Até que ponto a tensão da rede pode chegar ao ar?

Eu me perguntava isso enquanto soldava uma placa de circuito de tensão da rede elétrica e fiquei surpreso com a proximidade dos traços. Isso tem implicações óbvias no projeto de plugues elétricos e na proximidade dos fios quando se faz algo relacionado à tensão da rede elétrica.

Eu tentei fazer perguntas sensíveis aos mecanismos de pesquisa como "até que ponto 240V podem atingir um arco em uma atmosfera" e "até onde pode a eletricidade pular", mas não encontrei nenhuma resposta fácil. Esta calculadora afirma que apenas são necessárias voltagens entre 400 e 3000VDC.

Ao fazer esta pergunta, espero que as futuras pessoas possam encontrar a resposta rápida e simplesmente.

Minha pesquisa sugere que a distância do arco depende do meio e da pressão, então vamos assumir o ar (~ 79% de nitrogênio, ~ 20% de oxigênio, ~ 1% de argônio e algumas outras coisas) em 1 atmosfera ou 1,01325 Bar.
Uma resposta também chamou minha atenção para o efeito da temperatura e umidade. Supondo que temperaturas mais altas e umidades mais altas aumentem a possível distância do arco, vamos escolher algo severo como 40 graus Celsius e 95% de umidade.

Dada uma tensão de rede de 230VCA no Reino Unido, a que distância dois fios de cobre não isolados (por exemplo) precisariam estar antes que um arco pudesse se formar entre eles?

Isso é diferente para traços em uma placa de circuito ou pinos em um plugue?

Para pontos de bônus, as respostas também podem ser dadas para 120VAC? O arco de 240V é significativamente maior que 230V? Que tal 110V em comparação com 120V?

Estou procurando respostas bastante concisas, mas talvez a razão pela qual não encontrei uma resposta simples seja porque não há uma ...

Esta questão é apenas por curiosidade. Não vou começar a religar os aparelhos elétricos ou projetar placas de circuito de 240V em breve.

A tensão de ruptura do ar varia significativamente devido a mudanças na umidade, pressão e temperatura. No entanto, um guia aproximado é que são necessários 1 kV por milímetro.

Como é aí que os arcos acontecem, você não quer estar nem perto disso em um circuito real. Em uma placa de circuito, você também deve considerar a condução ao longo da superfície. É por isso que você costuma ver discussões sobre liberação e criação na mesma discussão.

A folga é o caminho mais reto entre dois condutores. É aqui que a guia aproximada de 1 kV / mm para arco é aplicada.

Creapage é a menor distância entre os condutores ao longo de uma superfície. O gradiente de quebra para a criação é menor do que para a folga, pois a sujeira pode se acumular nas superfícies. Alguma sujeira é parcialmente condutora por si só, mas muitas coisas podem fornecer caminhos de vazamento após absorver um pouco de umidade. Veja as especificações das fontes de alimentação médicas, por exemplo, e você verá grandes requisitos mínimos de criação para garantir baixas correntes de vazamento.

Existem vários padrões de segurança por aí que exigem distâncias mínimas de folga e criação de acordo com a aplicação, tensão e, às vezes, parâmetros ambientais. Para a maioria dos equipamentos de consumo comuns, a folga de 5 mm é um isolamento suficientemente bom entre as partes tocáveis ​​pelo usuário e a energia de 120 V CA. No entanto, você realmente deve observar os padrões relevantes, especialmente se estiver fazendo algo fora do comum.

Dada uma tensão de rede de 230VCA no Reino Unido, a que distância dois fios de cobre não isolados (por exemplo) precisariam estar antes que um arco pudesse se formar entre eles?

A resposta é: depende. Existem vários fatores, incluindo ar, pressão \ elevação, umidade e sujeira do ambiente, todos afetam a distância que um arco pode formar entre dois condutores.

As placas de padrões internacionais (IPC e IEC) apresentaram distâncias mínimas entre condutores isolados. Condutores não isolados não são seguros para uso em produtos, portanto essas distâncias não são fornecidas. Condutores não isolados em placas de circuito impresso ou conectores são abordados na seção de folga da tabela. Essas especificações são para evitar arco ou qualquer tipo de risco de incêndio. Observe também que para visualizar as especificações reais, você precisará comprá-las da IEC (como a IEC 61010-1 ), mas há muitas informações sobre o conteúdo dessas especificações disponíveis na web.

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

Também deve ser observado que a distância muda dependendo do ambiente (grau de poluição), um ambiente que vê mais sujeira / umidade terá um espaçamento menor. As distâncias na tabela acima são para um grau de poluição 2 que provavelmente abrangeria a maioria dos modelos; caso contrário, encontre uma tabela (ou compre as especificações) para o grau de poluição que você está projetando.

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

Isso é diferente para traços em uma placa de circuito ou pinos em um plugue?

Sim. Na primeira tabela, a distância dobra essencialmente para os condutores sem PCB.

Para pontos de bônus, as respostas também podem ser dadas para 120VAC? O arco de 240V é significativamente maior que 230V? Que tal 110V em comparação com 120V?

Na tabela acima, se estiver projetando apenas para 120V, a distância será menor.

A tensão mínima necessária para iniciar um arco elétrico no gás é descrita pela Lei de Paschen.

Em grandes lacunas, depende aproximadamente linearmente da distância e também depende da composição, temperatura e pressão do gás. Para o ar na temperatura e pressão padrão, é de cerca de 3,3MV / m. À medida que a diferença fica muito pequena, a voltagem para criar uma faísca na verdade aumenta novamente. A faísca é causada por elétrons livres que são acelerados pela voltagem, derrubando outros elétrons das moléculas de ar. Se o espaço for muito pequeno, eles não conseguirão correr o suficiente para derrubar outro elétron antes de atingir o eletrodo positivo. Isso significa que há uma tensão mínima de ignição de 327V a 7,5 µm no ar normal.

O 240VAC tem uma voltagem de pico de ~ 340V, portanto, você poderá fazê-lo brilhar brevemente perto do pico, com um intervalo próximo a 7,5 µm. 120VAC não brilha no ar.

No mundo real, pode haver sobretensões transitórias, contaminantes, condensação, etc. Você não deve confiar no que foi dito acima para fins de segurança.