电源电压在空气中可以电弧多远?

电器工程 电源 痕迹 火花 接线不良
2022-01-09 23:51:06

我在焊接电源电压电路板时想知道这一点,并对迹线的紧密程度感到惊讶。它对电插头的设计以及与电源电压有关的电线的接近度具有明显的影响。

我曾尝试向搜索引擎询问一些明智的问题,例如“240V 电弧在 1 个大气压下能走多远”和“电能跳多远”,但我没有找到任何简单的答案。这个计算器指出它只需要 400 到 3000VDC 之间的电压。

通过问这个问题,我希望未来的人能够快速简单地找到答案。

我的研究表明,电弧距离取决于介质和压力,因此我们假设空气(约 79% 的氮气、约 20% 的氧气、约 1% 的氩气和其他一些物质)为 1 个大气压或 1.01325 巴。
一个答案也让我注意到温度和湿度的影响。假设较高的温度和较高的湿度都会增加可能的电弧距离,让我们选择一些苛刻的条件,例如 40 摄氏度和 95% 的湿度。

给定英国 230VAC 的电源电压,两根非绝缘铜线(例如)需要多靠近才能在它们之间形成电弧?

这对于电路板上的走线或插头中的引脚有什么不同吗?

对于加分,120VAC 也可以给出答案吗?240V 的电弧会比 230V 远吗?与 120V 相比,110V 怎么样?

我正在寻找相当简洁的答案,但也许我没有找到简单答案的原因是因为没有...

这个问题只是出于好奇。我不会很快开始重新布线电源装置或设计 240V 电路板。

3个回答

由于湿度、压力和温度的变化,空气的击穿电压变化很大。但是,粗略的指导是每毫米需要 1 kV。

由于这与电弧发生的位置有关,因此您希望在实际电路中远离电弧。在电路板上,您还必须考虑沿表面的传导。这就是为什么您经常在同一讨论中看到有关清除损坏的讨论。

间隙是两个导体之间最直的路径。这是 1 kV/mm 电弧放电的粗略指南适用的地方。

电距离是沿表面的导体之间的最短距离。由于污垢会积聚在表面上,因此爬电的击穿梯度低于间隙的击穿梯度。一些污垢本身是部分导电的,但许多东西在吸收一些湿气后会提供泄漏路径。例如,查看医疗电源的规格,您会发现确保低漏电流的最低爬电距离要求很高。

根据应用、电压,有时甚至是环境参数,有各种安全标准要求最小间隙和爬电距离。对于大多数普通消费类设备,5 mm 的间隙足以在用户可触摸部件和 120 V 交流电源之间实现良好的隔离。但是,您确实应该查看相关标准,特别是如果您正在做一些与众不同的事情。

给定英国 230VAC 的电源电压,两根非绝缘铜线(例如)需要多靠近才能在它们之间形成电弧?

答案是:视情况而定。有多种因素,包括空气、压力\海拔、湿度和环境中的污垢,都会影响两个导体之间形成的电弧距离。

国际标准委员会(即 IPC 和 IEC)提出了绝缘导体之间的最小距离。非绝缘导体在产品中使用不安全,因此未提供这些距离。PCB 或连接器中的非绝缘导体包含在表格的间隙部分中。这些规格是为了防止电弧或任何类型的火灾危险。还应该注意的是,要查看实际规格,您需要从 IEC 购买它们(如IEC 61010-1),但是网上有很多关于这些规格内容的信息。

在此处输入图像描述 来源:http ://www.pcbtechguide.com/2009/02/creepage-vs-clearance.html

还应注意,距离会根据环境(污染程度)而变化,看到更多污垢/湿度的环境将具有更短的间距。上表中的距离适用于污染等级 2,它可能涵盖大多数设计,如果没有,请查找您设计的污染等级的表格(或购买规格)。

在此处输入图像描述 资料来源:http ://www.ni.com/white-paper/2871/en/

这对于电路板上的走线或插头中的引脚有什么不同吗?

是的。在第一个表中,PCB 外导体的距离基本上翻了一番。

对于加分,120VAC 也可以给出答案吗?240V 的电弧会比 230V 远吗?与 120V 相比,110V 怎么样?

在上表中,如果仅针对 120V 进行设计,则距离更短。

帕申定律描述了在气体中引发电弧所需的最小电压。

在大间隙处,它大致线性地取决于距离,还取决于气体的成分、温度和压力。对于标准温度和压力下的空气,它约为 3.3MV/m。随着间隙变得非常小,产生火花的电压实际上再次增加。火花是由自由电子引起的,自由电子通过电压将其他电子从空气分子中击落而加速。如果间隙太小,它们在撞击正极之前无法获得足够的加速来敲除另一个电子。这意味着在正常空气中 7.5µm 处的最小火花电压为 327V。

240VAC 的峰值电压约为 340V,因此您可以让它在峰值附近短暂地产生火花,间隙接近 7.5µm。120VAC 不会在空气中产生火花。

在现实世界中,可能存在瞬态过电压、污染物、冷凝等。出于安全目的,您不应依赖上述内容。