Fino a che punto può arrivare la tensione di rete in aria?

Mi chiedevo questo mentre saldavo un circuito di tensione di rete e sono rimasto sorpreso da quanto fossero vicine le tracce. Ha ovvie implicazioni nella progettazione delle spine elettriche e la vicinanza dei fili quando si fa qualcosa a che fare con la tensione di rete.

Ho provato a porre ai motori di ricerca domande sensate come "quanto lontano può andare l'arco a 240 V in 1 atmosfera" e "quanto può saltare l'elettricità" ma non ho trovato alcuna risposta facile. Questo calcolatore afferma che richiede solo tensioni comprese tra 400 e 3000 V CC.

Facendo questa domanda, spero che le persone future saranno in grado di trovare la risposta in modo rapido e semplice.

La mia ricerca suggerisce che la distanza dell'arco dipende dal mezzo e dalla pressione, quindi supponiamo che l'aria (~ 79% di azoto, ~ 20% di ossigeno, ~ 1% di argon e poche altre cose) a 1 atmosfera o 1,01325 Bar.
Una risposta ha anche attirato la mia attenzione sull'influenza della temperatura e dell'umidità. Supponendo che temperature più alte e umidità più elevate aumentino entrambe la possibile distanza dell'arco, scegliamo qualcosa di duro come 40 gradi Celsius e umidità del 95%.

Data una tensione di rete di 230 V CA nel Regno Unito, quanto dovrebbero essere vicini due fili di rame non isolati (ad esempio) prima che si formi un arco tra di loro?

È diverso per le tracce su un circuito stampato o i pin in una spina?

Per i punti bonus, potrebbero essere fornite risposte anche per 120VAC? 240 V sarebbe significativamente più lontano di 230 V? Che ne dici di 110 V rispetto a 120 V?

Sto cercando risposte abbastanza concise, ma forse il motivo per cui non ho trovato una risposta semplice è perché non ce n'è una ...

Questa domanda è solo per curiosità. Non ricomincerò presto a ricablare gli apparecchi di rete o a progettare circuiti da 240 V.

La tensione di rottura dell'aria varia in modo significativo a causa delle variazioni di umidità, pressione e temperatura. Tuttavia, una guida approssimativa è che richiede 1 kV per millimetro.

Dato che si tratta di dove si verificano gli archi, non vuoi essere in nessun posto vicino a quello in un circuito reale. Su un circuito, devi anche considerare la conduzione lungo la superficie. Questo è il motivo per cui spesso vedi discorsi di liquidazione e creapage nella stessa discussione.

La distanza è il percorso più diretto tra due conduttori. È qui che si applica la guida approssimativa di 1 kV / mm per l'arco.

Creapage è la distanza più breve tra i conduttori lungo una superficie. Il gradiente di rottura per la piega è inferiore rispetto alla distanza poiché lo sporco può accumularsi sulle superfici. Parte dello sporco è parzialmente conduttiva da sola, ma molte cose possono fornire percorsi di perdita dopo aver assorbito un po 'di umidità. Dai un'occhiata alle specifiche per gli alimentatori medici, ad esempio, e vedrai requisiti minimi di piega minimi per garantire basse correnti di dispersione.

Esistono vari standard di sicurezza che richiedono distanze minime di gioco e di piega in base all'applicazione, alla tensione e talvolta ai parametri ambientali. Per la maggior parte delle normali apparecchiature di consumo, una distanza di 5 mm è un isolamento sufficientemente buono tra le parti toccabili dall'utente e l'alimentazione a 120 V CA. Tuttavia, dovresti davvero guardare gli standard pertinenti, specialmente se stai facendo qualcosa di straordinario.

Data una tensione di rete di 230 V CA nel Regno Unito, quanto dovrebbero essere vicini due fili di rame non isolati (ad esempio) prima che si formi un arco tra di loro?

La risposta è, dipende. Esistono vari fattori tra cui aria, pressione \ elevazione, umidità e sporco dall'ambiente che influiscono sulla distanza che un arco può formare tra due conduttori.

I quadri di standard internazionali (in particolare IPC e IEC) hanno creato distanze minime tra i conduttori isolati. I conduttori non isolati non sono sicuri per l'uso nei prodotti, pertanto tali distanze non sono fornite. I conduttori non isolati nei PCB o nei connettori sono coperti nella sezione del gioco della tabella. Queste specifiche servono a prevenire archi o qualsiasi tipo di rischio di incendio. Va anche notato che per visualizzare le specifiche effettive è necessario acquistarle da IEC (come IEC 61010-1 ), ma ci sono molte informazioni relative al contenuto di queste specifiche disponibili sul web.

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

Va anche notato che la distanza cambia a seconda dell'ambiente (grado di inquinamento), un ambiente che vede più sporco / umidità avrà una spaziatura più breve. Le distanze nella tabella sopra sono per un grado di inquinamento 2 che probabilmente coprirebbe la maggior parte dei progetti, in caso contrario, trova una tabella (o acquista le specifiche) per il grado di inquinamento per cui stai progettando.

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

È diverso per le tracce su un circuito stampato o i pin in una spina?

Sì. Nella prima tabella, la distanza raddoppia essenzialmente per i conduttori PCB fuori.

Per i punti bonus, potrebbero essere fornite risposte anche per 120VAC? 240 V sarebbe significativamente più lontano di 230 V? Che ne dici di 110 V rispetto a 120 V?

Nella tabella sopra, se si progetta solo per 120 V, la distanza è più breve.

La tensione minima richiesta per innescare un arco elettrico nel gas è descritta dalla Legge di Paschen.

A grandi lacune dipende approssimativamente linearmente dalla distanza e dipende anche dalla composizione, dalla temperatura e dalla pressione del gas. Per l'aria a temperatura e pressione standard è di circa 3,3MV / m. Man mano che il divario diventa molto piccolo, la tensione per creare una scintilla aumenta nuovamente. La scintilla è causata da elettroni liberi che sono accelerati dalla tensione che fa cadere altri elettroni dalle molecole dell'aria. Se il divario è troppo piccolo, non riescono a ottenere abbastanza da una corsa per staccare un altro elettrone prima di colpire l'elettrodo positivo. Ciò significa che c'è una tensione di accensione minima di 327 V a 7,5 µm in aria normale.

240 V CA ha una tensione di picco di ~ 340 V, quindi si potrebbe essere in grado di farlo scintillare brevemente vicino al picco con uno spazio vicino a 7,5 µm. 120 V CA non scintilla in aria.

Nel mondo reale possono esserci sovratensioni transitorie, contaminanti, condensa, ecc. Non si dovrebbe fare affidamento su quanto sopra per motivi di sicurezza.