تقييم مقاومة المرحلات والمفاتيح للحريق باستخدام جهاز اختبار اللهب بالإبرة المتطور

الملخص
تُعدّ المرحلات والمفاتيح من المكونات الأساسية للتحويل داخل أنظمة توزيع الجهد المنخفض، والأجهزة المنزلية، ومعدات التحكم الصناعية. تتولد أقواس كهربائية عادةً أثناء فصل وإغلاق الدائرة. في حالات قصر الدائرة الكهربائية وأعطال الحمل الزائد، قد تندلع ألسنة لهب صغيرة تُشعل الأغلفة البلاستيكية العازلة المحيطة والمواد الأساسية، مما قد يؤدي إلى حوادث حريق كهربائي. يُعدّ جهاز اختبار اللهب بالإبرة أداة اختبار مهمة لمحاكاة مصادر حرائق الأعطال هذه. جهاز اختبار اللهب بالإبرة هو جهاز اختبار لسلامة الحريق مصمم من قِبل LISUN يُستخدم هذا الجهاز في صناعات المعدات الكهربائية والإلكترونية، والأجهزة المنزلية، والإضاءة، وتكنولوجيا المعلومات. فهو يحاكي "اللهب الصغير" الناتج عن قصر الدائرة الكهربائية وارتفاع درجة حرارة المكونات داخل المعدات، وذلك لتقييم مقاومة الحريق وأداء السلامة من الحرائق للمنتجات والمواد العازلة في سيناريوهات اشتعال اللهب الصغير. وبفضل تطبيق اللهب الموجه على العينات عبر موقد قياسي على شكل إبرة، يكشف هذا الجهاز بدقة حالة اشتعال العينة، ومدة استمرار اللهب، وحالة انتشاره. كما يوفر بيانات اختبار متوافقة مع المعايير الدولية والمحلية لأبحاث وتطوير المنتجات، وفحص جودة المنتجات قبل خروجها من المصنع، وشهادات جهات خارجية، ويساعد الشركات على تلبية متطلبات السلامة من الحرائق اللازمة لدخول السوق. LISUN تتناول هذه الورقة البحثية، باستخدام جهاز اختبار اللهب بالإبرة ZY-3 كموضوع للدراسة، مبدأ الاختبار ومعايير الجهاز الرئيسية، وإجراءات الاختبار الكاملة لمكونات المرحلات والمفاتيح، ومعايير تقييم النتائج، بالإضافة إلى تحليل المشكلات الشائعة التي تواجه الاختبارات العملية. كما تقدم الورقة مراجع عملية لمصنعي المكونات ومختبرات الاختبار الخارجية لإجراء التحقق من سلامة المرحلات والمفاتيح من الحرائق. 

الخلفية والأساس القياسي لاختبار اللهب الإبري على المرحلات والمفاتيح

في التشغيل اليومي للمرحلات والمفاتيح، يحدث تفريغ القوس الكهربائي نتيجةً لكثرة فتح وإغلاق نقاط التلامس. عند حدوث ضعف في التلامس، أو زيادة في الحمل، أو قصر في الدائرة، ترتفع طاقة القوس الكهربائي مُنتجةً ألسنة لهب صغيرة موضعية، تؤثر مباشرةً على الأجزاء العازلة غير المعدنية، مثل أغلفة المرحلات، ولوحات المفاتيح، وقواعد الأطراف. إذا كانت المكونات تفتقر إلى قدرة كافية على مقاومة اللهب، فقد تُشعل هذه الألسنة الصغيرة العينات، وتُؤدي إلى انتشار اللهب بشكل مستمر، وقد تُشعل القطرات المنصهرة الكابلات المجاورة والمجموعات الأخرى، مُسببةً مخاطر حريق شاملة للوحدة. يُقيّم اختبار السلك المتوهج بشكل أساسي الإجهاد الحراري الناتج عن الإشعاع الحراري عالي الحرارة، بينما يُركز اختبار اللهب الإبري بشكل أكبر على سيناريوهات الاشتعال الناتجة مباشرةً عن الأقواس الصغيرة داخل المكونات. يُكمل هذان الاختباران بعضهما البعض لإجراء تقييم شامل لمخاطر الحريق لمكونات الجهد المنخفض.

المعيار المحلي المقابل هو GB/T 5169.5-2020، والمعيار الدولي المكافئ هو IEC 60695-11-5:2016. تحدد هذه المجموعة من المعايير تصميم الأجهزة لـ جهاز اختبار اللهب بالإبرةطريقة اختبار تأكيد اللهب، ومعالجة العينة، وإجراءات تطبيق اللهب، وإرشادات تقييم النتائج. تشير معايير المنتجات للمفاتيح والمقابس GB/T 2099.1-2021 ومواصفات المرحلات ذات الجهد المنخفض ذات الصلة إلى طريقة اختبار اللهب بالإبرة هذه، والتي تُعدّ عنصرًا أساسيًا في السلامة من الحرائق للحصول على شهادات CCC وCQC وCE وغيرها من شهادات دخول السوق. من خلال إجراء اختبارات باستخدام جهاز اختبار اللهب بالإبرة خلال مرحلة البحث والتطوير للمنتج، يمكن للشركات فحص تركيبات مواد العزل، وتحسين التصميم الهيكلي الداخلي للمرحلات والمفاتيح، وتحديد مخاطر الحريق المحتملة مسبقًا، وتجنب مخاطر السلامة بعد طرح المنتج في السوق.

ZY-3 اختبار لهب الإبرة

المعايير الفنية الأساسية لجهاز اختبار اللهب بالإبرة

LISUN تم تطوير جهاز اختبار اللهب بالإبرة ZY-3 بالكامل وفقًا لمتطلبات الأجهزة في المعيارين GB/T 5169.5-2020 و IEC 60695-11-5:2016. يتميز الجهاز ببنية معيارية، حيث يضم وحدات وظيفية لتأكيد درجة حرارة اللهب، والتوقيت التلقائي، وتسجيل بيانات حالة الاحتراق. زاوية الموقد قابلة للتعديل بحرية، كما أن ارتفاع اللهب ومعدل ارتفاع درجة حرارته يفي بجميع شروط الاختبار التأكيدي القياسي. بفضل وضعَي التشغيل، شاشة LCD تعمل باللمس وجهاز تحكم عن بُعد، يُتيح الجهاز للمختبرين البقاء بعيدًا عن غرفة الاحتراق، مما يُحسّن السلامة التشغيلية في اختبارات السلامة من الحرائق ذات درجات الحرارة العالية. يتوفر هذا الجهاز بنسختين: ZY-3 المزود بخزانة، وZY-3S غير المزود بخزانة، وذلك للتكيف مع ظروف المختبر المختلفة. تُعرض المعايير الفنية الأساسية في الجدول 1.

وفقًا للمتطلبات القياسية، يُجري جهاز اختبار اللهب بالإبرة اختبارات تأكيدية دورية للتحقق من معدل ارتفاع درجة حرارة اللهب وارتفاعه. فوهة الموقد عنصر قابل للاستهلاك، وقد يؤدي الاحتراق لفترات طويلة إلى تغيير فتحة الفوهة وانحراف طاقة اللهب، مما يؤثر بشكل مباشر على نتائج اختبار عينات المرحلات والمفاتيح. لذا، يلزم إجراء فحص دوري واستبدال الفوهة. يتميز هيكل الجهاز بهيكل فولاذي مطلي بطبقة مقاومة للحرارة العالية لمقاومة غازات الاحتراق المسببة للتآكل الناتجة عن احتراق البلاستيك، وهو مناسب لاختبارات السلامة من الحرائق طويلة الأمد والمتواصلة في المختبرات.

إجراء اختبار كامل للمرحلات والمفاتيح باستخدام جهاز اختبار اللهب الإبري

قبل إجراء اختبار اللهب بالإبرة الرسمي للمرحلات أو المفاتيح، يجب على المشغلين دراسة المواصفة القياسية GB/T 5169.5-2020 ومواصفات المنتج ذات الصلة، والتأكد من مدة تطبيق اللهب. مدة تطبيق اللهب التقليدية لمكونات المرحلات والمفاتيح هي 30 ثانية. بالنسبة لبعض المكونات منخفضة الخطورة، يمكن اختيار 10 أو 20 ثانية وفقًا لمعايير المنتج. يجب إتمام عملية تهيئة العينات: حيث تُخزن العينات لمدة لا تقل عن 24 ساعة في درجة حرارة محيطة تتراوح بين 15 و35 درجة مئوية ورطوبة نسبية تتراوح بين 45% و75%، وذلك لإزالة تأثير الرطوبة على أداء احتراق المواد البلاستيكية.

الخطوة الأولى: التحقق من اللهب وضبط جهاز اختبار اللهب بالإبرة. قم بتغذية الجهاز بغاز البوتان بنسبة نقاء لا تقل عن 95%، واضبط الموقد على الوضع الرأسي، واضبط تدفق الغاز، وعاير ارتفاع اللهب إلى 12 مم ± 1 مم. قم بإجراء اختبار التحقق من اللهب باستخدام مزدوج حراري من النوع K للتحقق من أن زمن التسخين من 100 درجة مئوية إلى 700 درجة مئوية يساوي 23.5 ثانية ± 1 ثانية. تأكد من التشغيل الطبيعي لوحدة التوقيت ووظيفة تسجيل مدة الاحتراق. ضع حشوة قطنية قياسية على لوح من خشب الصنوبر الأبيض أسفل محطة العينة كطبقة أساسية للتحقق مما إذا كانت القطرات المنصهرة تشعل المواد القابلة للاحتراق المحيطة. بعد التحقق من اللهب، اضبط الموقد على وضع اختبار بزاوية 45 درجة، وحافظ على استقرار حالة اللهب لعدة دقائق.

الخطوة الثانية: تثبيت عينات المرحلات والمفاتيح وتحديد موضعها. حافظ على العينات في حالة تجميع كاملة قدر الإمكان دون تفكيكها بشكل عشوائي لمحاكاة ظروف التشغيل الواقعية. ثبّت العينات بإحكام على حامل العينات، ووجّه طرف اللهب إلى المواضع الأكثر عرضة لتأثير اللهب القوسي. بالنسبة للمرحلات، تكون نقاط الاختبار هي الغلاف بالقرب من نقاط التلامس وقواعد الأطراف؛ أما بالنسبة للمفاتيح، فتكون نقاط الاختبار هي الأجزاء البلاستيكية المحيطة بنقاط التلامس والجانب الداخلي للوحات المفاتيح. تجنّب حواف العينات والمواضع الأخرى التي لا تُعدّ مرجعًا عمليًا، وحافظ على الخلوص القياسي بين طرف الموقد وسطح العينة.

الخطوة الثالثة: تطبيق لهب الإبرة بشكل موجه. ابدأ برنامج اختبار جهاز اختبار لهب الإبرة. يتحرك الموقد للأمام ويُلامس طرف لهب الإبرة القياسي سطح العينة، مع الحفاظ على مدة تطبيق اللهب المحددة، والتي عادةً ما تكون 30 ثانية. خلال دورة تطبيق اللهب وفترة المراقبة اللاحقة، يُسجل المشغلون حالة الاشتعال، ولحظة الاشتعال، ومدة الاحتراق، ونطاق انتشار اللهب على العينات، ويُلاحظون ما إذا كانت الحشوة القطنية الموجودة أسفلها قد اشتعلت بفعل قطرات الاحتراق المتساقطة من العينات. عند انتهاء مدة تطبيق اللهب، يسحب الجهاز الموقد تلقائيًا ويستمر في مراقبة اللهب اللاحق وظواهر الاحتراق البطيء على العينات. يُمنع تكرار الاحتراق على نفس نقطة الاختبار، ويجب استخدام عينات جديدة تمامًا لكل مجموعة اختبار.

الخطوة الرابعة: فرز البيانات بعد إتمام الاختبار. سجّل جميع الظواهر بدقة، بما في ذلك حالة الاشتعال، ومدة الاحتراق، ووجود قطرات منصهرة، وما إذا كانت حشوة القطن الأساسية قد اشتعلت. بعد الانتهاء من جميع اختبارات العينات المتوازية، لخص جميع البيانات وحدد حالة نجاح/فشل عينات المرحلات أو المفاتيح وفقًا للمعايير القياسية.

معايير الحكم على نتائج اختبار اللهب بالإبرة

بالرجوع إلى قواعد التقييم الواردة في المعيار GB/T 5169.5-2020، تُعتبر عينات المرحلات والمفاتيح ناجحة في اختبار اللهب بالإبرة إذا تحقق أحد الشرطين التاليين: أولاً، عدم ظهور أي لهب أو توهج على العينات أثناء عملية تطبيق اللهب بالإبرة، وعدم اشتعال الحشوة القطنية السفلية. ثانياً، بعد إزالة اللهب بالإبرة، ينطفئ اللهب والتوهج على العينات تلقائياً خلال 30 ثانية دون احتراق كامل للمكونات، وعدم اشتعال الحشوة القطنية الأساسية بفعل القطرات. إذا استمرت العينات في الاحتراق لأكثر من 30 ثانية، أو إذا أشعلت القطرات المنصهرة الحشوة القطنية، فإن العينة تفشل في الاختبار، مما يشير إلى خطر نشوب حريق في حالات اللهب الصغير الناتج عن أقواس الأعطال في هذه المرحلات أو المفاتيح.

في حال فشل الاختبار، يتعين على الشركات اتخاذ إجراءات تصحيحية، مثل استخدام بلاستيك هندسي ذي درجة أعلى من مقاومة اللهب، وزيادة سماكة جدران الهيكل، وإضافة حواجز هيكلية لمنع انتشار اللهب إلى المكونات المجاورة. بعد إجراء أي تعديل على المواد أو الهيكل، يُعاد الاختبار باستخدام جهاز اختبار اللهب بالإبرة حتى استيفاء متطلبات السلامة من الحرائق وفقًا للمعايير.

الاحتياطات العملية لاختبار المرحلات والمفاتيح باستخدام اللهب الإبري

تستخدم العديد من الشركات قضبانًا قياسية من المواد مباشرةً بدلاً من مكونات المرحلات والمفاتيح المُجمَّعة بالكامل لاختبار اللهب الإبري. ولا يضمن اجتياز اختبار القضبان القياسية اجتياز المكونات المُجمَّعة لاختبار اللهب الإبري. فقد تؤثر فجوات التجميع، واختلاف سُمك المكونات، والإجهاد الداخلي على سلوك الاحتراق الفعلي. لذا، يُنصح باستخدام المكونات المُجمَّعة بالكامل كعينات اختبار. ولا يُمكن إغفال اختبار تأكيد اللهب لجهاز اختبار اللهب الإبري. بعد كل تغيير للغاز أو فوهة الموقد، يجب إعادة معايرة ارتفاع اللهب ومنحنى ارتفاع درجة الحرارة؛ وإلا ستكون نتائج الاختبار غير صالحة ولا يُمكن استخدامها في تقارير الاعتماد.

يجب ضمان التهوية في بيئة الاختبار المختبرية. على الرغم من أن الجهاز مزود بخزانة اختبار مغلقة، إلا أنه يجب تجهيز أجهزة الحماية من الحرائق للتعامل مع حالات الطوارئ مثل احتراق العينة بشكل عنيف. وظيفة التحكم عن بعد لـ LISUN يُمكّن جهاز اختبار اللهب بالإبرة ZY-3 المشغلين من إتمام إجراء الاختبار بالكامل بعيدًا عن حجرة اللهب ذات درجة الحرارة العالية، مما يُحسّن سلامة الأفراد أثناء الاختبار. ولا يُعدّ اجتياز اختبار اللهب بالإبرة كافيًا لتقييم مخاطر الحريق للمكونات بشكل كامل. لذا، يجب إجراء اختبارات سلامة إضافية، مثل اختبار السلك المتوهج واختبار مؤشر التتبع، لتقييم مستوى مخاطر الحريق الإجمالية للمرحلات والمفاتيح بشكل شامل.

خاتمة

تُعدّ المرحلات والمفاتيح مكونات أساسية ضخمة الحجم في الأنظمة الكهربائية، ويؤثر أداؤها في مجال السلامة من الحرائق بشكل مباشر على السلامة العامة للأجهزة المنزلية ومعدات التحكم الصناعية وأنظمة التوزيع. يُمكن لجهاز اختبار اللهب بالإبرة محاكاة ظروف العمل الواقعية للهب الصغير الناتج عن أقواس أعطال المكونات في بيئة المختبر. جهاز اختبار اللهب بالإبرة هو جهاز اختبار للسلامة من الحرائق صممته شركة LISUN يُستخدم هذا الجهاز في صناعات المعدات الكهربائية والإلكترونية، والأجهزة المنزلية، والإضاءة، وتكنولوجيا المعلومات. وبفضل تطبيق اللهب الموجه على العينات عبر موقد قياسي على شكل إبرة، يكشف هذا الجهاز بدقة حالة اشتعال العينة، ومدة استمرار اللهب، وانتشاره. كما يوفر بيانات اختبار متوافقة مع المعايير الدولية والمحلية لأغراض البحث والتطوير، وفحص جودة المنتجات قبل خروجها من المصنع، والحصول على شهادات من جهات خارجية. LISUN ZY-3 جهاز اختبار اللهب بالإبرة يلبي الجهاز جميع متطلبات المعدات وفقًا للمعيارين GB/T 5169.5-2020 و IEC 60695-11-5:2016، ويُمكنه إجراء اختبار مقاومة الحريق باستخدام اللهب الإبري لمكونات المرحلات والمفاتيح بكفاءة عالية. في مراحل البحث والتطوير، واختيار المكونات، وتقديم طلبات الاعتماد، يستطيع مصنّعو المكونات الذين يستخدمون جهاز اختبار اللهب الإبري بشكل صحيح تحديد مخاطر الحريق في الأجزاء العازلة، وتحسين تركيب المواد وبنية المنتج، ورفع مستوى السلامة من الحريق للمرحلات والمفاتيح، وضمان سلامة تشغيل المعدات الكهربائية للمستخدم النهائي.