ما هو المعايرة الحرارية ولماذا يحتاج صانعو MCB و MCCB إليها؟

في مصنع قواطع الدائرة، اللحظة التي تحدد ما إذا كان قاطع الدائرة المصغر النهائي آمنًا أم خردة هي thermal calibration. إنها الخطوة التي يتم فيها تقليم والتحقق من العنصر ثنائي المعدن داخل كل قاطع بحيث ينفصل الجهاز ضمن نافذة الوقت الدقيقة المطلوبة بواسطة المعيار — ليس ثانية مبكرًا جدًا، ولا ثانية متأخرًا جدًا. غالبًا ما يسمي المشترون هذه المرحلة اختبار التأخير، لأن ما يتم قياسه فعليًا هو كم من الوقت يستغرق القاطع للانفصال عند تيار زيادة محدد. بالنسبة لمصنعي قواطع الدائرة المصغرة (MCBs)، وقواطع الدائرة المتوسطة (MCCBs)، وقواطع الدائرة مع الحماية المتبقية (RCBOs) التي تُشحن إلى الأسواق التي تتطلب الامتثال لمعايير IEC، فإن إتمام هذه المرحلة بشكل صحيح هو الفرق بين منتج يحمي الدائرة ومنتج يفشل في التدقيق. تشرح هذه المقالة ما هو المعايرة الحرارية لقاطع الدائرة المصغر في الواقع، وكيف ينقسم اختبار التأخير إلى التحقق طويل الأمد وقصير الأمد، ولماذا تحتوي منحنيات B و C و D على معايير نجاح مختلفة بموجب IEC 60898-1، وما هي المعدات التي تدير العملية على خط إنتاج حديث.

بواسطة هوانغ شياولي | بنلونغ للأتمتة

ما هي المعايرة الحرارية في تصنيع قواطع الدائرة؟

تُستخدم تقنية الفصل الحراري-المغناطيسي من قبل جميع قواطع الدائرة منخفضة الجهد تقريبًا. يتم التعامل مع حالة التحميل الزائد باستخدام شريط ثنائي المعدن، يتكون من معدنين موضوعين معًا بمعدلات تمدد حراري مختلفة. لذلك، عندما يتجاوز التيار الحدود المحددة، يسخن الشريط وينحني نحو المعدن الذي يتمدد بوتيرة أبطأ. سيؤدي مقدار الانحناء المناسب إلى تحرير مزلاج الفصل. بعد التحميل الزائد، كلما زاد التيار، زادت سرعة تسخين الشريط، وبالتالي يحدث الفصل بشكل أسرع. تثبت هذه الخاصية للجهاز أن المعايرة الحرارية هي العملية الكاملة لتصنيع قواطع الدائرة التي تتضمن ضبط شريط ثنائي المعدن، والذي سيتم ثنيه، وفي هذه الحالة يتم ضبط المسمار أو تحريك رابط الفصل لضمان أن وقت الفصل يقع ضمن النطاق المحدد مسبقًا بواسطة المعيار الحالي لكل تيار اختبار.

لا يمكن المبالغة في أهميتها، حيث تسمح بتمييز المصطلحات التي غالبًا ما يتم الخلط بينها بسهولة. تعني المعايرة ضبط الآلية للوصول إلى النافذة المستهدفة من الوقت أو التحقق من أنها تصل إلى تلك النقطة. في الواقع، تحدث العمليتان في نفس الوقت، حيث يقوم المشغل بحقن التيار وقياس الوقت قبل ضبط الشريط لإعادة التحقق من الوحدة، لأن حقيقة مهمة يجب تذكرها هي أن الخصائص الميكانيكية وخصائص المواد تختلف لكل شريط ثنائي المعدن، مما يؤدي إلى ضرورة المعايرة الفردية في المقام الأول. قد يؤدي الجهاز الخاطئ الذي لا يفي بمتطلبات المعايرة إلى الفصل أثناء وضع التشغيل العادي أو، والأسوأ من ذلك، التعطل أثناء عملية التحميل الزائد.

وبالتالي، يتم اعتبار خاصيتين في العملية — الدقة وقابلية التكرار للمخرجات. تفصيل مهم هو أنه إذا كانت هناك أية مشاكل في المعدات، سيتمكن المشغلون من التحقق من الفصل من البداية الباردة. نطاق التعديلات صارم إلى حد ما، عادة عدة بالمئات عند تيار الفصل، مما يعني أن نطاق الأخطاء للمنصة يجب أن يكون أصغر بكثير من ذلك للجهاز المعاير. هذا يفسر الحاجة إلى معدات معايرة موثوقة لضمان التشغيل الفعال للجهاز.

وظيفتا الفصل وراء كل اختبار تأخير

لفهم سبب تقسيم اختبار التأخير إلى قسمين، يجب أن نفهم أن هناك ميزتين حماية مستقلتين في القاطع. الحماية الحرارية، أو حماية الحمل الزائد، تأتي من شريط البيميتاليك، الذي يتفاعل ببطء، من ثوانٍ إلى ساعات، وبالتالي يشكل الجزء الزمني الطويل في منحنى الفصل. هذا هو الذي يتم ضبطه بواسطة الخاصية الحرارية. الحماية المغناطيسية أو حماية الدائرة القصيرة تأتي من الملف الكهرومغناطيسي أو الملف اللولبي، الذي يستجيب بسرعة بالمللي ثانية للتيار العالي للخطأ، وبالتالي يشكل الجزء الزمني القصير أو الفوري من المنحنى.

إذا نظرنا إلى الرسم البياني اللوغاريتمي للوقت-التيار المنشور من قبل كل منتج، نرى أن المنطقة الحرارية تتوافق مع الجزء العلوي المائل من المنحنى بينما المنطقة المغناطيسية تتوافق مع الجزء السفلي القريب من العمودي. في الممارسة التصنيعية، يتم اختبار هاتين الخاصيتين بتيارات مختلفة، وتحملات زمنية مختلفة وأحيانًا منصات اختبار مختلفة. هنا يأتي تقسيم التأخير الطويل مقابل التأخير القصير: خاصية التأخير الطويل تختبر البيميتاليك الحراري، والتأخير القصير أو الفوري يختبر الملف المغناطيسي. لذلك، من المهم جدًا الحفاظ على فصل هذين النوعين.

اختبار التأخير الزمني الطويل: جوهر المعايرة الحرارية

اختبار التأخير الزمني الطويل هو جوهر معايرة القاطع الحرارية. يؤكد تفعيل البيميتاليك في الوقت المناسب تحت تيارات الحمل الزائد المحددة. وفقًا لمعيار IEC 60898-1، يجب إجراء جميع الاختبارات في ظروف درجة حرارة الهواء +30 درجة مئوية ومن نقطة البداية الباردة؛ تُعرض خصائص التيار لنقاط الحمل الزائد الثلاث، والتي تبقى كما هي لجميع منحنيات B و C و D.

الزوج 1.13 × و 1.45 × يحدد حدود أداء التحميل الزائد المقبول لقاطع الدائرة؛ بينما يجب على قاطع الدائرة أن يتحمل تحميلًا زائدًا يزيد قليلاً عن 13% دون انقطاع خاطئ، يجب أن يكون قادرًا على فصل تحميل زائد حتى 45% بطريقة تقليدية. هذه العوامل تحدد موقع منحنى الحرارة على الرسم البياني. السبب الوحيد في تغير الوقت التقليدي من ساعة إلى ساعتين بعد 63 أمبير هو أن قواطع الدائرة الأكبر التي تحتوي على جهات اتصال أكبر لديها سعة حرارية أكبر بكثير وتستغرق وقتًا أطول لتصبح مستقرة.

فيما يتعلق بالإنتاج، يتم استخدام النقطة 2.55 × In عمليًا لمعايرة قاطع الدائرة لأنها تسمح بقياس وقت الفصل بالثواني بدلاً من الساعة المكتسبة من حيث القياسات التقليدية. وبالتالي، يمكن تمرير كمية محددة من التيار عبر قاطع الدائرة أثناء قياس وقت الفصل لضبط هذا الوقت باستخدام السيرفو أو المشغل. تدعم القياسات الأكثر استهلاكًا للوقت التي يتم إجراؤها باستخدام النقاط 1.13 × و 1.45 × النتائج التي تم الحصول عليها أعلاه.

تبني Benlong المعدات لهذه المرحلة بالضبط. منصة معايرة حرارية طويلة الأمد لقواطع الدائرة المصغرة تجري اختبارات التحميل الزائد وفقًا لمعيار IEC 60898-1 عبر محطات متعددة بمصدر تيار عالي الاستقرار، بينما يقوم نصف الأوتوماتيكي مقعد معايرة الفصل الحراري من النوع A وأخوه القائم على البطاقة النوع B بالتعامل مع معايرة التحميل الزائد القابلة للبرمجة مع تبديل سريع بين عائلات قواطع الدائرة الصغيرة. بالنسبة لقواطع الدائرة MCCBs التي تحكمها IEC 60947-2، تتحول نقاط المرجع — التيار غير المفصول التقليدي يصبح 1.05 × In والتيار المفصول التقليدي 1.3 × In — لكن مبدأ المعايرة يبقى دون تغيير.

اختبار التأخير القصير والفوري: حيث تختلف B و C و D

الجزء الثاني من اختبار التأخير يقيم العنصر المغناطيسي أو استجابة الدائرة القصيرة. هذا ما يشير إليه العملاء غالبًا إما بالتأخير القصير أو اختبار التأخير الزمني وحيث تبدأ منحنيات B و C و D في التصرف بشكل مختلف. المستوى الذي يحدث عنده الفصل المغناطيسي يُحدد بكمية التيار المصنفة اللازمة لفصل القاطع وفقًا للاتفاق الفوري لمدة 0.1 ثانية. مضاعف أقل يتوافق مع نوع المنحنى يشير إلى التيار الذي يجب على القاطع الاستمرار في الخدمة عنده، ومضاعف أعلى يشير إلى المكان الذي يجب أن يفصل فيه القاطع.

يتم إجراء الاختبار على مرحلتين لكل نوع منحنى. أولاً، يؤكد اختبار الثبات أن القاطع لا ينفصل خلال 0.1 ثانية عند المضاعف الأدنى — 3 × In لنوع B، 5 × In لنوع C، 10 × In لنوع D. ثم يؤكد اختبار الفصل أنه ينفصل خلال 0.1 ثانية عند المضاعف الأعلى — 5، 10، و 20 × In على التوالي. خذ قاطع نوع C بقوة 16 أمبير: يجب أن يتحمل 80 أمبير (5 ×) دون فصل فوري، ولكنه يجب أن ينفصل تقريبًا على الفور عند 160 أمبير (10 ×). نفس القاطع 16 أمبير في نوع B سينفصل فورًا عند 80 أمبير، وفي نوع D سيتحمل حتى 320 أمبير قبل أن يعمل المغناطيس. هذا التفاوت هو بالضبط السبب في أن اختيار المنحنى يحكم تحمل التيار الزائد والتنسيق مع الأجهزة التالية: منحنى D يتحمل الزيادة اللحظية لمحرك أو محول التي قد تسبب فصلًا مزعجًا لمنحنى B.

نقطة واحدة تستحق التأكيد لأي شخص يكتب مواصفات اختبار. معايير النجاح التي تختلف بين B و C و D تنتمي إلى الفصل المغناطيسي (الفوري)، وليس إلى فصل الحمل الحراري الزائد.. الجانب الثنائي المعدن، وهو المعايرة الحرارية الحقيقية، هو نفسه لجميع المنحنيات الثلاثة. وفي قاطع الدائرة المصغر (MCB) يكون استجابة القصر فورية بدلاً من أن تكون مؤجلة فعليًا؛ يُستخدم مصطلح التأخير الزمني القصير بشكل غير دقيق في ورشة العمل. يظهر نطاق التأخير الزمني القصير الحقيقي والمتعمد فقط في قواطع الدائرة ذات الإطار الكبير (MCCBs) مع وحدات فصل قابلة للتعديل، والتي سيتم تغطيتها لاحقًا. بالنسبة لفحص المغناطيس في قاطع الدائرة المصغر وMCCB صغير الإطار، فإن جهاز Benlong جهاز اختبار الفصل المغناطيسي اليدوي لقواطع الدائرة المصغرة مصمم خصيصًا، مع مصدر تيار قابل للبرمجة من 5 إلى 10 × In وتوقيت بمستوى المللي ثانية للحكم الواضح على النجاح أو الفشل.

المعيار المطبق: IEC 60898-1، 60947-2، و 61009

تعتمد معايير النجاح المناسبة على المعيار الذي تم اعتماد المنتج وفقًا له، والتطبيق الخاطئ يشكل خطرًا حقيقيًا من حيث المخاطر. تُطبق قواطع الدائرة المصغرة في الاستخدامات المنزلية والبيئات المماثلة معيار IEC 60898-1، الذي يحدد تصنيفات B و C و D. يحكم معيار IEC 60947-2 استخدام قواطع الدائرة ذات الإطار الكبير (MCCBs) والقواطع الصناعية، لذا يحتوي على تيارات تقليدية (1.05 × و 1.3 × In) وميزات أكثر مرونة. يحكم معيار IEC 61009-1 استخدام قواطع التيار المتبقي (RCBOs)، والتي بالإضافة إلى خضوعها لاختبارات التيار المتبقي، يجب أن تخضع أيضًا لنفس اختبارات قواطع الدائرة المصغرة للعمليات الحرارية والمغناطيسية. قد يتم اعتماد مفتاح واحد وفقًا لكلا المعيارين، ومع ذلك قد يتم ترتيب مرجع درجة الحرارة بشكل مختلف اعتمادًا على المعايير المستخدمة.

درجة الحرارة المرجعية هي أحد العوامل. وفقًا لـ IEC 60898-1، يتم إجراء المعايرة عند 30 درجة مئوية، بينما تخضع الأجهزة المتوافقة مع IEC 60947-2 للاختبار عند 40 درجة مئوية. في الوقت نفسه، يمكن اختبار نفس الجهاز باستخدام مستويات حرارة أخرى لكل من المعايير المذكورة. ستؤثر درجة الحرارة المرجعية أيضًا على جدول تخفيض القدرة المستخدم من قبل المستهلكين، لذا إذا تم اختبار القاطع باستخدام مرجع خاطئ، فقد يفشل بعد اجتياز الاختبارات القياسية. لذلك، فإن تثبيت درجة الحرارة أثناء الاختبار ليس مجرد إجراء شكلي في المختبر، بل هو أيضًا متطلب جودة محدد.

معايرة التيار الحراري لقواطع الدائرة MCCB وأشرطة تأخير LSI(G)

تضيف قواطع الدائرة ذات الغلاف المصبوب طبقة من التعقيد. يتم معايرة قواطع MCCB الحرارية-المغناطيسية الصغيرة بطريقة مشابهة لقواطع MCB، عن طريق تقليم عنصر ثنائي المعدن لشريط الحمل الزائد والتحقق من الملف اللولبي لرحلة القصر. لكن العديد من قواطع MCCB الحديثة تستخدم وحدات فصل إلكترونية، وهنا معايرة التيار الحراري لقواطع MCCB تصبح مسألة ضبط والتحقق من معلمات الحماية القابلة للبرمجة بدلاً من ثني المعدن. عادةً ما توصف وحدات الفصل هذه بمخطط LSI أو LSIG، وكل حرف يمثل شريط حماية قابل للتعديل بشكل منفصل:

• L، تأخير طويل الأمد: وظيفة الحمل الزائد، المعادلة للعنصر الحراري، مع تيار التقاط وتأخير زمني قابلين للتعديل يحددان سلوك الحمل الزائد العكسي الزمني.
• S، تأخير قصير الأمد: تأخير حقيقي ومقصود على التيارات الخطأ المعتدلة، يُستخدم حتى يتمكن قاطع دائرة أسفل الخط من فصل الخطأ أولاً والحفاظ على الانتقائية. هذا هو شريط التأخير القصير الحقيقي الذي لا تمتلكه قواطع MCB ببساطة.
• I، فوري: فصل فوري فوق عتبة عالية بدون تأخير مقصود، للدوائر القصيرة الشديدة.
• G، خطأ الأرض: حماية اختيارية من خطأ الأرض على الوحدات ذات الأربع أقطاب والمواصفات الأعلى.

بالنسبة لقاطع MCCB الإلكتروني، يتحقق اختبار التأخير من أن كل شريط يفصل ضمن التسامح عند إعداداته المبرمجة، عن طريق حقن التيار عند عتبات L وS وI بالتتابع وقياس زمن الاستجابة. بالنسبة لقاطع MCCB الحراري-المغناطيسي، يتم التحقق مباشرة من عنصر ثنائي المعدن والملف اللولبي، تمامًا كما في قاطع MCB ولكن عند تيارات أعلى وأحجام أكبر. في كلتا الحالتين، يجب أن يوفر الجهاز تيارات اختبار أعلى بكثير من طاولة اختبار MCB. تم تصميم جهاز Benlong MCCB Laboratory Integrated Testing bench لتشغيل اختبار الفصل المغناطيسي، والمعايرة الحرارية، والمعايرة الحرارية طويلة المدة في محطة واحدة، مما يناسب كل من مختبر البحث والتطوير وغرفة اختبار النوع.

كيف تتم المعايرة الحرارية على خط الإنتاج

سير عمل معايرة الفصل الحراري النموذجي على خط MCB الحديث يمر بتسلسل قابل للتكرار. يتم تطبيق تيار حمل زائد مضبوط، عادة عند 2.55 × In، عبر القاطع تحت الاختبار باستخدام مصدر مستقر مع تشويه توافقي منخفض، لأن شكل الموجة المشوه يغير التسخين ويشوّه القراءة. يقوم مؤقت عالي الدقة بتسجيل اللحظة الدقيقة لفتح القاطع، عادةً إلى جزء من المئة من الثانية. إذا كان زمن الفصل خارج النافذة المحددة، يتم ثني عنصر ثنائي المعدن أو تعديل برغي الضبط — بواسطة مشغل على طاولة شبه أوتوماتيكية، أو بواسطة رأس سيرفو في خلية مؤتمتة بالكامل. ثم يُعاد اختبار الوحدة من حالة باردة، ويتم تسجيل نتيجة النجاح/الفشل وزمن الفصل، وغالبًا ما يتم تصديرها عبر USB أو دفعها إلى نظام MES لتتبع كامل. طوال الوقت، وبما أن المعيار يشير إلى 30 درجة مئوية، يتم مراقبة درجة حرارة منطقة الاختبار وتعويضها؛; المعايرة عند درجة حرارة بيئة خاطئة هي واحدة من أكثر أسباب أخطاء زمن الفصل في الميدان شيوعًا..

أتمتة هذه التسلسل تؤتي ثمارها بثلاث طرق: الاتساق، لأن السيرفو يضبط بشكل أكثر تكرارًا من اليد؛ السرعة، لأن المحطات المتوازية تمتص الاختبارات التقليدية الطويلة؛ وقابلية التتبع، لأن بيانات كل وحدة تُلتقط بدلاً من الفحص العشوائي. غالبًا ما يتم معايرة المنتجات ذات المواصفات الأعلى على 100% من الوحدات، بينما قد تتبع MCBs السلع خطة أخذ عينات محددة. الجودة في المراحل السابقة مهمة أيضًا — يجب بناء تجميع البايمتال بشكل متسق قبل أن يمكن معايرته على الإطلاق، ولهذا السبب توفر Benlong أيضًا مجموعة الفصل الحراري لقواطع الدائرة المصغرة (MCB) لخط اللحام الأوتوماتيكي لإنتاج التجميع الفرعي للرحلة الحرارية بجودة لحام قابلة للتكرار. المكونات المتسقة التي تدخل المعايرة تعني وحدات أقل تنحرف خارج النافذة وأعمال إعادة أقل في المراحل اللاحقة.

مصدر التيار نفسه هو البطل الصامت في هذه المرحلة بأكملها. لأن البايمتال يستجيب للتسخين، يعتمد وقت الرحلة على التيار الحقيقي RMS وجودة شكل الموجة، وليس فقط على نقطة الضبط الاسمية. المصدر الذي ينخفض تحت الحمل، أو ينحرف مع تسخين مكوناته الخاصة، أو يحمل تشويهًا هارمونيًا كبيرًا سيُسخن الشريط بشكل مختلف عن موجة الجيب النظيفة التي يفترضها المعيار، وكل وحدة تتم معايرتها ضده ترث هذا الخطأ. لهذا السبب، فإن مصدر التيار المستقر ذو الحلقة المغلقة مع تشويه هارموني منخفض، مقترنًا باتصالات اختبار صلبة ومنخفضة المقاومة، يفعل أكثر من أي عامل منفرد آخر على المنضدة من حيث العائد.

لماذا تفشل القواطع في اختبار تأخير ضمان الجودة

حتى إذا تم تصميم القاطع بشكل جيد، قد ينتج عنه رفضات إذا انحرفت عملية تصنيعه. تشمل الأسباب الأكثر شيوعًا لعدم اجتياز القاطع لاختبار التأخير درجة الحرارة المحيطة العالية التي تنحرف عن درجة الحرارة المرجعية 30 درجة مئوية، مما يحرك النطاق الحراري الكلي إلى اليسار أو اليمين؛ التيار غير المستقر، الذي يغير كمية الحرارة المقدمة إلى البايمتال؛ المقاومة غير المناسبة عند الأطراف، التي تخلق حرارة إضافية؛ وقت استقرار غير كافٍ بين الاختبارات، بحيث يمكن للبايمتال الاحتفاظ بالتسخين المتبقي؛ تطبيق بطاقة منحنى أو برنامج خاطئ؛ والانحراف الميكانيكي بعد المعايرة، الذي يسبب تشتتًا عاليًا بين الاختبارات المتتالية. تنشأ معظم هذه المشكلات بسبب مشاكل في التحكم ويمكن القضاء عليها إذا كان لدى منصة الإنتاج مصدر تيار مستقر، وتعويض درجة حرارة ممتاز، ونظام تسجيل بيانات تلقائي.

اختبار التأخير هو أحد أعمدة مراقبة جودة القاطع فقط. يجلس جنبًا إلى جنب مع التحقق من العزل والجهد الكهربائي — إذا كنت تبني خطة اختبار كاملة، فإن شرحنا عن اختبار الجهد العالي يغطي جانب مقاومة الجهد الذي يعمل بالتوازي مع الفحوصات الحرارية والمغناطيسية.

اختيار معدات المعايرة الحرارية واختبار التأخير

مطابقة المنصة مع المنتج أمر مهم. تخدم منصة معايرة شبه أوتوماتيكية بشكل جيد عائلة واحدة من قواطع الدائرة الصغيرة (MCB) بحجم معتدل؛ وتستفيد المصانع التي تشغل العديد من النماذج من التبديل القائم على البطاقات بحيث يمكن للخط تغيير العائلات في دقائق؛ ومتجر قواطع الدائرة المتوسطة (MCCB) أو قواطع الدائرة الهوائية (ACB) يحتاج إلى منصات ذات تيار أعلى وإطارات أكبر مع النطاق للوصول إلى المضاعفات المطلوبة. تقع مجموعة بنلون الكاملة من هذه الأنظمة تحت مشروع منصة الاختبار الكتالوج، الذي يشمل منصات معايرة حرارية لقواطع الدائرة الصغيرة (MCB)، ومنصات فصل مغناطيسية لقواطع الدائرة المتوسطة (MCCB)، وأجهزة اختبار مختبرية متكاملة، ومحطات اختبار شاملة لقواطع الدائرة الهوائية (ACB). نظرًا لاختلاف مزيج النماذج، والإنتاج المستهدف، ووقت الدورة في كل مصنع، يتم عادةً تكوين هذه المنصات وفقًا لمنتج العميل بدلاً من بيعها كوحدات كتالوج ثابتة.

خاتمة

المعايرة الحرارية هي حيث يكسب قاطع الدائرة تصنيفه. اختبار التأخير الذي يتحقق منه ينقسم بوضوح إلى جزء تأخير طويل المدى، الذي يضبط ويفحص العنصر ثنائي المعدن الحراري مقابل نقاط التحميل الزائد وفقًا للمعيار IEC 60898-1، وجزء قصير المدى أو فوري، الذي يفحص الفصل المغناطيسي — وهو الجانب المغناطيسي الذي يمنح منحنيات B و C و D معايير اجتياز مختلفة. احصل على درجة الحرارة المحيطة، وشكل موجة التيار، والتوقيت بشكل صحيح، معاير كل عنصر ثنائي المعدن بشكل فردي، سجل النتائج، والنتيجة هي قاطع دائرة يفصل بالضبط عندما يجب أن يفصل ويثبت عندما يجب أن يثبت. بالنسبة للمصنعين الذين يوسعون هذه العملية، فإن الجمع الصحيح بين منصات المعايرة واختبار التأخير يحول مهمة بطيئة تعتمد على المشغل إلى مرحلة إنتاج قابلة للتكرار والتتبع.