Подробное описание измерительных приборов и оборудования для испытаний автоматических выключателей

При любой аудиторской проверке производства автоматических выключателей аудитор склонен смещать внимание с самого выключателя на оборудование, использованное при тестировании этого выключателя. Важный вопрос — насколько надежна испытательная установка. Время 47,2 секунды само по себе не имеет смысла. Важно знать, откуда взято это измерение и с какими результатами оно может быть сопоставлено в соответствии с национальным стандартом по времени. Следовательно, речь идет скорее о цепочке измерений, каждое из которых может быть подтверждено документацией.

Это область измерений и измерительных приборов: Для производителей автоматических выключателей малой мощности (MCB), автоматических выключателей нагрузки (MCCB), устройств защитного отключения (RCCB) и счетчиков электроэнергии это скорее практическое применение, чем интеллектуальное упражнение. Другими словами, считается само собой разумеющимся, что такие устройства были откалиброваны аккредитованной лабораторией с соответствующей документацией.

В этом руководстве изложено, как измерять то, что должно измеряться на испытательном стенде автоматических выключателей, как понимать цепочку измерений, как читать отчет о калибровке из аккредитованной лаборатории, как определять интервалы тестирования и как включать измерительные возможности в договор купли-продажи еще до изготовления оборудования.

Что означают измерения и измерительные приборы внутри завода по производству выключателей

В техническом инжиниринге, измерительные приборы — это инструменты, используемые для определения конкретных значений определенного измерения. На заводе, производящем различные низковольтные электрические устройства, это становится гораздо более точным и сложным, так как обычно каждое необходимое измерение либо чрезвычайно большое, либо очень маленькое, либо короткой продолжительности.

Производство автоматических выключателей подразумевает измерение пяти различных типов параметров, для которых требуются различные классы измерительных приборов:

• Ток. Начиная с номинального тока 6 А в бытовых автоматах и достигая 10 кА мгновенного тока срабатывания. Ток измеряется с помощью токовых трансформаторов, катушек Роговского или прецизионных шунтирующих резисторов, подающих сигнал на калиброванный измеритель.
  Время. Время теплового срабатывания должно варьироваться от секунд до часов, в то время как время магнитного срабатывания измеряется в нескольких миллисекундах. Время измеряется с помощью цифрового таймера с кварцевой стабилизацией, отключаемого датчиком срабатывания.
  Сопротивление. Значения контактного сопротивления должны измеряться в микроомах с помощью микроомметров Кельвина. Что касается сопротивления клемм выше 100 микроом, оно начинает искажать ток, поступающий в выключатель.
  Напряжение. Изоляция подвергается усиленным испытаниям переменным напряжением от 1500 В до 2500 В и измеряется вместе со значениями тока утечки.
  Температура. Температура окружающего пространства и температура контакта во время измерения.

Каждый тип измерительного процесса требует специфического измерительного прибора, определённого диапазона характеристик, поведения дрейфа и даже специфических требований к калибровке. Измерительный прибор не имеет одного условия калибровки, а столько условий калибровки, сколько у него измерительных точек, что создаёт возможность для любого аудитора радикально спросить о любом из них.

Испытательный стенд — это сам измерительный прибор

Существенное изменение в том, как большинство руководителей производства видят мир, заключается в том, что термокалибровочные стенды рассматриваются как производственное оборудование и обращаются с ними соответственно. Их стоимость оценивается как стоимость производственных средств, а обслуживание выполняется как обслуживание производственного оборудования. Однако на самом деле они относятся к категории измерений и измерительных приборов, потому что, в отличие от производственного оборудования, которое производит физический продукт, термокалибровочный стенд производит только число, тем самым предоставляя спецификацию качества.

В результате требования к испытательным приборам применимы к калибровочным стендам на 500 А, таким как идентификация, маркировка статуса калибровки, определённые интервалы, данные «как найдено» и «как оставлено», нарушения допусков и контроль окружающей среды. Наше руководство по тому, что на самом деле содержит лаборатория испытаний автоматических выключателей описывает, как эти требования формируют физическую планировку испытательной зоны.

Здесь также важна разница между тестером типа «годен/не годен» и измерительным прибором. Тестер «пройдено/не пройдено» просто проверяет, находятся ли показания в пределах фиксированных границ, тогда как калибровочный стенд измеряет некоторые параметры, предоставляя пользователю ответственность за предоставленные данные. Техническое руководство по выбору машины для калибровки MCCB описывает, где на практике проходит эта граница.

Прослеживаемость измерений: объяснение цепочки

Прослеживаемость измерений — это термин, используемый для описания того факта, что данное измерение может быть связано с первичным эталоном через непрерывную цепочку калибровок (каждое звено цепочки обеспечивает определённую неопределённость измерения).
В случае производителя автоматических выключателей эта цепочка состоит из четырёх звеньев.

1. ① звено: определение СИ. Определение ампера и секунды основано на физических константах и реализуется через национальные метрологические институты.

   ② звено — это национальный метрологический институт. NIST (США), PTB (Германия), NPL (Великобритания), NIM (Китай). Эти институты поддерживают первичные эталоны и проводят калибровку рабочих эталонов аккредитованных лабораторий.

   ③ звено — это аккредитованная сторонняя калибровочная лаборатория, получившая аккредитацию ISO/IEC 17025, поддерживающая эталоны, откалиброванные относительно национального института, и выдающая сертификаты, которые хранятся на заводе.

   ④ звено — это испытательный стенд (калибруемый на месте или отправляемый на калибровку), основанный на этих эталонах и калибруемый с определённой периодичностью.

Удалите любую звено этой цепи, и цепь становится бесполезной. Сертификат калибровки из лаборатории, не имеющей аккредитации или аккредитованной по другим параметрам, не может служить доказательством прослеживаемости.

Область аккредитации — это то, что покупатели слишком часто игнорируют.

Аккредитация действует по параметру измерения и по диапазону, а не по лаборатории/компании. Лаборатория, аккредитованная для постоянного тока до 100 А, не может сертифицировать источник переменного тока 2000 А, даже если лаборатория готова выдать вам сертификат.

Чтение отчёта о калибровке третьей стороны

Соответствующий отчёт о калибровке содержит определённый набор элементов. Знание того, что должно быть, облегчает выявление отсутствующих данных.

Данные «как найдено» — это информация, которую люди игнорируют

Многие покупатели просто требуют бумагу, подтверждающую, что устройство откалибровано. Если лаборатория сначала калибрует устройство, а затем использует его, бумага будет свидетельствовать о том, что устройство прошло проверку, однако она ничего не скажет о месяце производства до этого. Всегда указывайте данные «как найдено» и «как оставлено» в заказе на калибровку. Это не требует дополнительных затрат и является единственной защитой от обнаруженного впоследствии дрейфа.

Измерение неопределённости не равно точности

Неопределённость измерения количественно определяет неопределённость, связанную с полученным результатом. Обычно она выражается как расширенная неопределённость с k = 2, что соответствует 95 процентам уверенности. Если у нас есть измерение 135,0 А с расширенной неопределённостью 0,4 А при k = 2, мы можем сказать, что истинное значение с большой вероятностью находится между 134,6 А и 135,4 А. Точность, однако, является спецификацией компании относительно того, насколько близким должно быть полученное значение. Одно — это измеренное значение, другое — декларация. Результаты аудита часто возникают из-за принятия второго за первое.

Коэффициент неопределённости теста: почему ваш эталон должен быть лучше вашего стенда

Основной принцип в промышленной метрологии заключается в том, что коэффициент неопределённости теста должен быть 4:1 или больше, что означает, что эталонный стандарт должен быть в четыре раза точнее калибруемого прибора. Многие системы качества предпочитают 10:1, если это экономически целесообразно.

Применительно к тестированию автоматических выключателей арифметика конкретна. Benlong’s Автоматизированная линия тестирования автоматических выключателей указывает точность тока плюс-минус 0,5 процента от показания и точность времени плюс-минус 1 мс для мгновенного срабатывания. Чтобы откалибровать этот токовый канал с коэффициентом 4:1, вам нужен эталонный амперметр с точностью лучше плюс-минус 0,125 процента по всему рабочему диапазону. Чтобы откалибровать этот временной канал, вам нужен эталон времени с точностью лучше плюс-минус 0,25 мс.

Та же логика управляет работой счётчиков энергии, где коэффициент напрямую применяется на практике: счётчик класса 0,2 проверяется по эталону класса 0,05, что соответствует коэффициенту четыре к одному. Подробное рассмотрение в нашем руководстве по оборудованию для тестирования электрических счётчиков и проверке точности показывает, как это требование определяет всю архитектуру стенда.

Если поставщик предлагает вам стенд с точностью выше, чем может откалибровать любой аккредитованный лабораторией в вашем регионе, эта спецификация декоративна. Подтвердите доступность калибровки перед подписанием.

Какие параметры требуют калибровки и как часто

Не каждый канал на стенде несёт одинаковый риск, а бюджеты на калибровку ограничены. Таблица ниже отражает общую промышленную практику для оборудования тестирования низковольтных автоматических выключателей.

Стандартный срок — двенадцать месяцев, но определение этого периода должно быть результатом вдумчивой оценки, а не установленной рутиной. Этот срок должен быть сокращён, если устройство используется активно, если история предыдущих сертификатов показывает, что устройство приближается к пределу допустимого отклонения, если устройство перемещается или ремонтируется, либо по запросу клиента или организации, проводящей сертификацию. Продление срока без документированных данных о дрейфе недопустимо.

При выходе за пределы допуска

Когда обнаруживается, что стенд выдал “выходящие за пределы допуска” показания, это уже не вопрос документации, а дефект производства, поскольку каждое устройство было протестировано прибором, который теперь признан выдавшим ошибочные показания.

Необходимо выполнить следующие шаги обратной прослеживаемости:

Определить величину и направление ошибки для “данных при обнаружении”.”
Определить различные партии, произведённые для данного канала с момента предыдущей калибровки, используя журналы.
Пересчитать, были ли результаты удовлетворительными после корректировки с учётом ошибки.
Следующий шаг — принять меры по ограничению для тех партий, результаты которых не соответствовали требованиям после корректировки.
Задокументировать все расчёты и решения, независимо от достигнутых результатов.

Это возможно только при наличии электронной системы, которая записывает все результаты. Если стенд выдаёт только “пройдено/не пройдено” или не фиксирует данные вовсе, ситуация с “выходом за пределы допуска” становится кошмаром.

Влияние окружающей среды

Результаты испытаний автоматических выключателей особенно зависят от условий окружающей среды, поскольку биметаллические полосы не различают тепло от тестового тока и тепло от окружающей среды.

Время срабатывания может изменяться на 1-2 процента на каждый градус Цельсия изменения температуры. Следовательно, если, например, днём температура на 12 градусов выше, чем утром, показания будут ошибочными только из-за температуры. Существуют два метода смягчения, которые не равнозначны друг другу:

• Контроль окружающей среды. Помещение для калибровки должно поддерживаться при температуре 25°C±3°C, что также является методом, используемым аккредитованными лабораториями.
• Компенсация в программном обеспечении. Температура окружающей среды контролируется в реальном времени, и либо ток, либо допустимый диапазон корректируются соответственно. Длительный стенд для термокалибровки MCCB регистрирует время срабатывания, тестовый ток, температуру окружающей среды и статус «пройдено/не пройдено» для каждой станции именно по этой причине, а также поддерживает опциональную камеру окружающей среды, где требуется лабораторная повторяемость.

Независимо от используемого метода, вам потребуется включить температурный датчик в процесс измерения и таким образом выполнить ту же калибровку, что и для токовых, а также временных каналов. Использование схем компенсации на основе некалиброванных термопар только увеличит ошибку, а не устранит её.

Охлаждение, последовательность и повторяемость

Существуют два дополнительных эффекта, искажающих измерения выключателя, которые отличаются от проблем с приборами.

Первый — остаточное тепло, которое появляется в биметалле в момент срабатывания и заставляет второй термически проверяемый выключатель сработать быстрее. Этот эффект можно избежать, подождав три-четыре минуты после первого теста или применив принудительное охлаждение между тестами.
Второй эффект — состояние клемм. Если клеммы окислены или загрязнены, это вызывает контактное сопротивление и падение напряжения на клеммах устройства. Очистка клемм перед тестированием — это не просто уборка; это часть процесса измерения.

Повторяемость должна определяться, а не предполагаться. Для целей тестирования надежные результаты можно получить, проведя десять тестов на одной и той же машине и вычислив стандартное отклонение времени теста. Если стандартное отклонение среднего времени теста меньше 5 процентов, способность процесса можно считать равной Cpk 1,33.

Метрология на автоматической линии

Автоматизация меняет экономику измерений незаметным образом. В ручном методе техник измеряет значение и записывает его, тогда как в автоматизированном процессе все измерения записываются в компьютер и связываются с серийным номером измерительного оборудования. Таким образом, завод может отслеживать правильное функционирование измерительные приборы непрерывно.

Это дает преимущества, которые ручной метод обеспечить не может:

Обнаружение дрейфа между калибровками. Можно обнаружить дрейф любого прибора задолго до ежегодной калибровки, построив график среднего времени теста.
Сравнение между станциями. В многостаночном процессе, если одна станция consistently показывает результаты, отличающиеся от других, можно заключить, что проблема в станции, а не в продукте.
Экспорт данных, готовый к аудиту. Данные тестов могут быть экспортированы в CSV, SQL или MES, что повышает эффективность аудита.
Статистический контроль процесса. Контрольные карты позволяют отслеживать не только конечные результаты тестов, но и процессы на этапах сварки или сборки.

Разбивка по станциям в нашем техническом руководстве по работе автоматической линии тестирования МКБ показывает, где производится каждое измерение в потоке. Для производителей, еще не готовых к полной автоматизации, полуавтоматический стенд для калибровки теплового срабатывания уже устраняет ошибку времени оператора, которая обычно является крупнейшим источником неопределенности на ручной станции.

Указание возможностей измерения при покупке оборудования

Большинство проблем с измерениями возникает на этапе оформления заказа, когда спецификация подробно описывает пропускную способность и механические возможности и рассматривает точность как единую строку. Спецификация, которая выдержит аудит, рассматривает измерений и измерительных приборов явно.

Вопросы, которые следует задать поставщику перед заключением соглашения

• Каков заявленный уровень точности для каждого отдельного измерительного канала: это процент от максимума шкалы или процент от конечного показания? Разница значительна при низких значениях.
  Каков диапазон точности? Устройство с точностью один процент от максимума может работать значительно хуже при измерениях низкого тока.
  Каковы параметры дрейфа и стабильности в течение всей смены обслуживания, а не в одном измерении?
  Каковы ключевые компоненты устройства и возможно ли заменить и откалибровать их независимо?
  Можно ли использовать сторонний стандарт для калибровки или необходимо отправлять прибор куда-то еще?
  Выдается ли сертификат калибровки после покупки, показывающий, как проводились измерения?
  Какие испытания включают FAT и SAT и проверяют ли они каналы с использованием стандарта?
  Какой тип выходных данных генерирует устройство и записываются ли какие-либо данные или только отображаются результаты?

  Кроме того, предоставьте таблицу сравнения соответствия с IEC 60898-1 или IEC 60947-2, показывающую, какие испытания были выполнены и как устройство работает согласно спецификациям. Для тех, кто может предоставить такой документ, это означает, что поставщик проделал большую работу.

Обычные ошибки в управлении измерительными приборами

• Калибровка измерительного стола при оставлении эталона некалиброванным. Рабочий эталон, являющийся частью процесса обслуживания компании и используемый для промежуточного контроля, также должен иметь аккредитацию.
  Получение сертификата без учета его области действия. Лаборатория должна быть аккредитована по диапазону и параметру, а не просто иметь аккредитацию.
  Игнорирование неопределенностей, когда они близки к границам. Показание, находящееся в пределах допусков, но с неопределенностью, выходящей за границу, не считается пройденным. Правила определяют, как обращаться с такими случаями.
  Неучет данных as-found. Эта ранее упомянутая ошибка является самой дорогостоящей в списке.
  Рассмотрение креплений как механических, а не метрологических. Шины, зажимы и контакты присутствуют в процессе измерения, и их сопротивление влияет на результат.
  Забвение интервалов. Истекшая сертификация означает, что не два месяца производства действительны, независимо от того, функционировало ли устройство нормально.
  Хранение сертификатов без организации их индексации. Сертификат, который не был представлен во время аудита, равен тому, который никогда не выдавался.

Что это стоит и что это дает

Годовая стоимость аккредитованной калибровки многоканального испытательного стенда для автоматических выключателей незначительна по сравнению с капитальными затратами на оборудование и значительно меньше расходов, которые могут возникнуть из-за неудачного аудита: провал сертификации, задержка запуска продукта, аудит дистрибьютора, приводящий к отмене договора поставки, расследование отказа в эксплуатации из-за отсутствия действительной записи испытаний или отзыв продукции из-за невыявленных отклонений от стандартов.

Этот коммерческий аргумент менее сложен, чем технический. Любой производитель, продающий свою продукцию на регулируемых экспортных рынках, продаёт не только оборудование, но и хорошо документированное соответствие. калибровка измерительных приборов — это то, что гарантирует наличие соответствия. Клиенты из таких стран, как Индия, Турция, Бразилия и государства Персидского залива, теперь спрашивают поставщиков о статусе калибровки испытательного оборудования при квалификации поставщиков, а не только о наличии сертификатов на продукцию. Если производитель готов сразу ответить на вопрос о статусе калибровки, квалификация может занять меньше времени, так как возражения клиентов не возникнут на этапе квалификации.

Benlong Automation и Measurement Grade Test Equipment

Компания Benlong Automation Technology Co., Ltd. являются разработчиком и производителем систем автоматизации и испытательных устройств для производителей низковольтного электрооборудования с момента основания в 2008 году в Вэньчжоу, провинция Чжэцзян, которая является центром низковольтной электротехнической промышленности Китая. Компания проектирует термокалибровочные стойки, магнитные испытательные стойки с расцеплением, диэлектрические испытательные приборы, стойки для испытаний на выносливость, оборудование для калибровки счетчиков энергии и компьютерные испытательные комплексы.

Поскольку эти устройства являются измерительным оборудованием, как и производственным, каждое из них разработано с соблюдением заявленной точности на канал, показателей стабильности за рабочий день, записи данных для последующего использования и подключения к MES. Поэтому всё оборудование поставляется с сертификатами калибровки и проходит приёмочные испытания на FAT и SAT, чтобы убедиться, что устройство протестировано до начала серийного производства, а не после.

Перед началом работы с оборудованием производители должны убедиться, что понимают, что они измеряют, какую точность заявили и что могут доказать. Инженеры Benlong начинают свою работу с этого анализа.

Ссылки

• ISO/IEC 17025:2017 — Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий. Стандарт аккредитации, который определяет, что должна демонстрировать лаборатория третьей стороны при калибровке и что должны содержать её отчёты.
• Серия политик ILAC — ILAC P14, Политика по неопределённости измерений при калибровке. Устанавливает требования к оценке и указанию расширенной неопределённости в аккредитованных сертификатах калибровки.
• Публикации JCGM (BIPM) — Руководство по выражению неопределённости измерений (GUM) и Международный словарь метрологии (VIM). Два основных документа, лежащих в основе каждого бюджета неопределённости и каждого определения прослеживаемости.
• IEC 60947-2 — Низковольтное коммутационное и контрольное оборудование, Часть 2: Автоматические выключатели. Определяет требования к испытаниям на перегрузку, короткое замыкание и рутинным испытаниям, которые должны воспроизводить испытательные стенды MCCB.
• IEC 60898-1 — Автоматические выключатели для защиты от перегрузки по току для бытовых и аналогичных установок. Устанавливает временные интервалы срабатывания и условия испытаний, которые оборудование для калибровки MCB должно генерировать и измерять.

Автоматический выключатель, покидающий завод, несёт в себе неявное обещание о том, как он будет вести себя при аварийных условиях. Единственным доказательством этого обещания является набор чисел, полученных машиной, и эти числа имеют ценность ровно настолько, насколько прослеживаемость за ними обеспечена. Рассмотрение измерений и измерительных приборов как управляемой системы с аккредитованной калибровкой, документированной неопределённостью, контролируемыми условиями окружающей среды и регистрацией данных по каждому устройству — это то, что превращает результаты испытаний в доказательство. Это также, всё чаще, то, что международные покупатели проверяют в первую очередь.