Description détaillée des instruments de mesure et des appareils de test pour les équipements de test des disjoncteurs

Lors de tout audit d'usine de fabrication de disjoncteurs, l'auditeur a tendance à déplacer l'attention du disjoncteur lui-même vers l'équipement utilisé lors du test du même disjoncteur. La question pertinente est de savoir à quel point le banc d'essai est fiable. Un temps de 47,2 secondes n'a pas de sens en soi. Il est important de savoir d'où provient cette mesure et par quels résultats elle pourrait être comparée à la norme nationale pour les secondes. Il s'agit donc davantage d'une chaîne de mesures où chaque mesure peut être prouvée par une documentation.

Ceci est le domaine de la mesure et des instruments de mesure: Pour les fabricants de disjoncteurs MCB, MCCB, RCCB et de compteurs d'énergie, il s'agit plus d'une application pratique que d'un exercice intellectuel. En d'autres termes, il est admis que ces dispositifs ont été étalonnés par un laboratoire accrédité avec une documentation appropriée.

Ce guide décrit comment mesurer ce qui doit être mesuré sur un banc d'essai de disjoncteur, comment comprendre la chaîne de mesures, comment lire un rapport d'étalonnage d'un laboratoire accrédité, comment définir les intervalles de test et comment intégrer les capacités de mesure dans le contrat d'achat avant même que l'équipement ne soit fabriqué.

Ce que signifient la mesure et les instruments de mesure à l'intérieur d'une usine de disjoncteurs

En ingénierie technique, les instruments de mesure sont des outils utilisés pour déterminer des valeurs particulières d'une certaine mesure. Dans une usine fabriquant divers dispositifs électriques basse tension, cela devient beaucoup plus précis et compliqué car, généralement, chaque mesure nécessaire est soit extrêmement grande, très petite, ou de courte durée.

La production de disjoncteurs implique la mesure de cinq types différents de mesures, qui nécessitent diverses classes d' instruments de mesure:

• Courant. À partir d'un courant nominal de 6 A dans les disjoncteurs domestiques MCB et allant jusqu'à 10 kA en approche instantanée. Le courant est mesuré au moyen de transformateurs de courant, de bobines Rogowski ou de résistances shunt de précision alimentant le compteur étalonné.
  Temps. Les temps de fonctionnement thermique doivent varier de quelques secondes à plusieurs heures tandis que le temps de fonctionnement magnétique doit être mesuré en quelques millisecondes. Le temps est mesuré au moyen d'un chronomètre numérique référencé par cristal, déclenché par un capteur de détection de déclenchement.
  Résistance. Les valeurs de résistance de contact doivent être mesurées en micro-ohms au moyen de micro-ohmètres Kelvin. Quant à la résistance des bornes au-dessus de 100 micro-ohms, elle commence à déformer le courant entrant dans le disjoncteur.
  Tension. L'isolation subit des tests croissants avec des tensions AC allant de 1500 V à 2500 V et mesurées conjointement avec les valeurs de courant de fuite.
  Température. Température de l'espace environnant et température du contact lors de la mesure.

Chaque type de processus de mesure nécessite un dispositif de mesure spécifique, une plage de caractéristiques spécifique, un comportement de dérive, et même une exigence de calibration spécifique. Le dispositif de mesure ne dispose pas d’une seule condition de calibration, mais du même nombre de conditions de calibration que le nombre de ses points de mesure, créant ainsi une opportunité pour tout auditeur de venir et de poser radicalement des questions à leur sujet.

Le banc d’essai est lui-même un instrument de mesure

Le changement significatif dans la façon dont la plupart des responsables de production voient le monde est que les bancs de calibration thermique sont considérés comme des équipements de production et sont traités comme tels. Leur coût est estimé comme celui des moyens de production, et leur maintenance est également effectuée comme celle des équipements de production. Cependant, en réalité, ils appartiennent à la catégorie de la mesure et des instruments de mesure, car, contrairement aux équipements de production qui produisent une sortie physique, un banc de calibration thermique ne produit qu’un nombre, fournissant ainsi une spécification de qualité.

En conséquence, les exigences des instruments de test s’appliquent aux bancs de calibration 500 A, telles que l’identification, le marquage du statut de calibration, les intervalles définis, les données « as-found » et « as-left », les violations de tolérance, et le contrôle de l’environnement. Notre guide sur ce qu’un laboratoire de test de disjoncteurs miniature contient réellement explique comment ces exigences façonnent la disposition physique d’une zone de test.

La différence entre un testeur go/no-go et un dispositif de mesure est également importante ici. Un testeur pass/fail vérifie simplement si les lectures sont dans des limites fixes, tandis qu’un banc de calibration mesure certains paramètres, fournissant ainsi à l’utilisateur des responsabilités concernant les données fournies. Le guide technique sur la sélection de la machine de calibration MCCB couvre où cette limite se situe en pratique.

Traçabilité de la mesure : la chaîne expliquée

La traçabilité de la mesure est un terme utilisé pour décrire le fait qu’une mesure donnée peut être reliée à une référence primaire par une chaîne continue de calibrations (chaque maillon de la chaîne assurant une certaine incertitude de mesure).
Dans le cas d’un fabricant de disjoncteurs, cette chaîne se compose de quatre maillons.

1. ①.maillon : définition SI. La définition de l’ampère et de la seconde repose sur des constantes physiques et est mise en œuvre par les instituts nationaux de métrologie.

   ②. maillon est une institution de métrologie nationale. NIST (USA), PTB (Allemagne), NPL (Royaume-Uni), NIM (Chine). Ces institutions maintiennent les étalons primaires et effectuent les calibrations des étalons de travail des laboratoires accrédités.

   ③. maillon est un laboratoire de calibration tiers accrédité qui a obtenu l’accréditation ISO/IEC 17025, maintient les étalons de référence calibrés par rapport à l’institut national, et délivre les certificats qui sont conservés par l’usine.

   ④. maillon est le banc d’essai (qui est calibré sur site ou expédié pour calibration) basé sur ces étalons de référence et effectué à certains intervalles.

Supprimez n'importe quel maillon de cette chaîne et la chaîne devient sans valeur. Un certificat d'étalonnage provenant d'un laboratoire qui ne possède aucune accréditation ou qui a été accrédité pour d'autres paramètres ne peut pas servir de preuve de traçabilité.

Le champ d'accréditation est ce que les acheteurs ignorent trop souvent

L'accréditation fonctionne par paramètre de mesure et par plage, pas par laboratoire/entreprise. Un laboratoire accrédité pour un courant continu jusqu'à 100 A ne peut pas certifier une source de courant alternatif de 2000 A même si le laboratoire est disposé à vous fournir un certificat.

Lecture d'un rapport d'étalonnage tiers

Un rapport d'étalonnage conforme contient un ensemble défini d'éléments. Savoir ce qui doit y figurer facilite la détection de ce qui manque.

Les données initiales (as-found) sont les informations que les gens négligent

De nombreux acheteurs demandent simplement un document indiquant que la machine est étalonnée. Si le laboratoire étalonne d'abord l'appareil puis l'utilise, le document indiquera que l'appareil a réussi, mais cela ne dit rien sur le mois de production précédent. Toujours écrire les données as-found et as-left dans la commande de service d'étalonnage. Cela ne coûte rien de plus et constitue la seule protection contre une dérive découverte ultérieurement.

La mesure de l'incertitude n'est pas similaire à la précision

Incertitude de mesure quantifie définit le doute concernant le résultat obtenu. Il est généralement communiqué sous forme d'incertitude élargie avec k = 2, ce qui correspond à 95 pour cent de certitude. Si nous avons une mesure de 135,0 A avec une incertitude élargie de 0,4 A à k = 2, nous pouvons dire que la valeur vraie se situe très probablement entre 134,6 A et 135,4 A. La précision, cependant, est une spécification de l'entreprise concernant la proximité de la valeur obtenue. L'une est une valeur mesurée et l'autre une déclaration. Les résultats d'audit proviennent souvent de la prise de la seconde pour la première.

Rapport d'incertitude de test : pourquoi votre référence doit être meilleure que votre banc

Le principe de base en métrologie industrielle est que le rapport d'incertitude de test doit être de 4:1 ou plus, ce qui signifie que l'étalon de référence doit être quatre fois plus précis que l'instrument d'étalonnage. De nombreux systèmes de qualité préfèrent un rapport de 10:1 si cela est économiquement réalisable.

Appliqué aux tests de disjoncteurs, le calcul est concret. Benlong’s Ligne de test automatique MCB spécifie une précision de courant de plus ou moins 0,5 pour cent de la lecture et une précision de temporisation de plus ou moins 1 ms pour le déclenchement instantané. Pour étalonner ce canal de courant avec un rapport de 4:1, vous avez besoin d'un ampèremètre de référence meilleur que plus ou moins 0,125 pour cent sur toute la plage de travail. Pour étalonner ce canal de temporisation, vous avez besoin d'une référence temporelle meilleure que plus ou moins 0,25 ms.

La même logique régit le travail des compteurs d'énergie, où le rapport est directement appliqué en pratique : un compteur de classe 0,2 est vérifié contre un étalon de référence de classe 0,05, un rapport de quatre pour un. Le traitement détaillé dans notre guide sur les équipements de test de compteurs électriques et la vérification de précision montre comment cette exigence influence toute l'architecture du banc.

Si un fournisseur vous propose un banc avec une précision plus stricte que celle qu'un laboratoire accrédité de votre région peut étalonner, la spécification est décorative. Confirmez la disponibilité de l'étalonnage avant de signer.

Quels paramètres nécessitent un étalonnage, et à quelle fréquence

Tous les canaux d'un banc ne présentent pas le même risque, et les budgets d'étalonnage sont limités. Le tableau ci-dessous reflète la pratique industrielle courante pour les équipements de test de disjoncteurs basse tension.

La durée standard est de douze mois, mais la détermination de cette période doit être une évaluation réfléchie plutôt qu'une routine établie. Ce délai doit être réduit si l'appareil est utilisé activement, si l'historique de ses certificats antérieurs montre que l'appareil approche la limite de déviation admissible, si l'appareil est déplacé ou réparé, ou à la demande du client ou de l'organisation effectuant la certification. La prolongation de la période sans données documentées de dérive n'est pas acceptable.

En cas de dépassement des tolérances

Lorsqu'il est découvert que le banc a produit des lectures “ hors tolérance ”, il ne s'agit pas d'un problème de documentation mais de défauts de production, car chaque unité a été testée par un instrument désormais reconnu comme ayant produit des lectures erronées.

La réponse à apporter est de suivre les étapes suivantes en traçabilité inverse :

Déterminer la taille et la direction de l'erreur pour les “ données telles que trouvées ”.”
Identifier les différents lots qui ont été produits pour ce canal depuis le dernier étalonnage, en utilisant les journaux.
Recalculer si les résultats auraient été satisfaisants après correction de l'erreur.
L'étape suivante consiste à émettre des actions de confinement pour les lots dont les résultats ne répondaient pas aux exigences après correction des résultats.
Documenter tous vos calculs et décisions, quels que soient les résultats obtenus.

Cela n'est possible que lorsqu'un système électronique enregistre tous les résultats. Si le banc ne dispose que de lectures “ réussite/échec ” ou aucune donnée, alors la situation “ hors tolérance ” devient un cauchemar.

Influences environnementales

Les résultats des tests des disjoncteurs sont particulièrement influencés par les conditions ambiantes, car les bandes bimétalliques ne différencient pas la chaleur du courant de test de celle de l'environnement.

Les temps de déclenchement peuvent varier de 1 à 2 % pour chaque degré Celsius de changement de température. Par conséquent, si par exemple il fait 12 degrés plus chaud l'après-midi que le matin, la lecture sera erronée simplement à cause de la température. Il existe deux méthodes de mitigation disponibles qui ne sont pas équivalentes :

• Contrôler l'environnement. L'espace d'étalonnage doit être testé à des températures de 25°C±3°C, ce qui est également la méthode utilisée par les laboratoires de certification.
• Compenser par logiciel. Les températures ambiantes sont surveillées en temps réel et soit le courant, soit la fenêtre d'acceptation est ajustée en conséquence. Le Banc d'étalonnage thermique longue durée pour MCCB système enregistre le temps de déclenchement, le courant de test, la température ambiante et le statut réussite/échec par poste pour cette raison précise, et prend en charge une chambre environnementale optionnelle lorsque la répétabilité de qualité laboratoire est requise.

Quelle que soit la méthode utilisée, vous devrez intégrer le capteur de température dans le processus de mesure et ainsi effectuer la même calibration que pour les canaux de courant ainsi que de temporisation. L'utilisation des schémas de compensation basés sur des thermocouples non calibrés ne fera qu'engendrer plus d'erreurs sans les éliminer.

Refroidissement, séquençage et répétabilité

Il existe deux effets supplémentaires qui déforment les mesures du disjoncteur et qui diffèrent des problèmes liés aux instruments.

Le premier est la chaleur résiduelle qui apparaît dans le bimétal au moment du déclenchement et qui fait que le deuxième disjoncteur testé thermiquement déclenche plus rapidement. Cet effet peut être évité en attendant trois à quatre minutes après le premier test ou par un refroidissement forcé entre les tests.
Le second effet est l'état des bornes. Si les bornes sont oxydées ou sales, cela produit une résistance de contact et la tension chute aux bornes de l'appareil. Le nettoyage des bornes avant le test n'est pas simplement un nettoyage ; c'est une partie intégrante du processus de mesure.

La répétabilité doit être déterminée plutôt que supposée. À des fins de test, des résultats fiables peuvent être obtenus en réalisant dix tests sur la même machine et en calculant l'écart type du temps de test. Si l'écart type du temps moyen de test est inférieur à 5 %, la capacité du processus peut être considérée comme un Cpk égal à 1,33.

Métrologie sur une ligne automatique

L'automatisation change l'économie des mesures de manière imperceptible. Dans la méthode manuelle, le technicien mesure la valeur et la note, tandis que dans le processus automatisé, toutes les mesures sont enregistrées dans l'ordinateur et liées au numéro de série de l'équipement de mesure. Ainsi, l'usine est capable de tracer le bon fonctionnement de ses les instruments de mesure en continu.

Cela offre des avantages que la méthode manuelle ne peut pas fournir :

Détection de dérive entre les calibrations. On peut détecter toute dérive d'instrument bien avant la calibration annuelle en construisant le graphique du temps moyen de test.
Comparaison station par station. Dans un processus multi-stations, si une station présente des lectures cohérentes différentes de celles des autres stations, on peut conclure qu'il y a un problème avec la station plutôt qu'avec le produit.
Export prêt pour audit. Les données de test peuvent être exportées en CSV, SQL ou MES, augmentant ainsi l'efficacité du processus d'audit.
Contrôle statistique des processus. Les cartes de contrôle permettent de surveiller non seulement les résultats finaux des tests mais aussi les processus en amont dans le soudage ou l'assemblage.

La répartition station par station dans notre guide technique sur le fonctionnement d'une ligne de test automatique de disjoncteurs modulaires (MCB) montre où chaque mesure est prise le long du flux. Pour les fabricants pas encore prêts pour l'automatisation complète, un banc de calibration thermique semi-automatique élimine déjà l'erreur de temporisation de l'opérateur, qui est généralement le plus grand contributeur d'incertitude sur une station manuelle.

Spécification de la capacité de mesure lors de l'achat d'équipement

La plupart des problèmes de mesure sont créés au stade de la commande d'achat, lorsque la spécification décrit en détail le débit et la capacité mécanique et traite la précision comme un élément unique. Une spécification qui survivra à un audit aborde la mesure et des instruments de mesure explicitement.

Questions à poser au fournisseur avant de conclure un accord

• Quel est le niveau de précision déclaré pour chaque canal de mesure individuel : est-ce un pourcentage du maximum de l’échelle ou un pourcentage de la lecture finale ? La différence est significative à des valeurs plus faibles.
  Quelle est la plage de précision ? Un appareil avec une précision d’un pour cent du maximum peut fonctionner bien moins bien à des mesures de courant plus faibles.
  Quels sont les paramètres de dérive et de stabilité pendant tout le service de travail, et non lors d’une seule mesure ?
  Quels sont les composants clés de l’appareil et est-il possible de les remplacer et de les calibrer indépendamment ?
  Est-il possible d’utiliser un étalon tiers pour la calibration, ou faut-il envoyer l’instrument ailleurs ?
  Un certificat de calibration est-il délivré après l’achat montrant comment les mesures ont été effectuées ?
  Quels tests impliquent le FAT et le SAT et l’un d’eux vérifie-t-il les canaux à l’aide d’un étalon ?
  Quel type de sortie est généré par l’unité et des données sont-elles enregistrées ou seuls les résultats sont-ils indiqués ?

  De plus, fournissez un tableau comparatif de conformité avec IEC 60898-1 ou IEC 60947-2 montrant quels tests ont été réalisés et comment l’unité fonctionne selon les spécifications. Pour ceux qui peuvent fournir un tel document, cela signifie qu’un travail important a été réalisé par le fournisseur.

Erreurs courantes dans la gestion des dispositifs de mesure

• Calibrer le poste de mesure tout en laissant la référence non calibrée. Un étalon de travail qui fait partie du processus de maintenance de l’entreprise et est utilisé pour le contrôle intermédiaire nécessite également une accréditation.
  Prendre un certificat sans considérer son champ d’application. Le laboratoire doit être accrédité pour la gamme et le paramètre, et pas seulement être accrédité.
  Ignorer les incertitudes lorsqu’elles sont proches de leurs limites. Une lecture qui est dans les tolérances, mais dont l’incertitude dépasse la limite, n’est pas un passage. Les règles précisent comment traiter ces cas.
  Ne pas prendre en compte les données « as-found ». Cette erreur mentionnée plus tôt est la plus coûteuse de la liste.
  Traiter la fixation comme mécanique, plutôt que métrologique. Les barres omnibus, pinces et contacts sont présents dans le processus de mesure, et leur résistance influence le résultat.
  Oublier les intervalles. La certification expirée signifie que deux mois de production ne sont pas valides, peu importe si l’appareil a fonctionné normalement.
  Stocker les certificats sans organiser leur indexation. Le certificat qui n’a pas pu être présenté lors de l’audit équivaut à un certificat qui n’a jamais été délivré.

Ce que cela coûte, et ce que cela achète

Le coût annuel de l'étalonnage accrédité d'un banc d'essai de disjoncteurs multicanaux est insignifiant comparé au coût en capital de l'équipement, et il est bien inférieur aux dépenses potentielles liées à un mauvais audit : une certification échouée, qui retarde le lancement du produit, un audit d'un distributeur conduisant à l'annulation d'un accord de livraison, une enquête sur une défaillance sur le terrain causée par l'absence d'un enregistrement de test valide, ou un rappel dû à des écarts non détectés par rapport aux normes.

Cet argument commercial est moins complexe que l'argument technique. Tout fabricant vendant ses produits sur des marchés d'exportation réglementés vend non seulement du matériel mais aussi une conformité bien documentée. Le étalonnage des instruments de mesure est ce qui garantit que cette conformité existe. Les clients de pays tels que l'Inde, la Turquie, le Brésil et les États du Golfe demandent désormais aux fournisseurs le statut d'étalonnage des équipements de test lors de la qualification des fournisseurs, au lieu de se contenter des certificats pour le produit. Si un fabricant est prêt à répondre immédiatement à la question sur le statut d'étalonnage, la qualification peut prendre moins de temps, car les objections des clients ne seront pas soulevées lors de la phase de qualification.

Benlong Automation et équipements de test de grade mesure

Benlong Automation Technology Co., Ltd. est un concepteur et fabricant de systèmes d'automatisation et d'appareils de test pour les fabricants d'équipements électriques basse tension depuis sa création en 2008 à Wenzhou, dans la province du Zhejiang, qui est le centre de l'industrie électrique basse tension en Chine. L'entreprise conçoit des racks d'étalonnage thermique, des racks de test de déclenchement magnétique, des équipements de test diélectrique, des racks de test d'endurance, des équipements d'étalonnage de compteurs d'énergie et des complexes de test contrôlés par ordinateur.

Comme ces dispositifs sont des équipements de mesure tout comme des équipements de production, chacun d'eux est conçu conformément à la précision déclarée par canal, aux chiffres de stabilité par jour ouvrable, à l'enregistrement des données pour référence future, et à la connexion MES. Par conséquent, tout l'équipement est fourni avec des certificats d'étalonnage et subit des tests d'acceptation lors des FAT et SAT pour s'assurer que l'appareil est testé avant d'entrer en production complète, et non après.

Avant de commencer à travailler sur leur équipement, les fabricants doivent s'assurer qu'ils comprennent ce qu'ils mesurent, quelle précision ils ont revendiquée, et ce qu'ils peuvent prouver. Les ingénieurs de Benlong commencent leur travail par cette analyse.

Références

• ISO/IEC 17025:2017 — Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d'essai et d'étalonnage. La norme d'accréditation qui définit ce qu'un laboratoire d'étalonnage tiers doit démontrer et ce que ses rapports doivent contenir.
• Série de politiques ILAC — ILAC P14, Politique sur l'incertitude de mesure en étalonnage. Définit les exigences pour l'estimation et la déclaration de l'incertitude élargie sur les certificats d'étalonnage accrédités.
• Publications JCGM (BIPM) — Guide pour l'expression de l'incertitude de mesure (GUM) et Vocabulaire international de métrologie (VIM). Les deux documents fondamentaux derrière chaque budget d'incertitude et chaque définition de traçabilité.
• IEC 60947-2 — Appareillage à basse tension, Partie 2 : Disjoncteurs. Définit les exigences des essais de surcharge, de court-circuit et des essais de routine que les bancs d'essai MCCB doivent pouvoir reproduire.
• IEC 60898-1 — Disjoncteurs pour la protection contre les surintensités pour les installations domestiques et similaires. Spécifie les fenêtres de temps de déclenchement et les conditions d'essai que les équipements d'étalonnage MCB doivent générer et mesurer.

Un disjoncteur quittant une usine porte une promesse implicite quant à son comportement en cas de défaut. La seule preuve derrière cette promesse est un ensemble de chiffres produits par une machine, et ces chiffres valent exactement autant que la traçabilité qui les soutient. Traiter la mesure et des instruments de mesure comme un système géré, avec un étalonnage accrédité, une incertitude documentée, des conditions environnementales contrôlées et une journalisation des données par unité, est ce qui transforme les résultats des tests en preuve. C’est également, de plus en plus, ce que les acheteurs internationaux vérifient en premier.