في نظام اختبار السلامة للمعدات الكهربائية، هناك اختبار أساسي لمقاومة الحرارة للمواد العازلة — اختبار ضغط الكرة. يبدو الأمر بسيطًا في التشغيل، ولكنه يرتبط بشكل مباشر بما إذا كانت المعدات الكهربائية ستعاني من فشل العزل بسبب ارتفاع درجة الحرارة أثناء الاستخدام طويل الأمد، مما قد يتسبب في حدوث صدمة كهربائية أو ماس كهربائي أو حتى حرائق. بغض النظر عما إذا كانت مقابس منزلية أو محولات طاقة أو أغلفة معدات التحكم الصناعية، يجب أن تجتاز جميعها اختبار ضغط الكرة لضمان السلامة في ظل درجة حرارة التشغيل المقدرة والبيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة غير المتوقعة.

1. ما هو اختبار ضغط الكرة؟ ما هي وظائفه الأساسية؟

اختبار ضغط الكرة هو طريقة اختبار تحاكي مقاومة المكونات العازلة للمعدات الكهربائية في ظل "الضغط الميكانيكي + بيئة ذات درجة حرارة عالية".

مبدأه الأساسي هو كما يلي: استخدم "مكبس كرة" فولاذي بوزن محدد (20 نيوتن) وقطر محدد (5 مم) للضغط على سطح مادة العزل المختبرة. في الوقت نفسه، ارفع درجة حرارة بيئة الاختبار إلى "درجة حرارة مقاومة الحرارة المقدرة" للمادة (أو أقصى درجة حرارة متوقعة للمعدات أثناء التشغيل العادي) وحافظ عليها لفترة معينة (عادة ساعة واحدة). بعد الاختبار، قم بتبريدها إلى درجة حرارة الغرفة. احكم على ما إذا كانت المادة تفي بمتطلبات السلامة عن طريق قياس "قطر الانبعاج" المتبقي على سطح مادة العزل. إذا لم يتجاوز قطر الانبعاج 2 مم، فإن مقاومة المادة للحرارة مؤهلة؛ وإلا، تعتبر غير مؤهلة.

من منظور السلامة، يحتوي اختبار ضغط الكرة على وظيفتين أساسيتين:

1). منع "فشل التشوه الحراري" للمواد العازلة: عندما تعمل المعدات الكهربائية، تولد المكونات الداخلية (مثل المحولات والمقاومات والرقائق) حرارة، مما يزيد من درجة حرارة المكونات العازلة (مثل الأغلفة وأغطية الأطراف). إذا كانت مادة العزل ذات مقاومة ضعيفة للحرارة، فقد تخضع لتشوه شديد، وحتى تشققات أو انهيار، تحت التأثير المشترك لدرجة الحرارة ووزنها والضغط الخارجي (مثل قوة التثبيت أثناء التركيب). سيؤدي هذا إلى تعريض المكونات الحية الداخلية بشكل أكبر والتسبب في خطر الصدمة الكهربائية للبشر.

2). تجنب "مخاطر الحرائق الناجمة عن الشيخوخة الحرارية": ستؤدي المواد العازلة ذات الجودة الرديئة إلى تسريع الشيخوخة والتليين في ظل درجات الحرارة المرتفعة. فهي لا تفقد فقط وظيفة الحماية من العزل، ولكنها قد تتحلل أيضًا لإنتاج مواد قابلة للاشتعال في ظل درجات الحرارة المرتفعة. بمجرد ملامستها للمكونات الداخلية ذات درجة الحرارة المرتفعة أو الشرر الكهربائي، يمكن أن تتسبب بسهولة في نشوب حرائق. يحاكي اختبار ضغط الكرة ظروف العمل القاسية لاستبعاد المواد ذات المقاومة غير الكافية للحرارة مسبقًا والقضاء على مثل هذه المخاطر من المصدر.

2. نطاق تطبيق اختبار ضغط الكرة: ما هي المنتجات التي يجب أن تخضع له؟

لا يستهدف اختبار ضغط الكرة جميع المنتجات الكهربائية. إنه يركز على "المكونات العازلة" و "المكونات غير المعدنية التي تدعم الأجزاء الحية"، ويغطي السيناريوهات التالية:

1). الأجهزة الكهربائية المنزلية: أغلفة المقابس، طبقات عزل القابس، أغطية أسلاك الطاقة لأجهزة طهي الأرز، الإطارات البلاستيكية لمكيفات الهواء الداخلية، قواعد المصابيح، إلخ؛

2). معدات تكنولوجيا المعلومات: أغلفة محولات طاقة الكمبيوتر المحمول، أجسام أجهزة التوجيه، أغطية أطراف الطابعات، إلخ؛

3). المعدات الكهربائية الصناعية: أغلفة العاكس، أقسام العزل لخزائن التحكم، أغطية صناديق توصيل المحركات، إلخ؛

4) المعدات الكهربائية الطبية: أغلفة الشاشات الطبية، المكونات العازلة لمضخات التسريب (التي يجب أن تفي بمعايير مقاومة حرارة أعلى)، إلخ.

ببساطة، طالما أن المعدات الكهربائية تحتوي على مكونات عازلة غير معدنية "تحتاج إلى تحمل ضغط معين وقد تتعرض لدرجات حرارة عالية أثناء التشغيل"، فيجب أن تجتاز اختبار ضغط الكرة. يتم تحديد هذا المطلب بوضوح في معايير السلامة الكهربائية العالمية الرئيسية، مثل المعايير الدولية IEC 60950-1 (سلامة معدات تكنولوجيا المعلومات) و IEC 60335-1 (سلامة الأجهزة الكهربائية المنزلية وما شابهها)، بالإضافة إلى المعايير الوطنية الصينية GB 4943.1 و GB 4706.1.

3. عملية تشغيل اختبار ضغط الكرة: الدقة تحدد نتائج الاختبار

يبدو أن اختبار ضغط الكرة له خطوات بسيطة، لكن التحكم في معلمات كل رابط يؤثر بشكل مباشر على دقة النتائج. يجب تشغيله وفقًا للعملية القياسية، والتي تنقسم إلى 5 خطوات:

1). إعداد العينة: ضمان التمثيلية والنزاهة

قم بقص "عينات تمثيلية للمكونات العازلة" من المنتج المراد اختباره. يجب أن يفي حجم العينة بمتطلبات الاختبار (عادةً سمك لا يقل عن 3 مم ومساحة سطح كبيرة بما يكفي لاستيعاب انبعاج مكبس الكرة). يجب أن يكون سطح العينة نظيفًا وخاليًا من الخدوش والبقع الزيتية لتجنب تأثير الشوائب على دقة قياس الانبعاج.

2). إعداد حالة الاختبار: التحكم بدقة في "درجة الحرارة والضغط والوقت"

اضبط درجة حرارة غرفة التسخين وفقًا لمتطلبات معيار المنتج. قم بتوصيل مكبس الكرة الفولاذية بقطر 5 مم بوزن 20 نيوتن، وتأكد من أن مكبس الكرة يضغط عموديًا على سطح العينة بضغط موحد وثابت. عندما تستقر درجة حرارة غرفة التسخين عند القيمة المحددة، ابدأ التوقيت وحافظ عليه لمدة ساعة واحدة.

3). صيانة درجة الحرارة الثابتة: محاكاة ظروف العمل ذات درجة الحرارة العالية على المدى الطويل

أثناء الاختبار، راقب درجة حرارة غرفة التسخين في الوقت الفعلي لضمان أن تقلب درجة الحرارة لا يتجاوز ±2℃، وبالتالي تجنب انحرافات نتائج الاختبار الناتجة عن درجة الحرارة غير المستقرة. في الوقت نفسه، تأكد من أن مكبس الكرة يظل على اتصال وثيق بسطح العينة دون إزاحة. إذا خضعت العينة لتشوه شديد مسبقًا في ظل درجة حرارة عالية، فسجل التشوه كأساس للحكم اللاحق.

4). التبريد وقياس الانبعاج: "رابط الحكم على النتيجة" الرئيسي

بعد انتهاء وقت الاختبار، أخرج العينة على الفور من غرفة التسخين وقم بتبريدها بشكل طبيعي إلى 23℃±2℃ في درجة حرارة الغرفة (لا تستخدم الماء البارد أو طرق أخرى للتبريد السريع، لتجنب انكماش المادة الذي يؤثر على حجم الانبعاج). استخدم أداة قياس بدقة لا تقل عن 0.01 مم (مثل المجهر أو الفرجار الورنييه) لقياس "القطر الأقصى" للانبعاج على سطح العينة. لاحظ أن الانبعاج قد يكون دائريًا أو بيضاويًا، لذا يحتاج المستخدم إلى قياس قطر الجزء الأطول. قارن بمتطلبات المعيار: إذا كان قطر الانبعاج ≤2 مم، فسيتم الحكم على العينة بأنها "مؤهلة"؛ إذا كان القطر ＞2 مم، فسيتم الحكم عليها بأنها "غير مؤهلة"، مما يشير إلى أن مقاومة المادة للحرارة لا يمكن أن تلبي متطلبات التطبيق.

4. الخلاصة: اختبار صغير من أجل سلامة كبيرة

باعتباره اختبار سلامة كهربائية "أساسي ولكنه حاسم"، يبدو أن اختبار ضغط الكرة يقيس فقط انبعاجًا صغيرًا، ولكنه يتحمل المسؤولية المهمة المتمثلة في حماية أرواح وممتلكات المستخدمين. بالنسبة للمصنعين، فإن إجراء اختبار ضغط الكرة بدقة واختيار المواد العازلة التي تلبي المتطلبات هو شرط أساسي للمنتجات ليتم إطلاقها بما يتوافق مع اللوائح. بالنسبة للمستهلكين، فإن فهم أهمية اختبار ضغط الكرة والاهتمام بما إذا كانت المنتجات الكهربائية قد اجتازت شهادات السلامة ذات الصلة (مما يعني أن اختبار ضغط الكرة مؤهل) عند الشراء هو وسيلة مهمة لتجنب مخاطر السلامة.

مع تطور المعدات الكهربائية نحو "التصغير والطاقة العالية"، تصبح كثافة المكونات الداخلية أعلى، ويزداد توليد الحرارة. هذا يثير متطلبات أعلى لمقاومة الحرارة للمواد العازلة. وهذا يعني أن أهمية اختبار ضغط الكرة ستصبح أكثر بروزًا. فقط من خلال الالتزام بمبدأ "عدم خفض معايير الاختبار وعدم تبسيط إجراءات الاختبار" يمكن تزويد كل منتج كهربائي بضمانات سلامة عزل موثوقة.