Thiết bị kiểm tra MCCB: Hướng dẫn kỹ thuật cho các phòng thí nghiệm

Vào năm 2024, một nhà sản xuất cầu dao điện kiểu khối ở Đông Nam Á đã gửi một loạt cầu dao điện kiểu khối 250 A đến một phòng thí nghiệm kiểm tra độc lập để thực hiện bài kiểm tra loại IEC 60947-2. Các bài kiểm tra đã không vượt qua bài kiểm tra tăng nhiệt độ ở dòng điện định mức. Đội ngũ kỹ sư cảm thấy bối rối vì những cầu dao điện cùng loại trước đó đã vượt qua bài kiểm tra tương tự trong phòng thí nghiệm của họ chỉ hai tháng trước đó. Sau khi điều tra, họ phát hiện ra rằng vấn đề không phải ở những cầu dao điện mà là ở hệ thống kiểm tra trong cơ sở sản xuất. Nguồn AC của nhà máy không thể duy trì đầu ra ổn định 250 A trong toàn bộ quá trình cân bằng nhiệt, vị trí của cảm biến nhiệt độ không đúng theo tiêu chuẩn đo lường đầu cuối, và nhiệt độ môi trường đã thay đổi 4 độ Celsius trong quá trình kiểm tra. Hóa ra sản phẩm là ổn và điều duy nhất không ổn là thiết bị kiểm tra chịu trách nhiệm xác minh nó. Quá trình tái chứng nhận mất bốn tháng và tốn một khoản tiền sáu chữ số cho các khoản phí thuê trạm liên tiếp.

Sự thật không may về kiểm tra MCCB thiết bị là nó cung cấp thông tin độ tin cậy chỉ dựa trên tổ chức đã thực hiện các bài kiểm tra. Đây không phải là vấn đề đáng lo ngại đối với các kỹ sư làm việc tại cơ sở hoặc đối với nhân viên mua sắm vì cơ sở kiểm tra được coi là yếu tố thiết yếu đáng tin cậy nhất trong toàn bộ quy trình chứng nhận. Hướng dẫn này sẽ cung cấp chi tiết về quy trình kiểm tra theo IEC 60947-2, các loại thiết bị được sử dụng để thực hiện kiểm tra, và tất cả các thông số kỹ thuật liên quan của bàn kiểm tra có khả năng cung cấp dữ liệu có thể chứng nhận.

Những gì IEC 60947-2 yêu cầu: Chế độ kiểm tra MCCB hoàn chỉnh

Bất kỳ cầu dao điện kiểu khối nào được bán vào thị trường có quy định phải tuân thủ một tiêu chuẩn sản phẩm và được xác minh. Tiêu chuẩn sản phẩm liên quan thường là IEC 60947-2 ở phần còn lại của thế giới và UL 489 ở Bắc Mỹ. Các tiêu chuẩn mô tả không chỉ các bài kiểm tra loại, được thực hiện trên một mẫu đại diện chỉ một lần để xác minh thiết kế, mà còn các bài kiểm tra định kỳ, được thực hiện trên mỗi đơn vị hoặc một mẫu thống kê trong quá trình sản xuất. Mỗi loại bài kiểm tra yêu cầu các loại thiết bị phòng thí nghiệm nhất định với các thông số kỹ thuật kỹ thuật cụ thể. Bảng dưới đây tổng hợp các loại bài kiểm tra chính được sử dụng để xác minh một MCCB nhiệt từ tính, từ đó tạo thành một danh sách kiểm tra cho các người mua MCCB trong tương lai.

Thử nghiệm loại so với thử nghiệm định kỳ: Nơi phòng thí nghiệm nội bộ phù hợp

Sự phân biệt chính trong việc tạo ra một phòng thí nghiệm MCCB là sự khác biệt giữa thử nghiệm loại và thử nghiệm định kỳ, vì điều này ảnh hưởng đến sự lựa chọn thiết bị để mua hoặc thuê. Cụ thể, các thử nghiệm cho khả năng ngắt ngắn mạch, thường được biết đến là Icu và Ics, yêu cầu truy cập vào một phòng thí nghiệm có công suất cao có khả năng sản xuất mức dòng điện lên đến 100 kA tại điện áp và hệ số công suất đã chỉ định. Việc thiết lập loại phòng thí nghiệm này có thể tốn hàng triệu đô la, điều này chỉ có thể biện minh cho các nhà sản xuất bộ ngắt điện lớn nhất thế giới. Tất cả những người còn lại chỉ đơn giản là đặt thời gian trong các phòng thí nghiệm bên thứ ba được công nhận. Đây là vị trí kinh tế đúng đắn, và các quản lý mua sắm không có lý do gì để nghĩ khác đi.

Tuy nhiên, mọi thứ khác trong quá trình thử nghiệm đều do công ty tự thực hiện. Các chuyến trip nhiệt và trip từ luôn được thực hiện, cũng như xác minh sự gia tăng nhiệt độ và theo dõi sự giảm millivolt trong quá trình làm việc. Các công ty chọn thuê ngoài quy trình của họ thay vì giữ chúng trong nội bộ sẽ vô tình thêm nhiều tuần vào sản xuất của họ. Tuy nhiên, đã có những trường hợp, khi một nhà sản xuất không kiểm soát được mẫu chứng nhận của họ và không đáp ứng được các yêu cầu.

Bốn trụ cột của một phòng thí nghiệm thử nghiệm MCCB nội bộ

Băng hiệu chuẩn trip nhiệt là “ngựa làm việc” của ngày hôm nay và cũng là loại thiết bị mà sự thất bại trong thông số kỹ thuật gây ra chi phí lớn nhất. Các định luật vật lý là không thiên vị, nơi độ lệch của phần tử bimetal phụ thuộc vào năng lượng cung cấp cho phần tử bimetal, điều này phụ thuộc vào dòng điện RMS và thời gian. Một nguồn điện với độ gợn 2% hoặc trôi sẽ dẫn đến sự phân tán thời gian trip mà không thể phân biệt được với sự biến đổi sản phẩm thực. Do đó, phòng thí nghiệm không thể phân biệt được liệu vấn đề xuất phát từ hiệu chuẩn hay từ thiết bị bị lỗi. Các thông số cần được bao gồm trong yêu cầu báo giá bao gồm: độ chính xác của dòng điện (loại 0.5 hoặc cao hơn), tiêm độc lập theo từng cực cho phép thử nghiệm các cầu dao ba cực theo từng cực theo yêu cầu tiêu chuẩn, và môi trường kiểm soát nhiệt độ vì bimetal được hiệu chuẩn ở 22 độ không kiểm soát sẽ không trip ở giá trị chính xác khi nhiệt độ 40 độ được sử dụng để xác minh. Trong thực tế, loại này chia thành hai máy bổ sung: một bàn hiệu chuẩn nhiệt thủ công cho công việc phát triển và các lần xác minh ngắn ở 1.30×Ir và cao hơn, và một băng hiệu chuẩn nhiệt lâu dài cho các thử nghiệm dòng điện không trip và trip thông thường, nơi một lần xác minh có thể chiếm một trạm từ một đến hai giờ và khả năng lô xác định thông lượng phòng thí nghiệm.

Băng thử nghiệm trip từ xác minh sự giải phóng tức thời, và thách thức kỹ thuật xác định của chúng là tách biệt hành vi từ tính khỏi hành vi nhiệt. Tiêm một dòng thử nghiệm 10×In quá lâu bắt đầu làm nóng bimetal, điều này có thể gây ra một chuyến trip nhiệt giả dạng như một chuyến trip từ và tạo ra một kết quả đúng giả. Một băng thử nghiệm trip từ MCCB sử dụng tiêm ngắn hạn có kiểm soát với dòng điện lập trình trong khoảng 5–10×In và ghi lại thời gian trip trong lớp mili giây, vì sự khác biệt giữa một giải phóng hoạt động ở 9×In và 11×In có thể chỉ là một nửa chu kỳ. Đối với việc mua sắm, các điểm thông số cần xác nhận là kích thước khung tối đa mà các thanh bus và thiết bị kẹp được đánh giá, liệu có hỗ trợ thử nghiệm đồng thời bốn cực hay không, và liệu có bao gồm xác minh tiếp xúc phụ hay không.

Các trạm gia tăng nhiệt độ và giảm millivolt có hai công việc có một nguồn điện. Bài kiểm tra tăng nhiệt đặt dòng điện định mức trong cầu dao cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng nhiệt và kiểm tra sự gia tăng nhiệt độ so với các giới hạn; sự giảm millivolt là phương pháp đọc giống nhau trong nhà máy vì điện trở tiếp xúc là lý do quan trọng nhất gây ra nhiệt. Sự thay đổi tăng lên trong sự giảm millivolt được ghi lại trong các lô sản xuất có thể là dấu hiệu đầu tiên của vật liệu tiếp xúc hoặc sự sai lệch trong quá trình đinh tán, và đó là lý do tại sao phương pháp này nên được sử dụng trên mọi dây chuyền thử nghiệm, không chỉ trong phòng thí nghiệm.

Bàn thử nghiệm điện áp cao Các bài kiểm tra chịu điện môi thuộc về những bài kiểm tra đơn giản nhất trong bốn loại. Tuy nhiên, chúng là quan trọng nhất cho mục đích an toàn. Các đặc điểm phân biệt thiết bị hipot chất lượng cao với vật liệu thương mại liên quan đến khả năng của thiết bị duy trì sự ổn định của điện áp thử nghiệm trong sự hiện diện của tải điện dung của cầu dao, điểm hiệu chỉnh dòng rò rất chính xác, và các chuỗi ramp-dwell-ramp có thể lập trình. Bảo vệ người vận hành và khả năng lặp lại của tiếp xúc cũng quan trọng không kém: một bàn thử nghiệm điện áp cao bán tự động với thiết bị bảo vệ và chuỗi thử nghiệm tự động loại bỏ cả hai vấn đề an toàn và độ tin cậy của tiếp xúc mà việc thăm dò thủ công gây ra — một bài kiểm tra điện môi với tiếp xúc thăm dò không liên tục là một bài kiểm tra không chứng minh được gì.

Từ các Bàn riêng lẻ đến một Phòng thí nghiệm Tích hợp

Phòng thí nghiệm và dây chuyền sản xuất thực hiện cùng một bài kiểm tra với các khối lượng khác nhau, và chiến lược thiết bị nên phản ánh sự liên tục đó. Trong phát triển, các kỹ sư cần các bàn linh hoạt với quyền truy cập đầy đủ vào các tham số — dòng điện tiêm có thể điều chỉnh, dữ liệu thời gian thô, lập bản đồ cặp nhiệt điện. Khi khối lượng xác minh tăng lên, không gian sàn, thời gian xử lý của người vận hành, và việc hợp nhất dữ liệu bắt đầu chiếm ưu thế trong phương trình chi phí, và lập luận chuyển sang tích hợp: kết hợp thử nghiệm trip từ tính, hiệu chuẩn nhiệt, và hiệu chuẩn nhiệt độ dài vào một trạm duy nhất như một bàn thử nghiệm tích hợp phòng thí nghiệm MCCB, nơi một hoạt động tải và một bản ghi dữ liệu bao phủ nhiều xác minh. Đối với một nhóm mua sắm, lộ trình tích hợp giảm số lượng nhà cung cấp, thiết bị, và hợp đồng hiệu chuẩn cần quản lý; đối với kỹ sư phòng thí nghiệm, nó loại bỏ việc kẹp lại giữa các bài kiểm tra mà chính nó là nguồn gây ra sự biến đổi đo lường. Các hằng số kỹ thuật trong quá trình di chuyển đó là những gì bài viết này đã nhấn mạnh: độ chính xác dòng điện, kiểm soát nhiệt, độ phân giải thời gian, và độ tin cậy của tiếp xúc. Tích hợp thay đổi thông lượng và diện tích; nó không bao giờ được thay đổi đo lường.

Câu hỏi thường gặp

Thiết bị nào cần thiết để thử nghiệm một MCCB tại chỗ?

Một phòng thí nghiệm toàn diện bao gồm bốn bộ phận: một bàn hiệu chuẩn rơ le nhiệt với một máy phát điện dòng điện chính xác, một bàn thử nghiệm rơ le từ với việc giới thiệu xung điều chỉnh, một trạm tăng nhiệt độ và giảm millivolt với một hệ thống thu thập dữ liệu thermocouple, và một bàn thử nghiệm điện áp cao cho độ bền điện môi. Thử nghiệm khả năng ngắt mạch ngắn là một ngoại lệ đối với quy tắc này vì nó yêu cầu một phòng thí nghiệm công suất cao được chứng nhận thường được thuê để hoàn thành.

Sự khác biệt giữa thử nghiệm loại và thử nghiệm định kỳ cho MCCB là gì?

Thử nghiệm loại được thực hiện trên các mẫu được chọn chỉ để xác nhận rằng thiết kế cụ thể tuân thủ các tiêu chuẩn áp dụng như IEC 60947-2 hoặc UL 489, có thể bao gồm các thử nghiệm phá hủy như thử nghiệm khả năng ngắt dưới điều kiện ngắn mạch. Thử nghiệm định kỳ được thực hiện dọc theo dây chuyền sản xuất trên mỗi sản phẩm, bao gồm xác minh hiệu chuẩn rơ le, thử nghiệm chịu điện môi và thử nghiệm chức năng để đảm bảo rằng tất cả các sản phẩm có các đặc tính và thông số kỹ thuật đúng.

Tại sao nhiệt độ môi trường lại quan trọng trong việc hiệu chuẩn rơ le MCCB?

Rơ le nhiệt là một thiết bị chứa vật liệu bimetal được sử dụng hiệu quả để chỉ ra điểm ngắt phụ thuộc vào tổng nhiệt, bao gồm cả nhiệt độ phòng. Bộ ngắt mạch điều chỉnh điểm ngắt của nó theo nhiệt độ môi trường tham chiếu 40 độ sẽ ngắt ở giá trị dòng điện cao hơn trong môi trường có nhiệt độ môi trường 20 độ. Do đó, các điều kiện phòng thí nghiệm đặc biệt được tạo ra để kiểm soát nhiệt độ phòng vì nếu không có chúng sẽ không có sự so sánh trong kết quả thử nghiệm.

Một phòng thí nghiệm nên mua các bàn thử nghiệm riêng biệt hay một bàn thử nghiệm tích hợp?

Các bàn độc lập phù hợp cho các phòng thí nghiệm phát triển yêu cầu truy cập đầy đủ vào các thông số và thực hiện nhiều thử nghiệm đồng thời. Một bàn tích hợp bao gồm ngắt từ, hiệu chuẩn nhiệt và hiệu chuẩn nhiệt dài dành cho các phòng thí nghiệm mà khối lượng kiểm tra định kỳ, không gian có sẵn trong tòa nhà và khả năng truy xuất kết quả cá nhân quan trọng hơn bất cứ điều gì khác. Nhiều công ty có cả hai thiết lập này sẵn có cho việc sử dụng của họ: các bàn linh hoạt riêng lẻ trong R&D, và các thiết lập tích hợp cho việc xác minh và thử nghiệm kiểm toán.

Tài liệu tham khảo

• IEC — Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế. Nhà xuất bản của IEC 60947-2, tiêu chuẩn sản phẩm quốc tế cho các bộ ngắt mạch, xác định chế độ thử nghiệm loại và thử nghiệm định kỳ được tham chiếu trong toàn bộ bài viết này.
• UL — Tiêu chuẩn UL 489 cho Bộ ngắt mạch dạng khuôn. Tiêu chuẩn an toàn Bắc Mỹ bao gồm yêu cầu về cấu trúc và thử nghiệm MCCB.
• NEMA — Hướng dẫn AB 4 về Kiểm tra và Bảo trì Phòng ngừa Bộ ngắt mạch dạng khuôn. Hướng dẫn thử nghiệm thực địa được sử dụng rộng rãi để xác minh MCCB trong dịch vụ, bao gồm quy trình thử nghiệm millivolt-drop và ngắt.
• IEEE — Tiêu chuẩn và Nghiên cứu về Bảo vệ Mạch Điện Thấp. Tài liệu kỹ thuật về xác minh hiệu suất của cầu dao và phương pháp thử nghiệm.

Chỉ định Thiết bị thử nghiệm MCCB cuối cùng là một bài tập về đo lường, không phải máy móc. Lớp độ chính xác của nguồn thử nghiệm, độ chính xác của hệ thống thời gian, kiểm soát nhiệt độ của phòng nơi hiệu chuẩn diễn ra, và mức độ lặp lại của thiết bị sẽ xác định xem dữ liệu sản xuất có phù hợp để xác minh tại cơ quan chứng nhận hay không. Các kỹ sư phát triển đưa những con số này vào thông số kỹ thuật cung cấp cho bộ phận mua sắm dữ liệu có thể biện minh trong mỗi lần xác minh. Benlong Automation sản xuất bàn hiệu chuẩn, trạm trip từ tính, và bàn thử nghiệm tích hợp cho cầu dao dựa trên nguyên tắc này và do đó đã đảm bảo rằng thiết bị thực hiện chức năng của nó phải đáp ứng các tiêu chuẩn cao hơn so với cầu dao tự nó.