Kurzzeitprüfungen für Elektroisoliersysteme

Geprüfte Isoliersysteme erleichtern die Konstruktion und Markteinführung von neuen elektrischen Geräten. Durch sie werden Zulassungen bei den überwachenden Organisationen wie VDE oder UL vereinfacht und dauern erheblich kürzer. Ist nur eine begrenzte Betriebsdauer geplant, gibt es neue Möglichkeiten. (GF, 04.2018)

Ein Elektroisoliersystem (EIS) ist in weitgehend allen Bestandteilen ein recht starres Gebilde. Die ursprünglich einmal eingereichten und geprüften Kombinationen aus Draht, NIM und EIM (Unterscheidung von Isolierstoffen zum einen in funktionale Isolierung und „nur“ konstruktivem Bestandteil) sind nicht beliebig austauschbar. Durch Vorschriften wie REACH und RoHS oder durch Produktionseinstellungen fallen zusätzlich immer wieder Produkte aus einem Isoliersystem heraus, weil sie nicht mehr beschaffbar sind.

Klassische Isoliersysteme sind ausgelegt für eine Betriebsdauer von 20.000 Stunden bei der maximalen Betriebstemperatur (z.H. class F: 155°C). Doch es gibt viele Geräte, die eine deutlich geringere Anzahl an Betriebsstunden aufweisen (oder thermisch nicht so hoch belastet werden). Prominentes Beispiel ist der Antriebsmotor in einem PKW. Hier redet man in einem 10-15 Jahre dauernden Autoleben von 6.000 bis 7.500 Betriebsstunden. Auch eine Küchenmaschine wird niemals eine Betriebszeit von 20.000 Stunden erreichen (auf der anderen Seite gibt es auch Isoliersysteme, die bedeutend länger betrieben werden, z.B. Windkraftanlagen).

Bei Geräten, die nachweislich eine kürzere Betriebsdauer haben, machen Isoliersysteme mit verkürzter Prüfzeit einen schnelleren Markteinstieg möglich. Während eine übliche „Full Time Ageing“-Prüfung eines neuen Isoliersystems über ein Jahr benötigt, sind Kurzzeitprüfungen für Isoliersysteme mit 1.500, 2.500, 4.000 oder 5.000 Betriebsstunden bedeutend kürzer. Diese Systeme erhalten neben der Temperaturklasse (RTI) auch eine Zeitklasse, die den Verwendungszeitraum beschreibt. Der Test wird bei UL als „Defined Life Thermal Aging DLTA“ bezeichnet.

Die entsprechende Prüfnorm für den DLTA ist die IEC 61857-31 „Electrical Insulation Systems – Procedures for Thermal Evaluation – Part 31: Applications with a designed life of 5000 hours or less“. Die Testprozedur ist prinzipiell vergleichbar dem in UL 1446 beschriebenen “Full Thermal Aging”-Verfahren.

Mit Hilfe dieser Prüfnorm IEC 61857-31 kann der Hersteller eines elektrischen Gerätes die weltweite Zulassung seines Isoliersystemes für eine zeitlich begrenzte Betriebsdauer erlangen.

In Sektion 6 der Norm werden drei verschiedene Verfahren beschrieben, die abhängig von der angestrebten Zeitklasse verwendet werden:

Prozedur A: EIS mit einer erwarteten Betriebszeit von nicht mehr als 1.500 Stunden.

Es werden 10 GPM (General Purpose Model) geprüft. Die Prüftemperatur ist 10°C höher wie die angestrebte Temerpaturklasse, die Prüfzeit beträgt 28 Tage.

Wenn alle 10 GPM die abschließende Spannungsprüfung bestehen, erhält das EIS diese Zeitklasse.

Prozedur B: Vergleichbar der Prozedur A, jedoch mit einer erweiterten Zeitachse von 2.500, 4.000 oder 5.000 Stunden. Auch hier müssen alle 10 GPM die abschließende Spannungsprüfung nach der jeweiligen Zeitklasse bestehen.

Prozedur C: In diesem Fall werden zwei Sets aus je 10 GMP hergestellt. Ein Set wird bei 10-30°C über der angestrebten Temperaturklasse gelagert. Das zweite Set wird bei 30-35°C gelagert. Beide Sets müssen mindestens 1.500 Stunden fehlerfrei überstehen. Man kann den Test weiter laufen lassen und erzielt damit dann eine Zeitklasse zwischen 1.500 und 5.000 Stunden. Je nach dem, wann das erste GMP ausfällt.

Alternativ zum GMP können auch konkrete Bauformen wie ein Stator, eine gewickelte Trafospule oder eine gekapselte Magnetspule verwendet werden.

Dank dieser seit Mitte 2017 eingeführten Norm sind nun deutlich kürzere Prüfzeiten für Elektroisoliersysteme möglich, die nur eine beschränkte Betriebsdauer haben. Das spart Kosten und erlaubt kürzere Time-to-Market Zeiten. Ausserdem basiert die Prüfung auf einer IEC-Norm und ist daher international anerkannt.