Испытания на механическую выносливость автоматических выключателей: стандарты проблемы и лучшие практики

Механические испытания на выносливость

Механическая выносливость автоматических выключателей проверяется в соответствии с IEC 62271-100, требующим 10 000 операций (класс M2). Во время тестирования за рубежом первый прототип вышел из строя после 6 527 операций из-за разрыва пружины отключения. Лаборатория приняла этот единичный отказ, приписав его проблемам установки пружины. Второй прототип также вышел из строя после более чем 6 000 операций из-за повторного разрыва пружины отключения. В результате лаборатория выпустила отчет о механической выносливости только для 2 000 операций (класс M1).

Анализ корневых причин: Разрыв произошел из-за отметок от молота на точке изгиба пружины во время производства, что создало слабое место, которое не выдержало после тысяч операций. Хотя автоматический выключатель на 36 кВ достиг только класса M1 (2 000 операций) по механической выносливости, высокий авторитет и надежность отчета KEMA, действительного как для систем 50/60 Гц, так и для заземленных/незаземленных систем, позволили успешно продавать его в Латинской Америке, Европе, Юго-Восточной Азии и других глобальных рынках.

Для заземляющих выключателей и выдвижных автоматических выключателей различия в механических испытаниях на выносливость показаны в таблице 1. Обычно клиенты IEC принимают, что тележки выдвижных автоматических выключателей используются только для обслуживания. Таким образом, требования международных клиентов можно удовлетворить, выполнив только 25 циклов ввода и вывода, как указано в IEC 62271-200, пункт 6.102.1.

Проверка способности к включению и отключению

Испытания на включение и отключение автоматических выключателей проводятся в нескольких конфигурациях в зависимости от применения: автономные (без корпуса) автоматические выключатели, выдвижные автоматические выключатели, установленные в испытательном оборудовании, или выдвижные автоматические выключатели, установленные в коммутационное оборудование. Когда коммутационное оборудование и автоматический выключатель тестируются вместе, испытания на включение и отключение проводятся в собранном коммутационном оборудовании. Для автономных типовых испытаний рекомендуется предоставить отдельный выдвижной отсек для испытаний.

Испытания на включение и отключение по стандарту IEC для автоматических выключателей определяют различные последовательности испытаний. Клиенты могут выбрать разные последовательности. Например, последовательность 1 состоит из 274 операций отключения (130 T10, 130 T30, 8 T60 и 6 T100). Чтобы улучшить эффективность по затратам и времени — поскольку лаборатории взимают плату за продолжительность испытаний — клиенты часто выбирают последовательность 3, состоящую из 72 операций (3 T10/T30, 60 T60 и 6 T100). Хотя количество операций уменьшается, общая энергия увеличивается. Однако, по сравнению с широко используемым стандартом полного объема 50 операций отключения, испытание IEC остается значительно менее строгим. Таблица 2 показывает количество операций включения, определенных в IEC 62271-100, для испытаний на выносливость.

Для автоматических выключателей, предназначенных для использования как в сетях 50 Гц, так и 60 Гц, руководство STL указывает частоты испытаний, как показано в таблице 3, чтобы подтвердить пригодность и выдать отчет о типовом испытании. Для соответствия требованиям двух частот требуется выполнение только базовых испытаний на включение (класс E1) на обеих частотах 50 Гц и 60 Гц. Испытания на выносливость могут быть проведены на любой из этих частот. Аналогично, для последовательности O–0,3 с–CO–15 с–CO требуется только базовое испытание. Хотя требования к испытаниям различаются для разных систем заземления нейтрали, это не влияет на испытания на выносливость.

Испытания на внутреннюю дугу

Напряжение испытания: Согласно IEC 62271-200, Приложение AA.4.2, испытание должно проводиться при любом подходящем напряжении, не превышающем номинальное напряжение. Если выбрано напряжение ниже номинального, должны выполняться следующие условия:
a) Расчетное среднее RMS испытательного тока должно удовлетворять требованиям к току, указанным в AA.4.3.1;
b) Дуга не должна преждевременно гаснуть на любом этапе.
Кратковременное одиночное фазное гашение допускается, если суммарная длительность прерываний тока не превышает 2% общей продолжительности испытания, и ни одно прерывание не длится дольше следующего ожидаемого нуля тока. Интеграл переменной составляющей тока должен быть не менее значения, указанного в AA.4.3.1.
Согласно руководству STL, при трехфазных и двухфазных испытаниях на дугу две фазы могут питаться от источника тока при напряжении ниже номинального, в то время как третья фаза питается от отдельного источника напряжения при Ur/√3. При однофазных испытаниях дуга должна возникать между средней фазой и землей. Цепь может питаться от источника тока при напряжении ниже номинального, если источник напряжения имеет достаточную мощность короткого замыкания, чтобы четко обнаруживать пробой напряжения и отличать его от помех.

Для коммутационного оборудования на 17,5 кВ испытание на внутреннюю дугу проводится при 7,1 кВ, что документировано в отчете о испытании.

Условия испытания и расположение оборудования:

Допускается проведение последовательных испытаний на различных неиспытанных секциях одного устройства. Лаборатория не обязана предоставлять или организовывать кабельные каналы. Методика испытаний должна быть подробно описана в отчете. Если тип функционального блока не предназначен для использования в качестве конечного блока в условиях эксплуатации, при испытаниях следует расположить два или более функциональных блока в сборке, размещая испытуемый блок как можно ближе к стороне и подальше от имитируемой стены помещения.

Потолок должен находиться не менее чем на 200 мм ± 50 мм выше испытуемого объекта. Путь открытия панели для сброса давления не должен задевать потолок. Результаты испытаний действительны для всех расстояний между испытуемым объектом и потолком, превышающих расстояние, установленное при испытании. Испытуемый образец должен быть испытан в своей фактической рабочей конфигурации. Для коммутационного оборудования с шарнирными вентиляционными заслонками ручки управления могут не устанавливаться, но заслонка должна быть в открытом положении во время испытания на внутреннюю дугу. Как показано на рисунке 4, испытательная установка для коммутационного оборудования на 17,5 кВ включает четыре блока коммутационного оборудования в ряд. Испытания проводятся на трех высоковольтных отсеках крайнего левого блока. Верхняя часть шкафа находится на 600 мм ниже потолка, с установленной отражающей пластиной, чтобы предотвратить отражение дуги от потолка и горение горизонтальных индикаторов. Для испытаний вместо автоматического выключателя используется изолятор, а внутренняя защитная пластина на нижней вентиляционной дверце находится в открытом положении.

Дополнительные замечания по испытаниям IEC

Испытания IEC приводят к получению отдельных сертификатов типовых испытаний для различных испытательных параметров, включая:

• Сертификат типового испытания для электрической изоляции

• Сертификат типового испытания для характеристик включения и отключения короткого замыкания

• Сертификат типового испытания для характеристик внутренней дуги

Должны быть предоставлены следующие чертежи и документация производителя, чтобы продемонстрировать соответствие испытуемого коммутационного оборудования и поддерживающим конструктивным чертежам. Лаборатория проверит образец, измерив и сверив чертежи, спецификации шин, расстояния между опорами и т.д. по предоставленной документации. Любые отклонения фиксируются.

a) Однолинейная схема коммутационного оборудования, включая типовые названия компонентов.
b) Общаякомпоновочная схема (сборочный чертеж), включающая:

• Общие размеры

• Размеры шинной системы

• Опорная структура

• Электрические расстояния

• Материалы основных компонентов
  c) Чертежи идентификации коммутационного оборудования, как детализировано в соответствующих руководствах STL.