Оборудование для тестирования MCCB: Техническое руководство для лабораторий

В 2024 году производитель автоматических выключателей с корпусом, расположенный в Юго-Восточной Азии, отправил новую серию автоматических выключателей на 250 А в независимую испытательную лабораторию для типового испытания IEC 60947-2. Испытания не прошли тест на повышение температуры при номинальном токе. Инженерная команда была в замешательстве, так как те же автоматические выключатели ранее успешно прошли тот же тест в собственной лаборатории всего два месяца назад. После расследования они обнаружили, что проблема заключалась не в автоматических выключателях, а в испытательной системе на производственном предприятии. Источник переменного тока на заводе не смог поддерживать стабильный выход 250 А на протяжении всего процесса термического равновесия, положение термопары было неправильным в соответствии со стандартом измерения на клеммах, а температура окружающей среды изменилась на 4 градуса Цельсия во время испытаний. Оказалось, что продукт в порядке, и единственное, что было не в порядке, это испытательное оборудование, ответственное за его проверку. Процесс повторной сертификации занял четыре месяца и обошелся в шестизначную сумму денег за аренду станций.

К сожалению, правда о испытаниях MCCB заключается в том, что оно предоставляет информацию о надежности, основанную исключительно на организации, проводившей испытания. Это не вызывает беспокойства у инженеров, работающих на предприятии, или у сотрудников отдела закупок, так как испытательная лаборатория считается внутренним наиболее надежным элементом всего процесса сертификации. Этот справочник предоставит детали процесса испытаний в соответствии с IEC 60947-2, типы оборудования, используемого для проведения испытаний, и все соответствующие спецификации стенда, способного предоставить сертифицируемые данные.

Что требует IEC 60947-2: Полный режим испытаний MCCB

Любой автоматический выключатель с корпусом, продаваемый на регулируемом рынке, должен соответствовать стандарту продукта и быть проверен. Соответствующий стандарт продукта обычно IEC 60947-2 в остальном мире и UL 489 в Северной Америке. Стандарты описывают не только типовые испытания, проводимые на представительной выборке только один раз для проверки дизайна, но и рутинные испытания, проводимые на каждом устройстве или статистической выборке в процессе производства. Каждое типовое испытание требует определенных типов лабораторного оборудования с особыми техническими характеристиками. Таблица ниже собирает основные типы испытаний, используемых для проверки термо-магнитного MCCB, тем самым формируя контрольный список для будущих покупателей любого MCCB.

Типовые испытания против рутинных испытаний: где подходит лаборатория на месте

Ключевое различие в создании лаборатории MCCB заключается в различении между типовым тестированием и рутинным тестированием, так как это влияет на выбор оборудования для покупки или аренды. В частности, испытания на короткозамыкательную способность, более известные как Icu и Ics, требуют доступа к высокомощной лаборатории, способной производить уровни тока до 100 кА при заданном напряжении и коэффициенте мощности. Создание такого типа лаборатории может стоить миллионы долларов, что оправдано только крупнейшими производителями автоматических выключателей в мире. Все остальные просто бронируют время в аккредитованных лабораториях третьих сторон. Это правильная экономическая позиция, и у менеджеров по закупкам нет причин думать иначе.

Однако все остальные этапы тестирования выполняются самой компанией. Термальные отключения и магнитные отключения всегда проводятся, а также проверяются повышение температуры и мониторинг падения милливольт во время рабочих процедур. Компании, которые решают передать свои процессы на аутсорсинг вместо того, чтобы держать их внутри, ненужно добавят несколько недель к своему производству. Однако были случаи, когда производитель не контролировал свою сертификационную выборку и не смог выполнить требования.

Четыре столпа внутренней лаборатории тестирования MCCB

Стенды для калибровки термальных отключений это “рабочая лошадка” дня, и это также категория инструмента, где сбои в спецификациях влекут за собой наибольшие затраты. Законы физики безразличны, где отклонение биметаллического элемента зависит от энергии, подаваемой на биметаллический элемент, которая зависит от RMS тока и времени. Источник тока с 2% пульсацией или дрейфом приведет к разбросу времени отключения, который неотличим от подлинной вариации продукта. Поэтому лаборатория не может определить, является ли проблема результатом калибровки или неисправного устройства. Спецификации, которые должны быть включены в запрос на предложение, включают: точность тока (класс 0.5 или выше), независимая инъекция по полю, которая позволяет тестировать трехполюсные автоматические выключатели по каждому полю в соответствии со стандартными требованиями, и контролируемая температура окружающей среды, поскольку биметалл, откалиброванный при неконтролируемых 22 градусах, не сработает при правильном значении, когда используется температура 40 градусов для проверки. На практике категория делится на два взаимодополняющих устройства: стенд для ручной термокалибровки для работы по разработке и коротких проверочных запусков при 1.30×Ir и выше, и многостанционный стенд для долгосрочной термальной калибровки для обычных тестов на отключение и токов отключения, где одна проверка может занять станцию от одного до двух часов, а емкость партии определяет производительность лаборатории.

Стенды для тестирования магнитных отключений проверяют мгновенное срабатывание, и их определяющей технической задачей является разделение магнитного поведения от термического поведения. Инъекция тестового тока 10×In слишком долго начинает нагревать биметалл, что может вызвать термальное отключение, которое маскируется под магнитное и дает ложный положительный результат. Правильно спроектированный стенд для тестирования магнитных отключений MCCB использует контролируемую инъекцию короткой продолжительности с программируемым током в диапазоне 5–10×In и захватом времени отключения в миллисекундах, потому что разница между срабатыванием при 9×In и 11×In может составлять один полупериод. Для закупок спецификационные пункты, которые необходимо подтвердить, включают максимальный размер рамы, на который рассчитаны шины и зажимные устройства, поддерживается ли одновременное тестирование четырехполюсных устройств и включена ли проверка вспомогательных контактов.

Станции повышения температуры и падения милливольт есть две работы, которые имеют один источник питания. Испытание на повышение температуры устанавливает номинальный ток в автоматическом выключателе до достижения теплового равновесия и проверяет увеличение температуры в соответствии с пределами; падение в милливольтах — это тот же метод считывания на заводе, поскольку контактное сопротивление является самой значительной причиной нагрева. Увеличение падения в милливольтах, зафиксированное в производственных партиях, может быть первым признаком отклонения материала контакта или процесса заклепки, и именно поэтому этот метод должен использоваться на каждой испытательной линии, а не только в лаборатории.

Испытательные стенды высокого напряжения Испытания на диэлектрическую прочность относятся к самым простым среди четырех категорий. Тем не менее, они являются наиболее важными с точки зрения безопасности. Характеристики, которые отличают высококачественное оборудование hipot от коммерческого материала, связаны с способностью оборудования поддерживать стабильность испытательного напряжения в присутствии емкостной нагрузки выключателя, очень точной калибровкой порога срабатывания утечки тока и программируемыми последовательностями нарастания-удержания-уменьшения. Не менее важны защита оператора и повторяемость контакта: полуавтоматический стенд для испытаний на высокое напряжение с защищенной оснасткой и автоматизированной последовательностью испытаний устраняет как риск безопасности, так и проблему надежности контакта, которую вводит ручное зондирование — диэлектрическое испытание с прерывистым контактом зонда — это испытание, которое ничего не доказывает.

От индивидуальных стендов к интегрированной лаборатории

Лаборатория и производственная линия проводят одни и те же испытания в разных объемах, и стратегия оборудования должна отражать эту непрерывность. В процессе разработки инженерам нужны гибкие стенды с полным доступом к параметрам — регулируемые инжекционные токи, сырые данные по времени, картирование термопар. По мере увеличения объема проверки, пространство на полу, время обработки оператором и консолидация данных начинают доминировать в уравнении затрат, и аргумент смещается в сторону интеграции: объединение испытаний на магнитное срабатывание, термокалибровку и длительную термокалибровку в одну станцию, такую как интегрированный испытательный стенд для MCCB, где одна операция загрузки и одна запись данных охватывают несколько проверок. Для команды закупок интегрированный маршрут сокращает количество поставщиков, оснастки и контрактов на калибровку, которые нужно управлять; для инженера лаборатории это устраняет повторное зажимание между испытаниями, которое само по себе является источником вариации измерений. Инженерные постоянные в этом переходе — это те, на которые эта статья акцентировала внимание: точность тока, термоконтроль, разрешение по времени и надежность контакта. Интеграция изменяет пропускную способность и занимаемую площадь; она никогда не должна изменять измерение.

Часто задаваемые вопросы

Какое оборудование необходимо для испытания MCCB в домашних условиях?

Исчерпывающая лаборатория содержит четыре подразделения: стенд калибровки термозащиты с точным генератором тока, стенд испытаний магнитной защиты с регулируемым введением импульсов, станцию повышения температуры и падения милливольт с системой сбора данных термопар, и стенд для испытаний на высокое напряжение для диэлектрической прочности. Испытания на способность размыкания короткого замыкания являются исключением из этого правила, так как они требуют сертифицированной лаборатории высокой мощности, которая обычно нанимается для их выполнения.

В чем разница между типовыми испытаниями и рутинными испытаниями для MCCB?

Типовые испытания проводятся только на отобранных образцах для подтверждения того, что конкретный дизайн соответствует применимым стандартам, таким как IEC 60947-2 или UL 489, которые могут включать разрушительные испытания, такие как испытания на способность размыкания в условиях короткого замыкания. Рутинные испытания проводятся на производственной линии на каждом продукте, включая проверку калибровки срабатывания, испытание на диэлектрическую прочность и функциональные испытания, чтобы гарантировать, что все продукты имеют правильные характеристики и спецификации.

Почему температура окружающей среды важна при калибровке срабатывания MCCB?

Термозащита — это устройство, которое содержит биметаллический материал, эффективно используемый для указания точки срабатывания в зависимости от общего тепла, включая температуру в помещении. Автоматический выключатель, регулирующий свою точку срабатывания в соответствии с эталонной температурой окружающей среды 40 градусов, сработает при более высоком значении тока в среде с температурой 20 градусов. Поэтому создаются специальные лабораторные условия для контроля температуры в помещении, так как без них не будет сравнений в результатах испытаний.

Должна ли лаборатория покупать отдельные испытательные стенды или интегрированный испытательный стенд?

Отдельные стенды подходят для лабораторий разработки, требующих полного доступа к параметрам и выполнения различных испытаний одновременно. Интегрированный стенд, который включает магнитное срабатывание, термокалибровку и длительную термокалибровку, предназначен для лабораторий, в которых объем регулярных проверок, доступное пространство в здании и прослеживаемость отдельных результатов важнее всего остального. Несколько компаний имеют оба этих варианта для своего использования: гибкие индивидуальные стенды в НИОКР и интегрированные установки для проверки и аудита испытаний.

Ссылки

• IEC — Международная электротехническая комиссия. Издатель IEC 60947-2, международного продуктового стандарта для автоматических выключателей, определяющего режим типовых и рутинных испытаний, упомянутый в этой статье.
• UL — Стандарт UL 489 для автоматических выключателей с формованным корпусом. Североамериканский стандарт безопасности, охватывающий конструкцию и требования к испытаниям MCCB.
• NEMA — Рекомендации AB 4 по инспекции и профилактическому обслуживанию автоматических выключателей с формованным корпусом. Руководство по полевым испытаниям, широко используемое для проверки MCCB в эксплуатации, включая процедуры испытаний на падение милливольт и срабатывание.
• IEEE — Стандарты и исследования по защите низковольтных цепей. Техническая литература по верификации производительности автоматических выключателей и методологии тестирования.

Спецификация Оборудование для тестирования MCCB в конечном итоге является упражнением в метрологии, а не в машиностроении. Класс точности источника тестирования, точность системы таймирования, контроль температуры в помещении, где происходит калибровка, и уровень повторяемости устройства определят, подходит ли полученные данные для верификации в сертификационном органе. Инженеры-разработчики, которые вводят эти данные в спецификацию, предоставляют отделу закупок данные, которые можно обосновать при каждой верификации. Benlong Automation производит калибровочные стенды, станции магнитного срабатывания и интегрированные испытательные стенды для автоматических выключателей на этом принципе и, таким образом, гарантирует, что аппаратура, выполняющая свои функции, должна соответствовать более высоким стандартам, чем сам выключатель.