전기 회로 차단기의 기계 내구성 시험: 표준, 도전 과제, 그리고 최선의 관행

Oliver Watts

필드: 검사 및 시험

China

기계 내구성 테스트

회로 차단기의 기계적 내구성은 IEC 62271-100에 따라 테스트되며, 10,000 회의 작동(M2 클래스)이 요구됩니다. 해외 실험실에서 첫 번째 프로토타입을 테스트했을 때, 트립 스프링이 파손되어 6,527 회에서 실패했습니다. 실험실은 이 단일 실패를 스프링 설치 문제로 인한 것으로 받아들였습니다. 두 번째 프로토타입도 6,000 회 이상 작동 후 다른 트립 스프링 파손으로 실패했습니다. 결과적으로, 실험실은 2,000 회의 작동(M1 클래스)에 대한 기계적 내구성 보고서만 발행했습니다.

근본 원인 분석: 제조 과정에서 스프링의 굽힘 지점에서 기계 망치 자국이 발생하여 약점을 만들었으며, 수천 회의 작동 후에 파손되었습니다. 36 kV 회로 차단기는 M1 클래스(2,000 회의 작동)의 기계적 내구성 등급을 달성했지만, KEMA 테스트 보고서의 높은 권위와 신뢰성—50/60 Hz 및 접지/비접지 시스템 모두 유효—덕분에 라틴 아메리카, 유럽, 동남아시아 및 기타 글로벌 시장에서 성공적인 판매가 이루어졌습니다.

접지 스위치와 이동식 회로 차단기의 경우, 기계 내구성 테스트의 차이는 표 1에 나와 있습니다. 일반적으로 IEC 고객들은 이동식 회로 차단기 트롤리가 유지보수 용도로만 사용된다는 것을 받아들입니다. 따라서 IEC 62271-200의 6.102.1 조항에 명시된 대로 25회의 삽입 및 추출 주기를 수행함으로써 국제 고객 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

전환 및 폐쇄 능력 검증

회로 차단기의 전환 및 폐쇄 테스트는 적용에 따라 다양한 구성으로 수행됩니다: 독립형(하우징 없음) 회로 차단기, 테스트 장비에 장착된 이동식 회로 차단기, 또는 스위치 기어에 설치된 이동식 회로 차단기. 스위치 기어와 회로 차단기가 함께 테스트되는 경우, 조립된 스위치 기어 내에서 전환 및 폐쇄 테스트를 수행합니다. 독립형 유형 테스트의 경우, 테스트용 전용 이동식 구획을 제공하는 것이 좋습니다.

회로 차단기의 IEC 전환 테스트는 다양한 테스트 시퀀스를 정의합니다. 고객은 다른 시퀀스를 선택할 수 있습니다. 예를 들어, 시퀀스 1은 274회의 중단 작업(130 T10, 130 T30, 8 T60, 6 T100s)으로 구성됩니다. 테스트 시간에 따라 요금을 부과하는 테스트 실험실에서 비용과 시간 효율성을 개선하기 위해, 고객들은 종종 72회의 작업(3 T10/T30, 60 T60, 6 T100s)을 포함하는 시퀀스 3을 선택합니다. 작업 횟수가 줄었지만, 총 에너지는 증가합니다. 그러나 국내에서 일반적으로 사용되는 50회 중단 테스트 표준과 비교하면, IEC 테스트는 상당히 덜 심각합니다. 표 2는 IEC 62271-100에서 정의된 내구성 테스트를 위한 전환 작업 횟수를 나타냅니다.

50 Hz와 60 Hz 응용을 위한 회로 차단기에 대해 STL 가이드라인은 적합성을 검증하고 유형 테스트 보고서를 발행하기 위해 표 3에 표시된 테스트 주파수를 지정합니다. 듀얼 주파수 요구 사항을 충족하려면 50 Hz와 60 Hz에서 기본 전환 테스트(E1 클래스)만 수행하면 됩니다. 내구성 테스트는 50 Hz 또는 60 Hz에서 수행할 수 있습니다. 마찬가지로, O–0.3 s–CO–15 s–CO 시퀀스 테스트는 기본 테스트만 필요합니다. 중성 접지 시스템에 따른 테스트 요구 사항은 다르지만, 이는 내구성 테스트에는 영향을 미치지 않습니다.

내부 아크 테스트

테스트 전압: IEC 62271-200 부록 AA.4.2에 따르면, 테스트는 정격 전압을 초과하지 않는 적절한 전압에서 수행되어야 합니다. 정격 전압보다 낮은 전압을 선택하는 경우, 다음 조건을 충족해야 합니다:
a) 계산된 평균 RMS 테스트 전류는 AA.4.3.1의 전류 요구 사항을 충족해야 합니다;
b) 아크는 어느 단계에서도 일찍 소멸해서는 안 됩니다.
현재 중단의 누적 지속 시간이 전체 테스트 시간의 2%를 초과하지 않고, 어떤 단일 중단도 다음 예상되는 현재 제로보다 길지 않은 경우 일시적인 단일 위상 소멸은 허용됩니다. 교류 전류 구성 요소의 적분은 AA.4.3.1에서 지정된 값 이상이어야 합니다.
STL 가이드라인에 따르면, 세상위와 두상위 아크 테스트 중, 두 상위는 정격 값보다 낮은 전압의 전류 소스로 공급될 수 있으며, 세 번째 상위는 Ur/√3의 별도의 전압 소스로 공급됩니다. 단상 테스트에서는 아크가 중간 상위와 접지 사이에서 시작되어야 합니다. 회로는 정격 값보다 낮은 전압의 전류 소스로 공급될 수 있으며, 전압 소스가 전압 붕괴를 명확하게 감지하고 간섭과 구분할 수 있는 충분한 단락 전력이 있어야 합니다.

17.5 kV 스위치 기어의 내부 아크 고장 테스트는 7.1 kV에서 수행되며, 이를 테스트 보고서에 문서화합니다.

테스트 조건 및 장비 배치:

단일 유닛의 서로 다른 테스트되지 않은 섹션에서 순차적인 테스트를 수행하는 것은 허용됩니다. 실험실은 케이블 덕트를 제공하거나 배열하는 책임이 없습니다. 테스트 배치는 테스트 보고서에 자세히 설명되어야 합니다. 특정 기능 유닛 유형이 서비스 조건 하에서 끝 유닛으로 사용되지 않으려는 경우, 테스트 중에는 두 개 이상의 기능 유닛을 조립물에 배치하고, 테스트된 유닛을 가능한 한 벽에서 멀리 배치해야 합니다.

천장은 테스트 대상물 위로 최소 200 mm ± 50 mm 이상이어야 합니다. 압력 방출 패널의 열림 경로는 천장을 치지 않아야 합니다. 테스트 대상물과 천장 사이의 거리가 테스트 설정 거리보다 큰 모든 거리에 대해 테스트 결과가 유효합니다. 테스트 샘플은 실제 작동 구성에서 테스트되어야 합니다. 힌지형 환기 플랩을 갖춘 스위치 기어의 경우, 제거 가능한 조작 핸들이 설치되지 않아도 되지만, 내부 아크 테스트 중에는 플랩이 열린 상태여야 합니다. 그림 4에 표시된 바와 같이, 17.5 kV 스위치 기어의 내부 아크 테스트 설정은 4개의 스위치 기어 유닛이 일렬로 배치되어 있습니다. 왼쪽 끝 유닛의 세 개의 고전압 구획에서 테스트가 수행됩니다. 캐비닛 상단은 천장 아래 600 mm이며, 천장에서 아크 반사와 수평 지시기의 타버림을 방지하기 위해 반사판이 설치됩니다. 테스트용 격리 트롤리는 회로 차단기를 대체하며, 하단 환기 문의 내부 보호 플레이트는 열린 상태입니다.