Comparative Tracking Index (CTI) ізоляційного матеріалу — чому ступінь забруднення визначає необхідну відстань витоку

Посібник про форми розділення низьковольтних комплектних пристроїв розглядає внутрішнє розділення між шинами, функціональними блоками та клемами всередині НКП (низьковольтного комплектного пристрою). Ця стаття розглядає інший, менш помітний аспект тієї самої серії IEC 61439: властивість самого ізоляційного матеріалу, яка визначає, наскільки близько одна до одної вздовж поверхні можуть перебувати струмоведучі частини — Comparative Tracking Index.

Що таке трекінг

За забруднених і вологих умов на поверхні ізоляційного матеріалу між двома струмоведучими частинами може утворитися тонка, провідна, обвуглена доріжка — трекінг (утворення струмопровідних доріжок). Це відбувається тому, що вологий, забруднений шар на поверхні дозволяє протікати локальному струму витоку; тепло, що виділяється при цьому, обвуглює матеріал у мікроскопічному масштабі, створюючи постійну провідну доріжку, яка при повторенні може розширюватися далі, аж до пробою або навіть пожежі.

Випробування CTI за IEC 60112

IEC 60112 описує метод випробування: на поверхню випробуваного матеріалу між двома платиновими електродами, до яких прикладено напругу, наносяться краплі розведеного розчину хлориду амонію. CTI — це найвища напруга (у вольтах), за якої матеріал витримує встановлену кількість крапель без утворення пробивної доріжки трекінгу.

Групи матеріалів за IEC 61439-1

На основі значення CTI IEC 61439-1 класифікує ізоляційні матеріали на чотири групи матеріалів:

• Група матеріалів I: CTI ≥ 600 — найкраща стійкість до трекінгу.
• Група матеріалів II: 400 ≤ CTI < 600.
• Група матеріалів IIIa: 175 ≤ CTI < 400.
• Група матеріалів IIIb: 100 ≤ CTI < 175 — найнижча стійкість до трекінгу серед ще допустимих матеріалів.

Чим вища група матеріалів, тим менша необхідна відстань витоку за тієї самої робочої напруги та ступеня забруднення — з матеріалом вищого класу виробник може будувати компактніше без шкоди для безпеки.

Ступінь забруднення: другий фактор у рівнянні

Необхідна відстань витоку залежить не лише від матеріалу, а й від ступеня забруднення (PD) середовища, в якому встановлюється НКП:

• PD1: відсутність забруднення, або лише сухе непровідне забруднення без будь-якого впливу — наприклад, герметично закритий корпус.
• PD2: лише непровідне забруднення, з епізодичною тимчасовою провідністю, що очікується через конденсацію — звична ситуація для НКП, встановленого всередині приміщення.
• PD3: провідне забруднення або сухе непровідне забруднення, яке стає провідним через очікувану конденсацію — типово для промислових середовищ і приміщень з великою кількістю пилу, вологи або (у тепличному середовищі) залишків добрив.
• PD4: стійка провідність, наприклад через провідний пил або опади — найважча категорія.

За вищого ступеня забруднення для тієї самої робочої напруги та того самого матеріалу потрібна більша відстань витоку, оскільки ймовірність утворення провідного шару забруднення на поверхні вища.

Чому це важливо

НКП, який без проблем функціонує в чистому офісному середовищі (PD2), може під час встановлення в запиленому, вологому чи хімічно навантаженому приміщенні (PD3) — наприклад, у тваринницькому приміщенні, автомийці чи тепличному технічному приміщенні з парами добрив — потребувати відстань витоку більшу, ніж та, на яку корпус був спочатку розрахований, навіть якщо клас IP того самого корпусу однаковий для обох середовищ. IP описує захист від проникнення пилу та вологи ззовні; CTI та ступінь забруднення описують те, що відбувається, коли забруднення все ж опиняється на ізоляційній поверхні всередині корпусу або утворюється там через конденсацію.

Увага: точні мінімальні відстані витоку, приписані для певного рівня напруги та ступеня забруднення, наведені в таблицях IEC 60664-1 та IEC 61439-1; ця стаття розглядає базовий принцип, а не повні табличні значення.

Практична значущість

Під час специфікації НКП для середовища з підвищеним забрудненням — наприклад, тепличного технічного приміщення з парами добрив і високою вологістю — варто перевіряти не лише клас IP корпусу, а й запитувати групу матеріалів використаних ізоляційних матеріалів (клемні колодки, опори шин, друковані плати), а також переконатися, що виробник розрахував відстані витоку для фактичного ступеня забруднення передбачуваного об'єкта, а не для стандартного припущення PD2.

Часті помилки

1. Припущення, що високий клас IP виключає трекінг — IP захищає від забруднення ззовні, а не від трекінгу на поверхнях матеріалів усередині в іншому правильно герметизованого корпусу, де попри це відбувається конденсація або забруднення.
2. Застосування НКП, розрахованого для чистого середовища (PD2), у забрудненому середовищі (PD3/PD4) без повторної оцінки.
3. Використання групи матеріалів IIIb (низький CTI) у середовищі з високим ступенем забруднення без перевірки відповідно більшої необхідної відстані витоку.
4. Плутанина між CTI та напругою діелектричного пробою — це дві різні властивості матеріалу: напруга пробою описує стійкість до пробою крізь матеріал, CTI описує стійкість до трекінгу вздовж поверхні.

Пов'язані матеріали

• Форми розділення (Form 1–4b) низьковольтних комплектних пристроїв
• IEC 61439 проти NEN 1010 — стандарт продукції проти стандарту на установку
• Класи IP (IEC 60529)
• 10 частих помилок у тепличних установках