Сколько вольт пробивает 1 см воздуха
Перейти к содержимому

Сколько вольт пробивает 1 см воздуха

  • автор:

Безопасное расстояние от провода и длина пробоя

Plazmoid

Просмотр профиля

4.2.2012, 10:16

Группа: Пользователи
Сообщений: 14
Регистрация: 25.1.2012
Пользователь №: 25870

известно что максимально допустимое расстояние до провода с напряжением 27-35кВ составляет около двух метров.
До пустим идет провод, неизолированный. Напряжение на проводе 35кВ. идет человек по токопроводящей поверхности в проводящих ботинках.
При каком расстоянии от провода вспыхнет дуга? условия- 1) воздух чистый. 2)воздух влажный или пыльный (пыль токопроводящая)

Справочники разные смотрел ничего вразумительного не нашел — расстояния пробоя колеблются от нескольких сантиметров до чуть ли не полуметра

знаю человека который испытывал какую то высоковольтную установку- у него при 25кВ пробивало 10см между выводами.
Умножитель напряжения от допотопного советского телевизора (27кВ) дает искру 5-7см

Сообщение отредактировал Plazmoid — 4.2.2012, 10:16

Электрическая прочность изоляции. Примеры расчетов

Электрическая прочность изоляции. Примеры расчетов

При постепенном увеличении напряжения U между проводниками, разделенными диэлектриком (изоляцией), например пластинами конденсатора или проводящими жилами кабеля, увеличивается интенсивность (напряженность) электрического поля в диэлектрике. Напряженность электрического поля в диэлектрике увеличивается также при уменьшении расстояния между проводниками.

При определенной напряженности поля в диэлектрике возникает пробой, образуется искра или дуга и в цепи появляется электрический ток. Напряженность электрического поля, при которой происходит пробой изоляции, называется электрической прочностью Eпр изоляции.

Электрическая прочность изоляции определяется как напряжение, приходящееся на 1 мм толщины изоляции, и измеряется в В/мм (кВ/мм) или кВ/см. Например, электрическая прочность воздуха между гладкими пластинами равна 32 кВ/см.

Напряженность электрического поля в диэлектрике для случая, когда проводники имеют форму пластин или лент, разделенных равномерным промежутком (например, в бумажном конденсаторе), рассчитывается по формуле

где U – напряжение между проводниками, В (кВ); d – толщина слоя диэлектрика, мм (см).

1. Какова напряженность электрического поля в воздушном зазоре толщиной 3 см между пластинами, если напряжение между ними U=100 кВ (рис. 1)?

Электрическая прочность изоляции. Примеры расчетов

Напряженность электрического поля равна: E=U/d=100000/3=33333 В/см.

Такая напряженность превышает электрическую прочность воздуха (32 кВ/см), и есть опасность возникновения пробоя.

Опасность пробоя при неизменном напряжении можно предотвратить увеличением зазора, например, до 5 см или применением другой более прочной изоляции вместо воздуха, например электрокартона (рис. 2).

Электрокартон имеет диэлектрическую проницаемость ε=2 и электрическую прочность 80000 В/см. В нашем случае напряженность электрического поля в изоляции равна 33333 В. Эту напряженность воздух не выдерживает, в то время как электрокартон в этом случае имеет запас по электрической прочности 80000/33333=2,4, так как электрическая прочность электрокартона в 80000/32000=2,5 раза больше, чем воздуха.

2. Какова напряженность электрического поля в диэлектрике конденсатора толщиной 3 мм, если конденсатор включен на напряжение U=6 кВ?

3. Диэлектрик толщиной 2 мм пробило при напряжении 30 кВ. Какова была его электрическая прочность?

E=U/d=30000/0,2=150000 В/см =150 кВ/см. Такой электрической прочностью обладает стекло.

4. Зазор между пластинами конденсатора заполнен слоями электрокартона и слоем слюды одинаковой толщины (рис. 3). Напряжение между пластинами конденсатора U=10000 В. Электрокартон имеет диэлектрическую проницаемость ε1=2, а слюда ε2=8. Как распределится напряжение U между слоями изоляции и какую напряженность будет иметь электрическое поле в отдельных слоях?

электрическая прочность электрокартона

Напряжения U1 и U2 на одинаковых по толщине слоях диэлектриков не будут равны. Напряжение конденсатора разделится на напряжения U1 и U2, которые будут обратно пропорциональны диэлектрическим проницаемостям:

U1/U2 =ε2/ε1 =8/2=4/1=4;

Так как U=U1+U2, то имеем два уравнения с двумя неизвестными.

Первое уравнение подставим во второе: U=4∙U2+U2=5∙U2.

Отсюда 10000 В =5∙U2; U2=2000 В; U1=4∙U2=8000 В.

Хотя слои диэлектриков имеют одинаковую толщину, нагружены они неодинаково. Диэлектрик с большей диэлектрической проницаемостью менее нагружен (U2=2000 В), и наоборот (U1=8000 В).

Напряженность электрического поля E в слоях диэлектриков равна:

E1=U1/d1 =8000/0,2=40000 В/см;

E2=U2/d2 =2000/0,2=10000 В/см.

Неодинаковость диэлектрической проницаемости приводит к увеличению напряженности электрического поля. Если бы весь зазор был заполнен только одним диэлектриком, например слюдой или электрокартоном, напряженность электрического поля была бы меньше, так как она была бы распределена по всему зазору совершенно равномерно:

E=U/d=(U1+U2)/(d1+d2 )=10000/0,4=25000 В/см.

Поэтому необходимо избегать применения сложной изоляции с сильно различающимися диэлектрическими проницаемостями. По той же причине опасность возникновения пробоя увеличивается при образовании в изоляции воздушных пузырей.

5. Определить напряженность электрического поля в диэлектрике конденсатора из предыдущего примера, если толщина слоев диэлектриков неодинакова. Электрокартон имеет толщину d1=0,2 мм, а слюда d2=3,8 мм (рис. 4).

напряженность электрического поля в диэлектрике конденсатора

Напряженность электрического поля распределится обратно пропорционально диэлектрическим проницаемостям:

Так как E1=U1/d1 =U1/0,2, а E2=U2/d2 =U2/3,8, то E1/E2 =(U1/0,2)/(U2/3,8)=(U1∙3,8)/(0,2∙U2 )=19∙U1/U2.

Отсюда E1/E2 =4=19∙U1/U2, или U1/U2 =4/19.

Сумма напряжений U1 и U2 на слоях диэлектриков равна напряжению источника U: U=U1+U2; 10000=U1+U2.

Так как U1=4/19∙U2, то 10000=4/10∙U2+U2=23/19∙U2; U2=190000/23=8260 В; U1=U-U2=1740 В.

Напряженность электрического поля в слюде E2∙8260/3,8≈2174 В/см.

Слюда обладает электрической прочностью 80000 В/мм и выдержит такую напряженность.

Напряженность электрического поля в электрокартоне E1=1740/0,2=8700 В/мм.

Электрокартон не выдержит такой напряженности, так как его электрическая прочность равна всего 8000 В/мм.

6. К двум металлическим пластинам, находящимся друг от друга на расстоянии 2 см, подключено напряжение 60000 В. Определить напряженность электрического поля в воздушном зазоре, а также напряженность электрического поля в воздухе и стекле, если в зазор введена стеклянная пластина толщиной 1 см (рис. 5).

напряженность электрического поля в воздушном зазоре

Если между пластинами находится только воздух, напряженность электрического поля в нем равна: E=U/d=60000/2=30000 В/см.

Напряженность поля близка к электрической прочности воздуха. Если в зазор ввести стеклянную пластину толщиной 1 см (диэлектрическая проницаемость стекла ε2=7), то E1=U1/d1 =U1/1=U1; E2=U2/d2 =U2/1=U2; E1/E2 =ε2/ε1 =7/1=U1/U2 ;

U1=7∙U2; U1=60000-U2; 8∙U2=60000; U2=7500 В; E2=U2/d2 =7500 В/см.

Напряженность электрического поля в стекле E2=7,5 кВ/см, а его электрическая прочность 150 кВ/см.

В этом случае стекло имеет 20-кратный запас прочности.

Для воздушной прослойки имеем: U1=60000-7500=52500 В; E1=U1/d1 =52500 В/см.

Напряженность электрического поля в воздушной прослойке в этом случае больше, чем в первом, без стекла. После внесения стекла вся комбинация имеет меньшую прочность, чем один воздух.

Опасность пробоя возникает и тогда, когда толщина стеклянной пластины равна зазору между проводящими пластинами, т. е. 2 см, так как в зазоре неизбежно останутся тонкие промежутки воздуха, которые будут пробиты.

Электрическую прочность промежутка между проводниками, находящимися под высоким напряжением, следует усиливать материалами, имеющими малую диэлектрическую проницаемость и большую электрическую прочность, например, электрокартоном с ε=2. Следует избегать комбинаций из материалов с большой диэлектрической проницаемостью (стекло, фарфор) и воздуха, который следует заменять маслом.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

сколько вольт нада чтобы пробить дугу в воздухе межу электродами 0,5см?

Последующие 3 повтора вопросов удалены, поэтому мне неизвестно, каковы были ответы на них. Но, вот мой ответ: при нормальном атмосферном давлении и влажности, можно приближенно считать, что начиная с 0,5мм пробивное напряжение соответствует в кВ зазору в мм. То есть, для зазора 5 мм необходимо 5 килоВольт (5000 Вольт)

Дуга — это низковольтный разряд. Обычно её получают сдвигая элетроды вплотную, а затем раздвигая.
Пробой же — это искровый разряд.
Чтобы пробить 5 мм воздуха, в зависимости от состояния воздуха и формы электродов, нужно от 5 до 15 кВ.

Основы электробезопасности при проектировании электронных устройств

После волны, поднятой моим предыдущим постом, довольно заметное число людей спрашивали меня (в фейсбуке, в личке и т.п.), на что, собственно, обращать внимание, чтобы вместо умной розетки на ардуино не получить очередной тазик-эвтаназик.

Тема это большая и сложная, но я постараюсь выделить основные моменты — не в последнюю очередь на основании ошибок, которые я видел во всевозможных реальных устройствах и проектах, в том числе публиковавшихся на Хабре. Я не буду долго и нудно перечислять ГОСТы, но перечислю совсем базовые вещи, которые необходимо понимать и соблюдать, чтобы не убить хотя бы себя (если вы планируете не убивать также и окружающих, то после завершения этой статьи не поленитесь пролистать и релевантные ГОСТы).

Итак, вы собрались делать устройство, которое как минимум одним своим концом включается в розетку.

Определите степень потенциальной опасности

Не все устройства одинаково опасны — более того, устройства с одним и тем назначением могут быть более или менее опасны в зависимости от модели их использования. К факторам, определяющим опасность, могут относиться:

  1. Лёгкость контакта человека с токопроводящими частями — например, возможен ли этот контакт в бытовых условиях или для его достижения надо предпринимать специальные действия (например, влезть в электрощиток)
  2. Квалификация людей, для которых устройство предназначено — это могут быть дети, взрослые непрофессионалы или взрослые професионалы. Понимания опасности поражения током можно ожидать только от последних, от вторых — максимум отсутствия целенаправленных действий по поломке устройства.
  3. Наличие постоянного электрического контакта с телом человека или возможность появления такого контакта, от которого человек не сможет избавиться — к первому относятся, например, все медицинские приборы с нательными электродами, ко второму — например, установки в сильно ограниченном пространстве, в котором человек, случайно схватившийся за электрод под напряжением, не сможет самостоятельно освободиться.
  4. Наличие вблизи других заземлённых устройств или, наоборот, устройств под напряжением — скажем, у электрощитка заземлён корпус, так что, держась одной рукой за его дверцу, а другой случайно взявшись за провод под напряжением, отправиться к праотцам особенно легко. С другой стороны, непрофессионалы не должны вообще лазить внутрь щитка, а остальных заземление его корпуса защищает от появления на нём опасного напряжения, например, при обрыве внутри щитка фазного провода и случайном касании этим проводом корпуса щитка изнутри.
  5. Факторы, значительно снижающие напряжение пробоя — в первую очередь это высокая влажность, особенно с конденсацией, во вторую — пониженное давление воздуха (для устройств, которые применяются на высотах более 2000-3000 м, начинают быстро расти требования к величинам защитных воздушных зазоров между токопроводящими частями).

Вычтем любое из этих обстоятельств — и процесс зарядки любимого айфона становится снова вполне безопасным.

В целом, если ваше устройство относится хотя бы по каким-то признакам к зоне риска — лучше всего его не делать, ибо понимание, как правильно сделать устройство для таких условий, достаточно нетривиально и требует соответствующего опыта.

Что и от чего мы изолируем?

Этот вопрос кажется тривиальным, но большинство поделок заваливаются именно на нём.

Тривиальный ответ: мы изолируем цепи которых может коснуться пользователь (т.н. вторичные цепи), от цепей, которые включены в розетку (т.н. первичные цепи).

Чуть менее тривиален ответ на вопрос, от какого напряжения мы изолируемся. С одной стороны, в розетке у нас 230 В среднеквадратичного напряжения, итого 324 В амплитудного — ну, допустим, даже если в результате того же отгорания нуля мы получим 380 В среднеквадратичного, это будет «всего лишь» 536 В амплитудного.

Тем не менее, сделать изоляцию, выдерживающую 600-800 В, совершенно недостаточно.

Проблема заключается в том, что в сети редко, но метко могут случаться всплески существенно большей величины — более того, они могут быть синфазными (например, при близком ударе молнии), т.е. наведёнными одновременно в нулевом и фазном проводах. В этом случае напряжение «в розетке» существенно не изменится относительно нормальных 230 В, а вот напряжение между розеткой и какой-либо другой «землей» может кратковременно превысить эти 230 В в разы.

На кратковременность такого импульса полагаться не стоит — если он пробьёт изоляцию вашего устройства, по пути пробоя может потечь ток и при более низком напряжении. Варианты тут от просто физического разрушения изоляции до зажигания разряда — как в люминисцентной лампе, в которой тлеющий разряд запускается 800-вольтовым импульсом со стартёра, а дальше горит уже от обычных 230 В переменного тока неограниченное время.

По этой причине изоляцию между первичными и вторичными цепями бытовых устройств рассчитывают на напряжение 2,5 кВ.

Лирическое отступление: очень подробно про это можно почитать, например, в ГОСТ IEC 60950-1-2014 или ГОСТ IEC 60065-2013, на которые ссылается основополагающий документ — Технический регламент Таможенного союза (ТР ТС) 004/2011 «О безопасности низковольтного оборудования». В частности, оба документа указывают для сетей электропитания с действующим напряжением до 300 В возможное напряжение переходных процессов до 2500 В. По аналогичным документам живёт, в принципе, весь мир — под названиями ГОСТ, IEC или UL 60950.

Табличка из IEC 60950. В общем случае при расчётах, касающихся безопасности пользователя, стандарт рекомендует относить все питающие сети к категории II.

Важный момент: наличие изоляции не означает, что между первичной и вторичной цепями устройства не может протекать ток. В некоторых случаях избежать такого тока невозможно или неразумно — например, в импульсных источниках питания для снижения помех между первичкой и вторичкой стоит конденсатор небольшой ёмкости. В таком случае устройство должно быть спроектировано так, чтобы ток утечки между первичкой и вторичкой ни при каких обстоятельствах не превышал безопасный предел (3,5 мА для бытового стационарного оборудования, 0,25-0,75 мА для носимого оборудования; для медицинского оборудования свои нормы, они жёстче в 10-100 раз в зависимости от типа оборудования, тут можно посмотреть презентацию про различия в требованиях).

Итак, наши минимальные требования — изоляция прочностью 2,5 кВ между первичными и вторичными цепями с током утечки при нормальных условиях не более 3,5 мА.

Как мы это изолируем?
  1. Все компоненты, соединяющие первичные и вторичные цепи, должны быть рассчитаны на напряжение изоляции не менее 2,5 кВ. В импульсном источнике питания это, как правило, трансформатор, оптрон обратной связи и помехоподавляющий конденсатор.
  2. Никаких прямых соединений первичных и вторичных цепей быть не должно.
  3. Помехоподавляющие конденсаторы, соединяющие первичную и вторичную цепи, должны быть официально сертифицированы по классу не ниже Y2 (safety rated Y2 capacitors) — такие и только такие конденсаторы можно применять в цепях, где выход конденсатора из строя несёт опасность. Конденсаторы класса Y2 маркируются в действующем напряжении сети переменного тока, на которое они рассчитаны («250VAC»), при этом для них гарантируется устойчивость к одиночным импульсам напряжением до 5 кВ. Никакие другие конденсаторы, включая маркированные на 3 кВ и выше, но не имеющие класса безопасности, в подобных цепях использоваться не должны. Типовой пример — конденсаторы Murata серии DE2. Для reinforced insulation (см. ниже) должны применяться конденсаторы класса Y1, например, Murata DE1.
  4. При проектировании печатной платы зазоры между проводниками, деталями и корпусом устройства должны быть рассчитаны на пробивное напряжение не ниже 2,5 кВ.

С проектированием печатных плат начинается, разумеется, самое интересное. Дело в том, что «рассчитаны на напряжение не ниже» — это такая фраза ни о чём; в реальных условиях эксплуатации могут играть роль разные факторы, такие как длительность воздействия напряжения, состояние поверхности платы, влажность воздуха, наличие или отсутствие конденсации влаги… Чтобы с ними разобраться, в IEC 60950 введены различные способы классификации этих факторов, а прочность изоляции указывается не в вольтах, а в миллиметрах минимально необходимого зазора — с учётом вероятности пробоя данного зазора и последствий, к которым оно приведёт. В результате защита от одних и тех же 2,5 кВ случайного броска в питающей сети категории II будет выглядеть совершенно по-разному в зависимости от того, может отказ этой защиты вас убить или нет.

Во-первых, IEC 60950 вводит четыре класса изоляции в зависимости от её назначения и, соответственно, требуемой надёжности (точнее, вероятности отказа помножить на последствия этого отказа):

  1. Functional — необходимая для функционирования самого устройства, но не обеспечивающая защиты пользователя.
  2. Basic — обеспечивающая начальный уровень защиты пользователя, но недостаточно надёжная, чтобы обойтись без второго защитного барьера.
  3. Supplementary — второй защитный барьер. Имеет такую же прочность, как и Basic.
  4. Reinforced — изоляция повышенной прочности, которую можно применять без второго защитного барьера. Имеет вдвое большую прочность, чем Basic.

Для оценки диэлектрических способностей различных материалов IEC 60950 делит их на группы по параметру CTI (Comparative Tracking Index) — чем выше CTI, тем лучше изолирующие свойства материала:

  • Группа IIIb — 100 < CTI < 175
  • Группа IIIa — 175 < CTI < 400
  • Группа II — 400 < CTI < 600
  • Группа I — CTI > 600

Кроме того, диэлектрические свойства материала, разряд в котором может произойти по его поверхности (случай печатной платы), зависят от уровня загрязнения этой поверхности, поэтому IEC 60950 вводит несколько обобщённых классов загрязнения (в стандарте более формализованные определения, ниже я привязываю их к условиям эксплуатации):

  • Уровень I — загрязнения, не ухудшающие электрическую прочность изоляции. Относится только к оборудованию в чистых комнатах или в герметичных корпусах, не допускающих попадание внутрь даже бытовых загрязнителей.
  • Уровень 2 — офисная или бытовая обстановка, возможные загрязнители обычно не проводят ток, но в единичных случаях при конденсации влаги могут стать проводящими.
  • Уровень 3 — промышленная обстановка, агрохозяйства, особеннно неотапливаемые помещения. Загрязнители могут проводить ток, как в случае образования конденсата, так и без него.
  • Уровень 4 — использование без защиты от внешней среды, регулярное воздействие воды или снега.

Наконец, в IEC 60950 используются два способа измерения расстояния, образующего изолирующий промежуток — clearance и creepage.

  • Clearance — кратчайшее расстояние между проводниками.
  • Creepage — расстояние между проводниками по поверхности печатной платы.

В зависимости от типа изоляции (функциональную не рассматриваем, т.к. говорим о безопасности пользователя) минимально необходимая дистанция по печатной плате составит:

  • Basic: 3,0 мм, если у устройства есть дополнительная изоляция
  • Reinforced: 6,0 мм, если у устройства нет дополнительной изоляции

Однако, если мы вернёмся к упомянутому выше Y-конденсатору, то без труда заметим, что максимальное расстояние между его ножками по даташиту — 7,5 мм.

Как нетрудно заметить, с учётом контактных площадок нам будет проблематично получить расстояние между проводниками 6,0 мм, если мы не начнём ножки растаскивать вручную.

К счастью, есть простой выход — как видно по картинке выше, creepage можно увеличить, сделав в текстолите вырез. Воздух имеет более высокую электрическую прочность, чем FR4 — для него пробивное напряжение приближается к 3 кВ/мм, а в целях обеспечения безопасности обычно принимается равным 1-1,5 кВ/мм. IEC 60950 требует для воздушного зазора для цепей до 300 В ширины 2,0 мм для базовой изоляции и 4,0 мм для усиленной (в случае, если производство имеет соответсвующую требованиям стандарта программу контроля качества, ширина может быть уменьшена до 1,5 мм и 3,0 мм, но сейчас это не наш случай).

То есть, мы можем обеспечить нужную изоляцию с помощью 4 мм воздуха или 6 мм печатной платы.

В силу сложности вопроса, стандарт не рассматривает комбинацию из воздуха и печатной платы, однако на практике именно такая комбинация в большинстве случаев и применяется — в плате между первичными и вторичными цепями делается вырез:

В данном случае, сделав вырез шириной 2 мм и длиной чуть больше ширины земляных полей, мы получили минимальный creepage равным 6,48 мм, что удовлетворяет требованию к reinforced insulation, а поперёк выреза, если считать «в лоб» — 3,7 мм текстолита и 2,0 мм воздуха, каждое из значений соответствует требованию одного слоя basic insulation, так что в сумме их также можно считать достаточными.

Вот с этим уже можно жить.

Отмечу, что правильное проектирование платы не освобождает от проблем с расположением компонентов: между любыми токопроводящими частями первички и вторички должны быть минимум те же 2 мм воздуха, а в случае незаземлённого корпуса между ним и первичкой для reinforced insulation стандарт требует 10 мм воздуха.

P.S. Справедливости ради, добавлю, что для reinforced insulation предназначены конденсаторы класса Y1, у которых обычно расстояние между ножками 10 мм. Впрочем, это не отменяет необходимости в прорезях в текстолите там, где не удаётся выдерживать зазор не менее 6 мм по разным причинам — из-за плотного монтажа, других компонентов с недостаточным зазором между выводами и т.п. Кроме того, даже если вы используете Y2-конденсаторы и гарантируете только базовую изоляцию, заложить все остальные компоненты, включая дизайн PCB, с запасом в вопросах безопасности лишним точно не будет.

Помимо этого, у прорезей в печатной плате есть ещё несколько положительных сторон — так, на их поверхности не скапливается грязь в силу отсутствия этой поверхности, да и с гигроскопичностью у них всё хорошо. Тем не менее, наличие прорезей само по себе ещё ничего не говорит о безопасности дизайна, равно как и их отсутствие — о его небезопасности.

Классические ошибки

Очевидная фатальная ошибка — это, само собой, полное игнорирование требований безопасности и выдерживание зазоров между первичными и вторичными цепями масштаба 0,5-1 мм, по принципу «при первом включении никого не убило — значит, всё в порядке». Вот, например, типичное любительское немецкое документальное кино, в котором выфрезерованы красивые прорези функциональной изоляции между проводниками сетевого питания, но при этом миллиметровый зазор между входом 230 В и землёй вторички, на которой сидит свободно доступный пользователю разъём USB — включать эту конструкцию в 230 В попросту опасно для жизни.

Помимо гарантированно фатальных, регулярно случаются ошибки потенциально фатальные.

Во-первых, неопытные разработчики интуитивно воспринимают как высокое напряжение между двумя проводами сети 230 В, но не между первичкой и вторичкой — и закладывают прорези именно между ними. Это бывает не лишено смысла, если дорожки сети идут на плате близко друг к другу, и это будет относиться к обеспечению функциональной изоляции, но не имеет прямого отношения к безопасности — в конце концов, в штатной схемотехнике между этими проводами у вас должен быть варистор на напряжение срабатывания порядка 430 В, так что сильно больше там не будет. Более того, если к вам прилетит высоковольтный синфазный импульс, то как раз между проводами сети ничего особенно интересного не случится.

А вот между первичкой и вторичкой — ещё как случится.

Во-вторых, прорезь в плате неопытными разработчиками воспринимается как то ли нечто декоративное, то ли как серебряная пуля и лекарство от всех болезней сразу. Например, тот самый Битроникс Лаб выложил картинки своей USB-развязки, которую они обещают бесплатно выдать всем покупателям опасного набора, и похвастался, что она сделана с запасом — на напряжение 5 кВ:

Для простоты расчётов я быстро набросаю её в DipTrace, благо наименования компонентов известны, а размеры щелей нетрудно вычислить из картинки — ширина 2 мм, длина не выходит за пределы ширины компонентов. Мы не знаем, как плата залита землёй, но будем предполагать, что полигоны не выходят за границы ножек компонентов.

Итого: ADuM4160 — clearance 5,4 мм по текстолиту + 2 мм воздуха, creepage 2,73*2 + 2 = 7,46 мм; AM2D — clearance 4,12 мм по текстолиту + 2 мм воздуха, creepage 6,75 мм. Значения приблизительные, так как форма площадок может отличаться, но ±0,1 мм нас тут явно не волнуют.

Нетрудно заметить, что реальные параметры лишь едва-едва превосходят требования IEC 60950 для сети 300 В с выбросами до 2500 В для случая reinforced insulation — а так как в случае Битроникс Лаб мы говорим по сути о медицинском оборудовании с прямым контактом с телом человека, крайне желательно проектировать его под максимально возможный уровень защиты.

Реальная гарантированная прочность изоляции всей конструкции будет не выше 3 кВ. Заявления о 5 кВ с этой платой неуместны ни под каким соусом — она не рассчитана на такой уровень защиты. В данном случае можно было, даже не увеличивая габариты печатной платы, придвинуть изолятор и DC/DC ближе друг к другу и сделать под ними единую прорезь, сверху и снизу выходящую за пределы корпусов компонентов хотя бы на миллиметр.

Замечу, что при высоких напряжениях — от 5 кВ и выше — начинает играть роль также форма проводников: напряжённость поля и, соответственно, вероятность пробоя выше на заострённых частях.

Как проверить имеющееся устройство?

Хотя лабораторные испытания по ГОСТовским методикам для большинства любителей неподъёмны, для маленьких компаний неприятны своей стоимостью и длительностью, в продаже есть приборы, которые позволяют грубо оценить безопасность устройств — это высоковольтные измерители сопротивления изоляции.

По сути, это гигаомметры (с верхним пределом 10-20 ГОм), при измерении подающие на щупы высокое напряжение — 1000 В для дешёвых моделей и 2500 В для тех, что подороже.

Если вы занимаетесь разработкой втыкаемых в розетку устройств или интересуетесь безопасностью китайских изделий — очень рекомендую приобрести, как минимум, что-нибудь вроде UT-502A (в Чип-и-дипе он тоже есть, но дорого).

Если ваше устройство выдержало 10 секунд под подаваемым им напряжением 2500 В — значит, всё не полностью безнадёжно. Такие испытания не является основанием считать устройство соответствующим стандартам — как нетрудно заметить, в общем случае даже слой функциональной изоляции уже обязан выдерживать подобные напряжения, хотя при этом вероятность его пробоя считается слишком высокой, чтобы использовать его для защиты пользователя.

Более показательным было бы тестирование оборудования импульсом с напряжением 5 кВ, но, увы, такие приборы стоят уже других денег.

С другой стороны, если даже на 2,5 кВ ваше устройство показало что-то, отличное от верхнего предела гигаомметра, вы теперь знаете, что с ним надо сделать.

  • Производство и разработка электроники
  • Электроника для начинающих

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *