يُعدّ فحص سلامة المنتجات الكهربائية والإلكترونية فيما يتعلق بالسلامة من الحرائق شرطاً أساسياً في الصناعات العالمية. فمع ازدياد صغر حجم الأجهزة وكثافتها، واقتراب المكونات الداخلية حرارياً من حدود قدرتها المادية، يزداد احتمال الاشتعال في حالة حدوث عطل كهربائي. اختبار توهج الأسلاك تم ابتكار هذه التقنية لمحاكاة سيناريوهات نشوب الحرائق الواقعية الناتجة عن ارتفاع درجة حرارة العناصر، أو ضعف توصيلات الأطراف، أو حدوث دوائر قصر داخلية. تُعد هذه العملية مثالاً على التسخين المُتحكم به، والذي يُطبق بدلاً من تعريض المادة للهب مكشوف لمحاكاة الإجهاد الحراري الناتج عن تسخين المكونات داخل الدوائر المعيبة.
يوفر هذا الاختبار طريقة فعالة لتقييم سلوك الاشتعال، وتطور اللهب، وسلوك الانصهار، وسلوك ما بعد التسخين. تحدد معايير الاختبار درجة الحرارة المستخدمة، بالإضافة إلى مدة ملامسة العنصر المسخن للعينة، وكيفية تحديد مدة اللهب، كما أن سلوك التقطير أو الانصهار يؤثر على تصنيف السلامة.

الغرض من تقييم الأسلاك المتوهجة وربطها بظروف الأعطال الحقيقية

نادراً ما تشتعل المكونات الكهربائية بفعل اللهب الخارجي، بل بفعل ارتفاع درجة الحرارة الداخلية. قد يسخن الموصل الذي ينفك نتيجة الاهتزاز الميكانيكي، مما قد يؤدي إلى اشتعال أغلفة البوليمر المجاورة. وبالمثل، يمكن للمقاومات التي تعمل بالقرب من الحمل الزائد أو ذات الأطراف الرديئة أن تُنتج نقاطاً ساخنة. ترتفع درجة حرارة هذه النقاط الساخنة إلى درجة كافية لإذابة أو حرق عازل البوليمر.
تقنية السلك المتوهج هي محاكاة لمصدر الاشتعال هذا، حيث تقيس مصدرًا قياسيًا مُسخّنًا كهربائيًا. يقوم جهاز اختبار السلك الساخن بتسخين سلك من النيكل والكروم إلى درجة حرارة محددة، ولتكن 550 درجة مئوية أو 650 درجة مئوية أو أعلى، ثم يُعرّضه للمادة لفترة زمنية محددة. يهدف هذا إلى معرفة ما إذا كانت المادة ستشتعل أم لا، وفي حال اشتعالها، التأكد من انطفائها ذاتيًا في الوقت المناسب دون التسبب في حريق كبير آخر.
في المختبرات الحديثة التي تستخدم المعدات التي تنتجها LISUNيُعدّ التوحيد القياسي الصارم ضروريًا، إذ إنّ أدنى اختلاف في معدل التسخين أو ضغط التلامس قد يُغيّر النتائج. ولذلك، وُضعت المعايير الدولية لتنظيم جميع متغيرات الاختبار.

إطار اختبار الأسلاك المتوهجة IEC 60695

يُعدّ معيار IEC 60695 المعيار الأكثر شيوعًا لتقييم أسلاك التوهج. يتناول هذا الإطار أقسامًا مختلفة تتعلق بدرجة حرارة الاشتعال، وانتشار اللهب، ومؤشر القابلية للاشتعال. ويُحدد المعيار الطريقة المطلوبة لبناء جهاز الاختبار، وكيفية قياس درجات الحرارة، وكيفية تحديد مواقع عينات المواد.
على وجه التحديد، يحدد معيار IEC 60695-2-10 شروط اختبار التطبيقات المختلفة. وتنص هذه المعايير على مدة ارتفاع درجة الحرارة، والقوة المؤثرة على نقطة التلامس بين عنصر التسخين المتوهج والعينة، ومدة الاختبار، واختبار ما بعد الاشتعال. ويهدف توحيد هذه المعايير إلى إجراء مقارنات بين المواد. فقد يشتعل نفس نوع تركيبة البوليمر عند 550 درجة مئوية، بينما لا يشتعل عند 650 درجة مئوية. وستكون هذه المقارنات عديمة الجدوى دون منهجية موحدة.
يأخذ المعيار في الاعتبار حالات الفشل الفعلية: فلا ينبغي أن تكون المادة قابلة للاشتعال بسهولة فحسب، بل يجب ألا تكون قادرة على إشعال مواد أخرى. وبالتالي، يُعدّ تقطير المادة المنصهرة مصدرًا لمخاطر إضافية، وذلك بحسب وجود القطن أو ورق الكشف أسفل العينة.

درجة حرارة اشتعال السلك المتوهج (GWIT) ومؤشر قابلية اشتعال السلك المتوهج (GWFI)

يُسفر اختبار السلك المتوهج عن نتيجتين هامتين: درجة حرارة اشتعال السلك المتوهج (GWIT) ومؤشر قابلية اشتعال السلك المتوهج (GWFI). تُستخدم درجة حرارة اشتعال السلك المتوهج (GWIT) لقياس أقصى درجة حرارة لازمة لمنع اشتعال مادة ما خلال فترة زمنية محددة. أما مؤشر قابلية اشتعال السلك المتوهج (GWFI) فيُستخدم لتحديد سرعة انطفاء المادة. يُعطينا هذان المؤشران فكرة عن سلوك المادة تحت تأثير الإجهاد الحراري.
تُمكّن تصنيفات GWIT وGWFI المصنّعين من تصنيف أنواع البلاستيك المستخدمة في الأغلفة والموصلات والمكونات الداخلية. قد تجتاز الدوائر المتكاملة المختارة دون التحقق من مطابقتها لهذه التصنيفات الاختبارات الكهربائية، لكنها قد تتعطل أثناء الانهيار الحراري. ومع تطور المواد نحو تركيبات أخف وزنًا وقابلية إعادة التدوير، يُمكن استخدام تصنيفات الأسلاك المتوهجة للحفاظ على سلامة أداء السلامة من الحرائق.

مراجع EN وUL وISO تدعم منهجية الأسلاك المتوهجة

بينما تُحدد معايير اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) المعيار العالمي، تُصدر الهيئات الإقليمية وثائق مماثلة. ويعكس معيار EN 60695 توصيات اللجنة الكهروتقنية الدولية بشأن الأسواق الأوروبية. UL 746A تتضمن معايير المنظمة الدولية للمقاييس (ISO) أحكامًا محددة لتقييم قابلية الاشتعال لاختبار المواد البوليمرية في بيئات أمريكا الشمالية. كما تُذكر مبادئ الأسلاك المتوهجة في معايير المنظمة الدولية للمقاييس (ISO) فيما يتعلق بالاستخدام المرتبط بسلسلة التوريد العالمية.
تختلف مستويات الأهمية في مختلف الصناعات. ففي صناعة قطع غيار السيارات الداخلية، على سبيل المثال، تُعتبر خاصية الإطفاء الذاتي ذات أهمية بالغة، بينما في صناعة الأجهزة المنزلية، تُعدّ درجة حرارة الاشتعال عاملاً بالغ الأهمية أيضاً. لذا، يجب أن تكون معدات التسخين السلكي قادرة على تحمّل نطاق واسع جداً من درجات الحرارة وتوفير دورات تسخين ثابتة.

كيف يضمن تصميم الجهاز الدقة

للحصول على نتائج دقيقة، يجب أن يتمتع الجهاز بتحكم دقيق في معايير التسخين لاستخدامه في اختبار السلك المتوهج. جهاز اختبار السلك الساخن هو جهاز يحتوي على حلقة تسخين مصممة لرفع درجة الحرارة إلى مستويات محددة خلال فترة زمنية محددة والحفاظ عليها ضمن نطاق محدد. دقة المزدوجة الحرارية: تُعد هذه الدقة بالغة الأهمية عند قياس درجة حرارة السلك نظرًا لاختلافات الاشتعال التي تحدث عند درجات حرارة أقل من 20 درجة مئوية.
يتميز الجهاز أيضاً بنظام تحديد المواقع بالتحكم في القوة. فالضغط الزائد يؤثر سلباً على معدل انتقال الحرارة، بينما يؤدي الضغط غير الكافي إلى عدم التلامس الكامل. وتضمن أنظمة التحكم الآلية في تحديد المواقع إمكانية التكرار، وهو أمر لا يعتمد على تأثير المشغل.
كذلك، يجب أن تكون تلك الغرف المستخدمة لإجراء اختبارات الأسلاك المتوهجة جيدة التهوية حتى لا تتراكم أبخرة الاحتراق دون أن تؤثر على ظروف التسخين. LISUN يقومون بتصميم معداتهم بأشكال معزولة تقلل من تبديد الحرارة وتحافظ على دقة القياسات.

الشكل: جهاز اختبار سلك التوهج

التطبيقات العملية وأهمية التقييم المعياري للأسلاك المتوهجة

ترتفع درجات الحرارة الداخلية مع ازدياد تصغير حجم المنتجات. وتُنتج أجهزة الشحن الحديثة، ومحركات LED، ووحدات تزويد الطاقة، كثافات حرارية لم تكن المواد قادرة على الوصول إليها سابقًا. وقد يمنع البوليمر المصنف كسلك متوهج الاشتعال حتى في حالة تعطل الجهاز، مما يمنح وقتًا حاسمًا لإيقاف تشغيله تلقائيًا، أو لتفعيل الصمام.
في وحدات التحكم بالسيارات، يُستخدم اختبار السلك المتوهج للتأكد من عدم اشتعال الأغلفة في حال تعرض أسلاك التوصيل لارتفاع موضعي في درجة الحرارة. تتعرض المواد البلاستيكية الداخلية لحرارة عالية لفترات طويلة في الأجهزة مثل الأفران والمجففات. قد تنصهر هذه المواد أو تتناثر أو حتى تحترق في حال عدم إجراء اختبار السلك المتوهج المناسب، مما يؤدي إلى نشوب حرائق ثانوية.
تُعدّ الأجهزة التي تعمل بالبطاريات من التحديات الناشئة أيضاً. فقد تتعطل دائرة الحماية في خلية أيونات الليثيوم، مما يؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة بشكل كبير في الظروف غير الطبيعية. ولذلك، صُممت الهياكل الداخلية لتكون مقاومة للاشتعال، وذلك لتقليل احتمالية حدوث مثل هذه الحوادث النادرة والخطيرة.

العلاقة بين اختبار الأسلاك المتوهجة واختيار المواد

تستفيد فرق الهندسة من نتائج اختبار الأسلاك المتوهجة لتحسين استخدام البوليمر. فالمواد ذات معامل الاشتعال العالي عند نقطة الاشتعال (GWIT) ومعامل الاشتعال المنخفض عند نقطة الاشتعال (GWFI) قد يصعب إشعالها وتحترق بشدة عند اشتعالها. في المقابل، يمكن استخدام المواد التي تشتعل بسهولة وتنطفئ بسرعة في بعض التطبيقات منخفضة المخاطر. لذا، تقود نتائج اختبار الأسلاك المتوهجة فرق التصميم إلى خيارات متوازنة لإنقاذ الأرواح من الحرائق.
تُعدّ مثبطات اللهب والحشوات المعدنية والمثبتات من بين الإضافات التي تؤثر على أداء أسلاك التوهج. ويجرب المصنّعون تركيبات مختلفة للوصول إلى التوازن الأمثل بين المتانة الميكانيكية والتكلفة والامتثال البيئي ومقاومة الحريق.

الخاتمة

استخدم اختبار توهج الأسلاك يُقدّم هذا المعيار تقنية إلزامية لتقييم قابلية الاشتعال وتطور اللهب في ظل ظروف أحمال حرارية واقعية ومُتحكّم بها. تحمي معايير مثل IEC 60695 جميع تفاصيل طريقة إجراء الاختبار، مما يُوفّر نتائج مُتشابهة وهامة في جميع الصناعات. تستخدم الحاويات المتحركة المقاومة للهب، وأغلفة معدات الحماية، وأغلفة الأجهزة، والموصلات، ووحدات السيارات، والتجميعات الإلكترونية مواد مُصنّفة وفقًا لمعايير الأسلاك المتوهجة لضمان التشغيل الآمن في ظروف الحريق.
عندما يتم تصميمها من قبل شركة مصنعة مسؤولة مثل LISUNيُمكّن جهاز اختبار الأسلاك الساخنة المختبر من إجراء تحليلات دقيقة وقابلة للتكرار بشكل استثنائي، ما يسمح بربطها مباشرةً بظروف ارتفاع درجة الحرارة في الواقع العملي. وباستخدام معايير الاختبار الأساسية هذه، يستطيع المهندسون ضمان سلامة المنتجات الكهربائية الحديثة حتى في حال كان العطل داخليًا وقد يتسبب في تجاوزها حدود التشغيل العادية.