Seberapa jauh tegangan listrik dapat mengalir di udara?

11

Saya bertanya-tanya saat menyolder papan sirkuit tegangan listrik dan terkejut dengan seberapa dekat jejaknya. Ini memiliki implikasi yang jelas dalam desain colokan listrik, dan kedekatan kabel ketika melakukan sesuatu yang berkaitan dengan tegangan listrik.

Saya telah mencoba mengajukan pertanyaan kepada mesin pencari yang masuk akal seperti "seberapa jauh 240V dapat melengkung pada 1 atmosfer" dan "seberapa jauh listrik dapat melompat" tetapi saya belum menemukan jawaban yang mudah. Kalkulator ini menyatakan bahwa hanya dibutuhkan tegangan antara 400 dan 3000VDC.

Dengan mengajukan pertanyaan ini, saya berharap orang-orang masa depan akan dapat menemukan jawabannya dengan cepat dan sederhana.

Penelitian saya menunjukkan bahwa jarak busur tergantung pada media dan tekanan, jadi mari kita asumsikan udara (~ 79% nitrogen, ~ 20% oksigen, ~ 1% argon dan beberapa hal lainnya) pada 1 atmosfer atau 1,01325 Bar.
Sebuah jawaban juga menarik perhatian saya pada pengaruh suhu dan kelembaban. Dengan asumsi bahwa suhu yang lebih tinggi dan kelembaban yang lebih tinggi keduanya meningkatkan jarak lengkung yang mungkin, mari kita pilih sesuatu yang keras seperti 40 derajat Celcius dan kelembaban 95%.

Diberikan tegangan listrik sebesar 230VAC di Inggris, seberapa dekat dua kabel tembaga yang tidak berinsulasi (sebagai contoh) perlu sebelum busur dapat terbentuk di antara mereka?

Apakah ini berbeda dengan jejak pada papan sirkuit, atau pin pada colokan?

Untuk poin bonus, bisakah jawaban diberikan untuk 120VAC juga? Apakah 240V jauh lebih jauh dari 230V? Bagaimana dengan 110V dibandingkan dengan 120V?

Saya mencari jawaban yang cukup ringkas, tetapi mungkin alasan saya belum menemukan jawaban sederhana adalah karena tidak ada ...

Pertanyaan ini hanya karena penasaran. Saya tidak akan memulai pemasangan kembali perlengkapan listrik atau merancang papan sirkuit 240V dalam waktu dekat.

— M_M
sumber

1

Seseorang pernah mengatakan kepada saya, sebagai aturan umum, di bumi setiap 1000 volt adalah 1mm ..

— Piotr Kula

@ppkinkin: jadi diberi skala linier, itu berarti 240V bisa melengkung sekitar 0,24mm di udara, tetapi belum ada jawaban yang memberikan angka ini.

— M_M

Dalam kondisi ideal mungkin. Tetapi masalahnya adalah memulai proses arc'ing, karena jika ada rute yang kurang resistif, seperti jejak PCB kemungkinan arc'ing lebih kecil. Jika tidak ada rute lain dan elektron semakin berdesakan pada rute PCB mereka mungkin bisa micro'arc pada kondisi ini. Tapi isolasi PCB adalah penghalang lain (karena isolasi tidak dihitung sebagai celah udara lagi). Seberapa jauhkah jejak PCB ini yang Anda bicarakan? dan tegangan apa yang terjadi di sana.

— Piotr Kula

9

Tegangan gangguan udara bervariasi secara signifikan karena perubahan kelembaban, tekanan, dan suhu. Namun, panduan kasarnya adalah dibutuhkan 1 kV per milimeter.

Karena di situlah letak busur terjadi, Anda tidak ingin berada di dekat itu dalam sirkuit nyata. Pada papan sirkuit, Anda juga harus mempertimbangkan konduksi di sepanjang permukaan. Inilah sebabnya mengapa Anda sering melihat pembicaraan tentang izin dan lipatan dalam diskusi yang sama.

Jarak bebas adalah jalur paling lurus antara dua konduktor. Di sinilah panduan kasar 1 kV / mm untuk busur berlaku.

Creapage adalah jarak terpendek antara konduktor di sepanjang permukaan. Gradien breakdown untuk creapage lebih rendah dari pada clearance karena kotoran dapat menumpuk di permukaan. Sebagian kotoran sebagian konduktif dengan sendirinya, tetapi banyak hal dapat memberikan jalur kebocoran setelah menyerap kelembaban. Lihatlah spesifikasi untuk pasokan daya medis, misalnya, dan Anda akan melihat persyaratan liputan minimum yang besar untuk menjamin arus bocor rendah.

Ada berbagai standar keamanan di luar sana yang membutuhkan jarak izin minimum dan jarak liputan sesuai dengan aplikasi, tegangan, dan terkadang parameter lingkungan. Untuk sebagian besar peralatan konsumen biasa, jarak bebas 5 mm adalah isolasi yang cukup baik antara komponen yang dapat disentuh pengguna dan daya 120 V AC. Namun, Anda harus benar-benar melihat standar yang relevan, terutama jika Anda melakukan sesuatu yang tidak biasa.

— Olin Lathrop
sumber

4

Saya telah berulang kali membaca busur UDARA KERING di antara pelat datar yang halus dengan 3.000 volt per milimeter.

— analogsystemsrf

2

Mungkin perlu dicatat bahwa pelapisan dan pot dapat mengurangi jarak yang dibutuhkan sedikit. Pelapisan terkadang sulit dikenali untuk seseorang yang tidak terbiasa dengan topik tersebut, sehingga jarak mungkin tampak sangat dekat.

— Arsenal

Terima kasih atas jawaban informatif Anda. Informasi tentang creepage sangat menarik, dan saya bisa melihat bagaimana layak dipertimbangkan ketika meletakkan jejak di papan sirkuit. Meskipun itu adalah jejak yang membuat saya berpikir, pertanyaannya sebenarnya tentang melayang di udara (

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?

). Dengan asumsi bahwa suhu yang lebih tinggi dan kelembaban yang lebih tinggi meningkatkan jarak, mari kita pilih contoh yang cukup keras seperti 40 derajat Celcius dan kelembaban 95%. Saya akan mengedit pertanyaan.

— M_M

1

Diberikan tegangan listrik sebesar 230VAC di Inggris, seberapa dekat dua kabel tembaga yang tidak berinsulasi (sebagai contoh) perlu sebelum busur dapat terbentuk di antara mereka?

Jawabannya adalah, tergantung. Ada berbagai faktor termasuk udara, tekanan \ elevasi, kelembaban, dan kotoran dari lingkungan, semuanya mempengaruhi jarak yang dapat membentuk busur antara dua konduktor.

Papan standar internasional (yaitu IPC, dan IEC) telah muncul dengan jarak minimum antara konduktor terisolasi. Konduktor tidak berinsulasi tidak aman untuk digunakan dalam produk sehingga jarak tersebut tidak disediakan. Konduktor yang tidak diinsulasi dalam PCB atau konektor tercakup dalam bagian clearance tabel. Spesifikasi ini untuk mencegah busur api atau segala jenis bahaya kebakaran. Perlu juga dicatat bahwa untuk melihat spesifikasi yang sebenarnya, Anda harus membelinya dari IEC (seperti IEC 61010-1 ), tetapi ada banyak informasi mengenai isi spesifikasi ini yang tersedia di web.

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

Perlu juga dicatat bahwa perubahan jarak tergantung pada lingkungan (tingkat polusi), lingkungan yang melihat lebih banyak kotoran / kelembaban akan memiliki jarak yang lebih pendek. Jarak dalam tabel di atas adalah untuk tingkat polusi 2 yang mungkin akan mencakup sebagian besar desain, jika tidak, cari meja (atau beli spesifikasi) untuk tingkat polusi yang Anda rancang.

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

Apakah ini berbeda dengan jejak pada papan sirkuit, atau pin pada colokan?

Iya. Di tabel pertama, jarak dasarnya dua kali lipat untuk konduktor PCB.

Untuk poin bonus, bisakah jawaban diberikan untuk 120VAC juga? Apakah 240V jauh lebih jauh dari 230V? Bagaimana dengan 110V dibandingkan dengan 120V?

Dalam tabel di atas, jika hanya mendesain untuk 120V jaraknya lebih pendek.

— Lonjakan tegangan
sumber

0

Tegangan minimum yang diperlukan untuk memulai busur listrik dalam gas dijelaskan oleh Hukum Paschen.

Pada celah besar, ini tergantung secara linear pada jarak, dan juga tergantung pada komposisi, suhu dan tekanan gas. Untuk udara pada suhu dan tekanan standar sekitar 3,3MV / m. Karena celah menjadi sangat kecil, tegangan untuk membuat percikan benar-benar meningkat lagi. Percikan disebabkan oleh elektron bebas yang dipercepat oleh tegangan yang menjatuhkan elektron lain dari molekul udara. Jika celahnya terlalu kecil, mereka tidak dapat berlari cukup untuk menjatuhkan elektron lain sebelum mengenai elektroda positif. Ini berarti bahwa ada tegangan percikan minimum 327V pada 7,5μm di udara normal.

240VAC memiliki tegangan puncak ~ 340V, jadi Anda mungkin bisa membuatnya berbelok sebentar di dekat puncak dengan celah mendekati 7,5μm. 120VAC tidak akan menyala di udara.

Di dunia nyata mungkin ada tegangan lebih transien, kontaminan, kondensasi, dll. Anda tidak boleh bergantung pada hal di atas untuk tujuan keamanan.

— patstew
sumber

Itu belum disebutkan oleh siapa pun, tetapi akankah titik pelepasan lebih mudah untuk memulai, misalnya, titik untai kawat liar yang diberikan jarak yang sama dengan konduktor halus? Ini adalah prinsip pengoperasian penangkal petir di mana tegangan listrik terkonsentrasi di ujungnya.

— Transistor

Hukum Paschen adalah untuk bidang yang seragam, dan kekuatan medan memang lebih besar pada permukaan dengan jari-jari kecil kelengkungan. Saya tidak tahu cara mudah untuk menghitung tegangan rusak di bidang yang tidak seragam, tetapi efek fisik yang sama yang menyebabkan minimum tetap berlaku. Pada tingkat praktis, bahkan jarum jahit memiliki ujung 10s μm, sehingga bidang antara dua jarum yang dipisahkan oleh 7,5μm masih akan cukup seragam. Saya berharap Anda akan membutuhkan sesuatu yang benar-benar luar biasa tajam untuk sangat mempengaruhi tegangan minimum.

— patstew