UL 891 и IEC 61439 в обработке шины

Изготовители НКУ, поставляющие с рынка IEC в Северную Америку, обычно узнают разницу между этими двумя стандартами не в том порядке. Они прорабатывают устройство, подтверждают его по IEC 61439, а затем обнаруживают, что ничего из этой работы не превращается в то, что примет американский инспектор. Обратный путь не легче. Оба документа охватывают сопоставимую продукцию и приходят к сопоставимому уровню безопасности механизмами, которые различаются структурно, а сами различия доходят до самого низа — до сверления шины и нанесения на неё покрытия.

Где заканчивается каждый из них

UL 891 распространяется на распределительные щиты закрытого исполнения (dead-front) с номинальным напряжением до 1000 V, предназначенные для монтажа по Canadian Electrical Code Part I, National Electrical Code (ANSI/NFPA 70) и мексиканскому стандарту на электроустановки NOM-001-SEDE, при располагаемом токе короткого замыкания до 200 000 A. Он не распространяется на театральную аппаратуру предустановок и регуляторов освещения, на конструкции с открытой лицевой стороной, на железнодорожное оборудование управления и электрификации, а также на конструкции, рассчитанные только на установку блоков центров управления двигателями.

IEC 61439 распространяется на низковольтные комплектные устройства распределения и управления до 1000 V переменного тока и 1500 V постоянного тока и применяется как часть 1 (общие правила) вместе с частью на изделие. Часть 2 распространяется на силовые НКУ — ближайший аналог распределительного щита по UL 891.

Категории не совпадают, и это несовпадение имеет коммерческое значение. UL 891 — один из нескольких североамериканских стандартов на изделие, которые делят между собой пространство, покрываемое в IEC одним семейством. Конструкция с выкатными низковольтными силовыми автоматическими выключателями относится к UL 1558, а не к UL 891. Промышленные шкафы управления относятся к UL 508A. Один и тот же проект устройства по IEC 61439-2 может попадать сразу в две-три из этих североамериканских категорий, и каждая категория — это отдельная работа по внесению в перечень. Решение о том, в какой из них вы находитесь, — первое инженерное решение по проекту, а не бумажная деталь в конце. Более широкая карта дана в материале «Какой стандарт на шину применяется».

Оценка соответствия: различие, которое управляет всем остальным

Различие здесь процедурное, а не техническое, и оно определяет всё, что идёт после него.

По IEC 61439 изготовитель декларирует характеристики устройства и держит комплект документов по проверке конструкции, показывающий, что заявленные значения выдержаны. Проверку выполняют испытанием, выведением из испытанной конструкции либо расчётом в границах, установленных стандартом. Третья сторона не требуется. В ЕС декларация оформляется по Директиве о низковольтном оборудовании и Директиве по электромагнитной совместимости, а гармонизированным маршрутом служит EN 61439. Компетенция, доказательства и ответственность лежат на вас.

По UL 891 изделие вносится в перечень признанной на национальном уровне испытательной лабораторией. NRTL оценивает конструкцию, присутствует при испытаниях или проводит их сама, а затем поддерживает внесение в перечень через инспекционный контроль на вашем заводе: необъявленные визиты с проверкой того, что вы по-прежнему строите то же самое, что было внесено в перечень. Знак на двери — это не утверждение об испытании, которое однажды состоялось. Это утверждение о том, что завод находится под постоянным надзором.

Отсюда следуют три вещи, на которых экспортёры и попадаются.

Ваш комплект документов по проверке конструкции не переносится. Протоколы испытаний по IEC могут послужить NRTL при оценке, но внесения в перечень они не заменяют. Североамериканский маршрут закладывайте в бюджет как отдельную программу со своим графиком, с самого начала.

Изменения ограничены по-разному. По IEC вы вправе пересмотреть конструкцию и обновить комплект документов по проверке конструкции собственной властью, в рамках правил выведения. При внесении в перечень изменение конструкции за пределами внесённых исполнений означает возврат к NRTL. Для цеха, привыкшего к гибкости IEC, это окажется самой крупной практической перестройкой.

С доработкой на объекте всё опять иначе. Ответвление от шины, добавленное на месте к устройству по IEC, — задача изначального изготовителя, который её и оценивает. То же ответвление на внесённом в перечень распределительном щите может лишить силы внесение в перечень и повлечь оценку на месте эксплуатации. У этого есть прямые производственные следствия: закладывайте запасные площадки под присоединение и заготовки под ответвления ещё на заводе, потому что дооснащение потом обходится непропорционально дорого.

Превышение температуры и решение по покрытию, которое из него следует

Оба стандарта ограничивают превышение температуры. Они выбирают очень разные числа, от разных эталонных условий и по разным причинам. Это то единственное различие, которое меняет то, что вы делаете с медью.

IEC 61439-1 задаёт свои пределы в таблице 6. Выводы для присоединения внешних изолированных проводников ограничены 70 K, и здесь важно примечание: эти 70 K — значение, основанное на условном испытании, а если вывод встроенного аппарата одновременно является выводом для внешнего проводника, то применяется меньший из двух пределов: предела изготовителя аппарата и 70 K.

Для самих шин таблица 6 одного числа не даёт. В строке сказано, что предел задаётся механической прочностью проводникового материала, возможным воздействием на соседнее оборудование, допустимым температурным пределом изоляционных материалов, соприкасающихся с проводником, влиянием температуры проводника на присоединённую к нему аппаратуру и — для втычных контактов — природой и обработкой поверхности контактного материала. Величина 105 K, которую все цитируют, живёт в примечании g как верхний предел поверх этих критериев: при условии, что все перечисленные критерии выполнены, максимальное превышение температуры 105 K для неизолированных медных шин и проводников превышать нельзя. Примечание 1 объясняет, откуда берутся 105 K: это температура, выше которой отжиг меди становится вероятным. Это предел металлургический, а не электрический.

Эталонная температура окружающего воздуха — среднее значение 35 °C в эксплуатации, а при испытании допускается любая в пределах от 10 °C до 40 °C.

Североамериканская практика начинается совсем в другом месте. Её пределы выведены из длительно допустимого тока присоединённых аппаратов и проводников и предписаны через NEC Article 110.14(C). IEC 61439-1 приводит их в таблице у себя же, в справочном приложении M, и две шинные величины стоит запомнить: 50 K для шин без покрытия и 65 K для шин с покрытием. Выводы ограничены 50 K, кроме случаев, оговорённых в этом приложении. Эталонная температура окружающего воздуха в североамериканской практике по распределительным щитам — 40 °C.

Поставьте их рядом. Верхний предел IEC для неизолированной меди — 105 K; североамериканский предел для той же шины без покрытия — 50 K. Это меньше половины, ещё до всякого спора об эталонной температуре окружающего воздуха. Покрытие возвращает из этого 15 K.

Отсюда следуют два производственных вывода, и направлены они в противоположные стороны.

Для североамериканского заказа покрытие становится требованием проекта при любой серьёзной плотности тока. Разрыв в 15 K между 50 K и 65 K выкупает заметную долю типоразмера шины по всему распределительному щиту. Обычный выбор — олово по меди; серебро применяют там, где стабильность переходного сопротивления важнее стоимости.

Для заказа по IEC обычный совет звучит наоборот. Руководство Copper Development Association рекомендует не наносить покрытие на поверхности стыка «медь — медь», если этого не требует среда, потому что мягкое покрытие при повышенной температуре может течь и снижать контактное давление, на котором стык и держится. Этот совет верен для режима IEC и неверен для североамериканского, и причина не в металлургическом разногласии. Эти два режима ограничивают разные вещи. IEC защищает медь от отжига; Северная Америка защищает присоединённый провод и аппараты от тепла, отводимого из устройства.

Если вы строите на оба рынка, покрытие — решение по конкретному проекту, привязанное к рынку назначения, и его место в маршрутной карте, а не в постоянной заводской инструкции.

Изоляционные расстояния против воздушных зазоров и путей утечки

UL 891 задаёт изоляционные расстояния (spacings): минимальные расстояния по воздуху и по поверхности, между частями противоположной полярности и от токоведущих частей до земли, выбираемые из таблицы по диапазону напряжения. Значения даны в дюймах, диапазоны дискретны, и интерполяция между ними не допускается.

IEC расстояния так не табулирует. Воздушный зазор и путь утечки в IEC 61439 выводятся через IEC 60664-1: воздушный зазор — из номинального импульсного выдерживаемого напряжения вместе со степенью загрязнения и высотой над уровнем моря; путь утечки — из рабочего напряжения, степени загрязнения и сравнительного индекса трекингостойкости изоляционного материала.

Практическая разница — в том, к чему чувствительна каждая система. Два устройства по IEC при одном и том же номинальном напряжении могут иметь разные минимальные расстояния, потому что одно стоит в более загрязнённой среде или выше над уровнем моря. Таблица изоляционных расстояний UL этих вопросов на таком уровне не задаёт. Некоторые стандарты UL теперь допускают UL 840, согласованный с IEC 60664, как альтернативу прежней таблице, но ваше внесение в перечень оценивают по собственным конструктивным требованиям UL 891.

Для изготовителя следствие — в компоновке шин. Конструкция, разведённая по воздушным зазорам IEC при степени загрязнения 3, как правило удовлетворит изоляционным расстояниям UL, а конструкция, разведённая по изоляционным расстояниям UL на 600 V, как правило удовлетворит IEC при степени загрязнения 2. «Как правило» в обе стороны методом проектирования не является. Если одна и та же физическая конструкция должна служить обоим, разводите её по огибающей обоих и примите лишнюю ширину.

Здесь же требует поправки распространённое утверждение поставщиков: IEC 61439 не предписывает снятия фаски. Пункта, требующего радиуса кромки, в нём нет. Геометрия кромки — это инженерный способ выполнить положения по воздушным зазорам, путям утечки и электрической прочности изоляции, и она себя оправдывает, потому что напряжённость поля концентрируется на остром углу. Это хорошее решение по хорошим причинам, и эти причины выдерживают проверку, когда о них спрашивает инженер заказчика.

Раскрепление шин и стойкость к токам короткого замыкания

Оба стандарта требуют, чтобы устройство пережило ток короткого замыкания, и характеризуют это по-разному.

По IEC 61439 объявляют номинальный кратковременно выдерживаемый ток (Icw) для заданной длительности, номинальный пиковый выдерживаемый ток (Ipk) и, где применимо, номинальный условный ток короткого замыкания (Icc). Испытание главных шин предписывает геометрию: длина главной шины под испытанием зафиксирована как (2 ± 0,4) m и должна включать не менее одного стыка там, где шины предполагается наращивать. Критерии приёмки столь же конкретны: воздушные зазоры и пути утечки после испытания должны по-прежнему выдерживаться, опоры шин не должны разойтись или треснуть насквозь, и не должно быть ослабления деталей, используемых для присоединения проводников.

UL 891 присваивает номинальный ток короткого замыкания до 200 000 A, установленный при наличии заданных аппаратов защиты от сверхтока, а характеристика секции распределительного щита ограничена наименьшей характеристикой в последовательной цепи. Раскрепление здесь — атрибут конструкции, наносимый на маркировку, а не объявляемый электрический параметр, и если кабели, проложенные через щит, требовали раскрепления во время испытания, это требование наносится на оборудование. Стандартное испытание короткое — несколько периодов, согласованных со временем отключения аппарата в литом корпусе, а более длительная выдержка требуется там, где для селективности нужна кратковременная характеристика. UL 891 предусматривает также маршрут по конструктивным правилам в своём приложении G — к характеристике 100 000 A без испытания на короткое замыкание; это ближайший североамериканский аналог безыспытательных способов проверки в IEC.

Для цеха обработки шин производственное следствие одинаково в обоих случаях, и это как раз полезная часть: слабое место — стык. IEC говорит об этом прямо в своём критерии приёмки, а философия раскрепления UL структурно говорит то же самое. Ослабшее усилие затяжки болта, поверхность стыка, которая так и не вошла в полный контакт, вытянутое отверстие из-за недостаточного расстояния до кромки — любое из этого превращает проходящую конструкцию в образец, проваливающий испытание.

Что меняется на станке

• Схемы отверстий: европейские чертежи работают по метрическим схемам, выведенным из DIN 43673-1. Североамериканские чертежи работают по двухотверстному соглашению NEMA: болты ½ дюйма с межцентровым расстоянием 1¾ дюйма (44,45 mm) и отверстия 0,562 дюйма. Ни одна из схем не переводится в другую округлением. Если вы обслуживаете оба рынка, вы держите оба комплекта инструмента, и число инструментальных позиций на станке становится коммерческим ограничением. Это и есть довод в пользу обрабатывающего центра на 24 инструментальные позиции, такого как IMAC-CENTER 80, расширяемого до 36 позиций, против линии с постоянно установленным инструментом, которой нужна переналадка каждый раз, когда меняется рынок назначения. Сторону инструмента разбирает страница о пробивке.

• Подготовка стыка: в обоих режимах результат по превышению температуры решает стык, но североамериканские пределы оставляют вам заметно меньше запаса, чтобы плохой стык поглотить. Плоские, свежезачищенные перед сборкой поверхности, контролируемый момент затяжки с коэффициентом затяжки, подобранным под то, смазана резьба или нет, и шайбы такого размера, чтобы разносить нагрузку в стороны от отверстия. По IEC посредственный стык при 105 K вы, возможно, переживёте; при 50 K на шине без покрытия в североамериканском распределительном щите — нет.

• Покрытие: определяется рынком назначения, а не постоянной практикой. Там, где оно задано, шина должна уходить из вашего цеха чистой и без заусенцев, потому что покрытие, нанесённое поверх заусенца, закрепляет дефект навсегда.

• Состояние кромки и заусенца: заусенец на поверхности стыка держит две шины врозь, и площадь контакта, которую вы рассчитали, — не та площадь контакта, которую вы получаете. Поэтому снятие заусенцев относится к маршруту техпроцесса, а не к рукам слесаря, и поэтому существуют линии вроде BND800-2 для шины толщиной от 0,5 до 50 mm и шириной от 100 до 800 mm.

• Маркировка: содержание таблички различается, и различается то, кому она принадлежит. Знак внесения в перечень UL наносится на условиях этого внесения, а состав полей задан стандартом. Табличка по IEC несёт заявленные изготовителем характеристики, включая номинальный коэффициент одновременности (RDF), которому в Северной Америке нет вообще никакого соответствия.

Подбор сечения шины для двух рынков

Поскольку бюджеты по превышению температуры расходятся так резко, одна и та же нагрузка даёт в двух режимах разную шину, и разница здесь не малый запас. Считайте от пределов, а не по привычке: установите применимое превышение температуры, примените верную эталонную температуру окружающего воздуха, а затем подберите сечение по источнику токовых нагрузок с сохранёнными поправочными коэффициентами. Обычная рабочая ссылка — DIN 43671 с его поправками на температуру окружающей среды и на расположение шин, а наш калькулятор допустимого тока эти поправки применяет, а не принимает эталонные условия.

Для стороны IEC того же расчёта доступный вам способ проверки ограничен номинальным током, а выше 1600 A расчётный путь закрывается полностью. Это ограничение вместе с остальными граничными условиями изложено в нашей статье о проверке превышения температуры.