Isolationskoordination
DKE
19.11.2015 Seite 208 0

Isolationskoordination in neuen Anwendungen

Artikel 2

ISKONEU-Zyklusprüfung

Abbildung 1: Zyklusprüfung mit einzelnen Messintervallen

Durch das Unterschreiten der Taupunkttemperatur der Luft wird das Phänomen der Kondensation an der Isolierstoffoberfläche hervorgerufen, die im Grenzgebiet zwischen Feststoffen und Gas zu einem lokal erhöhten Wasserdampfdruck führt. Dieser Wasserdampfdruck hat zur Folge, dass in Richtung des Temperaturgefälles eine Anlagerung der kondensierten Wassertropfen auf die Isolierstoffoberflächen stattfindet, was als Befeuchtung der Feststoffoberfläche durch Betauung bezeichnet wird. Als Folge der Betauung bilden sich dünne, leitfähige Fremdschichten auf der Isolierstoffoberfläche, durch die im Betrieb Kriechströme fließen, die die Bildung von Trockenzonen zur Folge haben.

Bei elektrischer Beanspruchung bilden sich über diesen Trockenzonen Teillichtbögen in Folge von Teilentladungen durch Feldverzerrung aus, die einen Fremdschichtüberschlag und somit das Versagen des Isolierstoffes auslösen können [3]. Bevor der Isolierstoff versagt, wird die Struktur der Oberfläche infolge der fortschreitenden Oberflächenentladungen zunehmend zerstört, was sich über die kontinuierliche Abnahme ihrer Widerstandsfähigkeit zeigt.

Die Widerstandsfähigkeit des Isolierstoffes wird mit der elektrischen Größe des Isolationswiderstandes beschrieben, dessen Wert folglich mehr als eine „Gut-Schlecht-Aussage“ über den aktuellen Zustand ermöglicht. Die Basis für eine qualitative Bewertung der Ergebnisse der Isolationswiderstandsmessung zeigt das in Abbildung 2 dargestellte Modell zum Aufbau eines Isolators.

Allgemein erfolgt die Isolationswiderstandmessung immer in Form einer Strommessung nach dem Aufschalten einer im Messgerät erzeugten Gleichspannung, deren Ergebnis im Inneren des Isolationswiderstandsmessgerätes über das Ohmsche Gesetz in die Einheit Ohm konvertiert wird. Neben dem Widerstandswert können unter Beachtung der dargestellten Anordnung sowie der Eigenschaften der gezeigten Stromkomponenten unterschiedliche Kennzahlen ermittelt werden, die in Summe ein gutes Gesamtbild auf den Zustand des Isolators zulassen.

ISKONEU-Aufbau Isolator

U = angelegte Testspannung
R und R = Oberflächenwiderstände
R = Widerstand des Materials
C = Kapazität des Materials
R = Polarisations-Widerstand
C = Polarisations-Kapazität
I = Gesamtstrom
I = Oberflächenleckstrom
I = Durchgangsleckstrom
 I= Leckstrom des Materials
 I= Polarisations-/ dielektrischer 
 Absorptionsstrom
 I= Ladungsstrom der Kapazität des Materials

Abbildung 2: Modell zum Aufbau eines Isolators

Neben der Festlegung der Methodik ist zum Prüfkonzept weiterhin festzuhalten, dass durch die Verwendung mehrerer Demonstratoren nach Abbildung 3 ein möglichst breiter Bereich von Einflussfaktoren analysiert werden soll.

Des Weiteren werden unterschiedliche Gehäusevarianten zur Berücksichtigung unterschiedlicher Verschmutzungsgrade (VG1 und VG2) verwendet. In diesen Gehäusevarianten kommen verschiedene Demonstratoren mit unterschiedlichen Leiterbahnabständen und unterschiedlichen Beschichtungen zum Einsatz, an die unterschiedlich hohe DC-Spannungen zwischen 400 V und 1.500 V angelegt werden.

 

500x366_ISKONEU-Aufbau Demonstrator

Abbildung 3: Aufbau Demonstrator

Die Ergebnisse der Versuchsreihe werden wie bisher im Rahmen von Workshops mit Experten aus Industrie und Normung diskutiert sowie einer breiten Fachöffentlichkeit über Publikationen vorgestellt.

Parallel zum Projekt erarbeitet die DKE die Normungs-Roadmap „Gleichstrom im Niederspannungsbereich“, die in ihrer ersten Version zum Ende dieses Jahres veröffentlicht werden soll. Gemeinsam mit diversen Stakeholdern aus den Bereichen Informationstechnik, Elektrotechnik und Gebäudeinstallationen wird in enger Zusammenarbeit ein Dokument verfasst, das sowohl den Stand der Technik, als auch Handlungsempfehlungen und einen Normungsbedarf bündelt und zusammenfasst. Bearbeitet werden in der Normungs-Roadmap vier Hauptgruppen:

  • Schutzkonzepte und Sicherheit
  • Voraussetzungen, gesetzliche Rahmenbedingungen und Festlegungen
  • Anlagentopologie
  • Betriebsmittel und Komponenten.

Innerhalb dieser Gruppen werden auch Aspekte der Isolationskoordination betrachtet. Die Normungs-Roadmap wird nach ihrer Veröffentlichung auf der DKE-Homepage kostenfrei zur Verfügung gestellt.

 

[1]   DIN EN 60664-1 (VDE 0110-1):2008-01, Isolationskoordination für elektrische Betriebsmittel in Niederspannungsanlagen – Teil 1: Grundsätze, Anforderungen und Prüfungen (IEC 60664-1:2007); Deutsche Fassung EN 60664-1:2007

[2]   DIN EN 60068-2-38 (VDE 0468-2-38):2010-06, Umgebungseinflüsse – Teil 2-38: Prüfverfahren Z/AD: Zusammengesetzte Prüfung, Temperatur/Feuchte, zyklisch (IEC 60068-2-38:2009); Deutsche Fassung EN 60068-2-38:2009

[3]   S. Krischer, U. Grigull, Mikroskopische Untersuchung der Tropfenkondensation, Wärme- und Stoffübertragung, Band 4, S-48-59, 1971
 

Kontakt

Robert Schmieder