Hodnocení požární odolnosti relé a spínačů pomocí pokročilého jehlového plamenového testeru

Abstraktní
Relé a spínače jsou základními spínacími komponenty v nízkonapěťových rozvodech, domácích spotřebičích a průmyslových řídicích zařízeních. Při přerušování a zapínání kontaktů obvykle vznikají elektrické oblouky. V případě zkratu v obvodu a poruchy přetížení se mohou objevit drobné plameny, které zapálí okolní plastové izolační pouzdra a základní materiály, což dále vede k elektrickým požárům. Jehlový plamenový tester je důležitým testovacím přístrojem pro simulaci takových zdrojů požáru. Zařízení pro zkoušení jehlovým plamenem je zařízení pro testování požární bezpečnosti navržené společností LISUN pro průmysl elektrotechniky, elektroniky, domácích spotřebičů, osvětlení a informačních technologií. Simuluje „drobné plameny“ způsobené zkraty v obvodech a přehřátím součástí uvnitř zařízení, aby se vyhodnotila požární odolnost a požární bezpečnost výrobků a izolačních materiálů za podmínek zapálení malého plamene. Díky směrovému působení plamene na vzorky pomocí standardního jehlového hořáku toto zařízení přesně detekuje stav zapálení vzorku, dobu setrvání plamene a podmínky šíření plamene. Poskytuje zkušební data, která splňují mezinárodní a domácí normy pro výzkum a vývoj produktů, kontrolu kvality od výrobce a certifikaci třetích stran, a pomáhá podnikům splňovat požadavky na požární bezpečnost pro přístup na trh. LISUN Jako výzkumný objekt je tento článek popisuje princip testování a klíčové parametry zařízení pro testování plamenem v jehlové zkoušce ZY‑3, kompletní zkušební postup pro reléové a spínací komponenty, kritéria pro hodnocení výsledků a také analyzuje běžné problémy, s nimiž se setkáváme při praktickém testování. Nabízí praktické reference pro výrobce komponentů a externí zkušební laboratoře pro provádění ověřování požární bezpečnosti relé a spínačů. 

Základní informace a standardní základ pro zkoušku relé a spínačů plamenem jehly

Při každodenním provozu relé a spínačů dochází k obloukovému výboji v důsledku častého zapínání a rozpínání kontaktů. Pokud dojde ke špatnému kontaktu, přetížení nebo zkratu, energie oblouku stoupá a vytváří lokální drobné plameny, které přímo působí na nekovové izolační části, jako jsou pouzdra relé, panely spínačů a svorkovnice. Pokud součástky nemají dostatečnou zpomalovací schopnost hoření, drobné plameny mohou zapálit vzorky, spustit nepřetržité šíření plamene a roztavené kapky mohou zapálit sousední kabely a další sestavy a způsobit nebezpečí požáru celé jednotky. Zkouška žhavou smyčkou hodnotí především tepelné namáhání způsobené tepelným zářením vysoké teploty, zatímco zkouška jehlovým plamenem se více zaměřuje na scénáře zapálení přímo vyvolané malými oblouky uvnitř součástí. Tyto dva testy se vzájemně doplňují a doplňují tak kompletní vyhodnocení nebezpečí požáru pro nízkonapěťové součástky.

Odpovídající domácí norma je GB/T 5169.5‑2020 a ekvivalentní mezinárodní norma je IEC 60695‑11‑5:2016. Tato sada norem specifikuje konstrukci hardwaru Jehlový plamenomet, metoda ověřovací zkoušky plamenem, předběžná úprava vzorku, postup aplikace plamene a pokyny pro posouzení výsledků. Produktové normy pro spínače a zásuvky GB/T 2099.1‑2021 a příslušné specifikace nízkonapěťových relé odkazují na tuto metodu zkoušky jehlovým plamenem, která je kritickou položkou požární bezpečnosti pro certifikace CCC, CQC, CE a další certifikace přístupu na trh. Prováděním testů s jehlovým plamenem během fáze výzkumu a vývoje produktu mohou podniky kontrolovat složení izolačních materiálů, optimalizovat vnitřní strukturální uspořádání relé a spínačů, předem identifikovat potenciální nebezpečí požáru a vyhnout se bezpečnostním rizikům po uvedení produktu na trh.

ZY-3 Test s plamenem jehly

Základní technické parametry testeru plamene jehly

LISUN Jehlový tester plamene ZY‑3 je plně vyvinut v souladu s hardwarovými požadavky norem GB/T 5169.5‑2020 a IEC 60695‑11‑5:2016. Díky modulární struktuře jednotka integruje funkční moduly pro potvrzení teploty plamene, automatické časování a záznam dat o stavu hoření. Úhel hořáku je volně nastavitelný; výška plamene a rychlost stoupání teploty plamene splňují všechny podmínky standardního potvrzovacího testu. Je vybaven dvěma provozními režimy, včetně dotykové LCD obrazovky a dálkového ovládání, což umožňuje testerům zůstat v dostatečné vzdálenosti od spalovací komory a zvyšuje provozní bezpečnost při požárních testech za vysokých teplot. Tento přístroj je k dispozici ve dvou variantách: ZY‑3 se skříní a ZY‑3S bez skříně pro přizpůsobení se různým laboratorním podmínkám. Základní technické parametry jsou uvedeny v tabulce 1.

Podle standardních požadavků musí jehlový tester plamene provádět pravidelné potvrzovací testy k ověření rychlosti stoupání teploty plamene a výšky plamene. Tryska hořáku je spotřební materiál. Dlouhodobé hoření může změnit otvor trysky a způsobit odchylku energie plamene, což přímo ovlivní výsledky testů vzorků relé a spínačů. Proto je nutná pravidelná kontrola a výměna. Těleso stroje je vyrobeno z ocelové konstrukce s vysokoteplotním povlakem, která odolává korozivním spalinám ze spalování plastů, a je vhodné pro dlouhodobé nepřetržité testování požární bezpečnosti v laboratořích.

Kompletní postup testování relé a spínačů pomocí jehlového plamenového testeru

Před formální zkouškou jehlovým plamenem pro relé nebo spínače si obsluha musí prostudovat normu GB/T 5169.5‑2020 a odpovídající specifikace produktu a potvrdit dobu působení plamene. Konvenční doba působení plamene pro komponenty relé a spínačů je 30 s. U některých komponent s nízkým rizikem lze v souladu s normami produktu zvolit 10 s nebo 20 s. Musí být provedena předběžná příprava vzorku: vzorky musí být skladovány po dobu nejméně 24 hodin při okolní teplotě 15 °C až 35 °C a relativní vlhkosti 45 % až 75 %, aby se vyloučil vliv vlhkosti na hořlavost plastových materiálů.

Krok jedna: ověření a ladění plamene pro tester jehlového plamene. Přiveďte butan o čistotě nejméně 95 %, nastavte hořák do svislé polohy, upravte průtok plynu a kalibrujte výšku plamene na 12 mm ± 1 mm. Proveďte potvrzovací test plamene pomocí termočlánku typu K, abyste ověřili, zda doba ohřevu ze 100 °C na 700 °C odpovídá 23.5 s ± 1 s. Ověřte normální provoz časovacího modulu a funkce záznamu doby hoření. Umístěte standardní vatovou podložku na bílou borovicovou desku pod stanici pro vzorky jako podkladovou vrstvu, abyste zkontrolovali, zda roztavené kapky zapalují okolní hořlaviny. Po ověření plamene nastavte hořák do zkušební polohy 45° a udržujte stabilní stav plamene po dobu několika minut.

Druhý krok: upínání a polohování vzorků relé a spínačů. Vzorky udržujte co nejvíce v plně sestaveném stavu bez jejich libovolné demontáže, aby se simulovaly reálné provozní podmínky. Vzorky pevně upevněte na držák vzorku a zarovnejte špičku plamene s místy, která jsou nejvíce náchylná k napadení obloukem. U relé jsou testovacími body pouzdra v blízkosti kontaktů a základny svorek; u spínačů jsou testovacími body plastové části kolem kontaktů a vnitřní strana panelů spínačů. Vyhněte se okrajům vzorku a dalším místům bez praktické referenční hodnoty a dodržujte standardní vůli mezi špičkou hořáku a povrchem vzorku.

Krok tři: aplikujte směrový plamen jehly. Spusťte testovací program testeru jehlového plamene. Hořák se pohybuje dopředu a přivádí hrot standardního plamene jehly do kontaktu s povrchem vzorku a udržuje stanovenou dobu aplikace plamene, obvykle 30 s. Během celého cyklu aplikace plamene a doby pozorování po plameni obsluha zaznamenává stav zapálení, moment zapálení, dobu hoření a rozsah šíření plamene vzorků a sleduje, zda se vatová podložka pod ní zapálí od kapek hoření ze vzorků. Po uplynutí doby aplikace plamene přístroj automaticky zasune hořák a pokračuje v pozorování doplamene a doutnání vzorků. Opakované pálení na stejném testovacím bodě je zakázáno a pro každou testovací skupinu musí být použity zcela nové vzorky.

Krok čtyři: třídění dat po dokončení zkoušky. Zaznamenejte všechny jevy včetně stavu zapálení, doby hoření, existence roztavených kapek a toho, zda se základní vrstva bavlněné výplně zapálila. Po dokončení všech paralelních zkoušek vzorků shrňte všechna data a posuďte stav vzorků relé nebo spínačů, zda splňují/nesplňují normové ustanovení.

Kritéria pro posouzení výsledků testu jehlovým plamenem

S odkazem na pravidla posuzování normy GB/T 5169.5‑2020 se vzorky relé a spínačů považují za vyhovující zkoušce jehlovým plamenem, pokud je splněna některá z následujících podmínek. Zaprvé, během celého procesu aplikace jehlového plamene se na vzorcích neobjeví žádný plamen ani žhnutí a spodní bavlněná výplň se nezapálí. Zadruhé, po odstranění jehlového plamene plamen a žhnutí na vzorcích samovolně zhasnou do 30 sekund bez úplného shoření součástí a základní bavlněná výplň se nezapálí kapkami. Pokud vzorky hoří déle než 30 sekund nebo roztavené kapky zapálí bavlněnou výplň, vzorek zkoušce neprojde, což naznačuje riziko požáru ve scénářích s malým plamenem způsobeným poruchovými oblouky pro takové relé nebo spínač.

V případě neúspěchu při testu musí podniky zavést nápravná opatření, jako je použití technických plastů s vyšším stupněm zpomalování hoření, zvětšení tloušťky stěn pouzdra a přidání strukturálních bariér, které zabraňují šíření plamene do sousedních součástí. Po materiálové nebo strukturální úpravě je nutné provést opakovaný test pomocí jehlového plamenového testeru, dokud nebudou splněny požadavky norem na požární bezpečnost.

Praktická opatření pro zkoušku relé a spínačů plamenem jehly

Mnoho podniků používá pro zkoušku jehlovým plamenem přímo standardní materiálové tyče namísto plně smontovaných reléových a spínacích komponentů. Úspěšný výsledek zkoušky materiálových tyčí nezaručuje, že smontované komponenty zkouškou jehlovým plamenem projdou. Mezery v montáži, změny tloušťky komponentů a vnitřní pnutí mohou změnit skutečné chování při hoření. Jako zkušební vzorky by měly být použity plně smontované komponenty. Zkoušku plamene pro tester jehlového plamene nelze vynechat. Po každé výměně plynu nebo trysky hořáku je nutné znovu kalibrovat výšku plamene a křivku stoupající teploty; jinak budou výsledky zkoušky neplatné a nelze je použít pro certifikační zprávy.

V laboratorním zkušebním prostředí musí být zaručeno větrání. Přestože je přístroj vybaven uzavřenou zkušební skříní, musí být i tak připravena hasicí zařízení pro zvládnutí nouzových situací, jako je prudké hoření vzorku. Funkce dálkového ovládání LISUN Jehlový plamenový tester ZY‑3 umožňuje obsluze dokončit celý zkušební postup mimo vysokoteplotní plamennou komoru a zvyšuje bezpečnost personálu během testování. Úspěšné absolvování testu jehlovým plamenem neznamená úplné posouzení požárního nebezpečí pro komponenty. Pro komplexní vyhodnocení celkové úrovně požárního nebezpečí relé a spínačů je nutné kombinovat další bezpečnostní testy, jako je test žhavým drátem a test indexu dráhy.

Závěr

Relé a spínače jsou masivní základní komponenty v elektrických systémech, jejichž požární bezpečnost přímo ovlivňuje celkovou bezpečnost domácích spotřebičů, průmyslových řídicích zařízení a distribučních systémů. Tester jehlového plamene dokáže reprodukovat reálné provozní podmínky drobných plamenů generovaných oblouky poruch komponent v laboratorním prostředí. Zařízení pro testování jehlového plamene je zařízení pro testování požární bezpečnosti navržené společností LISUN pro průmysl elektrotechniky, elektroniky, domácích spotřebičů, osvětlení a informačních technologií. Díky směrovému ozařování vzorků standardním jehlovým hořákem toto zařízení přesně detekuje stav zapálení vzorku, dobu setrvání plamene a podmínky šíření plamene. Poskytuje zkušební data v souladu s mezinárodními i domácími normami pro výzkum a vývoj produktů, kontrolu kvality od výrobce a certifikaci třetími stranami. LISUN ZY‑3 Jehlový plamenomet plně splňuje všechny požadavky na zařízení dle norem GB/T 5169.5‑2020 a IEC 60695‑11‑5:2016 a dokáže stabilně provádět zkoušky požární odolnosti reléových a spínacích komponentů jehlovým plamenem. Ve fázích výzkumu a vývoje produktů, výběru komponent a podávání certifikací mohou výrobci komponentů, kteří správně používají jehlový plamenový tester, identifikovat nebezpečí požáru izolačních součástí, optimalizovat složení materiálu a strukturu produktu, zlepšit úroveň požární bezpečnosti relé a spínačů a zaručit bezpečnost provozu elektrických zařízení koncových uživatelů.