Đánh giá khả năng chống cháy của rơle và công tắc bằng thiết bị thử ngọn lửa kim tiên tiến.

Tóm tắt
Rơle và công tắc là các thành phần chuyển mạch cơ bản bên trong hệ thống phân phối điện áp thấp, thiết bị gia dụng và thiết bị điều khiển công nghiệp. Tia lửa điện có xu hướng được tạo ra trong quá trình đóng và mở tiếp điểm. Trong điều kiện ngắn mạch và quá tải, các ngọn lửa nhỏ có thể xuất hiện và đốt cháy các vỏ cách điện bằng nhựa xung quanh và vật liệu nền, dẫn đến tai nạn cháy điện. Máy thử ngọn lửa kim là một dụng cụ thử nghiệm quan trọng để mô phỏng các nguồn gây cháy do sự cố như vậy. Thiết bị thử ngọn lửa kim là thiết bị kiểm tra an toàn cháy nổ được thiết kế bởi LISUN Thiết bị này được sử dụng trong các ngành công nghiệp điện tử, thiết bị gia dụng, chiếu sáng và thiết bị công nghệ thông tin. Nó mô phỏng “ngọn lửa nhỏ” do đoản mạch và quá nhiệt linh kiện bên trong thiết bị gây ra, nhằm đánh giá khả năng chống cháy và hiệu suất an toàn cháy nổ của sản phẩm và vật liệu cách điện trong điều kiện bắt lửa ngọn lửa nhỏ. Bằng cách điều chỉnh hướng ngọn lửa tác động lên mẫu vật thông qua đầu đốt hình kim tiêu chuẩn, thiết bị này phát hiện chính xác trạng thái bắt lửa, thời gian cháy và điều kiện lan truyền của mẫu vật. Nó cung cấp dữ liệu thử nghiệm tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế và trong nước cho nghiên cứu và phát triển sản phẩm, kiểm tra chất lượng đầu ra của nhà máy và chứng nhận của bên thứ ba, giúp các doanh nghiệp đáp ứng các yêu cầu an toàn cháy nổ để tiếp cận thị trường. LISUN Bài báo này, lấy máy thử ngọn lửa kim ZY-3 làm đối tượng nghiên cứu, mô tả nguyên lý thử nghiệm và các thông số thiết bị chính của máy thử ngọn lửa kim, quy trình thử nghiệm hoàn chỉnh cho các linh kiện rơle và công tắc, tiêu chí đánh giá kết quả, đồng thời phân tích các vấn đề thường gặp trong quá trình thử nghiệm thực tế. Bài báo cung cấp tài liệu tham khảo thiết thực cho các nhà sản xuất linh kiện và các phòng thí nghiệm thử nghiệm bên thứ ba trong việc thực hiện kiểm định an toàn cháy nổ cho rơle và công tắc. 

Bối cảnh và cơ sở tiêu chuẩn cho thử nghiệm ngọn lửa kim trên rơle và công tắc

Trong hoạt động hàng ngày của rơle và công tắc, hiện tượng phóng điện hồ quang xuất hiện do việc đóng mở tiếp điểm thường xuyên. Khi xảy ra sự cố tiếp xúc kém, quá tải hoặc ngắn mạch, năng lượng hồ quang tăng lên và tạo ra các ngọn lửa nhỏ cục bộ, tác động trực tiếp lên các bộ phận cách điện phi kim loại như vỏ rơle, bảng điều khiển công tắc và đế đấu nối. Nếu các bộ phận có khả năng chống cháy không đủ, các ngọn lửa nhỏ có thể đốt cháy các mẫu vật, gây ra sự lan truyền ngọn lửa liên tục, và các giọt nóng chảy có thể đốt cháy các dây cáp và các cụm lắp ráp khác liền kề, gây ra nguy cơ cháy toàn bộ thiết bị. Thử nghiệm dây phát sáng chủ yếu đánh giá ứng suất nhiệt do bức xạ nhiệt độ cao gây ra, trong khi thử nghiệm ngọn lửa kim tập trung hơn vào các kịch bản bắt lửa trực tiếp do các hồ quang nhỏ bên trong các bộ phận gây ra. Hai thử nghiệm này bổ sung cho nhau để hoàn thành việc đánh giá toàn diện nguy cơ cháy cho các bộ phận điện áp thấp.

Tiêu chuẩn trong nước tương ứng là GB/T 5169.5‑2020 và tiêu chuẩn quốc tế tương đương là IEC 60695‑11‑5:2016. Bộ tiêu chuẩn này quy định cấu tạo phần cứng của... Máy kiểm tra ngọn lửa kimPhương pháp thử nghiệm xác nhận ngọn lửa, chuẩn bị mẫu thử, quy trình ứng dụng ngọn lửa và hướng dẫn đánh giá kết quả. Tiêu chuẩn sản phẩm cho công tắc và ổ cắm GB/T 2099.1-2021 và các thông số kỹ thuật rơle điện áp thấp liên quan tham chiếu phương pháp thử nghiệm ngọn lửa kim này, đây là một hạng mục an toàn cháy nổ quan trọng đối với các chứng nhận CCC, CQC, CE và các chứng nhận khác để tiếp cận thị trường. Bằng cách tiến hành thử nghiệm với Máy thử ngọn lửa kim trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển sản phẩm, các doanh nghiệp có thể sàng lọc công thức vật liệu cách điện, tối ưu hóa bố cục cấu trúc bên trong của rơle và công tắc, xác định trước các nguy cơ cháy nổ tiềm ẩn và tránh rủi ro an toàn sau khi sản phẩm được tung ra thị trường.

ZY-3 Kiểm tra ngọn lửa kim

Các thông số kỹ thuật cốt lõi của thiết bị thử ngọn lửa kim.

LISUN Máy thử ngọn lửa kim ZY-3 được phát triển hoàn toàn theo yêu cầu phần cứng của tiêu chuẩn GB/T 5169.5-2020 và IEC 60695-11-5:2016. Với cấu trúc dạng mô-đun, thiết bị tích hợp các mô-đun chức năng để xác nhận nhiệt độ ngọn lửa, hẹn giờ tự động và ghi dữ liệu trạng thái đốt cháy. Góc đốt có thể điều chỉnh tự do; chiều cao ngọn lửa và tốc độ tăng nhiệt độ ngọn lửa đáp ứng tất cả các điều kiện của thử nghiệm xác nhận tiêu chuẩn. Được trang bị hai chế độ vận hành bao gồm màn hình cảm ứng LCD và điều khiển từ xa, thiết bị cho phép người vận hành đứng cách xa buồng đốt và nâng cao an toàn vận hành trong các thử nghiệm an toàn cháy ở nhiệt độ cao. Thiết bị này có hai phiên bản: ZY-3 có vỏ bảo vệ và ZY-3S không có vỏ bảo vệ để phù hợp với các điều kiện phòng thí nghiệm khác nhau. Các thông số kỹ thuật cốt lõi được thể hiện trong Bảng 1.

Theo yêu cầu tiêu chuẩn, máy thử ngọn lửa kim phải thực hiện các thử nghiệm xác nhận định kỳ để kiểm tra tốc độ tăng nhiệt độ và chiều cao ngọn lửa. Vòi phun là một bộ phận tiêu hao. Quá trình đốt cháy lâu dài có thể làm thay đổi kích thước lỗ vòi phun và gây ra sự sai lệch năng lượng ngọn lửa, điều này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả thử nghiệm của các mẫu rơle và công tắc. Do đó, cần kiểm tra và thay thế thường xuyên. Thân máy sử dụng kết cấu thép phủ chịu nhiệt cao để chống lại khí thải ăn mòn từ quá trình đốt nhựa và phù hợp cho việc thử nghiệm an toàn cháy liên tục trong thời gian dài tại phòng thí nghiệm.

Quy trình kiểm tra hoàn chỉnh cho rơle và công tắc bằng thiết bị kiểm tra ngọn lửa kim.

Trước khi tiến hành thử nghiệm ngọn lửa kim chính thức đối với rơle hoặc công tắc, người vận hành phải nghiên cứu tiêu chuẩn GB/T 5169.5-2020 và các thông số kỹ thuật sản phẩm tương ứng, đồng thời xác nhận thời gian tiếp xúc với ngọn lửa. Thời gian tiếp xúc với ngọn lửa thông thường đối với các linh kiện rơle và công tắc là 30 giây. Đối với một số linh kiện có rủi ro thấp, có thể chọn 10 giây hoặc 20 giây tùy theo tiêu chuẩn sản phẩm. Việc chuẩn bị mẫu phải được hoàn tất: mẫu phải được bảo quản trong thời gian không dưới 24 giờ ở nhiệt độ môi trường 15℃-35℃ và độ ẩm tương đối 45%-75% để loại bỏ ảnh hưởng của độ ẩm đến hiệu suất cháy của vật liệu nhựa.

Bước một: Xác nhận ngọn lửa và gỡ lỗi cho Máy kiểm tra ngọn lửa kim. Cấp khí butan có độ tinh khiết không dưới 95%, đặt đầu đốt ở vị trí thẳng đứng, điều chỉnh lưu lượng khí và hiệu chỉnh chiều cao ngọn lửa đến 12mm±1mm. Thực hiện thử nghiệm xác nhận ngọn lửa bằng cặp nhiệt điện loại K để kiểm tra thời gian gia nhiệt từ 100℃ đến 700℃ đạt 23.5s±1s. Xác nhận hoạt động bình thường của mô-đun định thời và chức năng ghi thời gian cháy. Đặt miếng đệm bông tiêu chuẩn trên tấm ván thông trắng bên dưới vị trí đặt mẫu làm lớp nền để kiểm tra xem các giọt kim loại nóng chảy có bắt lửa các vật liệu dễ cháy xung quanh hay không. Sau khi xác nhận ngọn lửa, điều chỉnh đầu đốt ở tư thế thử nghiệm 45° và giữ trạng thái ngọn lửa ổn định trong vài phút.

Bước hai: Kẹp và định vị các mẫu rơle và công tắc. Giữ các mẫu ở trạng thái lắp ráp hoàn chỉnh càng nhiều càng tốt mà không cần tháo rời tùy ý để mô phỏng điều kiện hoạt động thực tế. Cố định chắc chắn các mẫu vào giá đỡ mẫu và căn chỉnh đầu ngọn lửa vào các vị trí dễ bị tấn công bởi ngọn lửa hồ quang nhất. Đối với rơle, các điểm kiểm tra là vỏ gần các tiếp điểm và đế đầu nối; đối với công tắc, các điểm kiểm tra là các bộ phận bằng nhựa xung quanh các tiếp điểm và mặt trong của bảng điều khiển công tắc. Tránh các cạnh của mẫu và các vị trí khác không có giá trị tham chiếu thực tế, và duy trì khoảng cách tiêu chuẩn giữa đầu đốt và bề mặt mẫu.

Bước ba: Áp dụng ngọn lửa kim theo hướng xác định. Khởi động chương trình thử nghiệm của Máy thử ngọn lửa kim. Đầu đốt di chuyển về phía trước và đưa đầu ngọn lửa kim tiêu chuẩn tiếp xúc với bề mặt mẫu vật và duy trì thời gian áp dụng ngọn lửa đã được chỉ định, thông thường là 30 giây. Trong toàn bộ chu kỳ áp dụng ngọn lửa và giai đoạn quan sát sau khi ngọn lửa tắt, người vận hành ghi lại trạng thái bắt lửa, thời điểm bắt lửa, thời gian cháy và phạm vi lan truyền ngọn lửa của mẫu vật, và quan sát xem lớp bông lót bên dưới có bị bắt lửa bởi các giọt cháy từ mẫu vật hay không. Sau khi kết thúc thời gian áp dụng ngọn lửa, thiết bị tự động thu đầu đốt lại và tiếp tục quan sát hiện tượng cháy âm ỉ và tàn lửa của mẫu vật. Nghiêm cấm việc đốt lặp lại trên cùng một điểm thử nghiệm và phải sử dụng mẫu vật hoàn toàn mới cho mỗi nhóm thử nghiệm.

Bước bốn: Sắp xếp dữ liệu sau khi hoàn thành thử nghiệm. Ghi chép đầy đủ tất cả các hiện tượng bao gồm trạng thái bắt lửa, thời gian cháy, sự xuất hiện của các giọt nóng chảy và liệu lớp đệm bông ở lớp đáy có bị bắt lửa hay không. Sau khi hoàn thành tất cả các thử nghiệm mẫu song song, tóm tắt tất cả dữ liệu và đánh giá trạng thái đạt/không đạt của các mẫu rơle hoặc công tắc so với các điều khoản tiêu chuẩn.

Tiêu chí đánh giá kết quả thử nghiệm kim-ngọn lửa

Theo quy định của tiêu chuẩn GB/T 5169.5‑2020, mẫu rơle và công tắc được coi là đạt thử nghiệm ngọn lửa kim nếu thỏa mãn một trong hai điều kiện sau. Thứ nhất, không có hiện tượng ngọn lửa hoặc phát sáng nào xảy ra trên mẫu trong suốt quá trình áp dụng ngọn lửa kim và lớp bông lót phía dưới không bị bắt lửa. Thứ hai, sau khi loại bỏ ngọn lửa kim, ngọn lửa và hiện tượng phát sáng trên mẫu tự tắt trong vòng 30 giây mà không làm cháy hoàn toàn các bộ phận, và lớp bông lót phía dưới không bị bắt lửa do các giọt chất lỏng nóng chảy. Nếu mẫu tiếp tục cháy lâu hơn 30 giây hoặc các giọt chất lỏng nóng chảy bắt lửa lớp bông lót, mẫu sẽ không đạt thử nghiệm, cho thấy nguy cơ cháy nổ trong trường hợp ngọn lửa nhỏ do hồ quang sự cố gây ra đối với rơle hoặc công tắc đó.

Trong trường hợp thử nghiệm thất bại, doanh nghiệp cần thực hiện các biện pháp khắc phục, chẳng hạn như sử dụng nhựa kỹ thuật có cấp độ chống cháy cao hơn, tăng độ dày thành vỏ và bổ sung các rào cản cấu trúc để ngăn chặn sự lan truyền ngọn lửa sang các bộ phận liền kề. Sau khi sửa đổi vật liệu hoặc cấu trúc, cần tiến hành thử nghiệm lại bằng máy thử ngọn lửa kim (Needle Flame Tester) cho đến khi đáp ứng được các yêu cầu an toàn cháy nổ của tiêu chuẩn.

Các biện pháp phòng ngừa thực tế khi thử nghiệm ngọn lửa kim đối với rơle và công tắc

Nhiều doanh nghiệp sử dụng trực tiếp các thanh vật liệu tiêu chuẩn thay vì các linh kiện rơle và công tắc đã lắp ráp hoàn chỉnh để thử nghiệm ngọn lửa kim. Kết quả đạt yêu cầu của thử nghiệm thanh vật liệu không đảm bảo các linh kiện đã lắp ráp hoàn chỉnh có thể vượt qua thử nghiệm ngọn lửa kim. Khe hở lắp ráp, sự thay đổi độ dày linh kiện và ứng suất bên trong có thể làm thay đổi hành vi cháy thực tế. Nên sử dụng các linh kiện đã lắp ráp hoàn chỉnh làm mẫu thử. Thử nghiệm xác nhận ngọn lửa đối với Máy thử ngọn lửa kim không thể bỏ qua. Sau mỗi lần thay khí hoặc thay vòi phun đầu đốt, chiều cao ngọn lửa và đường cong tăng nhiệt độ phải được hiệu chuẩn lại; nếu không, kết quả thử nghiệm sẽ không hợp lệ và không thể được sử dụng cho báo cáo chứng nhận.

Phải đảm bảo thông gió trong môi trường thử nghiệm phòng thí nghiệm. Mặc dù thiết bị được trang bị tủ thử nghiệm kín, vẫn phải chuẩn bị sẵn các thiết bị chữa cháy để đối phó với các tình huống khẩn cấp như mẫu vật bốc cháy dữ dội. Chức năng điều khiển từ xa của LISUN Máy thử ngọn lửa kim ZY-3 cho phép người vận hành hoàn thành toàn bộ quy trình thử nghiệm ở vị trí cách xa buồng lửa nhiệt độ cao, từ đó nâng cao an toàn cho người vận hành trong quá trình thử nghiệm. Việc vượt qua bài kiểm tra ngọn lửa kim không phải là toàn bộ quá trình đánh giá nguy cơ cháy nổ đối với các linh kiện. Các bài kiểm tra an toàn bổ sung như kiểm tra dây phát sáng và kiểm tra chỉ số theo dõi cần được kết hợp để đánh giá toàn diện mức độ nguy cơ cháy nổ tổng thể của rơle và công tắc.

Kết luận

Rơle và công tắc là những linh kiện cơ bản có khối lượng lớn trong hệ thống điện, hiệu suất an toàn cháy nổ của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến sự an toàn tổng thể của các thiết bị gia dụng, thiết bị điều khiển công nghiệp và hệ thống phân phối. Máy thử ngọn lửa kim có thể tái tạo các điều kiện hoạt động thực tế của các ngọn lửa nhỏ được tạo ra bởi hồ quang lỗi của linh kiện trong môi trường phòng thí nghiệm. Thiết bị thử ngọn lửa kim là thiết bị kiểm tra an toàn cháy nổ được thiết kế bởi LISUN Thiết bị này được sử dụng trong các ngành công nghiệp điện tử, thiết bị gia dụng, chiếu sáng và thiết bị công nghệ thông tin. Với khả năng định hướng ngọn lửa vào mẫu vật thông qua đầu đốt hình kim tiêu chuẩn, thiết bị này phát hiện chính xác trạng thái bắt lửa, thời gian duy trì ngọn lửa và điều kiện lan truyền ngọn lửa của mẫu vật. Nó cung cấp dữ liệu thử nghiệm tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế và trong nước cho nghiên cứu và phát triển sản phẩm, kiểm tra chất lượng đầu ra của nhà máy và chứng nhận của bên thứ ba. LISUN ZY-3 Máy kiểm tra ngọn lửa kim Thiết bị này đáp ứng đầy đủ mọi yêu cầu về thiết bị của tiêu chuẩn GB/T 5169.5‑2020 và IEC 60695‑11‑5:2016 và có thể hoàn thành ổn định thử nghiệm khả năng chống cháy bằng ngọn lửa kim cho các linh kiện rơle và công tắc. Trong các giai đoạn nghiên cứu và phát triển sản phẩm, lựa chọn linh kiện và nộp hồ sơ chứng nhận, các nhà sản xuất linh kiện sử dụng đúng cách thiết bị thử nghiệm ngọn lửa kim có thể xác định được nguy cơ cháy nổ của các bộ phận cách điện, tối ưu hóa công thức vật liệu và cấu trúc sản phẩm, nâng cao mức độ an toàn cháy nổ của rơle và công tắc, đồng thời đảm bảo an toàn vận hành cho thiết bị điện của người dùng cuối.