در سیستم تست ایمنی تجهیزات الکتریکی، یک آزمایش اصلی برای مقاومت حرارتی مواد عایق وجود دارد - آزمایش فشار توپ. به نظر می رسد که کار با آن ساده است، اما مستقیماً با این موضوع مرتبط است که آیا تجهیزات الکتریکی به دلیل دمای بالا در طول استفاده طولانی مدت دچار خرابی عایق می شوند یا خیر، که ممکن است بیشتر باعث برق گرفتگی، اتصال کوتاه یا حتی آتش سوزی شود. فرقی نمی کند که این پریزهای خانگی، آداپتورهای برق یا محفظه های تجهیزات کنترل صنعتی باشند، همه باید آزمایش فشار توپ را پشت سر بگذارند تا ایمنی در دمای کار نامی و محیط های غیرمنتظره با دمای بالا تضمین شود.

1. آزمایش فشار توپ چیست؟ عملکردهای اصلی آن چیست؟

آزمایش فشار توپ یک روش آزمایش است که مقاومت اجزای عایق تجهیزات الکتریکی را تحت "فشار مکانیکی + محیط با دمای بالا" شبیه سازی می کند.

اصل اصلی آن به شرح زیر است: از یک "فشارنده توپ" فولادی با وزن مشخص (20N) و قطر مشخص (5 میلی متر) برای فشار دادن به سطح ماده عایق مورد آزمایش استفاده کنید. در عین حال، دمای محیط آزمایش را به "دمای مقاومت حرارتی نامی" ماده (یا حداکثر دمای مورد انتظار تجهیزات در حین عملکرد عادی) افزایش دهید و آن را برای یک دوره معین (معمولاً 1 ساعت) حفظ کنید. پس از آزمایش، آن را تا دمای اتاق خنک کنید. با اندازه گیری "قطر فرورفتگی" باقی مانده روی سطح ماده عایق، قضاوت کنید که آیا ماده الزامات ایمنی را برآورده می کند یا خیر. اگر قطر فرورفتگی از 2 میلی متر تجاوز نکند، مقاومت حرارتی ماده واجد شرایط است. در غیر این صورت، نامناسب تلقی می شود.

از دیدگاه ایمنی، آزمایش فشار توپ دو عملکرد اصلی دارد:

1). جلوگیری از "خرابی تغییر شکل حرارتی" مواد عایق: هنگامی که تجهیزات الکتریکی کار می کنند، اجزای داخلی (مانند ترانسفورماتورها، مقاومت ها، تراشه ها) گرما تولید می کنند که دمای اجزای عایق (مانند محفظه ها، غلاف های ترمینال) را افزایش می دهد. اگر ماده عایق مقاومت حرارتی ضعیفی داشته باشد، ممکن است تحت تأثیر ترکیبی از دما، وزن خود و فشار خارجی (مانند نیروی ثابت در هنگام نصب) دچار تغییر شکل شدید، حتی ترک خوردگی یا فروپاشی شود. این امر بیشتر اجزای زنده داخلی را در معرض دید قرار می دهد و باعث ایجاد خطر برق گرفتگی برای انسان می شود.

2). اجتناب از "خطرات آتش سوزی ناشی از پیری حرارتی": مواد عایق بی کیفیت با دمای بالا پیری را تسریع کرده و نرم می شوند. آنها نه تنها عملکرد محافظتی عایق خود را از دست می دهند، بلکه ممکن است در دماهای بالا تجزیه شده و مواد قابل اشتعال تولید کنند. هنگامی که با اجزای داخلی با دمای بالا یا جرقه های الکتریکی تماس پیدا می کنند، می توانند به راحتی باعث آتش سوزی شوند. آزمایش فشار توپ شرایط کاری شدید را شبیه سازی می کند تا مواد با مقاومت حرارتی ناکافی را از قبل غربال کند و چنین خطراتی را از منبع حذف کند.

2. دامنه کاربرد آزمایش فشار توپ: کدام محصولات باید آن را پشت سر بگذارند؟

آزمایش فشار توپ همه محصولات الکتریکی را هدف قرار نمی دهد. این آزمایش بر روی "اجزای عایق" و "اجزای غیر فلزی که از قطعات زنده پشتیبانی می کنند" متمرکز است و سناریوهای زیر را پوشش می دهد:1). لوازم برقی خانگی: محفظه های سوکت، لایه های عایق پلاگین، غلاف های سیم برق پلوپز، قاب های پلاستیکی کولرهای گازی داخلی، پایه های لامپ و غیره؛2). تجهیزات فناوری اطلاعات: محفظه های آداپتورهای برق لپ تاپ، بدنه های روتر، پوشش های ترمینال چاپگرها و غیره؛

3). تجهیزات الکتریکی صنعتی: محفظه های اینورتر، پارتیشن های عایق کابینت های کنترل، غلاف های جعبه های اتصال موتور و غیره؛

4) تجهیزات الکتریکی پزشکی: محفظه های مانیتورهای پزشکی، اجزای عایق پمپ های تزریق (که باید استانداردهای مقاومت حرارتی بالاتری را داشته باشند) و غیره.

به عبارت ساده، تا زمانی که یک تجهیزات الکتریکی حاوی اجزای عایق غیر فلزی باشد که "نیاز به تحمل فشار معینی داشته باشد و ممکن است در حین کار در معرض دمای بالا قرار گیرد"، باید آزمایش فشار توپ را پشت سر بگذارد. این الزام به وضوح در استانداردهای ایمنی الکتریکی جهانی اصلی، مانند استانداردهای بین المللی IEC 60950-1 (ایمنی تجهیزات فناوری اطلاعات) و IEC 60335-1 (ایمنی لوازم خانگی و وسایل مشابه)، و همچنین استانداردهای ملی چین GB 4943.1 و GB 4706.1 مشخص شده است.

3. فرآیند عملیات آزمایش فشار توپ: دقت، نتایج آزمایش را تعیین می کند

به نظر می رسد آزمایش فشار توپ مراحل ساده ای دارد، اما کنترل پارامتر هر پیوند مستقیماً بر دقت نتایج تأثیر می گذارد. باید مطابق با فرآیند استاندارد، که به 5 مرحله تقسیم می شود، عمل شود:

1). آماده سازی نمونه: اطمینان از نمایندگی و یکپارچگی

از محصول مورد آزمایش، "نمونه های نماینده اجزای عایق" را برش دهید. اندازه نمونه باید الزامات آزمایش را برآورده کند (معمولاً ضخامت کمتر از 3 میلی متر و سطح کافی برای قرار دادن فرورفتگی فشارنده توپ). سطح نمونه باید تمیز، عاری از خراش و لکه های روغن باشد تا از تأثیر ناخالصی ها بر دقت اندازه گیری فرورفتگی جلوگیری شود.

2). تنظیم شرایط آزمایش: کنترل دقیق "دما، فشار، زمان"

دمای "محفظه گرمایش" را با توجه به الزامات استاندارد محصول تنظیم کنید. فشارنده توپ فولادی با قطر 5 میلی متر را به وزنه 20N وصل کنید و اطمینان حاصل کنید که فشارنده توپ به صورت عمودی با فشار یکنواخت و پایدار روی سطح نمونه فشار می آورد. هنگامی که دمای محفظه گرمایش در مقدار تنظیم شده تثبیت شد، زمان بندی را شروع کرده و آن را به مدت 1 ساعت حفظ کنید.

3). نگهداری دمای ثابت: شبیه سازی شرایط کاری با دمای بالا در طولانی مدت

در طول آزمایش، دمای "محفظه گرمایش" را در زمان واقعی نظارت کنید تا اطمینان حاصل شود که نوسان دما از ±2℃ تجاوز نمی کند، بنابراین از انحراف نتایج آزمایش ناشی از دمای ناپایدار جلوگیری می شود. در عین حال، اطمینان حاصل کنید که فشارنده توپ بدون جابجایی در تماس نزدیک با سطح نمونه باقی می ماند. اگر نمونه قبل از موعد مقرر تحت دمای بالا دچار تغییر شکل شدید شود، تغییر شکل را به عنوان مبنایی برای قضاوت بعدی ثبت کنید.4). اندازه گیری خنک کننده و فرورفتگی: "پیوند قضاوت نتیجه" کلیدیپس از پایان زمان آزمایش، بلافاصله نمونه را از "محفظه گرمایش" خارج کرده و آن را به طور طبیعی تا دمای اتاق 23℃±2℃ خنک کنید (از آب سرد یا روش های دیگر برای خنک کردن سریع استفاده نکنید، تا از انقباض مواد که بر اندازه فرورفتگی تأثیر می گذارد جلوگیری شود). از یک ابزار اندازه گیری با دقت کمتر از 0.01 میلی متر (مانند میکروسکوپ یا کولیس ورنیه) برای اندازه گیری "حداکثر قطر" فرورفتگی روی سطح نمونه استفاده کنید. توجه داشته باشید که فرورفتگی ممکن است دایره ای یا بیضی شکل باشد، بنابراین کاربر باید قطر طولانی ترین قسمت را اندازه گیری کند. با الزامات استاندارد مقایسه کنید: اگر قطر فرورفتگی ≤2mm باشد، نمونه به عنوان "واجد شرایط" قضاوت می شود. اگر قطر ＞2mm باشد، به عنوان "نامناسب" قضاوت می شود، که نشان می دهد مقاومت حرارتی ماده نمی تواند الزامات کاربردی را برآورده کند.

4. نتیجه گیری: یک آزمایش کوچک برای ایمنی بزرگ

آزمایش فشار توپ به عنوان یک آزمایش ایمنی الکتریکی "اساسی اما حیاتی"، به نظر می رسد فقط یک فرورفتگی کوچک را اندازه گیری می کند، اما مسئولیت مهم محافظت از جان و مال کاربران را بر عهده دارد. برای تولیدکنندگان، انجام دقیق آزمایش فشار توپ و انتخاب مواد عایق که الزامات را برآورده می کنند، پیش نیاز برای عرضه محصولات مطابق با مقررات است. برای مصرف کنندگان، درک اهمیت آزمایش فشار توپ و توجه به اینکه آیا محصولات الکتریکی گواهینامه های ایمنی مربوطه را پشت سر گذاشته اند (به این معنی که آزمایش فشار توپ واجد شرایط است) هنگام خرید، یک راه مهم برای جلوگیری از خطرات ایمنی است.همانطور که تجهیزات الکتریکی به سمت "کوچک سازی و توان بالا" توسعه می یابند، تراکم اجزای داخلی بیشتر می شود و تولید گرما افزایش می یابد. این امر الزامات بالاتری را برای مقاومت حرارتی مواد عایق ایجاد می کند. این بدان معناست که اهمیت آزمایش فشار توپ برجسته تر خواهد شد. تنها با پایبندی به اصل "کاهش ندادن استانداردهای آزمایش و ساده نکردن روش های آزمایش" می توان هر محصول الکتریکی را به ضمانت های ایمنی عایق قابل اعتماد مجهز کرد.