Descrição detalhada dos instrumentos de medição e medidores para equipamentos de teste de disjuntores

Em qualquer auditoria de fábrica de fabricação de disjuntores, o auditor tende a deslocar o foco do próprio disjuntor para o equipamento que foi utilizado durante o teste do mesmo disjuntor. A questão relevante é quão confiável é o banco de testes. Um tempo de 47,2 segundos é sem sentido por si só. É importante saber de onde essa medição vem e por quais resultados ela poderia ser comparada com o padrão nacional para segundos. Portanto, trata-se mais de uma cadeia de medições onde cada medição pode ser comprovada por meio de documentação.

Este é o domínio de medição e instrumentos de medição: Para fabricantes de MCBs, MCCBs, RCCBs e medidores de energia, é mais uma aplicação prática do que um exercício intelectual. Em outras palavras, presume-se que tais dispositivos foram calibrados por um laboratório acreditado com documentação adequada.

Este guia descreve como medir o que deve ser medido em um banco de testes de disjuntores, como entender a cadeia de medições, como ler um relatório de calibração de um laboratório acreditado, como definir os intervalos de teste e como incorporar capacidades de medição no contrato de compra mesmo antes do equipamento ser fabricado.

O que Medição e Instrumentos de Medição Significam Dentro de uma Fábrica de Disjuntores

Em engenharia técnica, instrumentos de medição são ferramentas utilizadas para descobrir valores específicos de uma determinada medição. Em uma fábrica que fabrica vários dispositivos elétricos de baixa tensão, torna-se muito mais exato e complicado, pois, geralmente, cada medição necessária é extremamente grande, muito pequena ou de curta duração.

A produção de disjuntores implica medir cinco tipos diferentes de medições, que requerem várias classes de instrumentos de medição:

• Corrente. Começando a partir de 6 A de corrente nominal em MCBs residenciais e subindo para 10 kA de abordagem instantânea. A corrente é medida por meio de transformadores de corrente ou bobinas Rogowski ou resistores shunt de precisão que alimentam o medidor calibrado.
  Tempo. Os tempos de operação térmica devem variar de segundos a horas, enquanto o tempo de operação magnética deve ser medido em poucos milissegundos. O tempo é medido por meio de um temporizador digital referenciado por cristal acionado por um sensor de detecção de disparo.
  Resistência. Os valores de resistência de contato devem ser medidos em micro ohms por meio de micro-ohmímetro Kelvin. Quanto à resistência do terminal acima de 100 micro ohms, ela começa a distorcer a corrente que entra no disjuntor.
  Tensão. O isolamento passa por testes crescentes com tensões AC variando de 1500 V a 2500 V e medidos juntamente com os valores de corrente de fuga.
  Temperatura. Temperatura do espaço circundante e a temperatura do contato durante a medição.

Cada tipo de processo de medição requer um dispositivo de medição específico, faixa de características específicas, comportamento de deriva e até mesmo demanda específica de calibração. O dispositivo de medição não possui uma condição de calibração, mas a mesma quantidade de condições de calibração quanto a quantidade de seus pontos de medição, criando assim uma oportunidade para qualquer auditor questionar radicalmente qualquer um deles.

O Banco de Testes É Ele Mesmo um Instrumento de Medição

A mudança significativa na forma como a maioria dos gerentes de produção vê o mundo é que os bancos de calibração térmica são vistos como equipamentos de produção e tratados como equipamentos de produção. Seu custo é estimado como o dos meios de produção, e sua manutenção também é realizada como a de equipamentos de produção. No entanto, na verdade, eles se enquadram na categoria de medição e instrumentos de medição, porque, ao contrário dos equipamentos de produção que produzem saída física, um banco de calibração térmica produz apenas um número, fornecendo assim uma especificação de qualidade.

Como resultado, os requisitos para medidores de teste são aplicáveis a bancos de calibração de 500 A, como identificação, marcação do status de calibração, intervalos definidos, dados como encontrado e como deixado, violações de tolerância e controle do ambiente. Nosso guia sobre o que um laboratório de teste de MCB realmente contém explica como esses requisitos moldam a disposição física de uma área de teste.

A diferença entre um testador go/no-go e um dispositivo de medição também é importante aqui. Um testador de aprovação/reprovação simplesmente verifica se as leituras estão dentro de limites fixos, enquanto um banco de calibração mede alguns parâmetros, fornecendo assim ao usuário responsabilidades relacionadas aos dados fornecidos. O guia técnico sobre seleção de máquina de calibração MCCB cobre onde essa fronteira se situa na prática.

Rastreabilidade da Medição: A Cadeia Explicada

Rastreabilidade da medição é um termo usado para descrever o fato de que uma determinada medição pode ser relacionada a uma referência primária por meio de uma cadeia contínua de calibrações (com cada elo da cadeia garantindo uma certa incerteza de medição).
No caso de um fabricante de disjuntores, essa cadeia consistiria em quatro elos.

1. ①. elo: definição SI. A definição do ampere e do segundo baseia-se em constantes físicas e é implementada por meio de institutos nacionais de metrologia.

   ②. elo é uma instituição de metrologia nacional. NIST (EUA), PTB (Alemanha), NPL (Reino Unido), NIM (China). Essas instituições mantêm padrões primários e realizam calibrações de padrões de trabalho dos laboratórios acreditados.

   ③. elo é um laboratório de calibração terceirizado acreditado que obteve acreditação ISO/IEC 17025, mantém os padrões de referência calibrados em relação ao instituto nacional e fornece os certificados que são mantidos pela fábrica.

   ④. elo é o banco de testes (que é calibrado no local ou enviado para calibração) baseado nesses padrões de referência e realizado em determinados intervalos.

Remova qualquer elo desta cadeia e a cadeia torna-se inútil. Um certificado de calibração de um laboratório que não possui qualquer acreditação ou que foi acreditado para outros parâmetros não pode servir como evidência de rastreabilidade.

O escopo da acreditação é o que os compradores ignoram com muita frequência

A acreditação funciona por parâmetro de medição e por faixa, não por laboratório/empresa. Um laboratório acreditado para corrente contínua até o valor de 100 A não pode certificar a fonte de corrente alternada de 2000 A, mesmo que o laboratório esteja disposto a fornecer um certificado.

Como ler um Relatório de Calibração de Terceiros

Um relatório de calibração conforme contém um conjunto definido de elementos. Saber o que deve estar presente facilita identificar o que está faltando.

Dados encontrados são as informações que as pessoas desconsideram

Muitos compradores simplesmente solicitam um documento indicando que a máquina está calibrada. Se o laboratório calibra o dispositivo primeiro e só depois o utiliza, o documento dirá que o dispositivo passou, porém não informa nada sobre o mês de produção anterior. Sempre escreva os dados encontrados e deixados na ordem para o serviço de calibração. Isso não custa nada a mais e é a única proteção contra deriva descoberta posteriormente.

A medição da incerteza não é semelhante à precisão

Incerteza de medição quantifica define a dúvida em relação ao resultado obtido. Geralmente é comunicada como uma incerteza expandida com k = 2, o que equivale a 95 por cento de certeza. Se tivermos uma medição de 135,0 A com 0,4 A de incerteza expandida em k = 2, podemos dizer que o valor verdadeiro está muito provavelmente entre 134,6 A e 135,4 A. A precisão, no entanto, é uma especificação da empresa sobre quão próximo o valor obtido deve estar. Um é um valor medido e o outro é uma declaração. Os resultados da auditoria frequentemente surgem ao tomar o último como o primeiro.

Relação de Incerteza do Teste: Por Que Sua Referência Deve Ser Melhor Que Seu Banco de Testes

O princípio básico na metrologia industrial é que a relação de incerteza do teste deve ser 4:1 ou maior, significando que o padrão de referência deve ser quatro vezes mais preciso que o instrumento de calibração. Muitos sistemas de qualidade preferem 10:1 se economicamente viável.

Aplicado ao teste de disjuntores, a aritmética é concreta. O Benlong’s Linha de teste automático MCB especifica precisão de corrente de mais ou menos 0,5 por cento da leitura e precisão de tempo de mais ou menos 1 ms para disparo instantâneo. Para calibrar esse canal de corrente em uma relação 4:1, você precisa de um amperímetro de referência melhor que mais ou menos 0,125 por cento em toda a faixa de trabalho. Para calibrar esse canal de tempo, você precisa de uma referência de tempo melhor que mais ou menos 0,25 ms.

A mesma lógica governa o trabalho com medidores de energia, onde a relação é aplicada diretamente na prática: um medidor Classe 0,2 é verificado contra um padrão de referência Classe 0,05, uma relação de quatro para um. O tratamento detalhado em nosso guia para equipamentos de teste de medidores elétricos e verificação de precisão mostra como esse requisito direciona toda a arquitetura do banco de testes.

Se um fornecedor lhe oferecer um banco com precisão mais rigorosa do que qualquer laboratório acreditado em sua região pode calibrar, a especificação é decorativa. Confirme a disponibilidade de calibração antes de assinar.

Quais Parâmetros Precisam de Calibração, e Com Que Frequência

Nem todos os canais em um banco apresentam o mesmo risco, e os orçamentos de calibração são limitados. A tabela abaixo reflete a prática industrial comum para equipamentos de teste de disjuntores de baixa tensão.

A duração padrão é de doze meses, mas determinar esse período deve ser uma questão de avaliação cuidadosa e não uma rotina estabelecida. Esse prazo deve ser reduzido se o dispositivo for usado ativamente, se o histórico de seus certificados anteriores mostrar que o dispositivo se aproxima do limite de desvio permitido, se o dispositivo for movido ou reparado, ou a pedido do cliente ou da organização que realiza a certificação. A extensão do período sem dados documentados de deriva não é aceitável.

Quando fora da tolerância

Quando se descobre que o banco produziu leituras “fora da tolerância”, não se trata de documentação, mas de defeitos na produção, pois cada unidade foi testada por um instrumento que agora é reconhecido por ter produzido leituras incorretas.

A resposta que deve ser dada é que é necessário realizar os seguintes passos em rastreabilidade reversa:

Determinar o tamanho e a direção do erro para os “dados encontrados”.”
Identificar os diferentes lotes que foram produzidos para esse canal desde a calibração anterior, usando os registros.
Recalcular se os resultados teriam sido satisfatórios após ajustar o erro.
O próximo passo é emitir ações de contenção para os lotes cujos resultados não atenderam aos requisitos após a correção dos resultados.
Documentar todos os seus cálculos e decisões, independentemente dos resultados obtidos.

Isso só é viável quando há um sistema eletrônico que registra todos os resultados. Se o banco tiver apenas leituras “aprovado/reprovado” ou nenhuma leitura, então a situação “fora da tolerância” torna-se um pesadelo.

Influências ambientais

Os resultados dos testes dos disjuntores são peculiarmente influenciados pelas condições ambientais, pois as tiras bimetálicas não diferenciam entre o calor da corrente de teste e o calor do ambiente.

As mudanças no tempo de disparo podem ser de até 1-2 por cento para cada grau Celsius de variação de temperatura. Portanto, se, por exemplo, estiver 12 graus mais quente à tarde do que pela manhã, a leitura estará errada apenas por causa da temperatura. Existem dois métodos disponíveis de mitigação que não são equivalentes entre si:

• Controlar o ambiente. O espaço de calibração deve ser testado em temperaturas de 25°C±3°C, que é também o método usado pelos laboratórios de certificação.
• Compensar por software. As temperaturas ambientes são monitoradas em tempo real e ou a corrente ou a janela de aceitação são ajustadas de acordo. O bancada de calibração térmica de longa duração para MCCB registra o tempo de disparo, corrente de teste, temperatura ambiente e status de aprovação/reprovação por estação exatamente por essa razão, e suporta uma câmara ambiental opcional onde é necessária repetibilidade em nível de laboratório.

Independentemente do método utilizado, será necessário que o sensor de temperatura seja incorporado no processo de medição e, assim, realize a mesma calibração tanto dos canais de corrente quanto dos canais de temporização. O uso de esquemas de compensação baseados em termopares não calibrados apenas gerará mais erro e não o eliminará.

Refrigeração, sequenciamento e repetibilidade

Existem dois efeitos adicionais que distorcem as medições do disjuntor e que são diferentes dos problemas dos instrumentos.

O primeiro é o calor residual que aparece no bimetal durante o momento do disparo e faz com que o segundo disjuntor testado termicamente dispare mais rápido. Esse efeito pode ser evitado aguardando-se de três a quatro minutos após o primeiro teste ou com refrigeração forçada entre os testes.
O segundo efeito é a condição dos terminais. Se os terminais estiverem oxidados ou sujos, isso produz resistência de contato e a tensão cai nos terminais do dispositivo. Limpar os terminais antes do teste não é simplesmente uma limpeza; é parte do processo de medição.

A repetibilidade deve ser determinada e não assumida. Para fins de teste, resultados confiáveis podem ser obtidos realizando dez testes na mesma máquina e calculando o desvio padrão do tempo de teste. Se o desvio padrão do tempo médio de teste for inferior a 5%, a capacidade do processo pode ser considerada como Cpk igual a 1,33.

Metrologia em uma linha automática

A automação está mudando a economia das medições de forma imperceptível. No método manual, o técnico mede o valor e o anota, enquanto no processo automatizado todas as medições são registradas no computador e vinculadas ao número de série do equipamento de medição. Assim, a fábrica é capaz de rastrear o funcionamento adequado de seu instrumentos de medição continuamente.

Isso oferece vantagens que o método manual não pode proporcionar:

Detecção de deriva entre calibrações. Pode-se encontrar qualquer deriva do instrumento muito antes da calibração anual construindo o gráfico do tempo médio de teste.
Comparação estação a estação. No processo de múltiplas estações, se uma estação apresentar leituras consistentes que diferem das outras estações, pode-se concluir que algo está errado com a estação e não com o produto.
Exportação pronta para auditoria. Os dados de teste podem ser exportados em CSV, SQL ou MES, aumentando a eficiência do processo de auditoria.
Controle estatístico do processo. Gráficos de controle permitem monitorar não apenas os resultados finais do teste, mas também os processos a montante na soldagem ou montagem.

A divisão estação por estação em nosso guia técnico para como funciona uma linha automática de teste de MCB mostra onde cada medição é feita ao longo do fluxo. Para fabricantes ainda não prontos para automação total, um banco semi-automático de calibração do desarme térmico já elimina o erro de temporização do operador, que normalmente é o maior contribuinte individual de incerteza em uma estação manual.

Especificando a Capacidade de Medição ao Comprar Equipamento

A maioria dos problemas de medição é criada na fase do pedido de compra, quando a especificação descreve o rendimento e a capacidade mecânica em detalhe e trata a precisão como um item único. Uma especificação que sobreviverá a uma auditoria aborda medição e instrumentos de medição explicitamente.

Perguntas a fazer ao fornecedor antes de fazer um acordo

• Qual é o nível de precisão declarado para cada canal de medição individual: é uma percentagem do máximo da escala ou uma percentagem da leitura final? A diferença é significativa em valores mais baixos.
  Qual é o intervalo de precisão? Um dispositivo com uma precisão de um por cento do máximo pode funcionar muito pior em medições de corrente mais baixas.
  Quais são os parâmetros de deriva e estabilidade durante todo o turno de serviço, não numa única medição?
  Quais são os componentes principais do dispositivo e é possível substituí-los e calibrá-los independentemente?
  É possível usar um padrão de terceiros para calibração, ou é necessário enviar o instrumento para outro local?
  Existe um certificado de calibração emitido após a compra que mostra como as medições foram feitas?
  Que testes envolvem o FAT e o SAT e algum deles verifica os canais usando um padrão?
  Que tipo de saída é gerada pela unidade e há algum dado registrado ou apenas os resultados são indicados?

  Além disso, forneça uma tabela de comparação de conformidade com IEC 60898-1 ou IEC 60947-2 mostrando quais testes foram concluídos e como a unidade funciona de acordo com as especificações. Para aqueles que conseguem fornecer tal documento, significa que muito foi feito pelo fornecedor.

Erros comuns na gestão de dispositivos de medição

• Calibrar a mesa de medição deixando a referência não calibrada. Um padrão de trabalho que faz parte do processo de manutenção da empresa e é usado para o controle intermediário também precisa de acreditação.
  Aceitar um certificado sem considerar seu escopo. O laboratório deve ser acreditado para o intervalo e parâmetro, e não apenas ser acreditado.
  Ignorar incertezas quando estão próximas dos seus limites. Uma leitura que está dentro das tolerâncias, mas cuja incerteza ultrapassa o limite, não é aprovada. As regras indicam como tratar esses casos.
  Não levar em conta os dados encontrados. Este erro mencionado anteriormente é o mais custoso da lista.
  Tratar o fixador como mecânico, em vez de metrológico. Barras coletoras, grampos e contatos estão presentes no processo de medição, e sua resistência influencia o resultado.
  Esquecer os intervalos. A certificação expirada significa que nem dois meses de produção são válidos, independentemente de o dispositivo ter funcionado normalmente.
  Armazenar os certificados sem organizar sua indexação. O certificado que não pôde ser apresentado durante a auditoria é igual ao que nunca foi emitido.

O que isso custa e o que isso compra

O custo anual da calibração acreditada de um banco de testes de disjuntores multicanal é insignificante quando comparado ao custo de capital do equipamento, e é muito menor do que a despesa do que pode acontecer devido a uma auditoria ruim: uma certificação falhada, que atrasa o lançamento do produto, uma auditoria de um distribuidor que leva ao cancelamento de um acordo de entrega, uma investigação sobre uma falha em campo causada pela falta de um registro de teste válido, ou um recall causado por desvios não detectados dos padrões.

Este argumento comercial é menos complexo do que o argumento técnico. Qualquer fabricante que venda seus produtos em mercados de exportação regulamentados vende não apenas hardware, mas também conformidade bem documentada. O calibração dos instrumentos de medição é o que garante que a conformidade existe. Clientes de países como Índia, Turquia, Brasil e estados do Golfo agora perguntam aos fornecedores sobre o status da calibração dos equipamentos de teste durante a qualificação dos fornecedores, em vez de terem apenas certificados para o produto. Se um fabricante estiver preparado para responder imediatamente à pergunta sobre o status da calibração, a qualificação pode levar menos tempo, pois objeções dos clientes não serão levantadas na fase de qualificação.

Benlong Automação e Equipamentos de Teste de Grau de Medição

Benlong Tecnologia de Automação Ltda. é um projetista e fabricante de sistemas de automação e dispositivos de teste para fabricantes de equipamentos elétricos de baixa tensão desde sua fundação em 2008 em Wenzhou, província de Zhejiang, que é o centro da indústria de equipamentos elétricos de baixa tensão na China. A empresa projeta racks de calibração térmica, racks de teste de disparo magnético, equipamentos de teste dielétrico, racks de teste de resistência, equipamentos de calibração de medidores de energia e complexos de teste controlados por computador.

Como esses dispositivos são equipamentos de medição assim como equipamentos de produção, cada um deles é projetado em conformidade com a precisão declarada por canal, valores de estabilidade por dia útil, registro de dados para referência futura e conexão MES. Portanto, todo o equipamento é fornecido com certificados de calibração e passa por testes de aceitação no FAT e SAT para garantir que o dispositivo seja testado antes de entrar em produção total, e não depois.

Antes de começar a trabalhar em seus equipamentos, os fabricantes precisam garantir que entendem o que estão medindo, qual precisão declararam e o que podem comprovar. Os engenheiros da Benlong começam seu trabalho a partir dessa análise.

Referências

• ISO/IEC 17025:2017 — Requisitos Gerais para a Competência de Laboratórios de Ensaio e Calibração. A norma de acreditação que define o que um laboratório de calibração terceirizado deve demonstrar e o que seus relatórios devem conter.
• Série de Políticas ILAC — ILAC P14, Política para Incerteza de Medição em Calibração. Define os requisitos para estimar e declarar a incerteza expandida em certificados de calibração acreditados.
• Publicações JCGM (BIPM) — Guia para a Expressão da Incerteza em Medição (GUM) e Vocabulário Internacional de Metrologia (VIM). Os dois documentos fundamentais por trás de cada orçamento de incerteza e cada definição de rastreabilidade.
• IEC 60947-2 — Equipamentos de manobra e controlo de baixa tensão, Parte 2: Disjuntores. Define os requisitos de teste de sobrecarga, curto-circuito e rotina que os bancos de teste MCCB devem ser capazes de reproduzir.
• IEC 60898-1 — Disjuntores para proteção contra sobrecorrente para instalações domésticas e similares. Especifica as janelas de tempo de disparo e as condições de teste que o equipamento de calibração MCB deve gerar e medir.

Um disjuntor que sai de uma fábrica carrega uma promessa implícita sobre como se comportará em condições de falha. A única evidência por trás dessa promessa é um conjunto de números produzidos por uma máquina, e esses números valem exatamente o quanto a rastreabilidade por trás deles. Tratar medição e instrumentos de medição como um sistema gerido, com calibração acreditada, incerteza documentada, condições ambientais controladas e registro de dados por unidade, é o que converte os resultados dos testes em prova. É também, cada vez mais, o que os compradores internacionais verificam primeiro.