Kruipweg versus luchtweg — isolatiecoördinatie volgens IEC 60664-1

De gids over overspanningscategorieën (CAT I-IV) behandelt hoe de vereiste luchtweg (clearance) tussen twee geleidende delen wordt afgeleid uit de te weerstane stootspanning van de betreffende CAT-categorie. Isolatiecoördinatie volgens IEC 60664-1 kent echter een tweede, onafhankelijke afstand: de kruipweg (creepage distance). Deze gids behandelt hoe die wordt bepaald en waarom de twee afstanden niet door elkaar mogen worden gebruikt.

Twee afstanden, twee heel verschillende faalmechanismen

• Luchtweg (clearance): de kortste afstand door de lucht tussen twee geleidende delen. Relevant voor doorslag (breakdown) van de lucht zelf onder een stootspanning. Bepaald door de te weerstane stootspanning (afgeleid uit de CAT-categorie en de nominale systeemspanning) en de hoogte boven zeeniveau (lucht heeft een lagere doorslagvastheid boven ~2000 m).
• Kruipweg (creepage distance): de kortste afstand langs het oppervlak van het isolatiemateriaal tussen twee geleidende delen. Relevant voor kruipspoorvorming (tracking): een geleidend spoor dat zich langs het oppervlak vormt door vervuiling, vocht en herhaalde lokale ontlading, met uiteindelijk doorslag langs het oppervlak tot gevolg. Dit is een langzaam, degradatief proces, geen directe doorslag zoals bij de luchtweg.

Omdat de twee afstanden verschillende faalmechanismen adresseren, worden ze via volledig gescheiden tabellen in IEC 60664-1 bepaald — en de uitkomsten kunnen sterk uiteenlopen.

Waarvan hangt de vereiste kruipweg af?

De minimaal vereiste kruipweg volgens IEC 60664-1 wordt bepaald door drie factoren samen, niet door de stootspanning:

1. Werkspanning (r.m.s. of gelijkspanning) over de isolatie — niet de stootspanning.
2. Vervuilingsgraad (pollution degree, PD 1-4): hoeveel geleidende vervuiling (stof, vocht, zout) op het oppervlak wordt verwacht. Graad 1 is een verzegelde, vervuilingsvrije omgeving; graad 3 is een normale industriële omgeving met geleidende vervuiling of condensatie; graad 4 is voortdurende geleidende vervuiling (bijv. buitenopstelling zonder bescherming).
3. Materiaalgroep (material group), bepaald door de comparative tracking index (CTI) van het isolatiemateriaal — zie de gids over CTI en vervuilingsgraad voor de meetmethode. IEC 60664-1 kent vier materiaalgroepen:
   • Groep I: CTI ≥ 600
   • Groep II: 400 ≤ CTI < 600
   • Groep IIIa: 175 ≤ CTI < 400
   • Groep IIIb: 100 ≤ CTI < 175

Bij een gelijke werkspanning en vervuilingsgraad vereist een lagere materiaalgroep (lagere CTI, minder trackingbestendig materiaal) een grotere kruipweg. Bij vervuilingsgraad 3 en materiaalgroep IIIb kan de vereiste kruipweg meerdere malen groter zijn dan bij dezelfde werkspanning en materiaalgroep I.

Waarom kruipweg de luchtweg kan overschrijden

Een veelvoorkomende misvatting is dat de kruipweg altijd kleiner is dan of gelijk aan de luchtweg, omdat een kruipweg toch "langs hetzelfde traject" lijkt te lopen. Dat is onjuist: de twee afstanden worden met onafhankelijke tabellen en onafhankelijke invoervariabelen bepaald. Bij een combinatie van hoge vervuilingsgraad (PD 3 of 4) en een laagwaardig isolatiemateriaal (materiaalgroep IIIb), met een relatief bescheiden CAT-categorie (dus een beperkte vereiste luchtweg), kan de vereiste kruipweg de vereiste luchtweg ruim overschrijden. In dat geval is de kruipweg de bepalende (grotere) afstand voor het ontwerp van de behuizing of printplaat-lay-out, niet de luchtweg.

Let op: IEC 60664-1 schrijft voor dat de kruipweg nooit kleiner mag zijn dan de bijbehorende luchtweg. Als de berekende kruipweg volgens de tabellen kleiner uitkomt dan de vereiste luchtweg, moet de kruipweg alsnog op de waarde van de luchtweg worden gesteld. Dat neemt niet weg dat de kruipweg, wanneer vervuilingsgraad en materiaalgroep ongunstig zijn, juist ver bóven de luchtweg kan uitkomen — de eis werkt maar in één richting als vloer, niet als plafond.

Praktische maatregelen om kruipweg te vergroten zonder afstand te vergroten

Wanneer de fysieke ruimte beperkt is, kan de effectieve kruipweg worden vergroot zonder de rechte afstand tussen de geleiders te vergroten, door gebruik te maken van:

• Groeven (ribs/slots) loodrecht op het oppervlak tussen de geleiders, die het kruipende oppervlaktepad verlengen.
• Coating of conformal coating die het oppervlak isoleert van vervuiling — onder voorwaarden mag dit de effectieve vervuilingsgraad verlagen volgens IEC 60664-3.
• Materiaalkeuze met hogere CTI (materiaalgroep I in plaats van IIIb), wat de vereiste kruipweg direct verlaagt bij gelijke werkspanning en vervuilingsgraad.

Typische fouten

1. Aannemen dat kruipweg altijd kleiner is dan luchtweg — bij hoge vervuilingsgraad en laagwaardig materiaal is het omgekeerde het geval.
2. Kruipweg afleiden uit de stootspanning/CAT-categorie, terwijl kruipweg wordt bepaald door werkspanning, vervuilingsgraad en materiaalgroep (CTI) — niet door de stootspanning.
3. Vervuilingsgraad van de toepassingsomgeving verkeerd inschatten, bijvoorbeeld graad 2 aannemen voor een buitenopstelling die feitelijk graad 3 of 4 vereist, met een te kleine kruipweg als gevolg.
4. De vloer-eis (kruipweg ≥ luchtweg) verwarren met een plafond-eis — de norm zegt alleen dat kruipweg niet kleiner mag zijn dan luchtweg, niet dat kruipweg nooit groter mag zijn.

Gerelateerd

• Overspanningscategorieën CAT I-IV
• Comparative tracking index (CTI) en vervuilingsgraad