¿Hasta dónde puede llegar la tensión de red en el aire?

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Me preguntaba esto mientras soldaba una placa de circuito de voltaje de red y me sorprendió lo cerca que estaban las huellas. Tiene implicaciones obvias en el diseño de enchufes eléctricos y la proximidad de los cables cuando se hace algo relacionado con el voltaje de la red.

He intentado hacer preguntas razonables a los motores de búsqueda, como "qué tan lejos pueden llegar a formar un arco de 240 V a 1 atmósfera" y "qué tan lejos puede saltar la electricidad", pero no he encontrado ninguna respuesta fácil. Esta calculadora indica que solo toma voltajes entre 400 y 3000VDC.

Al hacer esta pregunta, espero que las personas futuras puedan encontrar la respuesta de forma rápida y sencilla.

Mi investigación sugiere que la distancia del arco depende del medio y la presión, así que supongamos que el aire (~ 79% de nitrógeno, ~ 20% de oxígeno, ~ 1% de argón y algunas otras cosas) a 1 atmósfera o 1.01325 Bar.
Una respuesta también me ha llamado la atención sobre el efecto de la temperatura y la humedad. Suponiendo que las temperaturas más altas y las humedades más altas aumentan la distancia de arco posible, elijamos algo duro como 40 grados Celsius y 95% de humedad.

Dado un voltaje de red de 230 VCA en el Reino Unido, ¿qué tan cerca deberían estar dos cables de cobre sin aislar (como ejemplo) antes de que se pueda formar un arco entre ellos?

¿Es esto diferente para trazas en una placa de circuito o pines en un enchufe?

Para los puntos de bonificación, ¿podrían darse respuestas para 120VAC también? ¿Tendrían un arco de 240 V significativamente más lejos que 230 V? ¿Qué tal 110V en comparación con 120V?

Estoy buscando respuestas bastante concisas, pero quizás la razón por la que no he encontrado una respuesta simple es porque no hay una ...

Esta pregunta es solo por curiosidad. No voy a comenzar a recablear los accesorios de la red eléctrica ni a diseñar placas de circuito de 240 V en el corto plazo.

— M_M
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Alguien me dijo una vez, como regla general, en la Tierra cada 1000 voltios es 1 mm ..

— Piotr Kula

@ppumkin: por lo tanto, dada una escala lineal, eso significaría que 240 V podría arquear alrededor de 0.24 mm a través del aire, pero aún no se ha dado esta cifra.

— M_M

En condiciones ideales, probablemente. Pero el problema es comenzar el proceso de arco, ya que si hay una ruta menos resistiva, como un trazado de PCB, las posibilidades de arco son menos probables. Si no hay otra ruta y los electrones se apiñan en la ruta de los PCB, posiblemente podrían microarc en estas condiciones. Pero el aislamiento de PCB es otra barrera (ya que el aislamiento ya no cuenta como espacio de aire). ¿A qué distancia están estas huellas de PCB de las que estás hablando? y qué voltaje entra allí.

— Piotr Kula

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El voltaje de ruptura del aire varía significativamente debido a cambios en la humedad, la presión y la temperatura. Sin embargo, una guía aproximada es que toma 1 kV por milímetro.

Como se trata de arcos, no debes estar cerca de eso en un circuito real. En una placa de circuito, también debe considerar la conducción a lo largo de la superficie. Esta es la razón por la que a menudo se habla de autorización y creación en la misma discusión.

El espacio libre es el camino más recto entre dos conductores. Aquí es donde se aplica la guía aproximada de 1 kV / mm para el arco.

Creapage es la distancia más corta entre los conductores a lo largo de una superficie. El gradiente de descomposición para la creación es menor que para la separación, ya que la suciedad puede acumularse en las superficies. Parte de la suciedad es parcialmente conductora por sí sola, pero muchas cosas pueden proporcionar vías de fuga después de absorber un poco de humedad. Eche un vistazo a las especificaciones para suministros de energía médica, por ejemplo, y verá grandes requisitos mínimos de creación de grietas para garantizar bajas corrientes de fuga.

Existen varios estándares de seguridad que requieren un espacio libre mínimo y distancias de fuga de acuerdo con la aplicación, el voltaje y, a veces, los parámetros ambientales. Para la mayoría de los equipos de consumo ordinarios, el espacio libre de 5 mm es un aislamiento suficientemente bueno entre las partes que el usuario puede tocar y la alimentación de CA de 120 V. Sin embargo, realmente debería observar los estándares relevantes, especialmente si está haciendo algo fuera de lo común.

— Olin Lathrop
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Leí repetidamente arcos DRY AIR entre placas planas lisas a 3.000 voltios por milímetro.

— analogsystemsrf

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Quizás tenga en cuenta que el recubrimiento y el encapsulado pueden reducir las distancias requeridas en gran medida. El recubrimiento a veces puede ser difícil de detectar para alguien que no está familiarizado con el tema, por lo que las distancias pueden parecer terriblemente cercanas.

— Arsenal

Gracias por su respuesta informativa. La información sobre la fuga es muy interesante, y puedo ver cómo merece consideración al colocar trazas en una placa de circuito. Aunque fueron las huellas las que me hicieron pensar, la pregunta es realmente sobre el arco aéreo (

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?

). Suponiendo que una temperatura más alta y una humedad más alta aumentan la distancia, elija un ejemplo bastante duro como 40 grados Celsius y 95% de humedad. Editaré la pregunta.

— M_M

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Dado un voltaje de red de 230 VCA en el Reino Unido, ¿qué tan cerca deberían estar dos cables de cobre sin aislar (como ejemplo) antes de que se pueda formar un arco entre ellos?

La respuesta es, depende. Hay una variedad de factores que incluyen aire, presión \ elevación, humedad y suciedad del ambiente, todos afectan la distancia que puede formarse un arco entre dos conductores.

Las placas de estándares internacionales (a saber, IPC e IEC) han creado distancias mínimas entre los conductores aislados. Los conductores no aislados no son seguros para su uso en productos, por lo que no se proporcionan esas distancias. Los conductores no aislados en PCB o conectores están cubiertos en la sección de espacio libre de la tabla. Estas especificaciones son para evitar el arco eléctrico o cualquier tipo de peligro de incendio. También debe tenerse en cuenta que para ver las especificaciones reales, deberá comprarlas de IEC (como IEC 61010-1 ), pero hay mucha información sobre el contenido de estas especificaciones disponible en la web.

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

También debe tenerse en cuenta que la distancia cambia según el entorno (grado de contaminación), un entorno que ve más suciedad / humedad tendrá un espacio más corto. Las distancias en la tabla anterior son para un grado de contaminación 2 que probablemente cubriría la mayoría de los diseños, si no, encuentre una tabla (o compre las especificaciones) para el grado de contaminación para el que está diseñando.

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

¿Es esto diferente para trazas en una placa de circuito o pines en un enchufe?

Si. En la primera tabla, la distancia se duplica esencialmente para conductores fuera de PCB.

Para los puntos de bonificación, ¿podrían darse respuestas para 120VAC también? ¿Tendrían un arco de 240 V significativamente más lejos que 230 V? ¿Qué tal 110V en comparación con 120V?

En la tabla anterior, si solo se diseña para 120 V, la distancia es más corta.

— Pico de voltaje
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La ley de Paschen describe el voltaje mínimo requerido para iniciar un arco eléctrico en el gas .

En espacios grandes, depende aproximadamente linealmente de la distancia, y también depende de la composición, temperatura y presión del gas. Para aire a temperatura y presión estándar es de aproximadamente 3.3MV / m. A medida que el espacio se vuelve muy pequeño, el voltaje para crear una chispa en realidad aumenta nuevamente. La chispa es causada por electrones libres que son acelerados por el voltaje que expulsa a otros electrones de las moléculas de aire. Si la brecha es demasiado pequeña, no pueden obtener suficiente carrera para eliminar otro electrón antes de golpear el electrodo positivo. Esto significa que hay un voltaje mínimo de chispas de 327 V a 7,5 µm en aire normal.

240VAC tiene un voltaje pico de ~ 340V, por lo que puede hacer que se encienda brevemente cerca del pico con un espacio cercano a 7.5 µm. 120VAC no chispeará en el aire.

En el mundo real puede haber sobretensiones transitorias, contaminantes, condensación, etc. No debe confiar en lo anterior por razones de seguridad.

— patstew
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Todavía no se ha mencionado por nadie, pero ¿sería más fácil comenzar una descarga puntual, por ejemplo, la punta de un hilo perdido a la misma distancia que un conductor liso? Este es el principio de funcionamiento del pararrayos donde la tensión eléctrica se concentra en la punta.

— Transistor

La Ley de Paschen es para campos uniformes, y las intensidades de campo son de hecho mayores en superficies con un pequeño radio de curvatura. No conozco una manera fácil de calcular el voltaje de ruptura en un campo no uniforme, pero los mismos efectos físicos que causan el mínimo aún se aplicarán. En un nivel práctico, incluso una aguja de coser tiene una punta de 10s de µm de ancho, por lo que el campo entre dos agujas separadas por 7,5 µm seguirá siendo bastante uniforme. Espero que necesites algo realmente inusualmente afilado para afectar fuertemente el voltaje mínimo.

— patstew