Descripción detallada de la medición y los instrumentos de medición para equipos de prueba de interruptores automáticos

En cualquier auditoría de fábrica de fabricación de interruptores automáticos, el auditor tiende a cambiar el enfoque del interruptor en sí al equipo que se ha utilizado durante la prueba del mismo interruptor. La pregunta relevante es cuán confiable es el banco de pruebas. Un tiempo de 47,2 segundos no tiene sentido por sí solo. Es importante saber de dónde proviene esta medición y con qué hallazgos podría compararse con el estándar nacional para segundos. Por lo tanto, se trata más de una cadena de mediciones donde cada medición podría demostrarse mediante documentación.

Este es el dominio de medición e instrumentos de medición: Para los fabricantes de MCB, MCCB, RCCB y medidores de energía, es más una aplicación práctica que un ejercicio intelectual. En otras palabras, se da por sentado que dichos dispositivos han sido calibrados por un laboratorio acreditado con la documentación adecuada.

Esta guía describe cómo medir lo que debe medirse en un banco de pruebas de interruptores automáticos, cómo entender la cadena de mediciones, cómo leer un informe de calibración de un laboratorio acreditado, cómo definir los intervalos de prueba y cómo incorporar las capacidades de medición en el contrato de compra incluso antes de que se fabrique el equipo.

Qué significan la medición y los instrumentos de medición dentro de una fábrica de interruptores

En ingeniería técnica, los instrumentos de medición son herramientas utilizadas para determinar valores particulares de una medición determinada. En una fábrica que produce diversos dispositivos eléctricos de baja tensión, se vuelve mucho más exacto y complicado ya que, por lo general, cada medición necesaria es extremadamente grande, muy pequeña o de corta duración.

La producción de interruptores automáticos implica medir cinco tipos diferentes de medición, que requieren varias clases de instrumentos de medición:

• Corriente. Comenzando desde 6 A de corriente nominal en MCB domésticos y aumentando hasta 10 kA de aproximación instantánea. La corriente se mide mediante transformadores de corriente o bobinas Rogowski o resistencias shunt de precisión que alimentan el medidor calibrado.
  Tiempo. Los tiempos de operación térmica deben oscilar desde segundos hasta horas, mientras que el tiempo de operación magnética debe medirse en unos pocos milisegundos. El tiempo se mide mediante un temporizador digital referenciado por cristal cerrado por un sensor de detección de disparo.
  Resistencia. Los valores de resistencia de contacto deben medirse en micro ohmios mediante microohmímetros Kelvin. En cuanto a la resistencia del terminal por encima de 100 micro ohmios, comienza a distorsionar la corriente que entra al interruptor.
  Voltaje. El aislamiento se somete a pruebas crecientes con voltajes de CA que van desde 1500 V hasta 2500 V y se mide junto con los valores de corriente de fuga.
  Temperatura. Temperatura del espacio circundante y temperatura del contacto durante la medición.

Cada tipo de proceso de medición requiere un dispositivo de medición específico, un rango de características específico, comportamiento de deriva y hasta una demanda de calibración específica. El dispositivo de medición no tiene una sola condición de calibración, sino la misma cantidad de condiciones de calibración que puntos de medición, creando así una oportunidad para que cualquier auditor pregunte radicalmente sobre cualquiera de ellas.

El Banco de Pruebas Es en Sí Mismo un Instrumento de Medición

El cambio significativo en la forma en que la mayoría de los gerentes de producción ven el mundo es que los bancos de calibración térmica se consideran equipos de producción y se tratan como equipos de producción. Su costo se estima como el de los medios de producción, y su mantenimiento también se realiza como el de los equipos de producción. Sin embargo, en realidad, pertenecen a la categoría de medición e instrumentos de medición, porque, a diferencia del equipo de producción que produce un resultado físico, un banco de calibración térmica produce solo un número, proporcionando así una especificación de calidad.

Como resultado, los requisitos para los medidores de prueba son aplicables a los bancos de calibración de 500 A, tales como identificación, marcado del estado de calibración, intervalos definidos, datos como se encontró y como se dejó, violaciones de tolerancia y control del ambiente. Nuestra guía sobre lo que realmente contiene un laboratorio de pruebas de MCB explica cómo estos requisitos moldean la disposición física de un área de prueba.

La diferencia entre un probador de aprobado/no aprobado y un dispositivo de medición también es importante aquí. Un probador de aprobado/fallido simplemente verifica si las lecturas están dentro de límites fijos, mientras que un banco de calibración mide algunos parámetros, proporcionando así al usuario responsabilidades respecto a los datos proporcionados. La guía técnica sobre selección de máquina de calibración MCCB cubre dónde se sitúa ese límite en la práctica.

Trazabilidad de la Medición: La Cadena Explicada

La trazabilidad de la medición es un término usado para describir el hecho de que una medición dada puede relacionarse con una referencia primaria a través de una cadena continua de calibraciones (con cada eslabón de la cadena asegurando una cierta incertidumbre de medición).
En el caso de un fabricante de interruptores automáticos, esta cadena consistiría en cuatro eslabones.

1. ①. eslabón: definición SI. La definición del amperio y del segundo se basa en constantes físicas y se implementa a través de institutos nacionales de metrología.

   ②. eslabón es una institución de metrología nacional. NIST (EE.UU.), PTB (Alemania), NPL (Reino Unido), NIM (China). Estas instituciones mantienen estándares primarios y realizan calibraciones de estándares de trabajo de los laboratorios acreditados.

   ③. eslabón es un laboratorio de calibración acreditado por terceros que ha obtenido la acreditación ISO/IEC 17025, mantiene los estándares de referencia calibrados frente al instituto nacional y entrega los certificados que se conservan en la fábrica.

   ④. eslabón es el banco de pruebas (que se calibra en sitio o se envía para calibración) basado en esos estándares de referencia y se realiza en ciertos intervalos.

Eliminar cualquier eslabón de esta cadena y la cadena pierde su valor. Un certificado de calibración de un laboratorio que no tiene ninguna acreditación o que ha sido acreditado para otros parámetros no puede servir como evidencia de trazabilidad.

El alcance de la acreditación es lo que los compradores suelen ignorar con demasiada frecuencia

La acreditación funciona por parámetro de medición y por rango, no por laboratorio/empresa. Un laboratorio acreditado para corriente continua hasta un valor de 100 A no puede certificar la fuente de corriente alterna de 2000 A, incluso si el laboratorio está dispuesto a proporcionarle un certificado.

Cómo leer un informe de calibración de terceros

Un informe de calibración conforme contiene un conjunto definido de elementos. Saber qué debe contener facilita ver qué falta.

Los datos encontrados son la información que la gente ignora

Muchos compradores simplemente piden un papel que indique que la máquina está calibrada. Si el laboratorio calibra el dispositivo primero y solo después lo usa, el papel dirá que el dispositivo pasó, sin embargo, no dice nada sobre el mes de producción anterior a eso. Siempre escriba los datos encontrados y dejados en la orden para el servicio de calibración. No cuesta nada extra y es la única protección contra desviaciones descubiertas posteriormente.

La medición de la incertidumbre no es similar a la precisión

Incertidumbre de medición cuantifica define la duda respecto al resultado obtenido. Generalmente se comunica como una incertidumbre expandida con k = 2, lo que equivale al 95 por ciento de certeza. Si tenemos una medición de 135.0 A con 0.4 A de incertidumbre expandida a k = 2, podemos decir que el valor verdadero está muy probablemente entre 134.6 A y 135.4 A. Sin embargo, la precisión es una especificación de la empresa sobre qué tan cercano debe estar el valor obtenido. Uno es un valor medido y el otro es una declaración. Los resultados de auditoría a menudo surgen de tomar el último como el primero.

Relación de Incertidumbre de Prueba: Por qué su Referencia Debe Ser Mejor que su Banco

El principio básico en metrología industrial es que la relación de incertidumbre de prueba debe ser 4:1 o mayor, lo que significa que el estándar de referencia debe ser cuatro veces más preciso que el instrumento de calibración. Muchos sistemas de calidad prefieren 10:1 si es económicamente factible.

Aplicado a la prueba de interruptores automáticos, la aritmética es concreta. Benlong’s Línea de prueba automática de MCB especifica una precisión de corriente de más o menos 0.5 por ciento de la lectura y una precisión de tiempo de más o menos 1 ms para disparo instantáneo. Para calibrar ese canal de corriente con una relación 4:1 se necesita un amperímetro de referencia mejor que más o menos 0.125 por ciento en todo el rango de trabajo. Para calibrar ese canal de tiempo se necesita una referencia de tiempo mejor que más o menos 0.25 ms.

La misma lógica rige el trabajo con medidores de energía, donde la relación se escribe directamente en la práctica: un medidor Clase 0.2 se verifica contra un estándar de referencia Clase 0.05, una relación de cuatro a uno. El tratamiento detallado en nuestra guía de equipos de prueba de medidores eléctricos y verificación de precisión muestra cómo ese requisito impulsa toda la arquitectura del banco.

Si un proveedor le cotiza un banco con una precisión más estricta que cualquier laboratorio acreditado en su región pueda calibrar, la especificación es decorativa. Confirme la disponibilidad de calibración antes de firmar.

Qué Parámetros Necesitan Calibración y Con Qué Frecuencia

No todos los canales en un banco conllevan el mismo riesgo, y los presupuestos de calibración son limitados. La tabla a continuación refleja la práctica industrial común para equipos de prueba de interruptores de baja tensión.

La duración estándar es de doce meses, pero determinar este período debe ser una cuestión de evaluación reflexiva más que una rutina establecida. Este plazo debe reducirse si el dispositivo se usa activamente, si el historial de sus certificados anteriores muestra que el dispositivo se acerca al límite de desviación permitida, si el dispositivo se mueve o repara, o a solicitud del cliente o de la organización que realiza la certificación. La extensión del período sin datos documentados de deriva no es aceptable.

Cuando está fuera de tolerancia

Cuando se descubre que el banco ha producido lecturas “fuera de tolerancia”, no se trata de documentación sino de defectos en la producción, porque cada unidad ha sido probada por un instrumento que ahora se reconoce que produjo lecturas defectuosas.

La respuesta que debe darse es que se deben realizar los siguientes pasos en trazabilidad inversa:

Determinar el tamaño y la dirección del error para los “datos encontrados”.”
Identificar los diferentes lotes que se han producido para ese canal desde la calibración anterior, utilizando los registros.
Recalcular si los resultados habrían sido satisfactorios después de ajustar por el error.
El siguiente paso es emitir acciones de contención para aquellos lotes cuyos resultados no cumplieron con los requisitos después de corregir los resultados.
Documentar todos sus cálculos y decisiones, sin importar los resultados que logre.

Esto solo es factible cuando existe un sistema electrónico que registra todos los resultados. Si el banco solo tiene lecturas de “aprobado/reprobado” o ninguna, entonces la situación de “fuera de tolerancia” se convierte en una pesadilla.

Influencias ambientales

Los resultados de las pruebas de los interruptores están particularmente influenciados por las condiciones ambientales, ya que las tiras bimetálicas no diferenciarían entre el calor de la corriente de prueba y el calor del ambiente.

Los cambios en el tiempo de disparo pueden ser de hasta un 1-2 por ciento por cada grado Celsius de cambio en la temperatura. Por lo tanto, si por ejemplo hace 12 grados más de calor por la tarde que por la mañana, la lectura será incorrecta solo por la temperatura. Hay dos métodos disponibles de mitigación que no son equivalentes entre sí:

• Controlar el ambiente. El espacio de calibración debe probarse a temperaturas de 25°C±3°C, que es también el método utilizado por los laboratorios de certificación.
• Compensar en software. Las temperaturas ambientales se monitorean en tiempo real y se ajusta la corriente o la ventana de aceptación en consecuencia. El Banco de calibración térmica de larga duración para MCCB registra el tiempo de disparo, la corriente de prueba, la temperatura ambiente y el estado de aprobado/reprobado por estación por esta razón exacta, y soporta una cámara ambiental opcional donde se requiere repetibilidad de grado de laboratorio.

No importa qué método se utilice, necesitará que el sensor de temperatura esté incorporado en el proceso de medición y, por lo tanto, realizar la misma calibración tanto en los canales de corriente como en los de tiempo. El uso de esquemas de compensación basados en termopares no calibrados solo generará más error y no lo eliminará.

Enfriamiento, secuenciación y repetibilidad

Hay dos efectos adicionales que distorsionan las mediciones del interruptor que son diferentes de los problemas de los instrumentos.

El primero es el calor residual que aparece en el bimetal durante el momento de disparo y hace que el segundo interruptor probado térmicamente dispare más rápido. Este efecto puede evitarse esperando de tres a cuatro minutos después de la primera prueba o mediante enfriamiento forzado entre pruebas.
El segundo efecto es la condición de los terminales. Si los terminales están oxidados o sucios, producen resistencia de contacto y la tensión cae en los terminales del dispositivo. Limpiar los terminales antes de la prueba no es simplemente limpiar; es parte del proceso de medición.

La repetibilidad debe determinarse y no asumirse. Para fines de prueba, se pueden obtener resultados confiables realizando diez pruebas en la misma máquina y calculando la desviación estándar del tiempo de prueba. Si la desviación estándar del tiempo promedio de prueba es menor al 5 por ciento, la capacidad del proceso puede considerarse con un Cpk igual a 1.33.

Metrología en una línea automática

La automatización está cambiando la economía de las mediciones de manera imperceptible. En el método manual, el técnico mide el valor y lo anota, mientras que en el proceso automatizado todas las mediciones se registran en la computadora y se vinculan al número de serie del equipo de medición. Así, la fábrica puede rastrear el correcto funcionamiento de su los instrumentos de medición continuamente.

Esto ofrece ventajas que el método manual no puede proporcionar:

Detección de deriva entre calibraciones. Se puede detectar cualquier deriva del instrumento mucho antes de la calibración anual construyendo el gráfico del tiempo promedio de prueba.
Comparación estación a estación. En el proceso de múltiples estaciones, si una estación tiene lecturas consistentes que difieren de las de otras estaciones, se puede concluir que algo está mal con la estación y no con el producto.
Exportación lista para auditoría. Los datos de prueba pueden exportarse en CSV, SQL o MES aumentando la eficiencia del proceso de auditoría.
Control estadístico de procesos. Los gráficos de control permiten monitorear no solo los resultados finales de la prueba sino también los procesos previos en soldadura o ensamblaje.

El desglose estación por estación en nuestra guía técnica sobre cómo funciona una línea automática de prueba de MCB muestra dónde se toma cada medición a lo largo del flujo. Para los fabricantes que aún no están listos para la automatización completa, un banco semiautomático de calibración de disparo térmico ya elimina el error de temporización del operador, que típicamente es el mayor contribuyente individual a la incertidumbre en una estación manual.

Especificación de la capacidad de medición al comprar equipo

La mayoría de los problemas de medición se crean en la etapa de la orden de compra, cuando la especificación describe el rendimiento y la capacidad mecánica en detalle y trata la precisión como un solo ítem. Una especificación que sobrevivirá a una auditoría aborda medición e instrumentos de medición explícitamente.

Preguntas para hacer al proveedor antes de llegar a un acuerdo

• ¿Cuál es el nivel de precisión declarado para cada canal de medición individual: es un porcentaje del máximo de la escala o un porcentaje de la lectura final? La diferencia es significativa en valores bajos.
  ¿Cuál es el rango de precisión? Un dispositivo con una precisión del uno por ciento del máximo puede funcionar mucho peor en mediciones de corriente bajas.
  ¿Cuáles son los parámetros de deriva y estabilidad durante todo el turno de servicio, no en una sola medición?
  ¿Cuáles son los componentes clave del dispositivo y es posible reemplazarlos y calibrarlos de forma independiente?
  ¿Es posible usar un estándar de terceros para la calibración, o es necesario enviar el instrumento a otro lugar?
  ¿Se emite un certificado de calibración después de la compra que muestre cómo se realizaron las mediciones?
  ¿Qué pruebas involucran el FAT y el SAT y alguna de ellas verifica los canales usando un estándar?
  ¿Qué tipo de salida genera la unidad y se registra algún dato o solo se indican los resultados?

  Además, proporcione una tabla comparativa de cumplimiento con IEC 60898-1 o IEC 60947-2 que muestre qué pruebas se han completado y cómo funciona la unidad según las especificaciones. Para quienes pueden proporcionar tal documento, significa que el proveedor ha hecho mucho trabajo.

Errores comunes en la gestión de dispositivos de medición

• Calibrar el banco de medición dejando la referencia sin calibrar. Un estándar de trabajo que forma parte del proceso de mantenimiento de la empresa y se usa para el control intermedio también necesita acreditación.
  Tomar un certificado sin considerar su alcance. El laboratorio debe estar acreditado para el rango y parámetro, no solo estar acreditado.
  Ignorar las incertidumbres cuando están cerca de sus límites. Una lectura que está dentro de las tolerancias, pero cuya incertidumbre cruza el límite, no es aprobada. Las reglas indican cómo tratar estos casos.
  No tener en cuenta los datos encontrados. Este error mencionado anteriormente es el más costoso de la lista.
  Tratar el fijado como mecánico, en lugar de metrológico. Los conductores, abrazaderas y contactos están presentes en el proceso de medición, y su resistencia influye en el resultado.
  Olvidarse de los intervalos. La certificación vencida significa que no son válidos dos meses de producción, sin importar si el dispositivo ha funcionado normalmente.
  Almacenar los certificados sin organizar su indexación. El certificado que no se pudo presentar durante la auditoría es igual al que nunca se emitió.

Qué cuesta esto y qué se obtiene con ello

El costo anual de la calibración acreditada de un banco de pruebas de interruptores multipista es insignificante en comparación con el costo de capital del equipo, y es mucho menor que el gasto que puede ocurrir debido a una mala auditoría: una certificación fallida, que retrasa el lanzamiento del producto, una auditoría de un distribuidor que conduce a la cancelación de un acuerdo de entrega, una investigación por una falla en campo causada por la falta de un registro de prueba válido, o una retirada causada por desviaciones no detectadas de las normas.

Este argumento comercial es menos complejo que el argumento técnico. Cualquier fabricante que venda sus productos en mercados de exportación regulados vende no solo hardware sino también cumplimiento bien documentado. El calibración de instrumentos de medición es lo que garantiza que existe ese cumplimiento. Clientes de países como India, Turquía, Brasil y estados del Golfo ahora preguntan a los proveedores sobre el estado de calibración del equipo de prueba al calificar a los proveedores en lugar de tener solo certificados para el producto. Si un fabricante está preparado para responder la pregunta sobre el estado de calibración de inmediato, la calificación puede tomar menos tiempo, ya que no se plantearán objeciones del cliente en la etapa de calificación.

Equipos de Prueba de Grado de Automatización y Medición Benlong

Benlong Automation Technology Co., Ltd. es un diseñador y fabricante de sistemas de automatización y dispositivos de prueba para fabricantes de productos eléctricos de baja tensión desde su establecimiento en 2008 en Wenzhou, provincia de Zhejiang, que es el centro de la industria eléctrica de baja tensión en China. La empresa diseña racks de calibración térmica, racks de prueba de disparo magnético, equipos de prueba dieléctrica, racks de prueba de resistencia, equipos de calibración de medidores de energía y complejos de prueba controlados por computadora.

Como estos dispositivos son equipos de medición al igual que equipos de producción, cada uno de ellos está diseñado en cumplimiento con la precisión declarada por canal, cifras de estabilidad por día laboral, registro de datos para referencia futura y conexión MES. Por lo tanto, todo el equipo se suministra con certificados de calibración y se somete a pruebas de aceptación en FAT y SAT para asegurarse de que el dispositivo se pruebe antes de entrar en producción completa, no después.

Antes de comenzar a trabajar en su equipo, los fabricantes deben asegurarse de que entienden qué están midiendo, qué precisión han declarado y qué pueden demostrar. Los ingenieros de Benlong comienzan su trabajo desde ese análisis.

Referencias

• ISO/IEC 17025:2017 — Requisitos generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y calibración. La norma de acreditación que define lo que un laboratorio de calibración de terceros debe demostrar y qué deben contener sus informes.
• Serie de Políticas ILAC — ILAC P14, Política para la Incertidumbre de Medición en Calibración. Establece los requisitos para estimar y declarar la incertidumbre ampliada en certificados de calibración acreditados.
• Publicaciones JCGM (BIPM) — Guía para la Expresión de la Incertidumbre en la Medición (GUM) y Vocabulario Internacional de Metrología (VIM). Los dos documentos fundamentales detrás de cada presupuesto de incertidumbre y cada definición de trazabilidad.
• IEC 60947-2 — Equipos de conmutación y control de baja tensión, Parte 2: Interruptores automáticos. Define los requisitos de prueba de sobrecarga, cortocircuito y pruebas rutinarias que los bancos de prueba MCCB deben poder reproducir.
• IEC 60898-1 — Interruptores automáticos para protección contra sobrecorriente en instalaciones domésticas y similares. Especifica las ventanas de tiempo de disparo y las condiciones de prueba que el equipo de calibración MCB debe generar y medir.

Un interruptor que sale de una fábrica lleva una promesa implícita sobre cómo se comportará bajo condiciones de falla. La única evidencia detrás de esa promesa es un conjunto de números producidos por una máquina, y esos números valen exactamente tanto como la trazabilidad que los respalda. Tratar medición e instrumentos de medición como un sistema gestionado, con calibración acreditada, incertidumbre documentada, condiciones ambientales controladas y registro de datos por unidad, es lo que convierte los resultados de las pruebas en prueba. También es, cada vez más, lo primero que verifican los compradores internacionales.