Dans quelle mesure la tension du secteur peut-elle s'arquer dans l'air?

Je me suis posé la question en soudant un circuit imprimé de tension secteur et j'ai été surpris de la proximité des traces. Cela a des implications évidentes dans la conception des fiches électriques et la proximité des fils lorsque vous faites quoi que ce soit avec la tension secteur.

J'ai essayé de poser aux moteurs de recherche des questions sensées comme "jusqu'où peut 240V arc à 1 atmosphère" et "jusqu'où l'électricité peut sauter" mais je n'ai trouvé aucune réponse facile. Cette calculatrice indique qu'elle ne prend que des tensions comprises entre 400 et 3000VDC.

En posant cette question, j'espère que les futures personnes pourront trouver la réponse rapidement et simplement.

Mes recherches suggèrent que la distance d'arc dépend du milieu et de la pression, supposons donc de l'air (~ 79% d'azote, ~ 20% d'oxygène, ~ 1% d'argon et quelques autres choses) à 1 atmosphère ou 1,01325 bar.
Une réponse a également attiré mon attention sur l'effet de la température et de l'humidité. En supposant que des températures plus élevées et des humidités plus élevées augmentent à la fois la distance d'arc possible, choisissons quelque chose de dur comme 40 degrés Celsius et 95% d'humidité.

Étant donné une tension secteur de 230 VCA au Royaume-Uni, à quelle distance deux fils de cuivre non isolés (par exemple) devraient-ils être avant qu'un arc puisse se former entre eux?

Est-ce différent pour les traces sur une carte de circuit imprimé ou les broches dans une prise?

Pour les points bonus, des réponses pourraient-elles également être fournies pour 120VAC? L'arc 240V serait-il significativement plus loin que 230V? Que diriez-vous de 110V par rapport à 120V?

Je cherche des réponses assez concises, mais peut-être que je n'ai pas trouvé de réponse simple parce qu'il n'y en a pas ...

Cette question est juste par curiosité. Je ne vais pas commencer à recâbler les appareils principaux ou à concevoir des circuits imprimés 240V de sitôt.

La tension de claquage de l'air varie considérablement en raison des changements d'humidité, de pression et de température. Cependant, un guide approximatif est qu'il faut 1 kV par millimètre.

Puisque c'est à peu près là où les arcs se produisent, vous voulez être loin de cela dans un vrai circuit. Sur un circuit imprimé, vous devez également considérer la conduction le long de la surface. C'est pourquoi vous voyez souvent parler de clairance et de creapage dans la même discussion.

Le dégagement est le chemin le plus droit entre deux conducteurs. C'est là que le guide approximatif de 1 kV / mm pour l'arc s'applique.

Le creapage est la distance la plus courte entre les conducteurs le long d'une surface. Le gradient de dégradation pour le creapage est plus faible que pour le dégagement car la saleté peut s'accumuler sur les surfaces. Certaines saletés sont partiellement conductrices en elles-mêmes, mais de nombreuses choses peuvent fournir des voies de fuite après avoir absorbé un peu d'humidité. Jetez un coup d'œil aux spécifications des alimentations médicales, par exemple, et vous verrez de grandes exigences minimales de creapage pour garantir de faibles courants de fuite.

Il existe diverses normes de sécurité qui nécessitent des distances minimales de dégagement et de creapage en fonction de l'application, de la tension et parfois des paramètres environnementaux. Pour la plupart des équipements grand public ordinaires, un dégagement de 5 mm est une bonne isolation suffisante entre les pièces pouvant être touchées par l'utilisateur et l'alimentation 120 V CA. Cependant, vous devriez vraiment regarder les normes pertinentes, surtout si vous faites quelque chose hors de l'ordinaire.

Étant donné une tension secteur de 230 VCA au Royaume-Uni, à quelle distance deux fils de cuivre non isolés (par exemple) devraient-ils être avant qu'un arc puisse se former entre eux?

La réponse est: cela dépend. Il existe une variété de facteurs, dont l'air, la pression \ élévation, l'humidité et la saleté de l'environnement, qui affectent tous la distance qu'un arc peut former entre deux conducteurs.

Les cartes de normes internationales (à savoir IPC et IEC) ont établi des distances minimales entre les conducteurs isolés. Les conducteurs non isolés ne sont pas sûrs pour une utilisation dans les produits, donc ces distances ne sont pas fournies. Les conducteurs non isolés dans les PCB ou les connecteurs sont couverts dans la section de dégagement du tableau. Ces spécifications visent à prévenir les arcs ou tout type de risque d'incendie. Il convient également de noter que pour afficher les spécifications réelles, vous devrez les acheter auprès de la CEI (comme la CEI 61010-1 ), mais de nombreuses informations concernant le contenu de ces spécifications sont disponibles sur le Web.

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

Il convient également de noter que la distance change en fonction de l'environnement (degré de pollution), un environnement qui voit plus de saleté / humidité aura un espacement plus court. Les distances dans le tableau ci-dessus sont pour un degré de pollution 2 qui couvrirait probablement la plupart des conceptions, sinon, trouvez un tableau (ou achetez les spécifications) pour le degré de pollution pour lequel vous concevez.

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

Est-ce différent pour les traces sur une carte de circuit imprimé ou les broches dans une prise?

Oui. Dans le premier tableau, la distance double essentiellement pour les conducteurs hors PCB.

Pour les points bonus, des réponses pourraient-elles également être fournies pour 120VAC? L'arc 240V serait-il significativement plus loin que 230V? Que diriez-vous de 110V par rapport à 120V?

Dans le tableau ci-dessus, si vous concevez uniquement pour 120 V, la distance est plus courte.

La tension minimale requise pour amorcer un arc électrique dans le gaz est décrite par la loi de Paschen.

Aux grands espaces, cela dépend à peu près linéairement de la distance et dépend également de la composition, de la température et de la pression du gaz. Pour l'air à température et pression standard, il est d'environ 3,3MV / m. Comme l'écart devient très petit, la tension pour créer une étincelle augmente à nouveau. L'étincelle est causée par des électrons libres qui sont accélérés par la tension qui frappe d'autres électrons des molécules d'air. Si l'écart est trop petit, ils ne peuvent pas obtenir suffisamment de course pour faire tomber un autre électron avant de toucher l'électrode positive. Cela signifie qu'il existe une tension d'allumage minimale de 327 V à 7,5 µm dans l'air normal.

240VAC a une tension de crête de ~ 340V, vous pourriez donc être capable de l'étinceler brièvement près du pic avec un espace proche de 7,5 µm. 120VAC ne produira pas d'étincelles dans l'air.

Dans le monde réel, il peut y avoir des surtensions transitoires, des contaminants, de la condensation, etc. Vous ne devez pas vous fier à ce qui précède pour des raisons de sécurité.