งานวิจัยเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้เครื่องมือทดสอบเปลวไฟแบบเข็มในการประเมินความปลอดภัยจากอัคคีภัยของผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์

นามธรรม:

ในระหว่างการทำงานของอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ ความผิดพลาดต่างๆ เช่น การลัดวงจรและการเกิดความร้อนสูงเกินไปเนื่องจากอายุการใช้งานของชิ้นส่วน สามารถก่อให้เกิดเปลวไฟขนาดเล็กได้ง่าย ซึ่งอาจลุกลามไปยังพลาสติกฉนวน วัสดุตัวเรือนโดยรอบ และกลายเป็นสาเหตุสำคัญของการเกิดไฟไหม้จากไฟฟ้าได้ เครื่องทดสอบเปลวไฟแบบเข็มจะประเมินประสิทธิภาพการทนไฟของชิ้นส่วนผลิตภัณฑ์และวัสดุฉนวนโดยการจำลองเปลวไฟขนาดเล็กที่เกิดจากความผิดพลาดภายในดังกล่าว เครื่องมือนี้ทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์ทดสอบที่สำคัญสำหรับการรับรองความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ LISUN โดยใช้เครื่องทดสอบเปลวไฟแบบเข็ม ZY-3 เป็นวัตถุวิจัย บทความนี้จะแนะนำหลักการทำงาน คุณลักษณะโครงสร้าง พารามิเตอร์ทางเทคนิคที่สำคัญ ขั้นตอนการทดสอบ เกณฑ์การประเมิน และสถานการณ์การใช้งานจริงของเครื่องทดสอบเปลวไฟแบบเข็ม ซึ่งให้ข้อมูลอ้างอิงทางเทคนิคสำหรับการทดสอบความปลอดภัยจากอัคคีภัยของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ การวิจัยและพัฒนาวัสดุหน่วงไฟ ตลอดจนการเข้าสู่ตลาดผลิตภัณฑ์

บทนำ

อุบัติเหตุไฟไหม้จากไฟฟ้าจำนวนมากมีต้นกำเนิดมาจากการลุกไหม้ภายในอุปกรณ์ ซึ่งแตกต่างจากเปลวไฟภายนอกที่เปิดโล่ง แหล่งกำเนิดไฟหลายแห่งเป็นเพียงเปลวไฟขนาดเล็กที่เกิดจากการลัดวงจรหรือความร้อนสูงเกินไปของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เปลวไฟเหล่านี้มีปริมาตรน้อยและมีพลังงานเข้มข้น จึงมีแนวโน้มที่จะลุกไหม้ฉนวนพลาสติก แผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) และปลอกสายไฟที่อยู่ใกล้เคียง และลุกลามต่อไปยังอุบัติเหตุไฟไหม้รุนแรง การทดสอบการเผาไหม้แบบดั้งเดิมส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบมาสำหรับสถานการณ์เปลวไฟขนาดใหญ่ที่เปิดโล่ง และไม่สามารถจำลองสภาวะการทำงานจริงของแหล่งกำเนิดไฟขนาดเล็กภายในอุปกรณ์ได้ เครื่องทดสอบเปลวไฟแบบเข็ม เป็นอุปกรณ์ทดสอบที่พัฒนาขึ้นเป็นพิเศษสำหรับสภาพการทำงานดังกล่าว เป็นไปตามมาตรฐานจีน GB/T 5169.5‑2020 และมาตรฐานสากล IEC 60695‑11‑5:2016 ใช้สำหรับจำลองเปลวไฟขนาดเล็กที่เกิดจากความผิดพลาดภายในอุปกรณ์ และประเมินความทนไฟของวัสดุและชิ้นส่วนเครื่องจักรภายใต้สภาวะการจุดติดไฟขนาดเล็ก รวมถึงความเสี่ยงของการลุกลามของเปลวไฟ มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในเครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือน อุปกรณ์เทคโนโลยีสารสนเทศ ผลิตภัณฑ์แสงสว่าง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ ห้องปฏิบัติการทดสอบของบุคคลที่สาม และสถาบันวิจัย ในฐานะที่เป็นเครื่องทดสอบเปลวไฟแบบเข็มเชิงพาณิชย์ที่ได้รับการพัฒนาอย่างสมบูรณ์แล้ว LISUN เครื่องทดสอบเปลวไฟแบบเข็ม ZY-3 เป็นไปตามข้อกำหนดมาตรฐานอย่างเคร่งครัด สามารถควบคุมเปลวไฟได้อย่างแม่นยำ ตั้งเวลาอัตโนมัติ และบันทึกข้อมูลได้ สามารถใช้ในการทดสอบวิจัยและพัฒนา การตรวจสอบโรงงาน และการทดสอบเพื่อขอใบรับรองได้ 

1. หลักการทำงานของเครื่องทดสอบเปลวไฟแบบเข็ม

ส่วนประกอบหลักของเครื่องทดสอบเปลวไฟแบบเข็มคือหัวเผาแบบเข็มมาตรฐานที่ใช้ก๊าซบิวเทนที่มีความบริสุทธิ์ ≥95% เป็นเชื้อเพลิง ซึ่งจะสร้างเปลวไฟทดสอบมาตรฐานที่มีความสูง 12 มม. ± 1 มม. เปลวไฟจะถูกนำไปวางบนพื้นผิวชิ้นงานในมุมเอียง 45° เพื่อจำลองผลกระทบของเปลวไฟขนาดเล็กที่เกิดจากการลัดวงจรและความร้อนสูงเกินไปบนพื้นผิวของชิ้นส่วน ในระหว่างการทดสอบ จะมีการบันทึกเวลาที่ใช้เปลวไฟ เวลาที่เปลวไฟดับลง และเวลาที่ชิ้นงานยังคงเรืองแสงอยู่หลังจากเอาเปลวไฟออก ในขณะเดียวกัน ก็จะทำการสังเกตเพื่อตรวจสอบว่าหยดของเหลวที่หลอมเหลวจะจุดไฟกระดาษไหมและแผ่นไม้สนที่อยู่ด้านล่างหรือไม่ วัตถุประสงค์หลักไม่ใช่การวัดประสิทธิภาพของวัสดุภายใต้การสัมผัสกับไฟในวงกว้าง แต่เป็นการตรวจสอบว่าวัสดุโดยรอบจะติดไฟหรือไม่เมื่อเกิดแหล่งกำเนิดไฟขนาดเล็กภายในอุปกรณ์ การเผาไหม้สามารถดับเองได้หรือไม่หลังจากติดไฟ และหยดของเหลวที่ลุกไหม้จะทำให้ไฟลุกลามหรือไม่ จากการสังเกตข้างต้น สามารถประเมินระดับความปลอดภัยจากอัคคีภัยของผลิตภัณฑ์ได้

ชุดเครื่องมือทดสอบเปลวไฟแบบเข็มที่สมบูรณ์ประกอบด้วยห้องทดสอบแบบปิด หัวเผาแบบเข็ม ระบบควบคุมทางเดินก๊าซ ชุดตรวจสอบอุณหภูมิด้วยเทอร์โมคัปเปิล โมดูลบันทึกเวลา และหน่วยปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร หัวเผาสามารถปรับมุมได้: ตำแหน่งแนวตั้งสำหรับการสอบเทียบ และตำแหน่งเอียง 45° สำหรับการทดสอบอย่างเป็นทางการ เทอร์โมคัปเปิลจะตรวจสอบเอาต์พุตความร้อนของเปลวไฟ ข้อกำหนดมาตรฐานระบุว่าเปลวไฟจะต้องเพิ่มขึ้นจาก 100 ℃±2 ℃ เป็น 700 ℃±3 ℃ ภายใน 23.5 วินาที±1 วินาที ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ถึงเอาต์พุตความร้อนที่สม่ำเสมอสำหรับการทดสอบแต่ละครั้ง และรับประกันผลการทดสอบที่ทำซ้ำได้และเปรียบเทียบได้ระหว่างชุดการผลิตและห้องปฏิบัติการต่างๆ

ZY-3 เข็มทดสอบเปลวไฟ

2 พารามิเตอร์หลักของ LISUN เครื่องมือทดสอบเปลวไฟแบบเข็ม ZY-3

LISUN เครื่องทดสอบเปลวไฟแบบเข็ม ZY-3 มีสองรุ่น ได้แก่ ZY-3 แบบมีห้องปิด และ ZY-3S แบบไม่มีห้องปิด รุ่นที่มีห้องปิดช่วยป้องกันการรบกวนจากอากาศภายนอกและรักษาเสถียรภาพของสภาพแวดล้อมการทดสอบ เหมาะสำหรับการทดสอบในห้องปฏิบัติการทั่วไป ส่วนรุ่นไม่มีห้องปิดมีขนาดกะทัดรัดและเหมาะสำหรับการตรวจสอบอย่างรวดเร็วในสายการผลิต พารามิเตอร์ทางเทคนิคที่สำคัญแสดงในตารางที่ 1

ตารางที่ 1 พารามิเตอร์ทางเทคนิคที่สำคัญของเครื่องทดสอบเปลวไฟแบบเข็ม ZY-3 และ ZY-3S

ดังแสดงในตารางที่ 1 ทั้งสองรุ่นมีหลักการเผาไหม้ เวลา และตัวบ่งชี้อุณหภูมิที่เหมือนกัน ความแตกต่างอยู่ที่การกำหนดค่าห้องเผาไหม้และน้ำหนักโดยรวม ผู้ใช้สามารถเลือกรุ่นตามสภาพแวดล้อมการทดสอบและสถานการณ์การใช้งาน ตัวเครื่องทั้งหมดใช้โครงสร้างเหล็กพ่นเคลือบอุณหภูมิสูงที่มีความทนทานต่ออุณหภูมิสูงและทนต่อการกัดกร่อนสำหรับการทดสอบอุณหภูมิสูงซ้ำๆ ในระยะยาว รองรับการใช้งานเปลวไฟต่อเนื่องแบบเดี่ยวหรือหลายเปลวไฟ เพื่อตอบสนองความต้องการการทดสอบการเผาไหม้ต่อเนื่องพิเศษของ IEC 62368‑1

3 ขั้นตอนการทดสอบมาตรฐานและการตัดสินผลการทดสอบสำหรับเครื่องมือทดสอบเปลวไฟเข็ม

3.1 ขั้นตอนการทดสอบ

1. การเตรียมชิ้นงานและการยึดจับ: ยึดชิ้นงานบนอุปกรณ์ยึด และเลือกตำแหน่งที่มีโอกาสสัมผัสกับเปลวไฟภายในผลิตภัณฑ์มากที่สุดเป็นจุดที่จะใช้เปลวไฟในการตรวจสอบ
2. การปรับเทียบอุปกรณ์: จุดไฟที่หัวเผา ปรับความสูงของเปลวไฟให้ได้ 12 มม. ± 1 มม. ตรวจสอบอัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิเปลวไฟด้วยบล็อกทองแดงและเทอร์โมคัปเปิล เพื่อยืนยันว่าเป็นไปตามข้อกำหนดมาตรฐาน
3. ตั้งค่าพารามิเตอร์การทดสอบ โดยทั่วไปแล้ว เวลาที่แนะนำสำหรับการใช้เปลวไฟคือ 30 วินาที หมุนหัวเผาไปที่ตำแหน่ง 45° และนำปลายเปลวไฟสัมผัสกับชิ้นงานทดสอบ
4. เมื่อครบกำหนดเวลาการใช้งานเปลวไฟที่ตั้งไว้ หัวเผาจะหดกลับโดยอัตโนมัติ อุปกรณ์ทดสอบเปลวไฟแบบเข็มจะเริ่มบันทึกเวลาหลังเปลวไฟและระยะเวลาการเรืองแสงโดยอัตโนมัติ
5. สังเกตพฤติกรรมการเผาไหม้ของชิ้นงานทดสอบตลอดการทดสอบ ตรวจสอบหยดของเหลวที่หลอมเหลว และตรวจสอบว่ากระดาษไหมและแผ่นไม้สนสีขาวที่อยู่ด้านล่างติดไฟหรือไหม้เกรียมหรือไม่
6. ยุติการทดสอบเมื่อตัวอย่างดับสนิทโดยไม่มีปรากฏการณ์เรืองแสงใดๆ ส่งออกข้อมูลการทดสอบและบันทึกปรากฏการณ์ที่สังเกตได้

3.2 เกณฑ์การผ่าน/ไม่ผ่าน

ตามมาตรฐาน GB/T 5169.5‑2020 ตัวอย่างชิ้นงานจะผ่านการทดสอบเปลวไฟด้วยเข็ม หากเป็นไปตามเงื่อนไขข้อใดข้อหนึ่งต่อไปนี้:
(1) ไม่มีการจุดติดไฟหรือเรืองแสงเกิดขึ้นบนชิ้นงานภายใต้การสัมผัสเปลวไฟ กระดาษไหมด้านล่างไม่ติดไฟ และแผ่นไม้สนสีขาวไม่แสดงการเกิดคาร์บอน
(2) หลังจากนำเปลวไฟออกแล้ว ระยะเวลาทั้งหมดของเปลวไฟและการเรืองแสงบนชิ้นงานจะน้อยกว่า 30 วินาที และหยดจะไม่ลุกไหม้หรือทำให้วัสดุรองพื้นไหม้เกรียม

การเผไหม้ของชิ้นงานเป็นเวลานาน หรือการลุกไหม้ของวัสดุรองพื้นจากหยดของเหลวหลอมเหลว บ่งชี้ถึงความเสี่ยงต่อการลุกลามของไฟภายใต้สภาวะความผิดพลาดจากเปลวไฟขนาดเล็กภายใน จำเป็นต้องมีการออกแบบผลิตภัณฑ์ใหม่ รวมถึงการปรับเปลี่ยนโครงสร้างหรือการเลือกใช้วัสดุฉนวนที่มีคุณสมบัติหน่วงไฟสูงกว่า

4 สถานการณ์การใช้งานของเครื่องทดสอบเปลวไฟแบบเข็ม

เครื่องทดสอบเปลวไฟแบบเข็มใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ เทคโนโลยีสารสนเทศ ระบบแสงสว่าง อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ และการวิจัยและพัฒนาวัสดุ

ประการแรก ในอุตสาหกรรมเครื่องใช้ไฟฟ้า: ฐานฉนวนของรีเลย์ คอนแทคเตอร์ และเบรกเกอร์วงจร แผงพลาสติกของสวิตช์และเต้ารับ และชั้นฉนวนของสายเคเบิล จำเป็นต้องได้รับการทดสอบด้วยเครื่องทดสอบเปลวไฟแบบเข็ม เพื่อจำลองเปลวไฟขนาดเล็กที่เกิดจากประกายไฟจากหน้าสัมผัสและข้อผิดพลาดจากการโอเวอร์โหลด เพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพการป้องกันการติดไฟของชิ้นส่วนฉนวนให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัย เช่น GB/T 2099.1 และรับประกันความปลอดภัยทางไฟฟ้าแรงดันต่ำ

ประการที่สอง สำหรับอุปกรณ์เทคโนโลยีสารสนเทศและอุปกรณ์เสียงและวิดีโอ ได้แก่ เราเตอร์ เครื่องพิมพ์ อะแดปเตอร์แปลงไฟ ตัวเรือนชาร์จ และชิ้นส่วนฉนวนที่หุ้มโมดูลจ่ายไฟ จะได้รับการทดสอบความเสี่ยงต่อการเกิดไฟไหม้ที่เกิดจากการลัดวงจรและการร้อนเกินไปของชิป โดยเป็นไปตามมาตรฐาน GB/T 4943.1‑2022 และ IEC 62368‑1:2023 การทดสอบเปลวไฟด้วยเข็มถือเป็นรายการรับรองที่สำคัญสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค

ประการที่สาม ในอุตสาหกรรมแสงสว่าง: ชิ้นส่วนพลาสติกภายในของตัวเรือนไดร์เวอร์ LED ขั้วหลอดไฟ บัลลาสต์ และไฟสปอตไลท์กลางแจ้ง จะได้รับการทดสอบความทนไฟต่อเปลวไฟขนาดเล็กจากชิ้นส่วนภายในที่ชำรุด โดยเป็นไปตามมาตรฐาน GB 7000.1-2015.

ประการที่สี่ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์และยานยนต์พลังงานใหม่: ชิ้นส่วนภายในควบคุมส่วนกลางที่ติดตั้งบนตัวรถ ฉนวนสายไฟ ฉนวนชุดชาร์จ และตัวเรือน BMS จะได้รับการทดสอบเพื่อจำลองเปลวไฟขนาดเล็กที่เกิดจากการชาร์จเกินพิกัดและความผิดพลาดของวงจร เพื่อประเมินประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยจากอัคคีภัยของชิ้นส่วนยานยนต์ตามมาตรฐาน ISO 6722‑1 และ GB/T 2408‑2021

ประการที่ห้า การวิจัยและทดสอบวัสดุ: พลาสติกวิศวกรรมดัดแปลง เช่น ABS, PC, PA, แผ่นใยแก้วอีพ็อกซี และฟิล์มโพลีอิไมด์ จะถูกทดสอบด้วยเครื่องทดสอบเปลวไฟแบบเข็ม เพื่อให้ได้ข้อมูลการจุดติดไฟและเปลวไฟหลังดับ ข้อมูลเหล่านี้สนับสนุนการพัฒนาสูตรสารหน่วงไฟและการประเมินเกรดวัสดุ โดยให้พื้นฐานการทดสอบเชิงปริมาณสำหรับการพัฒนาวัสดุใหม่

ข้อสรุป 5

การขอ เครื่องทดสอบเปลวไฟแบบเข็ม เป็นเครื่องมือทดสอบที่สำคัญสำหรับการจำลองสถานการณ์เปลวไฟขนาดเล็กที่เกิดจากไฟฟ้าลัดวงจรและความร้อนสูงเกินไปของชิ้นส่วนภายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ช่วยชดเชยข้อจำกัดของการทดสอบการเผาไหม้ด้วยเปลวไฟขนาดใหญ่ที่ไม่สามารถจำลองแหล่งกำเนิดไฟขนาดเล็กภายในอุปกรณ์ได้ ผลการทดสอบสะท้อนให้เห็นถึงประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยจากอัคคีภัยของชิ้นส่วนและวัสดุฉนวนภายใต้สภาวะความผิดพลาดในโลกแห่งความเป็นจริงโดยตรง LISUN เครื่องทดสอบเปลวไฟแบบเข็ม ZY-3 เป็นไปตามมาตรฐาน GB/T 5169.5-2020 ของประเทศ และมาตรฐาน IEC 60695-11-5:2016 สากลอย่างครบถ้วน สามารถควบคุมอุณหภูมิ ความสูงของเปลวไฟ และความแม่นยำของเวลาได้อย่างดีเยี่ยม มาพร้อมโหมดการทำงานสองแบบ คือ หน้าจอสัมผัสและรีโมทคอนโทรล จึงสร้างสมดุลระหว่างความแม่นยำในการทดสอบและความปลอดภัยในการใช้งาน ตอบสนองความต้องการที่หลากหลายของแผนกควบคุมคุณภาพขององค์กร ห้องปฏิบัติการอิสระ และสถาบันวิจัย

ความปลอดภัยทางไฟฟ้าเป็นข้อกำหนดที่จำเป็นสำหรับการวางจำหน่ายผลิตภัณฑ์ในตลาด บริษัทต่างๆ ควรใช้เครื่องมือทดสอบเปลวไฟแบบเข็มอย่างเต็มที่ในการทดสอบเปลวไฟแบบเข็มในขั้นตอนการวิจัยและพัฒนาผลิตภัณฑ์ เพื่อระบุอันตรายจากไฟไหม้ของชิ้นส่วนล่วงหน้า ปรับปรุงการเลือกวัสดุและการออกแบบโครงสร้าง ลดความเสี่ยงจากไฟไหม้ที่เกิดจากไฟฟ้าตั้งแต่ต้นเหตุ และรับประกันความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์