конденсация и т. Д. Вы не должны полагаться на вышесказанное в целях безопасности.

patstew
источник
Никто еще не упоминал об этом, но будет ли легче начать точечный разряд, например, с точки паразитной жилы провода при том же расстоянии, что и у гладкого проводника? Это принцип работы молниеотвода, когда на наконечнике сосредоточено электрическое напряжение.
Транзистор
Закон Пашена предназначен для однородных полей, и напряженность поля действительно больше на поверхностях с небольшим радиусом кривизны. Я не знаю простого способа расчета напряжения пробоя в неоднородном поле, но те же физические эффекты, которые вызывают минимум, будут по-прежнему применяться. На практическом уровне даже игла для шитья имеет наконечник с поперечным сечением 10 с, поэтому поле между двумя иглами, разделенными на 7,5 мкм, все равно будет достаточно равномерным. Я ожидаю, что вам нужно что-то действительно необычно резкое, чтобы сильно повлиять на минимальное напряжение.
patstew