Trung tâm tiêu chuẩn busbar: IEC 61439, UL 891, IS 8623

Gần như mọi tranh luận về hợp quy của thanh cái (busbar) dán lớp đều bắt đầu từ việc trả lời sai câu hỏi đầu tiên. Thanh cái dán lớp hiếm khi được chứng nhận riêng lẻ: nó là một linh kiện nằm trong một cụm tủ, một thiết bị hoặc một phương tiện, và tiêu chuẩn có hiệu lực là tiêu chuẩn viết cho sản phẩm cấp trên đó.

Hãy hỏi ba câu theo thứ tự. Thứ nhất: sản phẩm cuối là gì — một cụm đóng cắt hạ áp, một bảng phân phối, một busway (máng cái), một bộ biến đổi kéo, một giá ắc quy? Thứ hai: thị trường nào — IEC, Bắc Mỹ, Ấn Độ, Trung Quốc? Thứ ba: ai thử nghiệm — nhà lắp ráp cụm, phòng thử độc lập, hay nhà cung cấp linh kiện?

Trên thực tế, việc của nhà cung cấp thanh cái là giao một chi tiết giúp nhà lắp ráp cụm vượt qua các kiểm định của họ. Điều đó có nghĩa ba việc cụ thể: công bố thuộc tính (vật liệu, độ dày lớp mạ, cấp nhiệt của điện môi, mức phóng điện cục bộ), chứng minh bằng hồ sơ, và không nhận những chứng nhận mình không có.

Một lỗi điển hình: yêu cầu thanh cái cấp «chứng nhận IEC 61439-2». Chứng nhận đó không tồn tại ở cấp linh kiện; cái tồn tại là báo cáo thử của thanh cái và kiểm định thiết kế của cụm bao gồm nó.

Các tiêu chuẩn thử liên quan được trình bày ở phóng điện cục bộ.

IEC 61439-1 đặt ra các quy tắc chung cho cụm đóng cắt hạ áp; IEC 61439-2 áp dụng khung đó cho cụm điện lực. Tiêu chuẩn tách hai việc hay bị lẫn: kiểm định thiết kế, làm một lần (thử điển hình hoặc thiết kế đã kiểm chứng bằng so sánh hay tính toán), và kiểm định từng chiếc, làm trên mỗi đơn vị.

Với thanh cái, phần quan trọng trong kiểm định thiết kế là:

• Độ tăng nhiệt: giới hạn theo vật liệu đầu nối và theo cách điện, đo trong điều kiện được công bố.
• Tính chất điện môi: điện áp thử đặt lên cách ly chức năng và cách ly bảo vệ.
• Khả năng chịu ngắn mạch: trị hiệu dụng và trị đỉnh, kèm thời gian công bố.
• Bảo vệ chống điện giật: khoảng cách và phân vùng nội bộ.
• Phân vùng nội bộ (dạng 1 đến 4): phần nào còn tiếp cận được khi cụm đang vận hành.

Kiểm định từng chiếc bổ sung: điện trở cách điện, thử điện môi ở tần số công nghiệp, kiểm tra kích thước, mô-men siết của mối nối và kiểm tra bằng mắt.

Hai hệ quả thực tế làm thay đổi thiết kế:

1. Độ tăng nhiệt phải đo, không được ước lượng. Tính toán với giả định chưa kiểm chứng (đối lưu tự do trong tủ kín, ví dụ) là cách quen thuộc để đạt trên giấy và hỏng ngoài hiện trường. Nếu tính, phải công bố giả định.

2. Cách ly bảo vệ và cách ly chức năng có yêu cầu khác nhau. Một thanh cái có màng cách điện ngăn hai điện thế không tự biến cách ly chức năng thành cách ly bảo vệ: tiêu chuẩn yêu cầu khoảng cách, hoặc một lớp cách điện chịu được toàn bộ phép thử.

Các tiêu chí khoảng cách nằm ở phần IEC 60664-1 của trang này.

Yêu cầu Bắc Mỹ là tiêu chuẩn sản phẩm, và lẫn lộn chúng là lỗi hồ sơ phổ biến nhất mà chúng tôi gặp.

UL 891 áp dụng cho switchboard (bảng đóng cắt); UL 67 cho panelboard (bảng nhánh); UL 857 cho busway — máng phân phối đúc sẵn, không phải thanh bên trong bảng. Một thanh cái trong switchboard được đánh giá như phần của switchboard theo UL 891, không như sản phẩm độc lập.

Với bản thân thanh, các câu hỏi về vật liệu đáng quan tâm là:

• Vật liệu và lớp mạ của dẫn điện, kèm độ dày công bố.
• Tính cháy của cách điện: UL 94 V-0 là mức cơ bản cho màng hoặc lớp phủ, và thử ở độ dày công bố.
• Cấp nhiệt của hệ cách điện và nhiệt độ vận hành liên tục tối đa.
• Tương thích với cụm: nhà chế tạo bảng cần hệ cách điện được công nhận cho nhiệt độ vận hành dự kiến.

Hai điều làm người quen với IEC ngạc nhiên:

Nhiệt độ đầu nối chi phối. Bảng có đầu nối 75 °C giới hạn mối nối dù thanh chịu được cao hơn. Con số vào hồ sơ là con số ở điểm lạnh nhất của chuỗi.

Listing thuộc về cụm. Nhà cung cấp thanh cái không list bất cứ thứ gì; họ giao bằng chứng để nhà chế tạo bảng giữ listing của mình.

So sánh với con đường IEC nằm ở phần xung đột giữa các tiêu chuẩn.

Bộ tiêu chuẩn Ấn Độ IS 8623 áp dụng cho cụm đóng cắt hạ áp và được căn theo khung IEC 61439; chứng nhận BIS áp dụng cho cụm, và thanh cái được đánh giá thông qua các phép thử của cụm. Khác biệt thực tế nằm ở ngôn ngữ hồ sơ, yêu cầu ghi nhãn và các phép thử mà tổ chức chứng nhận muốn tận mắt chứng kiến.

Bộ tiêu chuẩn Trung Quốc GB/T 7251 là bản chuyển thể quốc gia của IEC 61439. Với thiết bị bán vào Trung Quốc, nhãn CCC có thể áp dụng tùy loại sản phẩm, và hồ sơ thử từng chiếc phải bằng tiếng Trung.

Cả hai thị trường đều thưởng cho nhà cung cấp biết giao chứng chỉ vật liệu, báo cáo độ dày lớp mạ và hồ sơ thử theo đúng mẫu địa phương mà không phải tranh luận. Những gì thường được yêu cầu:

Một chi tiết hay bị bỏ qua: ở Ấn Độ, phép thử tăng nhiệt của cụm được làm ở dòng công bố, và nếu thanh cái được chọn «dư» chỉ vì thận trọng, phần dư đó phải trả bằng đồng và đôi khi không đóng góp gì cho kết quả.

Cách chọn tiết diện đúng nằm ở biểu đồ dòng tải.

IEC 60664-1 là tiêu chuẩn phối hợp cách điện mà gần như mọi tiêu chuẩn cụm dẫn chiếu cho khoảng cách trong không khí (clearance) và khoảng cách bề mặt (creepage). Nó nhận ba đầu vào: cấp quá điện áp của mạch, mức nhiễm bẩn của môi trường, và nhóm vật liệu của cách điện, suy ra từ chỉ số so sánh chịu phóng điện bề mặt (CTI).

Từ đó nó cho khoảng cách tối thiểu trong không khí và khoảng cách bề mặt tối thiểu. Độ cao so với mực biển, lớp phủ và các gờ làm thay đổi kết quả.

Một thiết kế sao chép giá trị trong bảng mà không xem lại mức nhiễm bẩn và độ cao thường qua được phép thử nhưng vẫn phóng điện bề mặt khi vận hành. Khoảng cách bề mặt là hiện tượng của bụi bẩn và ẩm, không phải của điện áp tức thời.

Với trung áp hoặc tải nhiệt cao, phóng điện cục bộ là tiêu chí quyết định còn lại: cách đo và ý nghĩa của trị số pC.

Các dự án toa xe thêm ba lớp trên tiêu chuẩn điện.

EN 45545-2 đặt yêu cầu an toàn cháy cho vật liệu và linh kiện, với mức nguy hiểm HL1 đến HL3 và các bộ yêu cầu như R22, R23 cho vỏ và thanh cái. Điều quyết định không phải chữ «chậm cháy» như một tính từ: mà là cấp và độ dày đã thử.

IEC 61373 áp dụng cho xóc và rung của thiết bị gắn trên toa xe, phân theo vị trí (thân toa, giá chuyển hướng, trục). Cấp 1 loại B là mức thường dùng cho thiết bị gắn trên thân toa.

IEC 60068 áp dụng cho thử môi trường: nóng ẩm, chu kỳ nhiệt, sương muối.

Điều đó nghĩa là gì với thanh cái dán lớp:

• Màng và lớp phủ được chọn theo bộ yêu cầu cháy, và phải công bố độ dày đã thử.
• Khối dán phải chịu được phổ rung mà không bị mài rung (fretting) ở mối nối: một bu-lông dịch vài micromet mỗi chu kỳ cuối cùng sẽ lỏng ra hoặc mài mòn lớp mạ thiếc.
• Lớp mạ đầu nối phải chịu được độ ẩm và sương muối công bố — và 3–6 µm thiếc chịu kém hơn nhiều so với lớp tiếp xúc bạc hoặc niken.

Một điểm cần lưu ý khi làm dự án: phép thử rung được làm với chi tiết gắn như khi vận hành. Thanh cái thử trần trên bàn không đại diện cho gì cả; độ cứng của tủ là một phần của kết quả.

Hợp quy được chứng minh trên giấy nhiều như trong phòng thử. Nhà cung cấp không đưa ra được bộ hồ sơ dưới đây sẽ làm chậm mọi vòng phê duyệt, kể cả khi chi tiết tốt.

• Bản vẽ đã phát hành, kèm phiên bản, vật liệu, độ dày lớp mạ và cấu trúc khối điện môi.
• Chứng chỉ vật liệu của dẫn điện và điện môi, kèm số mẻ nấu hoặc số lô.
• Báo cáo đo độ dày lớp mạ.
• Hồ sơ thử điện môi và điện trở cách điện theo lô.
• Kết quả phóng điện cục bộ ở nơi bản vẽ yêu cầu, kèm mức pC và điều khoản gốc.
• Báo cáo kích thước và hồ sơ mô-men siết của các mối nối đã lắp.
• Chứng nhận hợp quy và tuyên bố RoHS/REACH.
• Cam kết thông báo thay đổi và thời hạn lưu mẫu.

Ba câu hỏi lọc nhanh: báo cáo phóng điện có ghi mức hiệu chuẩn không? chứng chỉ vật liệu có số mẻ nấu không? bản vẽ có nói thử gì và theo tiêu chí nào không? Nhà cung cấp trả lời «có» cả ba thường kiểm soát được quá trình; người trả lời «thường thì» đang làm tùy nghi.

Điều gì được chấp nhận ở mỗi lần giao nằm ở từ mẫu đến loạt.

Chúng tôi sản xuất thanh cái dán lớp, không phải cụm tủ, nên đóng góp của chúng tôi cho hợp quy là bằng chứng và tính ổn định: một bản vẽ nói rõ sẽ thử gì, mẫu khớp với bản vẽ, và hồ sơ lô khớp với mẫu.

Hỗ trợ thường gồm: rà soát DFM theo tiêu chuẩn của cụm trước khi phát hành bản vẽ, mẫu thử điển hình làm bằng cùng quá trình với sản xuất loạt, đo phóng điện cục bộ ở nơi có yêu cầu, và hồ sơ theo mẫu mà tổ chức chứng nhận của khách hàng mong đợi.

Khi dự án yêu cầu một tiêu chuẩn chúng tôi chưa từng làm, chúng tôi nói rõ có thể thử gì và không thể thử gì, thay vì nhận một chứng nhận không có. Sự thẳng thắn đó tiết kiệm hàng tháng: tìm một phòng thử cho đúng phép thử cụ thể nhanh hơn là phát hiện trong đánh giá rằng tài liệu chưa từng tồn tại.

Gửi tiêu chuẩn của cụm, thị trường và dạng dòng điện tới đội ngũ của chúng tôi, chúng tôi trả lại danh sách những gì có thể chứng minh và bằng tài liệu nào.

IEC 60270 quy định cách đo phóng điện cục bộ: mạch thử, hiệu chuẩn và đại lượng được báo cáo. Nó không quy định mức chấp nhận; mức đó đến từ tiêu chuẩn sản phẩm hoặc bản vẽ của khách. Lẫn hai việc này là cách để kết thúc bằng tranh luận về một con số không ai thống nhất.

Con số nghĩa là gì. Giá trị báo cáo là điện tích biểu kiến, tính bằng picocoulomb (pC). Đó không phải điện tích thực sự chạy trong lỗ hổng; mà là điện tích mà xung hiệu chuẩn phải bơm vào đầu cực để tạo ra cùng chỉ số. Vì thế hai phòng thử có thể báo giá trị khác nhau cho cùng một khuyết tật nếu mạch khác nhau, và vì thế việc hiệu chuẩn cùng cách bố trí mạch phải được ghi trong báo cáo.

Mức 10 pC là mức mà phần lớn bản vẽ thanh cái dán lớp dùng cho điện tử công suất và sức kéo. Đây vừa là sàn thực tế vừa là yêu cầu: dưới khoảng 5 pC, chính môi trường đo (che chắn, nối đất, nhiễu nền) bắt đầu chi phối, và một nhà cung cấp công bố 2 pC mà không mô tả mạch đang nói về phòng thử của họ, không phải về chi tiết.

Điều phóng điện tìm ra mà thử điện môi không tìm ra. Phép thử 2 kV cho qua một thanh cái có lỗ hổng nhỏ, vì lỗ hổng không đánh thủng ở điện áp đó. Cùng chi tiết đó có thể phóng điện đều ở 1,2 kV khi vận hành, ăn mòn màng từ bên trong. Thử điện môi chứng minh chi tiết không hỏng trong lúc thử; phóng điện cho biết nó có hỏng về sau hay không.

UL 9540A là phương pháp thử đánh giá lan truyền cháy do thoát nhiệt trong hệ thống lưu trữ ắc quy. Đây không phải tiêu chuẩn thanh cái, và nhà cung cấp thanh cái không thể có chứng nhận UL 9540A. Nó vẫn quan trọng với thiết kế, vì kết quả thử quyết định dự án được dùng vật liệu và kết cấu nào.

Phép thử làm gì. Nó đặc trưng thành phần khí và sự lan truyền ở cấp tế bào, mô-đun, đơn vị và công trình; kết quả đóng vào phân tích an toàn cháy dùng cho vị trí đặt theo NFPA 855 và cho việc liệt kê hệ thống theo UL 9540. Khi lan truyền được chứng minh là bị giới hạn, thiết kế có thể tránh một số yêu cầu về ngăn cách và dập cháy; khi không, yêu cầu siết lại quanh mọi thứ trong vỏ — kể cả thanh cái.

Thanh cái đi vào tranh luận qua ba con đường, đều gián tiếp:

• Tính cháy của hệ cách điện. Màng hoặc lớp phủ dễ cháy thêm nhiên liệu. UL 94 V-0 là mức cơ bản, nhưng xếp hạng áp dụng cho vật liệu, không cho khối đã dán: keo và niêm phong mép cũng tính.
• Tiết diện đồng. Đồng dẫn nhiệt cũng như dẫn điện. Trong phép thử cấp mô-đun, một thanh cái đặc có thể dẫn nhiệt từ tế bào hỏng sang các tế bào bên cạnh; hai thiết kế giống nhau về điện có thể hành xử khác nhau.
• Toàn vẹn cơ học trong điều kiện cháy. Khối dán bong lớp ở 200 °C để lộ dẫn điện trần và có thể tạo đường sự cố mới. Nhiệt độ mà lớp dán hỏng là thuộc tính vật liệu đáng được công bố.

Nên yêu cầu gì. Không phải chứng nhận UL 9540A — nó không tồn tại cho thanh cái. Hãy yêu cầu xếp hạng tính cháy của vật liệu kèm độ dày đã thử, giới hạn nhiệt độ liên tục và ngắn hạn của lớp dán, và mọi dữ liệu về thời điểm bắt đầu bong lớp. Ba thứ đó là những gì nhà tích hợp thực sự đưa được vào hồ sơ phân tích cháy.

Giới hạn nhiệt và chọn vật liệu nằm ở hướng dẫn thiết kế và quản lý nhiệt.

BS EN 61439 là bản chuyển thể của Anh cho cùng nội dung IEC 61439; EN 61439 là bản tương đương châu Âu. Nội dung kỹ thuật không đổi giữa các bản IEC, EN và BS EN — điều thay đổi là khung pháp lý.

Chuỗi ghi nhãn. Nhà lắp ráp cụm dán nhãn CE trên cụm và phát hành tuyên bố hợp quy. Tuyên bố đó bao phủ Chỉ thị Điện áp thấp (2014/35/EU) và, khi áp dụng, Chỉ thị EMC. Với thiết bị tích hợp trong máy, áp dụng Chỉ thị Máy hoặc Quy định tương ứng. Nhà cung cấp thanh cái đứng trước chuỗi này: họ giao một linh kiện có thuộc tính công bố, và nhà lắp ráp dùng các tuyên bố đó làm bằng chứng.

Nhà cung cấp linh kiện được cung cấp gì một cách hợp pháp. Chứng chỉ vật liệu, báo cáo độ dày lớp mạ, hồ sơ thử điện môi và phóng điện, cấp nhiệt của cách điện, xếp hạng tính cháy, tuyên bố RoHS/REACH và bản vẽ nêu tiêu chí thử. Điều không thể cung cấp là nhãn CE trên một thanh cái như sản phẩm độc lập, trừ khi thanh cái tự nó là thiết bị đưa ra thị trường theo một chỉ thị — mà một thanh cái thụ động thì không.

UKCA. Từ khi Anh rời EU, nhãn UKCA áp dụng cho hàng hóa trên thị trường Anh, với việc công nhận CE tiếp tục cho nhiều nhóm sản phẩm theo các quy tắc gia hạn. Với dự án thanh cái, hệ quả thực tế là hồ sơ nhân đôi: cùng một bộ tài liệu kỹ thuật, nhưng tuyên bố dẫn một bộ luật khác. Chuẩn bị sẵn cả hai bản tiết kiệm hàng tuần.

Lỗi cần tránh. Phát hành tuyên bố hợp quy theo một tiêu chuẩn mà cụm thực sự không đáp ứng — điển hình là nhận IEC 61439-2 trong khi kiểm định tăng nhiệt làm bằng tính toán trên giả định chưa kiểm chứng. Tuyên bố ràng buộc pháp lý người ký, và báo cáo thử của thanh cái là bằng chứng quyết định tuyên bố đó có sống qua đánh giá hay không.

Gần như không dự án thực tế nào chỉ đối diện một tiêu chuẩn. Nó đối diện hai hoặc ba, và các yêu cầu không phải lúc nào cũng khớp. Biết thông số nào đang được quyết định, và bằng tài liệu nào, tránh được việc làm lại thiết kế xuất hiện vào tháng thứ ba.

Ba thói quen giữ dự án đa thị trường đúng tiến độ:

1. Quyết thị trường ở RFQ, không ở lúc giao hàng. Khối dán thiết kế theo mức tối thiểu IEC rồi gửi vào dự án UL là làm lại thiết kế, không phải thủ tục giấy tờ.

2. Đưa yêu cầu chặt hơn vào bản vẽ. Nơi hai chế độ khác nhau, bản vẽ ghi giá trị dùng và chú thích nó đến từ tiêu chuẩn nào. Sự mơ hồ trong bản vẽ thành tranh luận ở buổi đánh giá.

3. Giữ định nghĩa đo minh bạch. Phần lớn xung đột bề ngoài không phải xung đột yêu cầu mà là xung đột định nghĩa: môi trường nào, điểm nào, điện áp thử nào. Định nghĩa viết ra thì hết xung đột.

Tiêu chí phối hợp cách điện nằm ở phần IEC 60664-1 của trang này; tiêu chí thử ở phóng điện cục bộ.