Comparative Tracking Index (CTI) van isolatiemateriaal — waarom de vervuilingsgraad de vereiste kruipafstand bepaalt

De gids over vormindeling van laagspanningsverdeelinrichtingen behandelt de interne scheiding tussen rails, functionele eenheden en klemmen binnen een verdeelinrichting. Dit artikel behandelt een ander, minder zichtbaar aspect van diezelfde IEC 61439-serie: de eigenschap van het isolatiemateriaal zelf die bepaalt hoe dicht spanningvoerende delen langs een oppervlak bij elkaar mogen liggen — de Comparative Tracking Index.

Wat tracking is

Onder vervuilde en vochtige omstandigheden kan zich op het oppervlak van een isolatiemateriaal tussen twee spanningvoerende delen een dunne, geleidende, verkoolde baan vormen — tracking (kruipspoorvorming). Dit gebeurt doordat een vochtige, vervuilde laag op het oppervlak lokaal lekstroom laat lopen; de daarbij vrijkomende warmte verkoolt het materiaal op microscopische schaal, waardoor een blijvend geleidend spoor ontstaat dat zich bij herhaling verder kan uitbreiden, tot uiteindelijk een doorslag of zelfs brand.

De CTI-test volgens IEC 60112

IEC 60112 beschrijft de beproevingsmethode: op het oppervlak van het te testen materiaal worden druppels van een verdunde ammoniumchloride-oplossing aangebracht tussen twee platina-elektroden waarover een spanning staat. De CTI is de hoogste spanning (in volt) waarbij het materiaal een vastgesteld aantal druppels doorstaat zonder dat een doorslaand kruipspoor ontstaat.

Materiaalgroepen volgens IEC 61439-1

Op basis van de CTI-waarde deelt IEC 61439-1 isolatiematerialen in vier materiaalgroepen in:

• Materiaalgroep I: CTI ≥ 600 — beste weerstand tegen tracking.
• Materiaalgroep II: 400 ≤ CTI < 600.
• Materiaalgroep IIIa: 175 ≤ CTI < 400.
• Materiaalgroep IIIb: 100 ≤ CTI < 175 — laagste weerstand tegen tracking binnen de nog toegestane materialen.

Hoe hoger de materiaalgroep, hoe kleiner de kruipafstand die voor dezelfde werkspanning en vervuilingsgraad nodig is — met een hoogwaardiger materiaal kan een fabrikant dus compacter bouwen zonder aan veiligheid in te boeten.

Vervuilingsgraad: de andere factor in de vergelijking

De vereiste kruipafstand hangt niet alleen van het materiaal af, maar ook van de vervuilingsgraad (pollution degree, PD) van de omgeving waarin de verdeelinrichting wordt geplaatst:

• PD1: geen vervuiling, of uitsluitend droge, niet-geleidende vervuiling zonder enige invloed — bijvoorbeeld een verzegelde, volledig afgesloten behuizing.
• PD2: uitsluitend niet-geleidende vervuiling, met incidenteel een tijdelijke geleidbaarheid door condensvorming — de gangbare situatie in een normale, binnenshuis geplaatste verdeelinrichting.
• PD3: geleidende vervuiling, of droge niet-geleidende vervuiling die door verwachte condensatie geleidend wordt — kenmerkend voor industriële omgevingen en voor ruimten met veel stof, vocht of (in een glastuinbouwomgeving) meststoffen.
• PD4: aanhoudende geleidbaarheid door bijvoorbeeld geleidend stof of neerslag — de zwaarste categorie.

Bij een hogere vervuilingsgraad is voor dezelfde werkspanning en hetzelfde materiaal een grotere kruipafstand vereist, omdat de kans op een geleidende verontreinigingslaag op het oppervlak groter is.

Waarom dit ertoe doet

Een verdeelinrichting die in een schone kantooromgeving (PD2) probleemloos functioneert, kan bij plaatsing in een stoffige, vochtige of chemisch belaste ruimte (PD3) — bijvoorbeeld een stal, een wasstraat of een glastuinbouwtechnische ruimte met meststofdamp — een kruipafstand nodig hebben die groter is dan waarvoor de behuizing oorspronkelijk is ontworpen, ook als de IP-classificatie van diezelfde behuizing voor beide omgevingen identiek is. IP beschrijft de bescherming tegen het binnendringen van stof en vocht van buitenaf; CTI en vervuilingsgraad beschrijven wat er gebeurt als vervuiling zich desondanks op het isolatieoppervlak binnen de behuizing bevindt of ontstaat door condensatie.

Let op: de exacte, per spanningsniveau en vervuilingsgraad voorgeschreven minimale kruipafstanden zijn vastgelegd in tabellen in IEC 60664-1 en IEC 61439-1; dit artikel behandelt het onderliggende principe, niet de volledige tabelwaarden.

Praktische relevantie

Bij het specificeren van een verdeelinrichting voor een omgeving met verhoogde vervuiling — bijvoorbeeld een technische ruimte in de glastuinbouw met meststofdamp en hoge luchtvochtigheid — is het zinvol om niet alleen de IP-classificatie van de behuizing te controleren, maar ook te vragen naar de materiaalgroep van de gebruikte isolatiematerialen (klemmenblokken, railsteunen, printplaten) en of de fabrikant de kruipafstanden heeft gedimensioneerd op de daadwerkelijke vervuilingsgraad van de beoogde locatie, niet op een standaard PD2-aanname.

Veelgemaakte fouten

1. Ervan uitgaan dat een hoge IP-classificatie tracking uitsluit — IP beschermt tegen vervuiling van buitenaf, niet tegen kruipspoorvorming op materiaaloppervlakken binnen een verder correct afgesloten behuizing waar toch condensatie of vervuiling optreedt.
2. Een verdeelinrichting die voor een schone (PD2) omgeving is gedimensioneerd, zonder herbeoordeling toepassen in een vervuilde (PD3/PD4) omgeving.
3. Materiaalgroep IIIb (lage CTI) toepassen in een omgeving met hoge vervuilingsgraad zonder de daarvoor benodigde, verhoudingsgewijs grotere kruipafstand te verifiëren.
4. CTI en doorslagspanning (diëlektrische sterkte) door elkaar halen — dit zijn twee losse materiaaleigenschappen: doorslagspanning beschrijft weerstand tegen doorslag dóór het materiaal, CTI beschrijft weerstand tegen kruipspoorvorming lángs het oppervlak.

Gerelateerd

• Vormindeling (Form 1 t/m 4b) van laagspanningsverdeelinrichtingen
• IEC 61439 versus NEN 1010 — fabricagenorm versus installatienorm
• IP-classificaties (IEC 60529)
• Top 10 fouten in de glastuinbouw