Mechanische uithoudingsproeven voor schakelaars: normen uitdagingen en best practices

Mechanische uithoudingsproef

De mechanische uithouding van schakelaars wordt getest volgens IEC 62271-100, met een vereiste van 10.000 bedieningen (klasse M2). Tijdens de test in een buitenlandse laboratorium faalde het eerste prototype na 6.527 bedieningen door breuk van de tripsveer. Het laboratorium accepteerde deze geïsoleerde storing, die werd toegeschreven aan problemen bij de installatie van de snaar. Een tweede prototype werd getest, maar faalde opnieuw na meer dan 6.000 bedieningen door een nieuwe breuk van de tripsveer. Als gevolg hiervan gaf het testlaboratorium slechts een rapport uit voor 2.000 bedieningen (klasse M1).

Oorzaakanalyse: De breuk ontstond door machinehamersporen op het buigpunt van de veer tijdens de productie, wat een zwakke plek creëerde die na duizenden bedieningen faalde. Hoewel de 36 kV-schakelaar slechts een M1-klasse (2.000 bedieningen) uithoudingswaarde behaalde, stelde de hoge autoriteit en geloofwaardigheid van het KEMA-testrapport – geldig voor zowel 50/60 Hz als geaarde/ongeaarde systemen – succesvolle verkoop mogelijk in Latijns-Amerika, Europa, Zuidoost-Azië en andere wereldmarkten.

Voor aardingsschakelaars en uitschuifbare schakelaars worden verschillen in de mechanische duurzaamheidstests weergegeven in Tabel 1. In het algemeen accepteren IEC-klanten dat uitschuifbare schakelaarkarretjes alleen gebruikt worden voor onderhoud. Daarom kunnen internationale klantvereisten voldaan worden door slechts 25 inschuif- en uitschuifcycli uit te voeren, zoals gespecificeerd in IEC 62271-200, clausule 6.102.1.

Verificatie van schakel- en sluitvermogen

Schakel- en sluittests voor schakelaars worden uitgevoerd in verschillende configuraties, afhankelijk van de toepassing: losstaande (ongehuisveste) schakelaars, uitschuifbare schakelaars gemonteerd in testapparatuur, of uitschuifbare schakelaars geïnstalleerd in schakelkasten. Wanneer schakelkast en schakelaar samen worden getest, worden de schakel- en sluittests uitgevoerd binnen de samengestelde schakelkast. Voor losstaande type-tests wordt aanbevolen een speciaal uitschuifcompartiment te verstrekken voor de tests.

IEC-schakeltests voor schakelaars definiëren verschillende testsequenties. Klanten kunnen verschillende sequenties kiezen. Bijvoorbeeld, Sequentie 1 bestaat uit 274 schakelbewerkingen (130 T10, 130 T30, 8 T60 en 6 T100s). Om kosten- en tijdsdoeltreffendheid te verbeteren – aangezien testlaboratoria rekenen op basis van de testduur – kiezen klanten vaak voor Sequentie 3, die in totaal 72 bewerkingen omvat (3 T10/T30, 60 T60 en 6 T100s). Hoewel het aantal bewerkingen is verminderd, neemt de totale energie toe. Echter, vergeleken met de nationaal veel gebruikte volledige capaciteit 50-break testnorm, blijft de IEC-test aanzienlijk minder streng. Tabel 2 geeft de schakelbewerkingen weer die in IEC 62271-100 zijn gedefinieerd voor uithoudingstests.

Voor schakelaars die bedoeld zijn voor zowel 50 Hz- als 60 Hz-toepassingen, specificeren de STL-richtlijnen de testfrequenties zoals weergegeven in Tabel 3 om de geschiktheid te valideren en een typetestrapport uit te geven. Om aan de dubbele frequentie-eisen te voldoen, zijn alleen basis-schakeltests (klasse E1) nodig voor zowel 50 Hz als 60 Hz. De uithoudingstest kan worden uitgevoerd op 50 Hz of 60 Hz. Op vergelijkbare wijze vereist de O–0,3 s–CO–15 s–CO-sequentietest slechts basis-tests. Hoewel de testvereisten variëren voor verschillende neutrale aardingsystemen, heeft dit geen invloed op de uithoudingstest.

Binnenzijdelijke boogtest

Testspanning: Volgens IEC 62271-200, Annex AA.4.2, moet de test worden uitgevoerd bij een geschikte spanning die niet hoger is dan de nominale spanning. Indien een lagere spanning dan de nominale spanning wordt gekozen, moeten de volgende voorwaarden worden voldaan:
a) De berekende gemiddelde effectieve teststroom moet voldoen aan de stroomvereisten in AA.4.3.1;
b) De boog mag op geen enkel moment vroegtijdig doven.
Tijdelijk éénfasig doven is toegestaan als de cumulatieve duur van de stroomonderbrekingen niet meer dan 2% van de totale testduur bedraagt, en geen enkele onderbreking langer duurt dan de volgende verwachte stroomnul. Het integraal van de wisselstroomcomponent moet minstens gelijk zijn aan de waarde die in AA.4.3.1 is gespecificeerd.
Volgens de STL-richtlijn, tijdens driefase- en twofaseboogtests, mogen de twee fasen worden gevoed door een stroombron met een spanning lager dan de nominale waarde, terwijl de derde fase wordt gevoed door een aparte spanningbron op Ur/√3. Bij monofasetests moet de boog worden geïnitieerd tussen de middelste fase en de aarde. Het circuit kan worden gevoed door een stroombron met een spanning lager dan de nominale waarde, mits de spanningbron voldoende kortsluitspanningskracht heeft om de spanning doorbraak duidelijk te detecteren en te onderscheiden van interferentie.

Voor een 17,5 kV-schakelkast wordt de interne boogfouttest uitgevoerd op 7,1 kV, wat wordt gedocumenteerd in het testrapport.

Testcondities en apparatuur lay-out:

Het is toegestaan sequentiële tests uit te voeren op verschillende ongeteste secties van een enkele eenheid. Het laboratorium is niet verantwoordelijk voor het verschaffen of regelen van kabelkanalen. De testopstelling moet gedetailleerd worden beschreven in het testrapport. Als een functionele eenheidstype niet bedoeld is om als eind-eenheid te worden gebruikt onder werkomstandigheden, moeten tijdens de test twee of meer functionele eenheden in de assemblage worden gerangschikt, met de geteste eenheid zo dicht mogelijk bij de zijkant en weg van de gesimuleerde ruwmuur.

Het plafond moet ten minste 200 mm ± 50 mm boven het testobject liggen. Het openpad van het drukaflossingspaneel mag het plafond niet raken. Testresultaten zijn geldig voor alle afstanden tussen het testobject en het plafond die groter zijn dan de testopstellingafstand. Het testmonster moet worden getest in de daadwerkelijke werkkonfiguratie. Voor schakelkasten met scharnierende ventilatiekleppen hoeven removabele bedieningshandvatten niet te worden geïnstalleerd, maar de klep moet tijdens de interne boogtest in de open positie staan. Zoals weergegeven in Figuur 4, betreft de interne boogtestopstelling voor een 17,5 kV-schakelkast vier schakelkasteenheden in een rij. De test wordt uitgevoerd op de drie hoogspanningscompartimenten van de linkermuureenheid. De bovenkant van de kast ligt 600 mm onder het plafond, met een reflectieplaat geïnstalleerd om boogreflectie van het plafond en branden van horizontale indicatoren te voorkomen. Een testisolatieslee vervangt de schakelaar voor de test, en de interne beschermplaat bij de onderste ventilatiedeur staat in de open positie.

Aanvullende notities over IEC-tests

IEC-tests resulteeren in aparte typetestcertificaten voor verschillende testitems, waaronder:

• Typetestcertificaat voor isolatieprestaties

• Typetestcertificaat voor korte-sluit-en doorslaandevermogen

• Typetestcertificaat voor interne boogprestaties

De volgende tekeningen en fabrikantsdocumentatie moeten worden verstrekt om de consistentie tussen de geteste schakelkast en de ondersteunende ontwerptekeningen te demonstreren. Het testlaboratorium zal het monster controleren door maten en tekeningen, busbalkspecificaties, steunafstanden, enz. te meten en te controleren tegen de verstrekte documentatie. Eventuele afwijkingen worden vastgelegd.

a) Enkelvoudige diagram van de schakel- en controleapparatuur, inclusief componenttype namen.
b) Algemene opstellingstekening (assemblagetekening), inclusief:

• Algemene afmetingen

• Busbalk systeemafmetingen

• Ondersteuningsstructuur

• Elektrische vrijheden

• Materialen van belangrijke componenten
  c) Schakelkastidentificatietekeningen zoals gedetailleerd in de relevante STL-richtlijnen.