Laboratorium testen aan een LS-systeem

Transcriptie

1 Laboratorium testen aan een LS-systeem

2 Beoordeling van een ontwerp volgens: IEC & IEC

3 Prof. Ir. Damstra Laboratorium Onafhankelijk laboratorium voor het testen van schakelapparatuur, schakel- en verdeelsystemen en aanverwante producten voor laag- en middenspanning. Onze missie is het op een flexibele en efficiënte manier uitvoeren van beproevingen en productbeoordelingen. De werkzaamheden zijn gericht op fabrikanten, certificerende instellingen en gebruikers van schakelapparatuur, schakel- en verdeelsystemen en aanverwante producten. 3

4 Test faciliteiten Damstra Laboratorium Het PDL beschikt over faciliteiten voor het testen van producten volgens o.a.: IEC 60269: LV-fuses IEC 60529: IP-graden IEC 60947: LV schakel- en verdeelapparatuur (componenten) IEC 60898: MCB s, installatie automaten IEC 61008: RCD s, aardlekautomaten IEC 61009: RCBO s, aardlekautomaten met overstroombeveiliging (alamat) IEC 61439: LV schakel- en verdeelsystemen IEC 62271: HV schakel- en verdeelapparatuur (componenten en systemen) 4

5 Opbouw van de IEC IEC : Algemene eisen voor laagspanning schakel- en verdeelsystemen. Dit deel is de basis voor de rest van de delen. Onderliggende delen kunnen dus alleen in combinatie met dit deel worden gebruikt. IEC : Specifieke eisen voor laagspanning schakel- en verdeelsystemen voor grote vermogens. IEC : Specifieke eisen voor laagspanningsschakel- en verdeelsystemen bedoeld te worden gebruikt door normale personen. 5

6 Opbouw van de IEC IEC : LV schakel- en verdeelsystemen op bouwplaatsen. IEC : LV schakel- en verdeelsystemen in openbare netwerken. IEC : LV schakel- en verdeelsystemen gebruikt als railkoker systemen. IEC : LV schakel- en verdeelsystemen voor jachthavens, campings, markten en oplaadpunten elektrische voertuigen. 6

7 Inhoud IEC Hoofdstukken 1. Scope 2. Normative references 3. Terms and definitions 4. Symbols and abbreviations 5. Interface characteristics 6. Information 7. Service conditions 8. Constructional requirements 9. Performance requirements 10. Design verification 11. Routine verification 7

8 Methoden van beoordeling Uitvoeren van Beproevingen Vergelijking t.o.v. een beproefd referentie systeem Beoordeling van juiste toepassing van berekeningen, ontwerp regels, materialen 8

9 IEC 61439, Clause 10: Design verification Construction 10.2 Strength of material and parts 10.3 Degree of protection of enclosure 10.4 Clearances and creepage distances 10.5 Protection against electric shock and integrity of protective circuits 10.6 Incorporation of switching devices and components 10.7 Internal electrical circuits and connections 10.8 Terminal for external conductors Performance 10.9 Dielectric properties Verification of temperature rise Short circuit withstand strength Electromagnetic compatibility Mechanical operation 9

10 10.2 Strength of material and parts Resistance to corrosion Test: wordt uitgevoerd aan alle ijzerhoudende delen van het systeem. Test A Binnenopstellingen Test B Buitenopstellingen Vocht 95%, temp 40 C 6 cycli, elk 24u 5 cycli, elk 24u Zoutnevel test (bij 35 C) 2 cycli, elk 24u 7 cycli, elk 24u Beoordeling: Lichte roestvorming / aantasting is toegestaan mits mechanische eigenschappen en werking niet beïnvloed zijn. 10

11 10.2 Strength of material and parts Properties of insulating materials Verification of thermal stability of enclosures Behuizingen gemaakt van isolerende materialen worden in een oven geplaatst. Test: Temp (dry heat) : 70 C, duur 168u Beoordeling: geen scheuren, materiaal mag niet plakkerig of vettig worden Verification of resistance to abnormal heat and fire glow wire (hete draad) test, bij 960 C, 850 C of 650 C 11

12 10.2 Strength of material and parts Resistance to Ultra violet radiation Behuizingen en externe delen bedoeld voor een buitenopstelling zullen een UV test ondergaan volgens ISO Totale testduur 500h. Beoordeling: buigtest en scherpe impact-test Lifting Indien hijsmogelijkheden aanwezig zijn dient deze test te worden uitgevoerd. Het gewicht van het systeem (grootst mogelijke uitvoering) dient met 25% te worden aangevuld. Test: 3x: 1 mtr. omhoog/omlaag 30 min. laten hangen op 1m hoogte 3x: 10 m mtr. horizontaal vervoeren Beoordeling: geen scheuren en geen permanente vervormingen 12

13 10.2 Strength of material and parts Mechanical impact Testen worden uitgevoerd volgens IEC62262 en zijn afhankelijk van de IK-code. Voorbeeld: IK10 Test: 5 stoten op iedere bereikbare zijde van het systeem Stootenergie: 20 Joule (IK10) (gewicht 5 kg, valhoogte 400 mm) Beoordeling: Schade moet beperkt blijven (IP-graad moet intact blijven) Marking Labels met markeringen worden getest op duurzaamheid. Test: 15 sec wrijven met een in water gedoopte doek 15 sec wrijven met een in wasbenzine gedoopte doek Beoordeling: markeringen moeten leesbaar blijven Afkeur, opgelost door aanbrengen van coating 13

14 Additionele letter (optie) 2e cijfer 1e cijfer 10.3 Degree of protection Testen worden uitgevoerd volgens IEC IP-Code Bescherming van apparatuur Bescherming van personen Tegen het binnen dringen van Tegen bereikbaarheid van vaste vreemde voorwerpen gevaarlijke delen, met 0 (niet beschermd) (niet beschermd) 1 50 mm diameter achterkant hand 2 12,5 mm diameter vinger 3 2,5 mm diameter gereedschap 4 1 mm diameter draad 5 Stof bestendig draad 6 Stofdicht draad A B C D Tegen het binnendringen van een schadelijke hoeveelheid water (geen bescherming) verticaal vallende druppels vallende druppels (15 gekanteld) sproeiend spattend spuitend krachtig spuitend tijdelijke onderdompeling continue onderdompeling - Tegen bereikbaarheid van gevaarlijke delen, met achterkant hand Vinger gereedschap Draad - Test: IP6X Test: IPX6 Test: IPX1 14

15 10.4 Clearances and creepage distances Opmeten van: Luchtwegen (afstand afhankelijk van U imp ) Rated impulse withstand voltage U imp [kv] Minimum clearance [mm] 2,5 1,5 4,0 3,0 6,0 5,5 8,0 8,0 12,0 14,0 Kruipwegen (afstand afhankelijk van U i, vervuilings graad en materiaal groep) Rated insulation voltage U i [V] Minimum clearance distances [mm] Pollution Degree Mat group Material group Material group I II IIIa & IIIb I II IIIa IIIb 32 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 200* 1,5 1,5 1,5 2 2,5 2,8 3,2 3,2 400* 1,5 2 2, ,6 6,3 6,3 630* 1,8 3,2 4,5 6, ,2 5 7, , Note: deze tabel is niet volledig * 200=208, 400=415/440, 630=660/690 15

16 10.5 Protection against electric shock and integrity of protective circuits Bescherming tegen de effecten agv een interne fout. Er moet een effectieve verbinding zijn tussen het aardingscircuit en de blootgestelde geleidende onderdelen. Zoals: kastwanden / deuren / handels / Test: Overgangsweerstand (met 10 Adc) meten tussen PE-terminal en ieder blootgesteld deel. Beoordeling: Overgangsweerstand: 0,1Ω 16

17 10.5 Protection against electric shock and integrity of protective circuits Kortsluitvastheid van het aardingscircuit (d.m.v. testen) De toegekende kortsluitvastheid wordt beoordeeld middels een test waarbij wordt gevoed op de PE-terminal en één van de fasen (dichtstbijzijnde). Het circuit wordt gesloten door een geboute kortsluitverbinding. Waarde: 60% van de fasestroom tijdens 3 fase test, tenzij anders gespecificeerd Test, keuze: Doorgaande kortsluitstroom (I cw ), b.v. 30kA/1sec Afschakelen van afgaande beveiliging, kiezen voor beveiliging met hoogste doorlaatenergie (I 2 t). Beoordeling: Het aardingscircuit zal intact blijven. Lichte vervorming is toegestaan mits IP-graad behouden blijft. 17

18 Clauses 10.6 / 10.7 / Incorporation of switching devices and components 10.7 Internal electrical circuits and connections 10.8 Terminal for external conductors De oorspronkelijke fabrikant (van het systeem) dient te verklaren dat de: Toepassing van onderdelen /componenten Interne elektrische circuits en verbindingen Aansluitingen voor externe geleiders Voldoen aan voorwaarden als gesteld in resp. clause 8.5 / 8.6 / 8.8 Beoordeling middels een assessment, geen test. 18

19 10.9 Dielectric properties Isolatiespanningsproef Proef om te bewijzen dat het systeem voldoet aan de eisen voor de toegekende isolatiespanning U i. Pos Proefspanning aanleggen tussen a L1/L2/L3/N PE/behuizing b L1 L2/L3/N/PE/behuizing L2 L1/L3/N /PE/behuizing L3 L1/L2/N/PE/behuizing N L1/L2/L3/ PE/behuizing c Secundaire bedrading niet verbonden met hoofdcircuit hfd.circuits/pe/behuizing Note: Secundaire circuits zonder verbinding aan het hoofdcircuit kunnen een afwijkende U i krijgen. Isolatie spanning U i [V] Proefspanning [5 sec] AC RMS [V] U i < U i < U i < U i < U i

20 10.9 Dielectric properties Stootspanningsproef Proef om te bewijzen dat het systeem voldoet aan de eisen voor de toegekende stoothoudspanning U imp. Pos Stootspanning aanleggen tussen a L1/L2/L3/N PE/behuizing b L1 L2/L3/N/PE/behuizing L2 L1/L3/N /PE/behuizing L3 L1/L2/N/PE/behuizing N L1/L2/L3/ PE/behuizing c Secundaire bedrading niet verbonden met hoofdcircuit hfd.circuits/pe/behuizing Note: Secundaire circuits zonder verbinding aan het hoofdcircuit kunnen een afwijkende U imp krijgen. Stoothoudspanning U imp [kv] Upeak 1.2/50µs [kv] 5 x pos, 5 x neg Test op zee niveau

21 10.9 Dielectric properties Stootspanningsproef Toevoeging uit IEC : Testen over de isolatie-afstand van een verwijderbare/uitrijdbare lade. Test spanningen over de open contacten van apparatuur geschikt voor isolatie Stoothoudspanning U imp [kv] Upeak 1.2/50µs [kv] Test op zee niveau 0,33 1,8 0,5 1,8 0,8 1,8 1,5 2,3 2,5 3,5 4 6,2 6 9,8 8 12, ,5 21

22 10.10 Verification of temperature rise Beoordeling van de temperatuurstijgingen in verschillende delen van een installatie. Criterium hierbij is dat de maximaal toelaatbare temperatuurstijging t.o.v. de omgevingstemperatuur niet wordt overschreden. Beoordeling van de installatie kan volgens verschillende methoden worden uitgevoerd: 1. Beschouwen van individuele functionele delen, hoofd- en distributierails en de installatie als één geheel 2. Beschouwen van individuele functionele delen afzonderlijk en de installatie inclusief hoofd- en distributierails als één geheel 3. Beschouwen van individuele functionele delen en de hoofd- en distributierails afzonderlijk alsmede de installatie als geheel. Om het aantal beproevingen te minimaliseren kunnen uit reeksen van functionele delen alléén de zwaarst wegende varianten (critical variants) worden beproefd om de gehele reeks af te dekken. 22

23 10.10 Verification of temperature rise Methode 1: Alle delen van de installatie worden gelijktijdig beproefd. De toegekende stroom per deel wordt daarmee de nominaalstroom van dat deel met een gelijktijdigheidsfactor van 1. De resultaten gelden alléén voor installaties gelijk aan het beproefde ontwerp. 23

24 10.10 Verification of temperature rise Methode 2 / 3: Individuele functionele delen (en railsystemen bij methode 3) worden afzonderlijk getest om zo een nominaalstroom (I nc ) van dit deel te verkrijgen. De functionele delen worden getest zoals ze in het systeem worden ingebouwd en geplaatst op de zwaarst mogelijke conditie/positie. Het is aannemelijk dat het deel een lagere nominaalstroomwaarde krijgt dan van het toegepaste component(en). Als alle delen individueel zijn getest wordt een systeemtest uitgevoerd. Hierbij worden hoofd- en distributierails gevoed met hun nominaalstroom en alle functionele delen worden belast met een stroom vermenigvuldigd met een gelijktijdigheidsfactor. (RDF, rated diversity factor) Tijdens testen in het laboratorium wordt getracht tot een zo hoog mogelijke RDF te komen binnen de toelaatbare temperatuursstijging criteria. 24

25 10.10 Verification of temperature rise Voorbeeld van meetpunten in een Feeder Contactor lade 25

26 10.10 Verification of temperature rise Individuele test aan railsystemen Individuele test aan functioneel deel 26

27 10.10 Verification of temperature rise I 1 = I na hoofd rails I 2 = I nc distr. rails I 3 = I nc funct. deel x RDF Heaters zo ingesteld dat het maximale vermogensverlies wordt gesimuleerd, ook in kabelcompartiment Systeemtest met alle onderdelen belast, in dit geval ondergaan alle individuele functionele delen ook weer een eigen systeemtest op de meest ongunstige positie om tot een zo uitgebreid mogelijk toepasbaar ontwerp te komen. Dit vereist veel laboratoriumtesten. Heaters mogen worden gebruikt om functionele delen te simuleren. 27

28 10.11 Short circuit withstand strength Beoordeling van de toegekende kortsluitvastheid van een systeem en zijn componenten. Karakteristieken die worden beoordeeld: I cw De nominale korte duurstroom Van railsystemen (evt. in combinatie met een voedende/afgaande schakelaar, ACB) I pk De nominale maximale stroompiek Deze treedt op in één van de fasen direct na het optreden van de kortsluiting. I cc : De nominale voorwaardelijke kortsluitstroom Die moet kunnen worden onderbroken door een beveiligingscomponent (SCPD, short circuit protective device), zoals fuse of vermogensschakelaar (MCCB)) 28

29 10.11 Short circuit withstand strength De nominale korte duurstroom, I cw Thermische test, gedurende korte tijd zeer snelle opwarming van de geleiders (adiabatisch proces) De delen van een installatie waarvoor een I cw waarde is afgegeven worden getest met de werkelijke stroom gedurende de opgegeven tijd. b.v. 100kA gedurende 1 sec Max stroom-tijd in PDL: 120 ka-1sec of 65 ka-3 sec. Spanningsniveau is hierbij niet van belang. Het einde van de rails word met een geboute verbinding kortgesloten. Nul / Aarde, indien noozakelijk, bij 60% Test t.o.v. dichtstbijzijnde fase. 29

30 10.11 Short circuit withstand strength De nominale maximale stroompiek, I pk (dynamische test, hoge elektromagnetische krachten tussen fasen onderling) Bij de korte duurstroom hoort een A-symmetrische stroompiek I pk volgens onderstaande tabel. De RMS waarde (I cw ) wordt vermenigvuldigd met factor n. b.v. 100kA RMS krijgt een I pk van 220kA Deze piekstroom zal in één fase optreden. RMS waarde van de kortsluitstroom Cos φ n [ka] I 5 0,7 1,5 5 < I 10 0,5 1,7 10 < I 20 0, < I 50 0,25 2,1 50 < I 0,2 2,2 30

31 10.11 Short circuit withstand strength Max peak, 2,2x100kA = 220kA A-symmetrische piekstroom I pk, piek hier in fase L3 Symmetrische korte duurstroom I cw, hier 100kA RMS -1sec Beoordeling: Lichte vervorming van rails is toegestaan mits de lucht- en kruipwegen conform eisen blijven. Ondersteuningen mogen niet gebroken zijn en ook geen doorlopende scheuren vertonen. Een isolatiespanningstest wordt uitgevoerd bij 2xU e (min. 1000V). 31

32 10.11 Short circuit withstand strength De nominale voorwaardelijke kortsluitstroom, I cc Test om te bepalen of de toegepaste kortsluitbeveiliging de nominale voorwaardelijke korstluitstroom (beheerst) kan afschakelen. Eisen aan testcircuit m.b.t.: Stroom, I cc Spanning, U e +5% Cosφ (volgens tabel) B.v.: I cc = 80kA / U e = 415V Circuit instelling: I: 80 ka / U test : 436 V / Cosφ: 0,20 Calibratie van het testcircuit aan de voedingszijde van het systeem I cc [ka] Cos φ I 5 0,7 5 < I 10 0,5 10 < I 20 0,3 20 < I 50 0,25 50 < I 0,2 Instellingen maximaal Nul / Aarde, indien noodzakelijk, bij I = 60% en (U e / 3) +5%. Test t.o.v. dichtstbijzijnde fase. Circuit instelling: I: 48kA / U test : 252V / Cosφ: 0,25 32

33 10.11 Short circuit withstand strength Beoordeling van het resultaat na een I cc test: Deur gesloten (IP-graad niet aangetast) handle in trippositie OK Compartimentering aangetast AFKEUR, aanpassing vereist Geen kortsluiting veroorzaakt aan voedende zijde v/d vermogensschakelaar. OK Interne sluiting naar voedende zijde vermogensschakelaar. AFKEUR 33

34 10.11 Short circuit withstand strength Juiste afschakeling van een vermogensschakelaar Herontsteking tijdens afschakelen van een vermogensschakelaar. 34

35 10.12 Electromagnetic compatibility Functionele delen van een systeem dienen te voldoen aan de eisen voor EMC. Fabrikant van het systeem dient te verklaren dat de gebruikte onderdelen/componenten voldoen aan de gestelde EMC eisen. De inbouw en uitbedrading dient te geschieden volgens voorschrift van de fabrikant van de onderdelen/componenten. Zie ook clause 10.6 &

36 10.13 Mechanical operation Mechanische test aan verwijderbare delen met hun vergrendelingen. Aantal testen: 200x Voorbeeld van het aantal handelingen voor 1 test: Capitole 40 MCC section with mechanical test position Turn operation knob OFF pull handle of mechanical test position mechanism OUT move handle of mechanical test position mechanism from CONNECT position to TEST position push handle of mechanical test position mechanism IN turn operation knob ON 1) - turn operation knob OFF 1) pull handle of mechanical test position mechanism OUT move handle of mechanical test position mechanism from TEST position to DISCONNECT position push handle of mechanical test position mechanism IN turn door knob OPEN OPEN door UNLOCK outgoing unit lock mechanism pull outgoing unit OUT push outgoing unit IN CLOSE door turn door knob CLOSED LOCK door lock mechanism - UNLOCK door lock mechanism pull handle of mechanical test position mechanism OUT move handle of mechanical test position mechanism from DISCONNECT position to TEST position push handle of mechanical test position mechanism IN - turn operation knob ON 1) - turn operation knob OFF 1) - pull handle of mechanical test position mechanism OUT move handle of mechanical test position mechanism from TEST position to CONNECT position push handle of mechanical test position mechanism IN turn operation knob ON 1) In each test cycle the operation knob is turned once ON and OFF in TEST position (after moving the handle of the mechanical test position mechanism from CONNECT position to TEST position or after moving the handle of the mechanical test position mechanism from DISCONNECT position to TEST position). 36

37 Laboratorium testen aan een LS-systeem Vragen?

38 38