Sichere elektrische Isoliersysteme durch UL 1446

Die UL 1446 ist eine Prüfnorm, die von Underwriters Laboratories (UL) entwickelt wurde und die Anforderungen an elektrische Isoliersysteme (EIS) in Niederspannungsanwendungen festlegt. Sie ist eine der wichtigsten Normen für die Zertifizierung von EIS und wird weltweit anerkannt.

Ziel der Norm ist die Sicherheit und Zuverlässigkeit von elektrischen Geräten und Anlagen zu gewährleisten, indem sie sicherstellt, dass die verwendeten Isoliersysteme den erforderlichen Schutz gegen elektrische Schläge, Kurzschlüsse und andere Gefahren bieten. Sie legt die Prüfverfahren und Anforderungen fest, die ein EIS erfüllen muss, um als sicher und zuverlässig zu gelten.

Anwendungsbereich

Die UL 1446 gilt für eine Vielzahl von elektrischen Geräten und Anlagen, darunter Transformatoren, Motoren, Generatoren, Schalter, Schaltanlagen und andere Niederspannungsanwendungen. Sie findet Anwendung in verschiedenen Branchen wie der Elektroindustrie, der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt und der Medizintechnik.

Um ein EIS nach UL 1446 zertifizieren zu lassen, muss der Hersteller das System bei einer akkreditierten Prüfstelle von UL einreichen. Nach erfolgreicher Prüfungsdurchführung und Zertifizierung wird das Elektroisoliersystem bei UL als geprüftes EIS aufgenommen. Kunden, die dieses System nutzen, können sich darauf verlassen, dass das EIS unabhängig geprüft wurde und den geltenden Sicherheitsstandards entspricht.

Die UL 1446 legt eine Vielzahl von Prüfungen fest, die durchgeführt werden müssen, um die Konformität eines Elektroisoliersystems (EIS) mit der Norm nachzuweisen.

Dabei wird unterschieden zwischen dem Full Thermal Aging Test (FTA-Test) für gänzlich neue Isoliersysteme und einem Kompatibilitätstest bei Änderungen und Ergänzungen an einem bekannten EIS, dem Chemical Compability Test (CCT).

Lebensdauertest FTA – Full Thermal Aging

Der FTA-Test ist ein entscheidender Lebensdauertest, der sowohl bei der Entwicklung neuer Elektroisoliersysteme als auch bei der Bewertung bestehender Systeme mit zusätzlichen Isolierstoffen eingesetzt wird. Ziel ist es, die thermische Alterungsbeständigkeit und die Lebensdauer des Isoliersystems zu bestimmen.

Für den FTA-Test werden sogenannte GPM-Modelle (General Purpose Model), auch Motoretten genannt, verwendet. Diese Modelle werden mit den Materialien des zu prüfenden Isoliersystems aufgebaut. In der Regel werden 10 GPMs pro Temperatur bei drei oder vier verschiedenen Temperaturen getestet.

Ein typischer Testzyklus besteht aus folgenden Schritten:

1. Thermische Alterung: Die GPMs werden über einen bestimmten Zeitraum im Wärmeschrank gealtert. Die Dauer der Alterung variiert je nach Temperatur (3 Tage bei der höchsten Temperatur, 7 Tage bei der mittleren Temperatur und 28 Tage bei der niedrigsten Temperatur).
2. Mechanische und klimatische Beanspruchung: Auf die thermische Alterung folgen ein einstündiger Vibrationstest bei 60 Hz, ein Kälteschocktest bei -20 °C sowie ein 48-stündiger Feuchtigkeitstest bei Raumtemperatur und 92 bis 100 Prozent relativer Feuchtigkeit.
3. Elektrische Prüfung (End of Life Test): Am Ende jedes Zyklus (3, 7 oder 14 und 28 Tage) wird die elektrische Festigkeit des Isoliersystems mit einer Spannung von 600VAC überprüft, um den Zustand der Isolierung zu beurteilen.

Die Zyklen werden so lange wiederholt, bis alle 10 GPMs pro Temperatur ausgefallen sind. Der Zeitaufwand für diese Testprozedur liegt bei mehreren Monaten bis einem Jahr.

Ergebnisse und Klassifizierung

Nach Abschluss des Tests wird das Isoliersystem anhand der ermittelten und berechneten mittleren Ausfallzeit seiner Wärmeklasse zugeordnet. Diese Klassifizierung gibt Aufschluss über die zu erwartende Lebensdauer des Systems unter bestimmten Temperaturbedingungen.

Der FTA-Test ist von entscheidender Bedeutung, um die Qualität und Zuverlässigkeit von neuen Elektroisoliersystemen zu gewährleisten. Er ermöglicht es Herstellern, die Lebensdauer ihrer Systeme vorherzusagen und sicherzustellen, dass sie den Anforderungen der jeweiligen Anwendung entsprechen. Darüber hinaus dient der Test als Grundlage für die Zertifizierung von Isoliersystemen nach internationalen Standards wie beispielsweise UL 1446.

CCT-Test - Modifizierung bestehender (zertifizierter) Isoliersysteme

Der Prüfkörper für die nachträgliche Änderung eines bekannten EIS ist der Sealed Tube (luftdicht abgeschlossener Glaskörper), in dem die chemische Kompatibilität überprüft wird. Er wird mit allen Bestandteilen des bestehenden Isoliersystems gefüllt, ergänzt mit den neuen Komponenten sie Twisted Pair Lackdrahtproben. Das Hauptaugenmerk liegt auf der Spannungsbelastbarkeit der Lackdrähte – ob also der Isolationslack durch eine Komponente des Isoliersystems geschädigt wird.

Verglichen wird mit einem Sealed Tube, in dem alle Bestandteile des originalen Elektroisoliersystems enthalten sind.

Die Sealed Tubes werden 336 Stunden lang bei 25°C über der Grenztemperatur der Wärmeklasse gelagert. Bestanden ist der Test, wenn mindestens 50% der Twisted Pair Proben die Spannungsprüfung im Vergleich zum Referenztube bestehen.

Die UL 1446 ist eine wichtige Prüfnorm für elektrische Isoliersysteme, die dazu beiträgt, die Sicherheit und Zuverlässigkeit von elektrischen Geräten und Anlagen zu gewährleisten. Die Norm umfasst eine Reihe von Prüfungen, die die elektrischen, thermischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften von EIS bewerten. Eine UL 1446-Zertifizierung bietet Herstellern und Anwendern von EIS eine Reihe von Vorteilen, darunter Sicherheit, Qualität, Anerkennung und Wettbewerbsvorteile.

Besonderheit Short-Term Thermal Aging Test (STTA) – Verkürzte Zulassung für (kleinen) Elektromotoren

Das Short-Term Thermal Aging (STTA) Testprogramm gemäß IEC 60335-1, Anhang C, bietet eine Möglichkeit zur beschleunigten Zulassung von bestimmten Niederspannungs-Elektromotoren (≤ 1000 Volt). Dieses Programm ermöglicht die Zertifizierung des Elektroisoliersystems nach IEC 60335-1, Anhang C für eine definierte Temperaturklasse (z. B. B, F, H) gemäß UL Standard 1004 Serie (Elektrische rotierende Maschinen).

Der STTA dient der Bestimmung der thermischen Alterungsbeständigkeit und Zertifizierung für eine bestimmte Temperaturklasse (z. B. Klasse B mit 130 °C). Dazu werden folgende Testparameter verwendet:

Testtemperatur: Kurzzeittest (siehe Tabelle) mit einer Temperatur, die bis zu 40 °C über der Nenntemperaturklasse liegt (z. B. 170 °C für Klasse B).

Proben: 8 Systeme (Testaufbau mit 6 Systemen), wobei 2 Systeme für ein Screening (Vortest) verwendet werden können

Motorengröße: Kleine Baugröße (NEMA 56 oder kleiner). Motoren mit hoher Wicklungsresistanz.

Prüfbedingungen für den Short Thermal Aging Test

Testzeit und Temperaturerhöhung gegenüber angestrebter Temperaturklasse

• 1000 Stunden 40 °C
• 2000 Stunden 30 °C
• 4000 Stunden 20 °C
• 8000 Stunden 10 °C

Die Vorteile des STTA-Testprogramms sind verkürzte Testzeiten im Vergleich zu herkömmlichen Langzeittests., dadurch reduzierte Kosten durch geringeren Zeit- und Materialaufwand und vor allem eine schnellere Markteinführung.

Das STTA-Testprogramm eignet sich besonders für Hersteller von Elektromotoren, die eine schnelle und kostengünstige Zertifizierung ihrer Produkte anstreben. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass das STTA-Testprogramm nicht für alle Arten von Elektromotoren geeignet ist.

Defined Life Thermal Aging (DLTA) – Thermischer Alterungstest für definierte Lebensdauer

Der DLTA-Test verfolgt den Ansatz, dass für eine verkürzte Produkteinsatzdauer gegenüber dem Full Aging Test (>20.000 Stunden) auch eine verkürzte Prüfzeit anzusetzen ist. Er ersetzt insofern den FTA in seinem Umfang und der Dauer.

Der DLTA ist ein thermischer Alterungstest, der speziell für Elektroisoliersysteme (EIS) entwickelt wurde, die in Anwendungen mit einer Betriebsdauer von 5.000 Stunden oder weniger eingesetzt werden. Dieses Programm bietet daher eine effiziente Möglichkeit zur Bewertung der Lebensdauer eines EIS für 1.500, 2.500, 4.000 oder 5.000 Betriebsstunden.

Vorteile des DLTA-Tests

• Reduzierter Prüfaufwand: Im Vergleich zu herkömmlichen, vollständigen thermischen Alterungstests werden für den DLTA-Test weniger Proben benötigt, und die Prüfzeit ist kürzer.
• Effiziente Lebensdauerbewertung: Der DLTA-Test ermöglicht eine gezielte Bewertung der Lebensdauer des EIS für spezifische Betriebsstunden.
• Konformität mit Standards: Die Prüfanforderungen sind in der IEC 61857 Teil 31 "Anwendungen mit einer Lebensdauer von 5 000 h oder weniger" festgelegt.

Der DLTA-Test folgt einem standardisierten Verfahren, das die thermische Belastung des EIS unter definierten Bedingungen simuliert. Die Ergebnisse des Tests geben Aufschluss über die zu erwartende Lebensdauer des Systems in der jeweiligen Anwendung.

Die in der UL 1446 beschriebenen Prüfungen sind eine effiziente Möglichkeit, um die Sicherheit und Leistungsfähigkeit von Elektroisoliersystemen zu bestimmen. Durch diese Prüfungen wird sichergestellt, dass die Isoliersysteme den Anforderungen an thermische, elektrische, mechanische und umweltbedingte Belastungen standhalten und somit einen sicheren und zuverlässigen Betrieb von elektrischen Geräten und Komponenten ermöglichen.

© Gerald Friederici 02/2025