Comparative Tracking Index (CTI) изоляционного материала — почему степень загрязнения определяет требуемое расстояние утечки

Руководство о формах разделения низковольтных комплектных устройств рассматривает внутреннее разделение между шинами, функциональными блоками и клеммами внутри НКУ (низковольтного комплектного устройства). Эта статья рассматривает другой, менее заметный аспект той же серии IEC 61439: свойство самого изоляционного материала, определяющее, насколько близко друг к другу вдоль поверхности могут находиться токоведущие части — Comparative Tracking Index.

Что такое трекинг

В загрязнённых и влажных условиях на поверхности изоляционного материала между двумя токоведущими частями может образоваться тонкая, проводящая, обугленная дорожка — трекинг (образование токопроводящих дорожек). Это происходит потому, что влажный, загрязнённый слой на поверхности допускает протекание локального тока утечки; выделяющееся при этом тепло обугливает материал в микроскопическом масштабе, создавая постоянную проводящую дорожку, которая при повторении может расширяться дальше, вплоть до пробоя или даже пожара.

Испытание CTI по IEC 60112

IEC 60112 описывает метод испытания: на поверхность испытуемого материала между двумя платиновыми электродами, к которым приложено напряжение, наносятся капли разбавленного раствора хлорида аммония. CTI — это наивысшее напряжение (в вольтах), при котором материал выдерживает установленное число капель без образования пробивающей дорожки трекинга.

Группы материалов по IEC 61439-1

На основе значения CTI IEC 61439-1 классифицирует изоляционные материалы на четыре группы материалов:

• Группа материалов I: CTI ≥ 600 — наилучшая стойкость к трекингу.
• Группа материалов II: 400 ≤ CTI < 600.
• Группа материалов IIIa: 175 ≤ CTI < 400.
• Группа материалов IIIb: 100 ≤ CTI < 175 — наименьшая стойкость к трекингу среди ещё допустимых материалов.

Чем выше группа материалов, тем меньше требуемое расстояние утечки при том же рабочем напряжении и степени загрязнения — с материалом более высокого класса производитель может строить более компактно без ущерба для безопасности.

Степень загрязнения: второй фактор в уравнении

Требуемое расстояние утечки зависит не только от материала, но и от степени загрязнения (PD) среды, в которой устанавливается НКУ:

• PD1: отсутствие загрязнения, либо только сухое непроводящее загрязнение без какого-либо влияния — например, герметично закрытый корпус.
• PD2: только непроводящее загрязнение, с эпизодической временной проводимостью, ожидаемой из-за конденсации, — обычная ситуация для НКУ, устанавливаемого внутри помещения.
• PD3: проводящее загрязнение или сухое непроводящее загрязнение, которое становится проводящим из-за ожидаемой конденсации — типично для промышленных сред и помещений с большим количеством пыли, влаги или (в тепличной среде) остатков удобрений.
• PD4: устойчивая проводимость, например из-за проводящей пыли или осадков — самая тяжёлая категория.

При более высокой степени загрязнения для того же рабочего напряжения и того же материала требуется большее расстояние утечки, поскольку вероятность образования проводящего слоя загрязнения на поверхности выше.

Почему это важно

НКУ, которое без проблем функционирует в чистой офисной среде (PD2), может при установке в пыльном, влажном или химически нагруженном помещении (PD3) — например, в животноводческом помещении, автомойке или тепличном техническом помещении с парами удобрений — потребовать расстояние утечки больше, чем то, на которое корпус был изначально рассчитан, даже если класс IP того же корпуса идентичен для обеих сред. IP описывает защиту от проникновения пыли и влаги снаружи; CTI и степень загрязнения описывают то, что происходит, когда загрязнение всё же оказывается на изоляционной поверхности внутри корпуса или образуется там из-за конденсации.

Внимание: точные минимальные расстояния утечки, предписанные для данного уровня напряжения и степени загрязнения, приведены в таблицах IEC 60664-1 и IEC 61439-1; эта статья рассматривает лежащий в основе принцип, а не полные табличные значения.

Практическая значимость

При спецификации НКУ для среды с повышенным загрязнением — например, тепличного технического помещения с парами удобрений и высокой влажностью — целесообразно проверять не только класс IP корпуса, но и запрашивать группу материалов используемых изоляционных материалов (клеммные колодки, опоры шин, печатные платы), а также убедиться, что производитель рассчитал расстояния утечки для фактической степени загрязнения предполагаемого объекта, а не для стандартного допущения PD2.

Частые ошибки

1. Предположение, что высокий класс IP исключает трекинг — IP защищает от загрязнения снаружи, а не от трекинга на поверхностях материалов внутри в остальном правильно герметизированного корпуса, где тем не менее происходит конденсация или загрязнение.
2. Применение НКУ, рассчитанного для чистой среды (PD2), в загрязнённой среде (PD3/PD4) без повторной оценки.
3. Использование группы материалов IIIb (низкий CTI) в среде с высокой степенью загрязнения без проверки соответственно большего требуемого расстояния утечки.
4. Путаница между CTI и напряжением диэлектрического пробоя — это два разных свойства материала: напряжение пробоя описывает стойкость к пробою через материал, CTI описывает стойкость к трекингу вдоль поверхности.

Связанные материалы

• Формы разделения (Form 1–4b) низковольтных комплектных устройств
• IEC 61439 против NEN 1010 — стандарт продукции против стандарта на установку
• Классы IP (IEC 60529)
• 10 частых ошибок в тепличных установках