Badania nad zastosowaniem aparatu do badania płomienia igłowego w ocenie bezpieczeństwa pożarowego produktów elektrycznych i elektronicznych

Abstrakcyjny:

Podczas eksploatacji urządzeń elektrycznych i elektronicznych, usterki takie jak zwarcia obwodów i przegrzanie podzespołów, mogą łatwo generować niewielkie płomienie, które mogą zapalić otaczające je tworzywa izolacyjne i materiały obudowy, a tym samym stać się główną przyczyną pożarów urządzeń elektrycznych. Aparat do badania płomieniem igłowym ocenia odporność ogniową podzespołów produktu i materiałów izolacyjnych, symulując niewielkie płomienie indukowane przez takie uszkodzenia wewnętrzne. Służy on jako krytyczny sprzęt testowy do certyfikacji bezpieczeństwa produktów elektrycznych i elektronicznych. LISUN Niniejszy artykuł przedstawia zasadę działania, cechy konstrukcyjne, kluczowe parametry techniczne, procedury testowe, kryteria oceny i praktyczne scenariusze zastosowań urządzenia do badania płomienia igłowego, wykorzystującego tester płomienia igłowego ZY‑3. Zawiera odniesienia techniczne dotyczące badań bezpieczeństwa pożarowego produktów elektronicznych, badań i rozwoju materiałów trudnopalnych, a także dostępu produktów do rynku.

Wprowadzenie

Wiele pożarów elektrycznych ma swoje źródło w zapłonie urządzeń wewnętrznych. W przeciwieństwie do otwartego ognia zewnętrznego, wiele źródeł ognia to jedynie drobne płomienie powstające w wyniku zwarcia lub przegrzania podzespołów elektronicznych. Takie płomienie charakteryzują się małą objętością i skoncentrowaną energią. Mają one tendencję do zapalania sąsiednich izolatorów plastikowych, podłoży PCB i osłon wiązek przewodów, a następnie rozprzestrzeniają się, powodując poważne pożary. Konwencjonalne testy spalania są projektowane głównie do scenariuszy z otwartym płomieniem na dużą skalę i nie są w stanie odtworzyć rzeczywistych warunków pracy mikroźródeł ognia wewnątrz urządzeń. aparat do badania płomienia igłowego to urządzenie testowe opracowane specjalnie do takich warunków pracy. Jest ono zgodne z chińską normą GB/T 5169.5‑2020 oraz normą międzynarodową IEC 60695‑11‑5:2016. Służy do symulacji niewielkich płomieni generowanych przez wewnętrzne usterki urządzeń oraz oceny odporności materiałów i kompletnych podzespołów maszyn w warunkach zapłonu małego płomienia, a także ryzyka rozprzestrzeniania się płomienia. Jest szeroko stosowane w sprzęcie gospodarstwa domowego, sprzęcie informatycznym, produktach oświetleniowych, elektronice samochodowej, zewnętrznych laboratoriach badawczych i instytutach badawczych. Jako dojrzałe, komercyjne urządzenie do badania płomieniem igłowym, LISUN Tester płomienia igłowego ZY‑3 ściśle spełnia wymagania norm, zapewniając precyzyjną kontrolę płomienia, automatyczny pomiar czasu i rejestrację danych. Umożliwia on przeprowadzanie testów badawczo-rozwojowych, inspekcji fabrycznej i testów certyfikacyjnych. 

1 Zasada działania urządzenia do badania płomieniem igłowym

Głównym elementem aparatu do badania płomieniem igłowym jest standardowy palnik w kształcie igły, zasilany butanem o czystości ≥95%, który generuje standardowy płomień testowy o wysokości 12 mm ± 1 mm. Płomień jest przykładany do powierzchni próbki pod kątem 45°, aby symulować wpływ małych płomieni spowodowanych zwarciem i przegrzaniem elementu na powierzchnię elementu. Podczas badania rejestruje się czas przykładania płomienia, czas dopalania i czas żarzenia próbki po usunięciu płomienia. Jednocześnie przeprowadza się obserwacje w celu sprawdzenia, czy stopione krople zapalają znajdujący się pod nimi papier jedwabny i płytę sosnową. Głównym celem nie jest pomiar zachowania się materiału w warunkach narażenia na ogień na dużą skalę, ale zbadanie, czy otaczające materiały ulegną zapłonowi w przypadku wystąpienia lokalnych mikroognistych źródeł wewnątrz urządzenia, czy spalanie może samoistnie zgasnąć po zapłonie oraz czy płonące krople spowodują rozprzestrzenianie się ognia. Na podstawie powyższych obserwacji można ocenić poziom bezpieczeństwa pożarowego produktów.

Kompletny aparat do badania płomienia igłowego składa się z zamkniętej komory testowej, palnika igłowego, układu sterowania ścieżką gazową, zespołu weryfikacji temperatury termopary, modułu pomiaru czasu oraz modułu interakcji człowiek-maszyna. Palnik umożliwia regulację kąta nachylenia: w pozycji pionowej do kalibracji i pod kątem 45° do testów formalnych. Termopara weryfikuje moc cieplną płomienia. Norma stanowi, że płomień powinien nagrzewać się od 100°C ± 2°C do 700°C ± 3°C w czasie 23.5 s ± 1 s. Zapewnia to stałą moc cieplną dla każdego testu i gwarantuje powtarzalne i porównywalne wyniki badań dla różnych partii i laboratoriów.

ZY-3 Test płomienia igłowego

2 Kluczowe parametry LISUN Aparat do badania płomieniem igłowym ZY‑3

LISUN Aparat do badania płomieniem igłowym ZY‑3 występuje w dwóch wersjach: ZY‑3 z zamkniętą komorą i ZY‑3S bez komory. Model z zamkniętą komorą izoluje zewnętrzne zakłócenia powietrza i stabilizuje środowisko testowe, co jest przydatne w standardowych badaniach laboratoryjnych. Wersja bezkomorowa charakteryzuje się kompaktowymi wymiarami i umożliwia szybkie przesiewanie na liniach produkcyjnych. Kluczowe parametry techniczne przedstawiono w tabeli 1.

Tabela 1. Kluczowe parametry techniczne aparatu do badania płomieniem igłowym ZY‑3 i ZY‑3S

Jak pokazano w tabeli 1, obie wersje posiadają identyczne wskaźniki spalania rdzenia, czasu i temperatury. Różnice dotyczą konfiguracji komory i masy całkowitej. Użytkownicy mogą dobierać modele w zależności od środowiska testowego i scenariuszy zastosowań. Całe urządzenie wykorzystuje konstrukcję ze stali natryskiwanej wysokotemperaturowo, odpornej na wysokie temperatury i korozję, co umożliwia długotrwałe, powtarzalne testy wysokotemperaturowe. Urządzenie obsługuje pojedyncze lub wielokrotne ciągłe zastosowanie płomienia, aby spełnić specjalne wymagania dotyczące testów ciągłego spalania określone w normie IEC 62368-1.

3 Standardowe procedury testowe i ocena wyników dla aparatu do badania płomienia igłowego

3.1 Procedury testowe

1. Wstępna obróbka i mocowanie próbki: Zamocuj próbkę na uchwycie i wybierz miejsce, w którym najczęściej będzie narażony na płomienie wewnątrz produktu, jako punkt przyłożenia płomienia.
2. Kalibracja sprzętu: Zapal palnik, ustaw wysokość płomienia na 12 mm ± 1 mm. Sprawdź szybkość wzrostu temperatury płomienia za pomocą bloku miedzianego i termopary, aby potwierdzić zgodność ze standardowymi specyfikacjami.
3. Ustaw parametry testu. Standardowo zalecany czas przyłożenia płomienia wynosi zazwyczaj 30 sekund. Obróć palnik do pozycji 45° i zetknij końcówkę płomienia z próbką.
4. Po upływie zadanego czasu działania płomienia palnik automatycznie się cofa. Aparat do pomiaru płomienia igłowego automatycznie rozpoczyna rejestrowanie czasu dopalania i czasu żarzenia.
5. Obserwuj zachowanie się próbki w trakcie całego testu, monitoruj krople stopu i sprawdzaj, czy znajdujący się pod nimi papier jedwabny i biała deska sosnowa uległy zapaleniu lub zwęgleniu.
6. Zakończ test po całkowitym wygaśnięciu próbki bez zjawiska świecenia. Wyeksportuj dane testowe i udokumentuj zaobserwowane zjawiska.

3.2 Kryteria zaliczenia–niezaliczenia

Zgodnie z normą GB/T 5169.5‑2020 próbka przechodzi test płomienia igłowego, jeżeli spełniony jest jeden z następujących warunków:
(1) Pod wpływem płomienia na próbce nie następuje zapłon ani żarzenie; znajdujący się pod nią papier jedwabny nie ulega zapaleniu, a biała płyta sosnowa nie wykazuje zwęglenia.
(2) Po usunięciu płomienia całkowity czas trwania płomienia i żarzenia się próbki jest krótszy niż 30 s, a krople nie powodują zapłonu ani zwęglenia podkładu.

Długotrwałe spalanie próbki lub zapłon podkładu przez roztopione krople wskazują na ryzyko rozprzestrzeniania się ognia w warunkach wewnętrznego uszkodzenia z niewielkim płomieniem. Wymagane jest przeprojektowanie produktu, w tym modyfikacja konstrukcyjna lub zastosowanie materiałów izolacyjnych o wyższym stopniu ognioodporności.

4 scenariusze zastosowań aparatu do badania płomieniem igłowym

Aparat do badania płomieniem igłowym jest powszechnie stosowany w przemyśle elektroelektronicznym, informatycznym, oświetleniowym, motoryzacyjnym i badawczo-rozwojowym w zakresie materiałów.

Po pierwsze, w przemyśle urządzeń elektrycznych: podstawy izolacyjne przekaźników, styczników i wyłączników, plastikowe panele przełączników i gniazdek oraz warstwy izolacyjne kabli wymagają aparatu do badania płomieniem igłowym, symulującego mikropłomienie spowodowane łukiem elektrycznym i przeciążeniem. Test ten weryfikuje właściwości przeciwzapłonowe elementów izolacyjnych, aby spełnić wymagania bezpieczeństwa, takie jak GB/T 2099.1, i zagwarantować bezpieczeństwo elektryczne przy niskim napięciu.

Po drugie, w przypadku sprzętu informatycznego i audiowizualnego: routery, drukarki, zasilacze, obudowy ładowarek i elementy izolacyjne otaczające moduły zasilania są testowane pod kątem ryzyka pożaru wywołanego zwarciem i przegrzaniem chipów. Zgodnie z normami GB/T 4943.1‑2022 i IEC 62368‑1:2023, test płomienia igłowego stanowi ważny element certyfikacji elektroniki użytkowej.

Po trzecie, w branży oświetleniowej: plastikowe części wewnętrzne obudów sterowników LED, uchwytów lamp, stateczników i reflektorów zewnętrznych są testowane pod kątem odporności na płomienie w przypadku mikropłomieni powstających w wyniku wadliwych elementów wewnętrznych, zgodnie z normami GB 7000.1-2015.

Po czwarte, elektronika samochodowa i pojazdy zasilane nowymi źródłami energii: testowane są montowane w pojazdach elementy wnętrza centralki sterującej, izolacja wiązek przewodów, izolatory stosów ładujących i obudowy BMS, aby symulować mikropłomienie spowodowane przeciążeniem ładowania i awariami obwodów, co pozwala ocenić odporność ogniową komponentów samochodowych zgodnie z normami ISO 6722-1 i GB/T 2408-2021.

Po piąte, badania i testy materiałowe: modyfikowane tworzywa konstrukcyjne, takie jak ABS, PC, PA, płyty z włókna szklanego i żywicy epoksydowej oraz folie poliimidowe, są testowane za pomocą aparatu do badania płomienia igłowego w celu uzyskania danych dotyczących zapłonu i płomienia po zapłonie. Dane te wspierają opracowywanie formuł środków zmniejszających palność i ocenę gatunku materiału, stanowiąc podstawę ilościowych testów dla iteracji nowych materiałów.

Wnioski 5

aparat do badania płomienia igłowego to kluczowe narzędzie testowe do odtwarzania scenariuszy z niewielkim płomieniem spowodowanych zwarciem i przegrzaniem podzespołów wewnątrz urządzeń elektronicznych. Rekompensuje ono ograniczenia testów spalania z dużym płomieniem, które nie pozwalają na symulację mikroźródeł ognia wewnątrz urządzeń. Wyniki testów bezpośrednio odzwierciedlają bezpieczeństwo pożarowe podzespołów i materiałów izolacyjnych w rzeczywistych warunkach awarii. LISUN Aparat do pomiaru płomienia igłowego ZY‑3 jest w pełni zgodny z krajowymi normami GB/T 5169.5‑2020 oraz międzynarodowymi normami IEC 60695‑11‑5:2016. Jego temperatura, wysokość i dokładność pomiaru czasu są precyzyjnie kontrolowane. Wyposażony w dwa tryby pracy: ekran dotykowy i zdalne sterowanie, aparat łączy dokładność pomiaru z bezpieczeństwem obsługi, spełniając zróżnicowane wymagania działów kontroli jakości przedsiębiorstw, laboratoriów zewnętrznych i instytucji badawczych.

Bezpieczeństwo elektryczne jest obowiązkowym wymogiem wejścia produktu na rynek. Przedsiębiorstwa powinny w pełni wykorzystywać aparat do badania płomienia igłowego, aby przeprowadzać testy płomienia igłowego na etapie badań i rozwoju produktu, z wyprzedzeniem identyfikować zagrożenia pożarowe komponentów, optymalizować dobór materiałów i projekt konstrukcyjny, ograniczać ryzyko pożaru urządzeń elektrycznych u źródła oraz zapewniać bezpieczeństwo produktu.