Kriechstromfestigkeit von Isolierstoffmaterialien

Eine Kriechwegbildung auf Isolierstoffmaterialien ist die Ausbildung leitfähiger Verbindungen zwischen benachbarten Potentialen, zum Beispiel auf einem Bauteil oder einer Leiterplatte. Die Kriechstromfestigkeit eines Isolierstoffes gibt die Isolationsfestigkeit der Oberfläche an. Mit der Prüfung der Isolationsfestigkeit wird in kurzer Zeit die Auswirkung von Feuchtigkeit und Verunreinigungen auf die Oberfläche nachgewiesen.

Unter genormten Prüfbedingungen wird der maximale Kriechstrom eines Isolierstoffes ermittelt. Zu den Prüfbedingungen zählen eine vorgegebene Spannung, ein definierter Abschaltstrom und Prüfflüssigkeiten, die in einer definierten Prüfanordnung (Elektrodenabstand, Elektrodenform, Betropfung) einzurichten sind.

Die IEC 60112 „Verfahren zur Bestimmung der Prüfzahl und der Vergleichszahl der Kriechwegbildung von festen, isolierenden Werkstoffen“ beschreibt ein einfaches Verfahren zur Bestimmung der Kriechwegbildung von festen, isolierenden Werkstoffen. Mit dem Verfahren werden der PTI Wert - Proof Tracking Index, die Prüfzahl – und der CTI Wert - Comparative Tracking Index – die Vergleichszahl eines Werkstoffes ermittelt.

Um eine Charakterisierung an einen Werkstoff durchzuführen, werden zwei Elektroden flach auf das zu prüfende Material aufgesetzt. Zwischen die beiden Platinelektroden wird eine der beiden leitfähige Prüfflüssigkeit getropft, die beiden Elektroden stehen dabei unter Spannung. Durch die eingetropfte Prüfflüssigkeit entsteht zwischen den Elektroden ein Stromflusses auf der Oberfläche des Prüfmusters. Die Prüfspannung wird stufenweise erhöht, bis das Material erodiert und der sich ausbildende Strom 0,5 A überschreitet oder eine Entflammung in der Prüfstelle entsteht. Der letzte erreichte Spannungswert, dem der Prüfling Stand gehalten hat, wird jeweils durch fünf Prüfstellen bestätigt.

Im ersten Schritt der Kriechstromfestigkeitsprüfung wird der PTI Wert (die Prüfzahl) eines Isolierstoffmaterials ermittelt. Für die Ermittlung des PTI Wertes werden 5 Prüfstellen an verschiedenen Prüfmustern mit der ermittelten Spannung geprüft und bestätigt. Die Prüfstelle werden jeweils mit 50 Tropfen aller 30 Sekunden befeuchtet.

Im zweiten Schritt der Kriechstromfestigkeitsprüfung wird der CTI Wert (die Vergleichszahl)eines Isolierstoffmaterials ermittelt. Für die Bestätigung des CTI Wertes wird die Prüfspannung des PTI Wertes um 25 Volt verringert und an 5 Prüfstellen an verschiedenen Prüfmustern geprüft. Die Prüfstelle werden jeweils mit 50 oder 100 Tropfen aller 30 Sekunden befeuchtet.

Entsprechend der bestimmten PTI und CTI Werte kann das Material dann charakterisiert werden.

ISOLIERSTOFFGRUPPE

CTI

PTI

TYPISCHE WERKSTOFFE

I

0

>600 V

PTFE, PP, PE, PA, PFA, FEP

II

1

400…599 V

Polyester

III a

2

250…399 V

Polycarbonat

III a

3

175…249 V

PPS

III b

4

100…174 V

Polyimid, PEI, PSU, PEEK

-

5

<100 V

-

Für einige Produktnormen ist die Ermittlung des PTI Wertes bereits ausreichend, für die Kriech- und Luftstrecken Beurteilung.

Für Spannungen über AC 400 V und/oder dem Zusammenwirken von hohen Frequenzen kommt der Oberfläche eines Isolierstoffs eine große elektrotechnische Bedeutung zu. Eine schnelle Ausbildung von oberflächlichen Kriechwegen, kann schnell zu vorzeitigen Ausfällen von Bauteilen, Geräte oder sogar ganzen Anlagen führen. Die Kriechstromfestigkeit eines Materials gibt an, wie schnell ein Isolationsmaterial unter hohen Spannungen, Feuchtigkeit und Verunreinigungen, Kriechwege ausbildet. Beim Bau von Elektrofahrzeugen wird daher stark auf den Einsatz von geprüften Isolationswerkstoffen mit einer guten Kriechstromfestigkeit geachtet, vor allem in der Hochvolttechnik.

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