Auf ihren Test- und Analysemethoden bauen zum Beispiel Gerätenormen auf. Während sich die IEC 60664 als Isolationskoordinations-Grundnorm vorrangig um das Verhalten von Isolierwerkstoffen unter Umweltbedingungen kümmert, betrachtet die IEC 60505 ganze Isolationssysteme. Diese Isoliersysteme (EIS) bestehen aus unterschiedlichen Werkstoffen, die auch aufeinander einwirken können und deswegen nur im Verbund betrachtet werden können.
Die IEC 60505 “Evaluation and qualification of electrical insulation systems” beschreibt ihre Aufgabe wie folgt:
„Die Lebensdauer von Elektroisoliersystemen (EIS) oder -systemen bestimmt häufig die Lebensdauer elektrischer Geräte und kann durch elektrische, thermische, mechanische oder umweltbedingte Belastungen beeinflusst werden, die entweder einzeln oder in Kombination auftreten.“
Die überprüfte Lebensdauer ist daher ein wesentliche Parameter zur Kategorisierung von elektrischen Isoliersystemen. Den Weg zur Entwicklung von EIS-Funktionsprüfungs- und Bewertungsverfahren zeigt die Norm auf.
Die Belastungen von Elektroisolierungen werden innerhalb der Norm in die Gruppen „elektrische-“, „thermische-“, „mechanische-“ und „umweltbedingte-“ Alterungen unterteilt. Ein wesentlicher Alterungsmechanismus dabei ist die Wärmealterung. Die grobe Daumenregel „10 Grad erhöhte Temperatur halbiert die Lebensdauer“ resultiert aus der Chemie. Dort beschreibt der Arrheniussatz – sehr verkürzt - den Zusammenhang zwischen Reaktionsgeschwindigkeit und Temperatur.
Allerdings ist die direkte Wärmealterung heute nur noch ein Teil der Belastungen, die zu einer endlichen Lebensdauer von Isolationswerkstoffen und Isolationssystemen führen.
Die IEC 60505 zählt als für die Alterung zu beachtende Faktoren u.a. folgendes auf:
Fertigungsfehler (Verunreinigungen, Lufteinschlüsse, Rezepturfehler, Falten und Delaminationen, Feuchtigkeit, Inkompatibilitäten, Partikel, Brüche etc.)
Elektrische Alterung durch
Oberflächenentladungen (partial discharge, corona)
Tracking and erosion
Aufbau von Raumladung, in Folge verringerte Spannungsfestigkeit
Electric Treeing (innerhalb des Werkstoffs, z.B. Watertreeing)
Elektrochemischer Abbau (Migration, Depolymerisation)
Elektrische Verluste bei hohen Frequenzen im Material
Thermische Alterung durch
Unterschiede bei der Wärmeausdehnung (z.B. Delamination)
Schmelzen, Übergang Glastemperatur, Erweichung, Versprödung etc
Eigenerwärmung durch elektrischen Stress
Oxidation, Rissbildung
Umweltbedingte Alterung durch
Chemische Belastung durch z.B. Lösemittel, Öle, Hydrolyse
Kontaktkorrosion
Feuchtigkeitsaufnahme (verringerte Isolation, Treeing und Partial Discharge)
Verschmutzungen auf der Oberfläche (in Folge Tracking)
Depolymerisation in aggressiver Umgebung
UV-Strahlung, Bewitterung
Mechanische Alterung durch
Vibration, Dehnung und Stauchung, Delamination, Druck
Haftungsverlust bei Verklebungen
Bruch und Einreissen durch mechanische Krafteinwirkung
Kriechen (Verschieben) unter Schublast
Durchdringung (z.B. Metallspäne bei Folien)
Abrieb
Neben der Beschreibung der unterschiedlichen Belastungsfaktoren geht die Norm auf Testmethoden und Bewertungen der Testergebnisse ein. Insbesondere der umfangreiche Annex enthält zahlreiche hilfreiche Hinweise.
Zu den wesentlichen Normen, auf die sich die IEC 60505:2011 bezieht, gehören:
IEC 60068 Umwelttestmethoden (Wärme, Kälte, Temperaturwechselzyklen, Temperatur-Schock)
IEC 60216 Bestimmung der Wärmeklassen von Elektroisolierwerkstoffen
IEC 60664 Basisnorm für die Isolationskoordination
Allerdings berücksichtigt die Ausgabe der IEC 60505 aus dem Jahre 2011 noch nicht die zunehmenden Anforderungen aus dem Bereich der Gleichstromtechnik mit hohen Spannungen sowie die steigenden Frequenzen im Bereich z.B. der Frequenzumwandler-Anwendungen bei der Antriebstechnik. Diese zunehmend relevanten Belastungsfaktoren werden erst in einer zukünftigen Neuausgabe mit integriert werden – oder durch andere Normen abgedeckt werden. Die starke Verbreitung der Elektromobilität zwingt hier zu einer relativ schnellen Reaktion.
Obwohl das Dokument bereits aus dem Jahre 2010 stammt, ist der UL-Guide „Effects of High Frequency Volage Stress on Air Insulation and Solid Insulation“ ein guter Einstieg in dieses Thema.
Bei IEC ist das Maintenance Team 3 des TC109 für die „Spannungsbeanspruchung bei Hochfrequenz im Hinblick auf die Isolationskoordination von Betriebsmitteln in Niederspannungsnetzen“ zuständig.
CMC Klebetechnik liefert seit mehr als fünf Jahrzehnten Isolierklebebänder und Isolationsfolien, die Bestandteil zahlloser Isoliersystemen sind. Sie beweisen damit die hohe Zuverlässigkeit der Produkte und die Konstanz der Produktion von CMC Klebetechnik, denn zugelassene Isoliersysteme unterliegen einer steten externen Qualitätskontrolle.
IEC 60505 – Basisnorm zur Abschätzung der Alterung elektrischer Isoliersysteme