Ochrona za pomocą obudów, barier izolacyjnych i nie tylko

Ponadto, możliwość takiego odkształcenia nie może wpłynąć negatywnie na stopień ochrony obudowy. Z kolei demontaż części obudów i barier izolacyjnych zapewniających ochronę zgodnie z tymi wymaganiami nie powinien być możliwy bez użycia jakiegokolwiek narzędzia. Pokrywy mocowane bez użycia wkrętów powinny mieć co najmniej jedną zauważalną cechę, np. wgłębienia, umożliwiające zastosowanie narzędzi w celu demontażu. Jeśli zaś pokrywa zostanie prawidłowo usunięta, nie może dojść do kontaktu narzędzia z częściami czynnymi.

Niniejszy podpunkt normy określa także, że bariera izolacyjna powinna być trwale zamocowana i warunki spodziewane podczas normalnej pracy nie mogą na nią negatywnie wpływać w takim stopniu, by jej niezbędne właściwości elektryczne i mechaniczne spadły poniżej poziomu minimalnych dopuszczalnych wartości dla danego zastosowania. Wreszcie części powinny być zabezpieczone przed poluzowaniem lub obróceniem, o ile takie poluzowanie lub obrócenie może powodować ryzyko pożaru, porażenia elektrycznego lub powstania obrażeń u ludzi.

Niniejsza norma określa w podpunkcie 5.6.2.3, że materiał izolacyjny zapewniający wyłączną izolację pomiędzy częścią czynną, a dostępną częścią metalową lub pomiędzy nieizolowanymi częściami czynnymi o różnym potencjale, powinien mieć odpowiednią grubość i być materiałem odpowiednim dla danego zastosowania. Ponadto jakakolwiek część przewodząca, która nie jest oddzielona co najmniej izolacją podstawową od elementów, na których może wystąpić napięcie powyżej 35 V prądu stałego, jest uważana za część czynną. Dostępna część metaliczna uważana jest za przewodzącą, jeżeli jej powierzchnia jest odsłonięta lub pokryta warstwą izolacyjną, która nie spełnia wymagań izolacji podstawowej. W Tablicy 2 przedstawiono przegląd wymaganej izolacji.

Tablica 1. Wymagany rodzaj izolacji zdefiniowany w IEC 61140

Sąsiadujące ze sobą ogniwa słoneczne połączone szeregowo w module nie powinny spełniać szczególnych wymagań dotyczących izolacji, o ile maksymalna rozpraszana moc pomiędzy dwoma sąsiadującymi ogniwami jest mniejsza niż 15 W (w oparciu o parametry znamionowe ogniwa słonecznego). Zarazem autorzy normy zwrócili uwagę, że  powyższe kryterium jest spełnione w przypadku typowego krystalicznego ogniwa krzemowego o napięciu obwodu otwartego ~0,7 V i prądzie zwarciowym ~9,0 A (6,3 W).

W zakresie koordynacji izolacji niniejsza norma określa, że budowa systemu izolacyjnego modułu PV zależy od kilku czynników mających na nią wpływ, w tym kategorii przepięciowej (patrz Załącznik B.2.2), stopnia zanieczyszczenia (B.2.2.3), materiałów, napięcia systemowego i napięcia roboczego. Z kolei w celu przeprowadzenia oceny minimalnych wartości oraz pomiaru istniejących odstępów izolacyjnych i dróg upływu należy wziąć pod uwagę ogólne wymagania dotyczące koordynacji izolacji zgodnie z odpowiednimi rozdziałami omówionego już standardu IEC 60664-1. Odpowiednie wymagania dotyczące koordynacji izolacji oraz pomiaru odstępów izolacyjnych i dróg upływu w modułach PV zostały wyodrębnione i wymienione w Załączniku B. W Załączniku B podano również przykłady określania odstępów izolacyjnych i dróg upływu.

Ponadto wymagania dotyczące odstępów izolacyjnych i dróg upływu nie mają zastosowania w sytuacji wymiarów własnych w obrębie komponentu. Takie wymiary powinny być zgodne z wymaganiami dla rozważanego komponentu ujętych we właściwych dla niego normach (np. standard IEC 62790 dla puszek przyłączeniowych dla modułów PV). Natomiast w celu określenia odstępu izolacyjnego lub drogi upływu od części przewodzących do części dostępnych, dostępną powierzchnię obudowy izolacyjnej należy uznać za przewodzącą tak, jakby była ona pokryta metalową folią wszędzie tam, gdzie można jej dotknąć znormalizowanym palcem probierczym zgodnym z normą IEC 61032:1997, Rysunek 2, sonda probiercza B. Odległości te powinny być dobrane odpowiednio do napięcia systemowego.

Przypomnijmy, że norma PN-EN 60664-1:2011 - wersja polska Koordynacja izolacji urządzeń elektrycznych w układach niskiego napięcia -- Część 1: Zasady, wymagania i badania określała wymagania dotyczące odstępów izolacyjnych powietrznych, odstępów izolacyjnych powierzchniowych i izolacji stałej urządzeń, w zależności od kryteriów ich eksploatacji. Miała ona zastosowanie do urządzeń na napięcie znamionowe do 1000 V prądu przemiennego o częstotliwości znamionowej do 30 kHz lub na napięcie znamionowe do 1500 V prądu stałego, przeznaczonych do pracy na wysokości do 2000 m nad poziomem morza. Norma ta została zastąpiona  normą PN-EN IEC 60664-1:2021-02 - wersja angielska Koordynacja izolacji urządzeń elektrycznych w układach niskiego napięcia -- Część 1: Zasady, wymagania i badania , która z kolei dotyczy koordynacji izolacji urządzeń o napięciu znamionowym do 1 000 V a.c. lub napięciu znamionowym do 1 500 V d.c. podłączonych do układów niskiego napięcia oraz układów o częstotliwości do 30 kHz. Koordynacja izolacji urządzeń w układach niskiego napięcia o częstotliwości znamionowej większej niż 30 kHz jest podana w IEC 60664-4. Z kolei wyższe napięcia mogą występować w obwodach wewnętrznych urządzeń. Norma ta ma ponadto zastosowanie do urządzeń przeznaczonych do pracy na wysokości do 2 000 m nad poziomem morza i przedstawia wskazówki do stosowania na większych wysokościach. Określa wymagania dla Komitetów Technicznych w zakresie określania izolacyjnych odstępów powietrznych i powierzchniowych oraz izolacji stałej urządzeń. Obejmuje metody prób elektrycznych, wymaganych z uwagi na koordynację izolacji.

Minimalne odstępy izolacyjne powietrzne określone w tym dokumencie nie mają zastosowania tam, gdzie występują zjonizowane gazy. Sprecyzowanie specjalnych wymagań, dotyczących takich przypadków, pozostaje zaś w gestii właściwego komitetu technicznego. Dokument ten nie dotyczy natomiast odstępów: w izolacji ciekłej, w izolacji gazowej innej niż powietrze oraz w powietrzu sprężonym.

Norma ta to zatem podstawowa publikacja dotycząca bezpieczeństwa, która jest przede wszystkim przeznaczona do użytku przez komitety techniczne przy opracowywaniu norm zgodnie z zasadami określonymi w IEC Guide104 i ISO/IEC Guide 51. Nie jest przeznaczona do użytku przez producentów lub jednostki certyfikujące. Jednym z obowiązków komitetu technicznego jest, w stosownych przypadkach, korzystanie z podstawowych publikacji dotyczących bezpieczeństwa przy przygotowywaniu publikacji. Wymagania, metody badań lub warunki badań niniejszej podstawowej publikacji dotyczącej bezpieczeństwa nie będą miały zastosowania, o ile nie zostaną wyraźnie wymienione lub uwzględnione w odpowiednich publikacjach. Jednak w przypadku niesprecyzowania wartości odstępów izolacyjnych powietrznych i powierzchniowych oraz izolacji stałej urządzeń we właściwych normach produktu, lub nawet braku takich norm, zastosowanie ma właśnie ta norma.

Z kolei norma IEC 61032:1997 określa szczegóły i wymiary sond pomiarowych przeznaczonych do weryfikacji ochrony zapewnianej przez obudowy w zakresie: ochrony osób przed dostępem do niebezpiecznych części znajdujących się wewnątrz obudowy oraz ochrony sprzętu wewnątrz obudowy przed wniknięciem stałych ciał obcych. W tej Normie Międzynarodowej zebrano w publikacji sondy obiektowe i sondy dostępu określone ówcześnie w innych normach, wraz z wszelkimi ówcześnie nowymi sondami. Norma ta posiada status podstawowej publikacji dotyczącej bezpieczeństwa zgodnie z IEC Guide 104.

Dodajmy wreszcie, że norma PN-EN 62790:2015-05 - wersja angielska Puszki przyłączeniowe do modułów fotowoltaicznych -- Wymagania bezpieczeństwa i badania ma zastosowanie do puszek przyłączeniowych do 1 500 V prądu stałego do stosowania w modułach fotowoltaicznych klasy II normy IEC 61140:2001. Norma ta ma zastosowanie również do obudów montowanych na PV-modułach fotowoltaicznych, zawierających układy elektroniczne do przetwarzania, sterowania, monitorowania lub podobnych operacji. Dodatkowe wymagania dotyczące odpowiednich działań powinny być stosowane biorąc pod uwagę środowiskowe warunki PV-moduły. Zarazem jednak dokument ten nie ma zastosowania do układów elektronicznych tych urządzeń, dla których inne normy IEC mają zastosowanie.

W dalszej części norma stwierdza, że generalnie uważa się, zgodnie z omówionym wcześniej standardem IEC 60664-1, że makrośrodowisko dla całego modułu PV ma stopień zanieczyszczenia 3. W przypadku obudów mających stopień ochrony IP 55 lub wyższy zgodnie ze standardem IEC 60529, rozważania dotyczące mikrośrodowiska można ograniczyć do stopnia zanieczyszczenia 2. Z kolei w przypadku części zamkniętych lub hermetyzowanych w celu zapewnienia ochrony przed wnikaniem pyłu i wilgoci, wymagana jest minimalna droga upływu odpowiadająca stopniowi zanieczyszczenia 2, jeżeli spełnione są kryteria badań omówionego wyżej standardu IEC 61730-2 (z wyjątkiem sekwencji badań B.1). Norma określa też, że jakakolwiek zmiana odstępów będzie wymagać ponownej oceny zgodnie z wieloczęściową normą IEC 61730 oraz IEC TS 62915. Wreszcie w przypadku elementów zamkniętych lub hermetyzowanych w celu zapewnienia ochrony przed wnikaniem pyłu i wilgoci może być stosowany stopień zanieczyszczenia 1, jeżeli spełnione są dodatkowe wymagania zgodnie z normą IEC 61730-2, sekwencja badań B.1.

Przypomnijmy w tym miejscu, że IP (ang. International Protection Rating, czasami Ingress Protection Rating) to stopień ochrony zapewnianej przez obudowę urządzenia elektrycznego przed:

• dostępem do niebezpiecznych części wewnątrz obudowy,
• wnikaniem obcych ciał stałych,
• szkodliwymi skutkami wnikania wody.

Kod IP stosuje się do oznaczania pustych obudów elektrycznych ale też do oznaczania pojazdów samochodowych i ich części, budynków np. myjni itp. Według normy PN-EN 60529:2003:

Kod IP (ang. IP Codes) to system oznaczania stopni ochrony zapewnianej przez obudowy przed dostępem do części niebezpiecznych, wnikaniem obcych ciał stałych, wnikaniem wody oraz system podawania dodatkowych informacji związanych z taką ochroną.

Oznaczenie składa się z liter IP, dwóch cyfr charakterystycznych i z dwóch opcjonalnych liter – dodatkowej i uzupełniającej. Uwagi wg PN-EN 60529:2003:

• jeżeli nie wymaga się określania cyfry charakterystycznej, powinna być ona zastąpiona literą X (albo XX jeżeli obie cyfry nie są wymagane),
• litery dodatkowe oraz litery uzupełniające, mogą być opuszczone bez zastępowania,
• jeżeli użyto więcej niż jednej litery uzupełniającej, należy zachować ich kolejność alfabetyczną,
• jeżeli obudowa zapewnia różne stopnie ochrony dla różnych układów montażowych, odpowiednie stopnie ochrony powinny być podane przez producenta w instrukcjach dotyczących tych układów.

Znaczenie poszczególnych znaków:

• pierwsza cyfra charakterystyczna – oznacza, że obudowa zapewnia ochronę ludzi przed dostępem do niebezpiecznych części umieszczonych wewnątrz i równocześnie zapewnia ochronę przed wnikaniem obcych ciał stałych,
• druga cyfra charakterystyczna – oznacza, że obudowa zapewnia ochronę przed skutkami wnikania wody,
• litera dodatkowa (nieobowiązkowa) – oznacza, że obudowa zapewnia ochronę ludzi przed dostępem do niebezpiecznych części. Stosuje się ją, gdy:
  • ochrona przed dostępem do niebezpiecznych części jest wyższa niż wynika to z oznaczenia pierwszą cyfrą charakterystyczną,
  • oznaczana jest ochrona tylko przed dostępem do części niebezpiecznych – wówczas pierwsza cyfra charakterystyczna zastępowana jest literą X.
• litera uzupełniająca (nieobowiązkowa) – oznacza takie wyjątkowe przypadki, kiedy w trakcie badań trzeba określić (zastosować) dodatkowe procedury, np. badanie szkodliwego efektu wnikania wody, gdy ruchome części urządzenia (np. wirnik) są w ruchu.

Warto też dodać, że Niemiecka norma DIN 40050-9 definiuje dodatkowe oznaczenia:

• IPX4K – ochrona przed bryzgami wody o zwiększonym ciśnieniu,
• IPX6K – ochrona przed strumieniem wody o zwiększonym ciśnieniu, dotyczy w szczególności pojazdów drogowych,
• IPX9K – ochrona przed wysokim ciśnieniem wody podczas czyszczenia strumieniowego/parowego, dotyczy w szczególności pojazdów drogowych.

Dodajmy także, że norma IEC TS 62915: 2018 (E) określa jednolite podejście do utrzymania homologacji typu, projektu i kwalifikacji bezpieczeństwa naziemnych modułów fotowoltaicznych, które przeszły lub zostaną zmodyfikowane w stosunku do pierwotnie ocenionego projektu. Zmiany w doborze materiałów, komponentach i procesie produkcyjnym mogą wpłynąć na parametry elektryczne, niezawodność i bezpieczeństwo zmodyfikowanego produktu. W tym dokumencie wymieniono typowe modyfikacje i wynikające z nich wymagania dotyczące ponownego testowania w oparciu o różne normy testowe. Ten dokument jest ściśle powiązany z seriami norm IEC 61215 i IEC 61730.

Niniejsza norma określa w podpunkcie 5.6.3.3, że jeżeli chodzi o upływ, to materiał izolacyjny znajdujący się pomiędzy częściami dostępnymi, a częściami przewodzącymi prąd bądź pomiędzy częściami przewodzącymi prąd o różnej biegunowości mającymi powierzchnię, na której mogą pojawić się ścieżki upływu i są wykonane z materiałów polimerowych, ma tendencję do przewodzenia po powierzchni w wyniku wyładowania. Materiały te powinny być podzielone na grupy materiałowe (minimum grupa materiałowa IIIb) w celu oszacowania minimalnych dróg upływu (patrz Załącznik B). Dla celów niniejszej normy materiały zakwalifikowane do grup materiałowych IIIa i IIIb zostały połączone jako grupa materiałowa III. Materiałów zakwalifikowanych do grupy IIIb nie zaleca się natomiast do zastosowań w środowisku o stopniu zanieczyszczenia 3 powyżej 600 V. Wreszcie materiały, przykładowo wewnętrzne warstwy wielowarstwowego pokrycia tylnego, które nie stanowią części ścieżki upływu (upływu) nie wymagają charakteryzowania grupy materiałowej. 

Odstępy izolacyjne (cl) i drogi upływu (cr) powinny być dobrane zgodnie z Tablicami 3 i 4. W celu przeprowadze- nia oceny minimalnych odstępów izolacyjnych i dróg upływu należy zaś uwzględnić ogólne wymagania dotyczące koordynacji izolacji zgodnie z omówionym wcześniej standardem IEC 60664-1. Odpowiednie wymagania dotyczące koordynacji izolacji oraz pomiaru odstępów izolacyjnych i dróg upływu w modułach PV zostały wyodrębnione i wymienione w Załączniku B.

Gdy ścieżka upływu przebiega wzdłuż powierzchni granicznej pomiędzy materiałami zakwalifikowanymi do róż- nych grup materiałowych, zastosowanie będzie miał wyższy numer grupy. Wartości odstępów izolacyjnych podane w Tablicach 3 i 4 obowiązują dla instalacji położonych na wysokości do 2 000 m. Jeżeli zaś urządzenie jest przystosowane do pracy na wysokości powyżej 2 000 m, wówczas wartości wszystkich odstępów izolacyjnych należy pomnożyć przez odpowiedni współczynnik (Tablica B.3). Zarazem autorzy normy zwrócili uwagę, że  w zależności od wysokości, mogą być także zmienione napięcia znamionowe systemu. Wreszcie norma stwierdza, że wymagania dotyczące dróg upływu nie mają zastosowania w przypadku odstępu przez izolację (np. w przypadku spoin klejowych). 

W podpunkcie 5.6.4.1 omawiany dokument wskazuje, że stała izolacja w rozumieniu niniejszej normy może składać się z jednej warstwy lub wielu warstw, które zazwyczaj występują jako cienkie warstwy (patrz podpunkt 5.6.4.3 poniżej ) oraz spoiny klejowe (5.6.4.2). Z kolei właściwości izolacji stałej wykonanej z materiałów polimerowych zdefiniowane są w omówionym wcześniej punkcie 5.5.2 niniejszej normy i weryfikowane są na podstawie badań opisanych w omówionym  wyżej standardzie IEC 61730-2. Ponadto odstępy przez izolację (dti) są wymagane tylko w przypadku izolacji dodatkowej, podwójnej lub wzmocnionej, jak pokazano w wierszach 4 w Tablicach 3 i 4 (patrz Załącznik B).

W dalszej treści normy czytamy, że materiały polimerowe stosowane jako klejowe części izolacji oraz jako izolacja w cienkich warstwach powinny wytrzymywać narażenia środowiskowe, cieplne i mechaniczne na tyle, na ile będą się te narażenia pojawiać. Powinny też być zgodne z wymaganiami wymienionymi w 5.5.2. Izolacja powinna ponadto odpowiadać klasyfikacji materiałów podanej w IEC 60216-1, IEC 60216-2 oraz IEC 60216-5 (RTI/RTE/TI). Zarazem autorzy normy zwrócili uwagę, że  inne niepolimerowe materiały jak szkło, mogą być również użyte jako części spoin klejowych.

Dodajmy także, że wydajności cieplne materiałów elektroizolacyjnych bardzo często mierzone są zgodnie ze standardami norm IEC 60216-1 i IEC 60216-2, a normy te, objaśniają w jaki sposób określany jest wskaźnik temperatury (TI), który wyraża temperaturę w której wybrany parametr osiąga krytyczny poziom, po 20 000 godzinach pracy. W przypadku elastomerów, takich jak poliolefiny, norma IEC 60216-2 zaleca użycie parametru „wydłużenie podczas zerwania” do określenia końca okresu używalności. Kiedy parametr ten osiągnie wartość poniżej 50%, zakłada się, że elastomer utracił swoje właściwości izolacyjne. Tą metodę można uznać za dość zachowawczą i stosowana jest głównie w sytuacjach,  w których materiał nie podlega wydłużeniu, po zainstalowaniu. Określenie indeksu temperaturowego materiału izolacyjnego opiera się na pomiarze jego wydłużenia podczas zerwania w różnych zadanych temperaturach  oraz przy uwzględnieniu czasu narażenia 20 000 godzin. Przyjmuje się, że istnieje liniowa zależność  między logarytmem czasu niezbędnego do spowodowania spadku wydłużenia podczas zerwania do 50% a odpowiadającą mu temperaturą bezwzględną (zależność Arrheniusa). Zależność Arrheniusa pozwala również na ustalenie Przedziału Temperaturowego Połówkowego (halving Interval HIC), czyli przedziału temperaturowego wymaganego do podwojenia (w przypadku spadku) połowy (w przypadku wzrostu) oczekiwanego czasu życia. Przyjmuje się, że wartość ta wynosi 10 ° C dla materiałów izolacyjnych.  Tak więc, obniżenie temperatury pracy  o 10 °C oznacza podwojenie żywotności materiału a podniesienie jej o 10°C adekwatnie skróci żywotność o połowę. Jednak ten związek liniowy nie dotyczy wysokich temperatur.

Na koniec tej części warto przypomnieć, że względny wskaźnik temperatury (RTI) jest charakterystycznym parametrem związanym z termiczną degradacją tworzyw sztucznych. RTI jest częścią programu starzenia termicznego zgodnie z normą UL 746B firmy UL. W ramach programu UL 746B badana jest degradacja niektórych właściwości materiału, takich jak wytrzymałość dielektryczna i mechaniczna, pod kątem starzenia termicznego. RTI to temperatura w stopniach C, w której właściwości spadły do 50 procent swojej wartości początkowej po długotrwałym wystawieniu na działanie tej temperatury. Chociaż RTI jest indeksem, podaje się go w stopniach Celsjusza. Norma UL 746B rozróżnia trzy podkategorie RTI:

• Elektryczny RTI, który odnosi się do właściwości izolacji elektrycznej.
• Udarność mechaniczna RTI, która odnosi się do wydajności mechanicznej z uderzeniem
• Wytrzymałość mechaniczna RTI, która odnosi się do wydajności mechanicznej bez uderzenia

W podpunkcie 5.6.4.2 omawianego dokumentu znalazło się omówienie zagadnienia spoin klejowych. Przypomnijmy zatem na wstępie, że połączenia klejowe to połączenia mechaniczne, w których wykorzystuje się adhezyjne właściwości substancji klejowych. Klej wnika w drobne pory, nierówności (adhezja mechaniczna) na powierzchni materiału, po czym twardnieje. Czasem przy klejeniu tworzyw sztucznych dodatkowo następuje częściowe rozpuszczenie powierzchni klejonych. Połączenie tego typu w budowie maszyn stosowane jest często, zwłaszcza jeśli trzeba połączyć różne materiały (metal, tworzywa sztuczne, szkło, gumę itp). Ponadto stosuje się również połączenie klejowe ciasno pasowanych elementów, co daje takiemu połączeniu pewną nośność wynikającą z tarcia, nawet po zerwaniu właściwego połączenia klejowego.  Prawidłowo zaprojektowane złącze powinno przenosić głównie naprężenia ścinające i mieć formę zakładki. Konstruując połączenie klejowe należy dążyć do zwiększenia powierzchni złącza ze względu na niską jednostkową wytrzymałość mechaniczną.

Czynniki technologiczne wpływające na wytrzymałość spoiny klejowej można podzielić na:

• poprawny dobór kleju - należy określić jakie zadania ma spełniać złącze i po zebraniu wytycznych odrzucić te opcje, które ze względu na metodę lub warunki wykonywania połączeń są nieopłacalne lub nie wykonalne
• odpowiednie przygotowanie powierzchni przeznaczonych do złączenia - odpowiednio przygotowana powierzchnia: nie posiada zanieczyszczeń, charakteryzuje się dobrą zwilżalnością, posiada zdolność do tworzenia wiązań międzyfazowych, jest stabilna przez założony czas eksploatacji oraz ma powtarzane właściwości
• odpowiednia ilość utwardzacza
• mechanizm i parametry utwardzania
• czas roboczy kleju
• grubość warstwy kleju
• obecność pęcherzy powietrza
• sposób nanoszenia kleju.

Przypomnijmy także, że kleje konstrukcyjne (utwardzone spoiny klejowe połączeń konstrukcyjnych) są syntetycznymi, reaktywnymi, wielkocząsteczkowymi tworzywami adhezyjnymi o strukturze usieciowanej. Prognozowanie wytrzymałości połączeń klejowych stwarza trudności ze względu na to, że wytrzymałość doraźna takich połączeń zależy od wielu czynników: materiałowych, technologicznych i konstrukcyjnych. Z kolei uproszczone, analityczne metody obliczania wytrzymałości połączeń klejowych oparte na teorii Volkersena są mało dokładne. Duże możliwości dokładniejszego wyznaczania naprężeń w spoinach klejowych stwarza MES. Jednak aby uzyskane wyniki obliczeń były wiarygodne i przydatne do projektowania klejonych struktur, zbudowany model numeryczny połączenia powinien uwzględniać specyfikę tego typu połączeń, a zwłaszcza spoin klejowych.

Zniszczenie połączenia klejowego może mieć charakter kohezyjny lub adhezyjny. Niszczące naprężenia kohezyjne spoiny można odnosić do niszczących naprężeń tworzywa adhezyjnego stosowanego do klejenia przy uwzględnieniu wpływu skali (spoiny klejowe mają grubość rzędu 0,1 mm). Wytrzymałość adhezyjna spoin jest, przy tym, funkcją nie tylko właściwości adhezyjnych kleju, ale również właściwości adhezyjnych powierzchni klejonych części. Te ostatnie zależą nie tylko od rodzaju łączonych materiałów, lecz także od sposobu przygotowania ich powierzchni do klejenia.

Właściwości adhezyjne połączeń klejowych można porównywać jakościowo, badając znormalizowane próbki przygotowane do klejenia różnymi metodami, ale powstaje problem adaptacji wyników takich badań do obliczeń numerycznych. Spoiny klejowe charakteryzuje mała grubość w porównaniu z pozostałymi wymiarami oraz w porównaniu z grubością klejonych elementów. W prawidłowo zaprojektowanych połączeniach klejowych, tj. obciążonych na ścinanie, spiętrzenie naprężeń występuje na krawędziach spoin. Istnieje też tendencja, aby zagęszczać siatki elementów w tych właśnie miejscach, gdzie wartości naprężeń są największe, decydujące o wytrzymałości konstrukcji. Z analizy odkształceń krawędzi spoiny klejowej obciążonej na ścinanie wynika, że naprężenia styczne powinny istotnie zmieniać się wzdłuż grubości spoiny

— w warstwie spoiny przylegającej do jednego z klejonych elementów wartość naprężeń stycznych powinna dążyć do zera, a w warstwie przylegającej do drugiego osiągać duże wartości. Wynikałoby z tego, że spoinę należy dzielić na warstwy wzdłuż jej grubości, co powoduje dalsze zagęszczanie siatki i rozbudowywanie zadania.

W omawianym dokumencie czytamy, że odstępy izolacyjne przez spoiny klejowe podane w wierszach 4 w Tablicach 3 i 4 (wartości odstępów przez spoiny klejowe zostały wyodrębnione z Tablicy 13 normy IEC 61558-1:2005) należy stosować, jeżeli zgodnie z omówionym wyżej standardem IEC 61730-2 spełnione są następujące wymagania.

• Spoina pomiędzy częścią sztywną a częścią sztywną

• Oględziny (części MST 01 mające zastosowanie), które mają na celu sprawdzenie, czy w materiałach izolacyjnych nie występują pęknięcia ani ubytki, które same bądź w połączeniu powodują zmniejszenie długości odstępów wynikających ze spoiny klejowej poniżej wymaganych wartości.
• Badanie izolacji (MST 16) z zastosowaniem 1,35 razy wyższego napięcia probierczego.

• Badanie prądu upływu w warunkach wilgotnych (MST 17) z zastosowaniem 1,35 razy wyższego napięcia probierczego.
• Elektroizolacyjny klej/uszczelniacz, tam gdzie jest właściwe, powinien mieć rezystywność objętościową większą niż 50 × 106 Ω cm (na sucho) i większą niż 10 × 106 Ω cm (na mokro), zmierzoną zgodnie ze standardem IEC 62788-1-2, metoda A.

Zwrócono także uwagę, że mokre/suche warunki określone są na podstawie  wymagań standardu UL 746C, Rozdział 14.

• Badanie wytrzymałości na ścinanie przy rozciąganiu połączeń na zakładkę (MST 36).

• Spoina pomiędzy częścią sztywną a częścią elastyczną, a także pomiędzy częścią elastycznej a częścią elastyczną
  • Oględziny (części MST 01 mające zastosowanie), które mają na celu sprawdzenie, czy w materiałach izolacyjnych nie występują pęknięcia ani ubytki, które same bądź w połączeniu powodują zmniejszenie odstępów przez spoinę klejową poniżej wymaganych wartości.
  • Badanie izolacji (MST 16) z zastosowaniem 1,35 razy wyższego napięcia probierczego.

• Badanie prądu upływu w warunkach wilgotnych (MST 17) z zastosowaniem 1,35 razy wyższego napięcia probierczego.
• Elektroizolacyjny klej/uszczelniacz, tam gdzie jest właściwe, powinien mieć rezystywność objętościową większą niż 50 × 106 Ω cm (na sucho) i większą niż 10 × 106 Ω cm (na mokro), zmierzoną zgodnie ze standardem IEC 62788-1-2, metoda A.

Ponadto autorzy normy zwrócili uwagę, że wilgotne/suche warunki określone są na podstawie standardu UL 746C, Rozdział 14.

• Badanie wytrzymałości na odrywanie (MST 35).

Przypomnijmy, że wycofana już norma PN-EN 61558-1:2009 - wersja polska

Bezpieczeństwo użytkowania transformatorów, zasilaczy, dławików i podobnych urządzeń -- Część 1: Wymagania ogólne i badania podawała 99 zdefiniowanych terminów oraz ogólne wymagania i badania dotyczące bezpieczeństwa (elektrycznego, cieplnego i mechanicznego) użytkowania transformatorów suchych, zasilaczy włączając zasilacze impulsowe oraz dławików, których uzwojenia mogą być całkowicie zamknięte lub zalane w żywicy oraz bezpieczeństwa użytkowania transformatorów, zasilaczy, zasilaczy impulsowych i dławików zawierających obwody elektroniczne. Zastępująca ją norma  PN-EN IEC 61558-1:2019-10 - wersja angielska

Bezpieczeństwo użytkowania transformatorów, dławików, zasilaczy i zespołów takich urządzeń -- Część 1: Wymagania ogólne i badania dotyczy aspektów bezpieczeństwa takich jak elektryczne, cieplne i mechaniczne aspekty transformatorów, zasilaczy, dławików i zespołów takich urządzeń.

Dokument ten obejmuje następujące transformatory suche do niezależnego stosowania lub skojarzone, stacjonarne lub przenośne, zasilacze, włączając zasilacze impulsowe oraz dławiki i zespoły takich urządzeń w zakresie bezpieczeństwa użytkowania. Uzwojenia mogą być całkowicie zamknięte lub zalane w żywicy. Urządzenia te nie tworzą części sieci dystrybucyjnej.

Autorzy tej normy skazali także, że różnica między transformatorami, zasilaczami i zasilaczami impulsowymi jest następująca:

• w przypadku transformatorów, nie ma przemiany częstotliwości. Jednak, transformatory (np. transformatory stabilizujące napięcie) mogą pracować przy wewnętrznej częstotliwości rezonansowej nie przekraczającej 30 kHz;
• w przypadku zasilaczy, częstotliwość robocza wewnętrzna i kształt przebiegu są inne niż częstotliwość zasilająca i kształt przebiegu, przy czym częstotliwość robocza wewnętrzna nie przekracza 500 Hz (patrz definicja 3.1.19);
• w przypadku zasilaczy impulsowych, częstotliwość robocza wewnętrzna i kształt przebiegu są inne niż częstotliwość zasilająca i kształt przebiegu, przy czym częstotliwość robocza wewnętrzna mieści się w granicach od 500 Hz do 100 MHz.

Odpowiednie części 2 można znaleźć we wprowadzeniu niniejszej normy.

a) Stacjonarne lub przenośne, jednofazowe lub wielofazowe, chłodzone powietrzem (w sposób naturalny lub wymuszony), transformatory separacyjne i transformatory bezpieczeństwa, do niezależnego stosowania lub skojarzone o następujących parametrach:

• znamionowe napięcie zasilające nie przekraczające 1 000 V prądu przemiennego;
• znamionowa częstotliwość zasilająca nie przekraczająca 500 Hz;

oraz odpowiednio do następujących wartości, jeśli nie postanowiono inaczej, stosownie do odpowiedniej części IEC 61558-2:

• w przypadku transformatorów separacyjnych:

– moc znamionowa wtórna transformatorów jednofazowych nie przekracza 25 kVA, a transformatorów wielofazowych nie przekracza 40 kVA.

– napięcie wtórne w stanie jałowym i znamionowe napięcie wtórne przekracza 50 V prądu przemiennego i nie przekracza 500 V prądu przemiennego, lub 1 000 V prądu przemiennego zgodnie z krajowymi przepisami instalowania lub w przypadku zastosowań specjalnych.

• w przypadku transformatorów bezpieczeństwa:

– znamionowa moc wtórna transformatorów jednofazowych nie przekracza 10 kVA, a transformatorów wielofazowych nie przekracza 16 kVA.

– napięcie wtórne w stanie jałowym i znamionowe napięcie wtórne nie przekracza 50 V prądu przemiennego między przewodami, lub między dowolnym przewodem a uziemieniem ochronnym.

W tym miejscu zwraca się także uwagę, że transformatory separacyjne i transformatory bezpieczeństwa stosowane są, gdy między obwodami wymagana jest izolacja podwójna lub wzmocniona przez przepisy instalowania lub specyfikację urządzenia, (na przykład zabawki, dzwonki, narzędzia przenośne, lampy ręczne).

b) Stacjonarne lub przenośne, jednofazowe lub wielofazowe, chłodzone powietrzem (w sposób naturalny albo wymuszony), transformatory separacyjne, autotransformatory, transformatory regulowane i małe dławiki do niezależnego stosowania lub skojarzone o następujących parametrach:

• znamionowym napięciu zasilającym nie przekraczającym 1 000 V prądu przemiennego;
• znamionowej częstotliwości zasilającej nie przekraczającej 500 Hz;

Z kolei wymagania UL 746C obejmują części wykonane z materiałów polimerowych stosowanych w sprzęcie elektrycznym i opisują różne procedury testowe oraz ich zastosowanie w testowaniu takich części i wyposażenia. Wymagania te nie obejmują określonych systemów izolacyjnych, które są objęte wymaganiami zawartymi w normie dotyczącej systemów materiałów izolacyjnych - UL 1446. W niniejszym dokumencie podano natomiast procedury testowe do oceny materiałów polimerowych w określonych zastosowaniach. Te procedury testowe obejmują odniesienia do danych uzyskanych z badań właściwości na małą skalę przeprowadzonych w standardowych warunkach, a także innych praktycznych środków oceny. O ile nie wskazano inaczej, części wykonane za pomocą technologii wytwarzania przyrostowego (AM) ocenia się, poddając część produktu końcowego lub próbki do badań wyciętą z części produktu końcowego określonym testom. W przypadku tego standardu próbki testowe wydrukowane - do celów wstępnej selekcji - w określonych wymiarach lub przycięte do określonych wymiarów z części drukowanej mogą reprezentować produkt końcowy, gdy stosowane są te same warunki produkcji.

Dodajmy, że UL, LLC to globalna firma zajmująca się certyfikacją bezpieczeństwa z siedzibą w Northbrook w stanie Illinois. Posiada biura w 46 krajach. Założona w 1894 roku jako Underwriters 'Electrical Bureau (biuro National Board of Fire Underwriters), była znana przez cały XX wiek jako Underwriters Laboratories i brała udział w analizie bezpieczeństwa wielu nowych technologii tego wieku. UL jest jedną z kilku firm zatwierdzonych do przeprowadzania testów bezpieczeństwa przez amerykańską agencję federalną, Occupational Safety and Health Administration (OSHA). OSHA prowadzi listę zatwierdzonych laboratoriów badawczych, znanych jako laboratoria badawcze uznawane w kraju. Oprócz testowania UL wyznacza standardy branżowe, których należy przestrzegać podczas tworzenia innowacyjnych produktów. Rocznie około 14 miliardów produktów ze znakiem UL jest wprowadzanych na światowy rynek.

Z kolei rezystywność, rezystywność skrośna (oporność właściwa, rezystywność objętościowa), ρ_v to zdolność materiału do ograniczania natężenia przepływu prądu elektrycznego. Liczbowo równa jest stosunkowi napięcia stałego przyłożonego do dwóch elektrod umieszczonych po przeciwległych stronach próbki do wartości natężenia prądu płynącego na skroś próbki, miedzy elektrodami, z wyłączeniem składowej tego prądu płynącej po powierzchni próbki, i odniesionemu do powierzchni elektrody (pola przekroju poprzecznego próbki) i odległości między elektrodami (długości próbki). Jednostką jest Ωm. Stosowana jest też podwielokrotność Ωcm (1 Ωm = 100 Ωcm). Równie często (np. w przypadku cieczy dielektrycznych) stosuje się konduktywność skrośną (przewodność) γ_v. Jej jednostką jest S/m. Stosuje się też często podwielokrotność pS/m (1 pS/m = 10^-12 S/m). Jak wspomniano wyżej w omawianej normie, pomiarów tej wielkości należy dokonywać w oparciu o standard IEC 62788-1-2. Przypomnijmy zatem, że norma PN-EN 62788-1-2:2016-11 - wersja angielska Procedury pomiarowe dla materiałów stosowanych w modułach fotowoltaicznych -- Część 1-2: Enkapsulanty -- Pomiar rezystywności enkapsulantów oraz innych materiałów polimerowych

dostarcza metodę oraz wskazówki związane z pomiarem rezystywności materiałów używanych w celu enkapsulacji, uszczelnienia krawędzi, folii stosowanych na stronie przedniej i tylnej, a także wszelkich innych materiałów izolacyjnych znajdujących zastosowanie w modułach fotowoltaicznych (PV). Badanie przeprowadza się na wstępnie kondycjonowanych suchych, wilgotnych lub mokrych próbkach. W przypadku folii składających się z wielu warstw, stosowanych zarówno na stronie przedniej jak i tylnej modułów, zmierzona rezystywność będzie pewną wartością wypadkową. Badanie przewidziane jest dla pomiarów wykonywanych w temperaturze pokojowej, ale może również być stosowane w wyższych temperaturach.

Jak wiadomo, degradacja modułów PV występuje częściowo wskutek korozji elektrochemicznej, a po części w efekcie degradacji indukowanej napięciem. Procesy te mogą być zależne od rezystywności składnika polimerowego. Stąd też rezystywność stałoprądowa składników polimerowych jest istotna z punktu widzenia projektowania modułów oraz ich trwałości podczas eksploatacji w warunkach naturalnych. Ponadto wartość rezystywności może być zależna od aktualnego stanu wystarzenia, temperatury, zawartości wody w materiale a także jego historii napięciowej (związanej z polaryzacją modułu). W normie tej przedstawionych zostało także wiele opcji tak by pomiary mogły być zostać wykonane w sposób odpowiadający warunkom dla modułu zainstalowanego w reprezentatywnych warunkach zewnętrznych.

Większość przyrządów oraz metod pomiarów rezystywności zazwyczaj staje się niedokładna i niepowtarzana w przypadku materiałów o rezystywności powyżej 10^16 Ω•cm. Stąd też niniejsza norma odnosi się do pomiarów rezystywności poniżej 1⋅10^17 Ω•cm. Omówione pomiary stosowane mogą być zarówno w przypadku materiałów jednolitych, jak i wielowarstwowych (np. folie stosowane odpowiednio na stronie przedniej i tylnej). Opisane zostały metody pomiarów w temperaturze pokojowej ale załączono także wskazówki dotyczące również testów w podwyższonych temperaturach. Ponieważ wyniki pomiarów będą zależne od zawartości wilgoci stąd materiały powinny być badane w sposób przewidujący ich zastosowanie. Załączono w tym celu procedury wstępnego starzenia w suchym, wilgotnym oraz mokrym środowisku. W zależności od materiału również historia napięciowa (polaryzacji) będzie miał wpływ na wynik pomiaru. Szybkość zmian prądu oraz czas dochodzenia do stanu równowagi zmienia się wraz z materiałem często osiągając godziny czy dni zanim osiągnięty zostanie stały poziom. Z tego powodu wprowadzono metody badań długo- i krótkotrwałych (Metody A i B). Krótkotrwałe zmiany polaryzacji wyszczególnione jako Metoda B ma na celu porównania jakościowe. Metoda A, długotrwałe zmiany polaryzacji typu Włącz/Wyłącz, zalecana jest w celu zbadania odporności modułu na efekt PID.

Pomiary uzyskane przy użyciu jednej z tych metod mogą być wykorzystywane przez producentów materiałów w celu kontroli jakości stosowanych przez nich elektrycznych materiałów izolacyjnych jak również w specyfikacjach technicznych ich produktów. Producenci modułów PV mogą korzystać z tych metod w celu uzyskania odbioru jakościowego czy wyboru materiałów, opracowania procesu produkcyjnego, analizy konstrukcji lub analizy uszkodzeń.

Wreszcie przedstawiona metoda pomiarów może być również wykorzystana w celu monitorowania jakości elektrycznych materiałów izolacyjnych w celu oceny ich trwałości.

W tym miejscu wypada też wspomnieć o normie PN-EN 62788-1-5:2017-01 - wersja angielska

Procedury pomiarowe dla materiałów używanych w modułach fotowoltaicznych – Część Enkapsulanty -- Pomiar zmiany wymiarów liniowych arkuszy materiału enkapsulancyjnego wynikających z zastosowanych warunków termicznych, która opisuje metody pomiaru maksymalnej reprezentatywnej zmiany wymiarów liniowych arkusza folii materiału enkapsulacyjnego w warunkach nieograniczonego narażenia termicznego jakie można napotkać bądź nie podczas procesu produkcji modułu fotowoltaicznego (PV). Norma nie uwzględnia jakichkolwiek naprężeń, które mogą pojawić się w wyniku ograniczonych zmian wymiarów lub tarć powstałych w trakcie produkcji modułu. Dane wykonane w oparciu o opisaną metodę mogą być wykorzystane przez producentów materiałów enkapsulacyjnych w celu kontroli zarówno jakości ich produktu jak również specyfikacji parametrów w kartach katalogowych produktów. Dane wykonane w oparciu o opisaną metodę mogą być także wykorzystane przez producentów modułów PV w celach akceptacji (odbioru) stosowanych materiałów, poprawy procesu produkcyjnego, analizy projektu modułu bądź analizy zaobserwowanych wad. Ta metoda może ponadto służyć również do zbadania innych materiałów, takich jak dolne i górne arkusze, jak opisano w normie IEC 62788-2. Pewne szczegóły badań (w tym podłoża i wielkości próbek) są wyspecyfikowane dla tej aplikacji w 62788-2.