Wie weit kann die Netzspannung in Luft sein?

Ich habe mich beim Löten einer Netzspannungsplatine gefragt, wie nahe die Leiterbahnen beieinander liegen. Dies hat offensichtliche Auswirkungen auf das Design elektrischer Stecker und die Nähe von Drähten, wenn etwas mit der Netzspannung zu tun hat.

Ich habe versucht, Suchmaschinen sinnvolle Fragen zu stellen wie "Wie weit können 240 V bei 1 Atmosphäre gebogen werden" und "Wie weit kann Elektrizität springen", aber ich habe keine einfache Antwort gefunden. Dieser Rechner gibt an, dass nur Spannungen zwischen 400 und 3000 VDC aufgenommen werden.

Wenn ich diese Frage stelle, hoffe ich, dass zukünftige Menschen die Antwort schnell und einfach finden können.

Meine Forschung legt nahe, dass der Lichtbogenabstand vom Medium und vom Druck abhängt. Nehmen wir also Luft (~ 79% Stickstoff, ~ 20% Sauerstoff, ~ 1% Argon und einige andere Dinge) bei 1 Atmosphäre oder 1,01325 bar an.
Eine Antwort hat mich auch auf den Einfluss von Temperatur und Luftfeuchtigkeit aufmerksam gemacht. Unter der Annahme, dass sowohl höhere Temperaturen als auch höhere Luftfeuchtigkeit den möglichen Lichtbogenabstand vergrößern, wählen wir etwas Hartes wie 40 Grad Celsius und 95% Luftfeuchtigkeit.

Wie nahe müssten bei einer Netzspannung von 230 VAC in Großbritannien zwei nicht isolierte Kupferdrähte (als Beispiel) sein, bevor sich zwischen ihnen ein Lichtbogen bilden könnte?

Ist dies anders für Leiterbahnen auf einer Leiterplatte oder Stifte in einem Stecker?

Könnten für Bonuspunkte auch Antworten für 120 VAC gegeben werden? Würden 240 V deutlich weiter als 230 V sein? Wie wäre es mit 110V im Vergleich zu 120V?

Ich suche nach ziemlich präzisen Antworten, aber vielleicht habe ich keine einfache Antwort gefunden, weil es keine gibt ...

Diese Frage ist nur aus Neugier. Ich werde in naher Zukunft nicht damit beginnen, Netzteile neu zu verkabeln oder 240-V-Leiterplatten zu entwerfen.

Die Durchschlagspannung von Luft variiert erheblich aufgrund von Änderungen der Luftfeuchtigkeit, des Drucks und der Temperatur. Eine grobe Richtlinie ist jedoch, dass 1 kV pro Millimeter benötigt wird.

Da dort etwa Lichtbögen auftreten, möchten Sie in einer realen Schaltung nicht annähernd so weit sein. Auf einer Leiterplatte müssen Sie auch die Leitung entlang der Oberfläche berücksichtigen. Aus diesem Grund wird in derselben Diskussion häufig von Clearance und Creapage gesprochen .

Der Abstand ist der geradeste Weg zwischen zwei Leitern. Hier gilt die grobe Führung von 1 kV / mm für die Lichtbogenbildung.

Knarren ist der kürzeste Abstand zwischen Leitern entlang einer Oberfläche. Der Durchschlaggradient beim Knarren ist geringer als beim Spiel, da sich Schmutz auf den Oberflächen ansammeln kann. Ein Teil des Schmutzes ist von sich aus teilweise leitfähig, aber viele Dinge können nach dem Aufsaugen von Feuchtigkeit zu Leckagen führen. Wenn Sie sich zum Beispiel die technischen Daten für medizinische Netzteile ansehen, werden Sie hohe Mindestanforderungen an das Knarren feststellen, um niedrige Leckströme zu gewährleisten.

Es gibt verschiedene Sicherheitsstandards, die je nach Anwendung, Spannung und manchmal auch Umgebungsparametern Mindestabstände und Knarrabstände erfordern. Für die meisten normalen Verbrauchergeräte ist ein Abstand von 5 mm ausreichend, um vom Benutzer berührbare Teile und eine Wechselstromversorgung von 120 V zu isolieren. Sie sollten sich jedoch unbedingt die relevanten Standards ansehen, insbesondere wenn Sie etwas Außergewöhnliches tun.

Wie nahe müssten bei einer Netzspannung von 230 VAC in Großbritannien zwei nicht isolierte Kupferdrähte (als Beispiel) sein, bevor sich zwischen ihnen ein Lichtbogen bilden könnte?

Die Antwort lautet: es kommt darauf an. Es gibt eine Vielzahl von Faktoren, einschließlich Luft, Druck, Höhe, Feuchtigkeit und Schmutz aus der Umgebung, die sich alle auf den Abstand auswirken, den ein Lichtbogen zwischen zwei Leitern bilden kann.

Internationale Normungsgremien (IPC und IEC) haben Mindestabstände zwischen isolierten Leitern festgelegt. Nicht isolierte Leiter sind für die Verwendung in Produkten nicht sicher, daher werden diese Abstände nicht angegeben. Nicht isolierte Leiter in Leiterplatten oder Steckverbindern werden im Abstandsbereich der Tabelle behandelt. Diese Spezifikationen sollen Lichtbogenbildung oder jede Art von Brandgefahr verhindern. Es sollte auch beachtet werden, dass Sie zum Anzeigen der tatsächlichen Spezifikationen diese von IEC (wie IEC 61010-1 ) kaufen müssen. Es gibt jedoch viele Informationen zum Inhalt dieser Spezifikationen im Internet.

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

Es sollte auch beachtet werden, dass sich der Abstand abhängig von der Umgebung (Verschmutzungsgrad) ändert. Eine Umgebung, in der mehr Schmutz / Feuchtigkeit zu sehen ist, hat einen kürzeren Abstand. Die Abstände in der obigen Tabelle beziehen sich auf einen Verschmutzungsgrad 2, der wahrscheinlich die meisten Designs abdeckt. Wenn nicht, finden Sie eine Tabelle (oder kaufen Sie die Spezifikation) für den Verschmutzungsgrad, für den Sie entwerfen.

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

Ist dies anders für Leiterbahnen auf einer Leiterplatte oder Stifte in einem Stecker?

Ja. In der ersten Tabelle verdoppelt sich der Abstand für Leiterplatten außerhalb der Leiterplatte im Wesentlichen.

Könnten für Bonuspunkte auch Antworten für 120 VAC gegeben werden? Würden 240 V deutlich weiter als 230 V sein? Wie wäre es mit 110V im Vergleich zu 120V?

In der obigen Tabelle ist der Abstand kürzer, wenn nur für 120 V ausgelegt ist.

Die minimale Spannung, die erforderlich ist, um einen Lichtbogen in Gas auszulösen, wird durch das Paschensche Gesetz beschrieben.

Bei großen Lücken hängt es ungefähr linear von der Entfernung ab und auch von der Zusammensetzung, Temperatur und dem Druck des Gases. Für Luft mit Standardtemperatur und -druck beträgt sie etwa 3,3 MV / m. Wenn der Spalt sehr klein wird, steigt die Spannung zur Erzeugung eines Funkens tatsächlich wieder an. Der Funke wird durch freie Elektronen verursacht, die durch die Spannung beschleunigt werden, die andere Elektronen von Luftmolekülen abwirft. Wenn der Spalt zu klein ist, können sie nicht genug Anlauf bekommen, um ein anderes Elektron abzustoßen, bevor sie auf die positive Elektrode treffen. Dies bedeutet, dass in normaler Luft eine minimale Zündspannung von 327 V bei 7,5 µm vorliegt.

240 VAC haben eine Spitzenspannung von ~ 340 V, sodass Sie sie möglicherweise kurz vor dem Peak mit einer Lücke nahe 7,5 µm funken lassen können. 120VAC funken nicht in der Luft.

In der realen Welt kann es zu vorübergehenden Überspannungen, Verunreinigungen, Kondensation usw. kommen. Sie sollten sich aus Sicherheitsgründen nicht auf die oben genannten Punkte verlassen.