איך עומדים בתקנים החשמליים – בלי להתפשר על גודל, ביצועים וגמישות
כאשר מהנדסים שואפים להקטין את גודל המעגלים המודפסים (PCB) ולצופף יותר פונקציונליות לאותו שטח פיזי, האתגר התכנוני גובר – במיוחד כשמדובר במעגלים הפועלים במתח גבוה. כל קיצור דרך גיאומטרי עלול להוביל לפשרות בטיחותיות. שני מושגים בסיסיים אך חיוניים שנמצאים בלב האתגר הזה הם Creepage ו־Clearance: מרחק הזחילה והמרווח באוויר בין מוליכים חשמליים.
למרות שהשמות נשמעים טכניים ומופשטים, מדובר בדרישות רגולטוריות של ממש. תקנים מחייבים כמו UL ו־IEC 61800-5-1 קובעים בדיוק כמה מרחק צריך להישמר בין מוליכים – בהתחשב בסוג החומר, רמת המתח, וסביבת העבודה. במילים אחרות: זה לא רק עניין של תכנון – אלא של בטיחות.
מה זה Clearance?
Clearance הוא המרחק הקצר ביותר באוויר בין שני מוליכים חשמליים. זהו נתיב ישיר שדרכו ניצוץ (arc) עלול לקפוץ ממוליך אחד לשני – תרחיש לא רצוי שעלול לגרום לקצר, תקלה חמורה או אף שריפה. בדיקות של מרווח זה נמדדות לרוב בעזרת מבחני Dielectric Withstand Voltage (DWV), שבודקים כמה מתח דרוש כדי לגרום להתפרקות חשמלית באוויר.
ומהו Creepage ?
Creepage הוא המרחק האפקטיבי שהזרם עלול לזחול לאורך משטח מבודד – למשל, פני השטח של לוח מודפס – בין שני מוליכים. בשונה מ־ Clearance כאן הזרם לא “קופץ באוויר” אלא נע על פני חומר מוצק. מכיוון שהזרם עובר במסלול פיזי ארוך יותר, מרחק ה־ Creepage תמיד יהיה גדול יותר מ־ Clearance באותו הקשר גיאומטרי.
כדי להבטיח שמרחקי הזחילה יהיו מספיקים, נדרשת התייחסות לפרמטר נוסף: CTI – Comparative Tracking Index . מדד זה בודק עד כמה חומר מבודד עמיד בפני יצירת “שבילי הולכה” שגורמים לקצר. ככל ש־CTI גבוה יותר – ניתן להקטין את מרחק ה־Creepage מבלי לפגוע בבטיחות.
למה זה חשוב?
שמירה על מרחקי זחילה ומרווחים באוויר אינה רק דרישת תקינה – אלא אמצעי למניעת אסון. חוסר עמידה במרחקים הנדרשים עלול להוביל להתחשמלות, לפגיעה במשתמש הקצה, לנזקים בציוד, ואף להתפשטות של כשל ממקום למקום בתוך המערכת. התקנים מחייבים נועדו להבטיח שלא רק המוצר הבודד יהיה בטוח, אלא שגם המכלולים והרכיבים בסביבתו לא ייפגעו.
רגולטורים כמו IEC, UL ו־CSA מגדירים דרישות מדויקות לכל רמה של “דרגת זיהום” (Pollution Degree), סוג חומר, ומתח עבודה – כדי לקבוע מהם מרחקי ה־Creepage וה־Clearance ההכרחיים לכל יישום.
יישום במערכות כוח ובמחברים
בעולם של Power Interconnects – מחברים שמעבירים זרם ומתח גבוהים – שמירה על מרחקים תקניים היא תנאי קריטי. במקרים רבים, מדובר לא רק ב־PCB עצמו אלא גם בכבלי חשמל, מחברי קצה (sockets), ומערכות חיבור לממסרים, ספקים ויחידות בקרה.
לכן, כבר בשלב בחירת המחבר, חשוב לבדוק האם הוא עומד בדרישות המרחקים הנדרשות. בחירה לא נכונה עלולה להכשיל את כל המערכת בתהליכי אישור או בדיקות תקינה.
איך Samtec מסייעת למהנדסים לשמור על מרחק?
בחברת Samtec אחד המובילים העולמיים בתחום חיבורים אלקטרוניים, מבינים את האתגרים. באתר החברה, כל מוצר כולל פירוט של מרחקי Creepage ו־ Clearance בדף הקטלוג. בנוסף, מציעה החברה את Samtec Solutionator – כלי חיפוש פרמטרי שמאפשר למהנדסים להזין את דרישות המתח והמרחק הרצויות, ולקבל את רשימת המוצרים התואמים בלבד.
מעבר לכך, Samtec מאפשרת גם טעינה סלקטיבית של מגעים – פתרון שבו ניתן להרכיב את המחבר כך שמגעים יוזזו או יוצבו בתצורה ייחודית כדי לעמוד בדרישות ספציפיות של Creepage ו־Clearance. מדובר בגמישות תכנונית גבוהה, שנועדה לאפשר עמידה בתקנים מבלי להתפשר על שיקולי גודל, מחיר או ביצועים.
סיכום
ככל שהמערכות נעשות קטנות יותר, חכמות יותר – ולעיתים גם רוויות מתח – הדרישה לשמור על מרחקים חשמליים בטוחים הופכת קריטית. שני מושגים בסיסיים אך מהותיים – Creepage ו־ Clearance צריכים להיות בראש סדר העדיפויות של כל מהנדס חשמל, כבר משלב השרטוט הראשוני.
באמצעות תכנון מושכל, הבנה של התקנים, ושימוש נכון בכלים ובפתרונות קיימים – ניתן לשלב בטיחות, ביצועים וחדשנות – מבלי להתפשר על אף אחד מהם.
מקורות:
- IEC 62368-1: Audio-video, information and communication technology equipment – International Electrotechnical Commission
- Samtec Solutionator
- מאמר מקורי: Power Interconnects 101: Understand Creepage and Clearance
מאת Janine Love, Samtec, יולי 2025
קרדיט תמונות: Samtec
